VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR ZEITAUFGELÖSTE MESSUNG VON METHOD AND DEVICE FOR TEMPORARY MEASUREMENT OF
KENNGRÖSSEN DER HERZFUNKTION KEY SIZES OF HEART FUNCTION
Die Erfindung betrifft das zeitaufgelöste Messen des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der Pulswelle, der Pulswellenlaufzeit und der Pulswellengeschwindigkeit und/oder The invention relates to the time-resolved measurement of blood pressure, arterial elasticity, pulse wave, pulse wave transit time and pulse wave velocity, and / or
Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder des Herzzeitvolumens eines Objektes nämlich eines menschlichen oder tierischen Körpers, unter Verwendung von Drucksensoren zur zeitlich aufgelösten Vermessung der energetischen Pulswelle. Die Messung der zeitaufgelösten Änderungen des Herzzeitvolumens bedarf der Messung vieler anderer Kenngrößen des kardiovaskulären Systems. Diese sind unter anderem die zeitliche Änderung des Blutdrucks, die Pulswellenlaufzeit, Atmungsfrequenz und die Herzfrequenz. Die Erfindung ermöglicht dabei eine zeitliche Auflösung im Bereich der Millisekunde. Damit ist bspw. der Blutdruck nicht nur messbar in Form von systolischen und diastolischen Blutdruckwert, sondern auch als kontinuierliche Welle, die zu jedem Zeitpunkt auch innerhalb eines einzelnen Herzpulses, den aktuellen Druck auf die Arterien anzeigt. Changes in the cardiac output and / or the cardiac output of an object, namely a human or animal body, using pressure sensors for time-resolved measurement of the energetic pulse wave. The measurement of time-resolved changes in cardiac output requires the measurement of many other characteristics of the cardiovascular system. These include the time change of blood pressure, the pulse wave transit time, respiratory rate and heart rate. The invention enables a temporal resolution in the millisecond range. Thus, for example, the blood pressure is not only measurable in the form of systolic and diastolic blood pressure, but also as a continuous wave, which indicates at any time, even within a single heart pulse, the current pressure on the arteries.
Diese zeitliche Genauigkeit gepaart mit der Möglichkeit der Messung an verschiedenen Stellen des Körpers ermöglicht die Bestimmung der einzelnen Kenngrößen des This temporal accuracy coupled with the possibility of measuring at different points of the body allows the determination of the individual characteristics of the body
kardiovaskulären Systems. cardiovascular system.
Die Erfindung betrifft auch eine Drucksensoreinheit zur zeitaufgelösten Druckmessung und ein Verfahren und eine Verwendung zur Druckmessung allgemein. The invention also relates to a pressure sensor unit for time-resolved pressure measurement and a method and a use for pressure measurement in general.
Das erfindungsgemäße System zur, insbesondere zeitaufgelösten, Messung des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindigkeit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder des Herzzeitvolumens, weist The system according to the invention for, in particular time-resolved, measurement of blood pressure, arterial elasticity, pulse wave transit time, pulse wave velocity, pulse wave and / or changes in cardiac output and / or cardiac output
mindestens eine Drucksensoreinheit zur zeitaufgelösten Druckmessung des bei Anpressen auf die Haut durch eine Pulswelle ausgeübten Drucks auf, wobei die Drucksensoreinheit eine Luft- und/oder Gasdrucksensor ist und/oder eingerichtet ist, mindestens einen elektrischen Leitwert und/oder Widerstand bei Beaufschlagung mit dem Druck zu ändern. Insbesondere weist die Drucksensoreinheit mindestens zwei Leiterbahnanordnungen, insbesondere Leiterbahnnetze, und ein funktionales Polymer aufweist, das eingerichtet ist, durch Beaufschlagung mit Druck zusammengedrückt zu werden und Kontakt zwischen den Leiterbahnanordnungen herzustellen und/oder zu verändern. at least one pressure sensor unit for time-resolved pressure measurement of the pressure exerted on the skin by a pulse pressure, wherein the pressure sensor unit is an air and / or gas pressure sensor and / or is set to at least one electrical conductance and / or resistance upon application of pressure to change. In particular, the pressure sensor unit has at least two conductor track arrangements, in particular printed conductor networks, and a functional polymer which is adapted to be compressed by the application of pressure and to establish and / or change the contact between the conductor track arrangements.
Wird von einem Leitwert oder Widerstand gesprochen ist insbesondere ein elektrischer Leitwert oder elektrischer Widerstand gemeint. If one speaks of a conductance or resistance, in particular an electrical conductance or electrical resistance is meant.
Alternativ und/oder zusätzlich kann die Drucksensoreinheit mindestens zwei leitfähige Schichten mit einem dazwischen angeordneten Zwischenraum aufweisen und die Alternatively and / or additionally, the pressure sensor unit may have at least two conductive layers with a space disposed therebetween, and the
Drucksensoreinheit so eingerichtet sein, dass durch Beaufschlagung mit Druck der Pressure sensor unit be set up so that by applying pressure to the
Zwischenraum zusammengedrückt wird und/oder sich dadurch insbesondere die Kapazität der Anordnung bestehend aus den zwei leitfähigen Schichten ändert. Der Zwischenraum wird insbesondere durch mindestens ein Dielektrikum gebildet. Wird eine solche Interspace is compressed and / or thereby changes in particular the capacity of the arrangement consisting of the two conductive layers. The intermediate space is formed in particular by at least one dielectric. Will one
Drucksensoreinheit und/oder ein Luft- und/oder Gasdrucksensor als Drucksensoreinheit eingesetzt werden vorteilhafterweise anstelle von Leitwerten und/oder Widerständen Kapazitäten erfasst und/oder gemessen und insbesondere zur Druckbestimmung Pressure sensor unit and / or an air and / or gas pressure sensor used as a pressure sensor unit advantageously capacitances are detected and / or measured instead of conductance and / or resistances and in particular for pressure determination
verwendet. Allgemein kann anstelle von Leitwerten und/oder Widerständen eine elektrische
Eigenschaft erfasst und/oder gemessen und insbesondere zur Druckbestimmung verwendet werden. used. In general, instead of conductivities and / or resistances, an electrical Property detected and / or measured and used in particular for pressure determination.
Das Dielektrikum kann durch ein funktionales Polymer gebildet sein. Das funktionale Polymer kann ein Dielektrikum sein oder beinhalten. The dielectric may be formed by a functional polymer. The functional polymer may be or include a dielectric.
Allgemein kann die Drucksensoreinheit mindestens zwei leitfähige Schichten und/oder Leiterbahnanordnungen mit einem dazwischen und/oder darauf angeordneten Volumen und/oder Material aufweisen und die Drucksensoreinheit so eingerichtet sein, dass durch Beaufschlagung mit Druck das Volumen und/oder Material zusammengedrückt wird und/oder sich dadurch insbesondere eine elektrische Eigenschaft der Anordnung bestehend aus den zwei leitfähigen Schichten und/oder Leiterbahnanordnungen ändert. Der das Volumen und/oder Material wird insbesondere durch mindestens ein Dielektrikum und/oder funktionales Polymer gebildet und/oder weist ein solches auf. Das Volumen und/oder Material, das Dielektrikum und/oder das funktionale Polymer sind insbesondere so ausgebildet, dass sie eine Rückstellkraft gegen ein Zusammendrücken ausüben. In general, the pressure sensor unit can have at least two conductive layers and / or conductor arrangements with a volume and / or material arranged therebetween and / or the material and the pressure sensor unit can be set up in such a way that the volume and / or material is compressed by applying pressure and / or characterized in particular changes an electrical property of the arrangement consisting of the two conductive layers and / or conductor track arrangements. The volume and / or material is formed and / or has in particular by at least one dielectric and / or functional polymer. The volume and / or material, the dielectric and / or the functional polymer are in particular designed so that they exert a restoring force against compression.
Das System weist insbesondere einen Aktor auf, der eingerichtet ist, die Sensoreinheit an die Haut anzupressen. In particular, the system has an actuator which is set up to press the sensor unit against the skin.
Dabei weist sie insbesondere eine Vorrichtung zur Messung des Leitwerts der mindestens eine Drucksensoreinheit auf. Das System ist insbesondere eingerichtet, den Leitwert und/oder Druck mit mindestens einer zeitlichen Auflösung von 5ms, insbesondere 2ms, insbesondere 1 ms, zu messen. Das System ist insbesondere eingerichtet, aus den Leitwerten Druckwerte zu bestimmten, insbesondere mittels einer Umrechnung und/oder Zuordnung, die insbesondere durch eine Kalibration gewonnen wurde. In this case, it has in particular a device for measuring the conductance of the at least one pressure sensor unit. In particular, the system is set up to measure the conductance and / or pressure with at least a temporal resolution of 5 ms, in particular 2 ms, in particular 1 ms. In particular, the system is set up to determine pressure values from the guide values, in particular by means of a conversion and / or assignment which has been obtained, in particular, by a calibration.
Die Drucksensoreinheit weist mindestens eine Anordnung von, insbesondere frei liegenden, Leiterbahnen und/oder Leiterbahnnetzen und ein widerstandsleitfähiges und/oder leitfähiges Polymer auf, das Teil des funktionalen Polymers sein kann, welches auf die mindestens eine Anordnung von Leiterbahnen durch Beaufschlagung mit Druck gedrückt wird. Alternativ oder zusätzlich weist die Drucksensoreinheit mindestens ein nicht leitfähiges Polymer auf, welches zwischen zwei Anordnungen von jeweils mindestens einer Leiterbahn angeordnet ist und Löcher aufweist. Die Leiterbahnen sind insbesondere in den Löchern frei liegend ausgebildet. Durch Zusammendrücken des nicht leitfähigen Polymers, auch funktionales Polymer, durch Druck wird ein Kontakt zwischen den Anordnung von jeweils mindestens einer Leiterbahn hergestellt und bei steigendem Druck der Kontakt intensiviert, so dass sich ein vom Druck des Zusammendrückens abhängiger Leitwert ergibt. The pressure sensor unit has at least one arrangement of, in particular exposed, printed conductors and / or conductor networks and a resistance-conductive and / or conductive polymer, which may be part of the functional polymer, which is pressed onto the at least one arrangement of printed conductors by applying pressure. Alternatively or additionally, the pressure sensor unit has at least one non-conductive polymer, which is arranged between two arrangements of at least one conductor track and has holes. The conductor tracks are formed in particular freely in the holes. By compressing the non-conductive polymer, also a functional polymer, by pressure, a contact between the arrangement is made of at least one conductor in each case and the contact is intensified with increasing pressure, so that there is a dependent on the pressure of the compression conductance.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Verwendung der Änderung einer Kapazität, eines Leitwertes und/oder der Änderung eines Widerstands und/oder eines Leitwertes und/oder eines Widerstands zwischen mindestens zwei leitfähigen Schichten und/oder zwischen mindestens zwei Leiterbahnanordnungen, insbesondere Leiterbahnnetze, durch Zusammendrücken eines funktionalen Polymers und/oder Dielektrikums durch den bei Anpressen auf die Haut über einer Arterie durch eine Pulswelle ausgeübten Druck zur zeitaufgelösten Messung des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindigkeit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder und oder des Herzzeitvolumens. The object is also achieved by using the change of a capacitance, a conductance and / or the change of a resistance and / or a conductance and / or a resistance between at least two conductive layers and / or between at least two conductor track arrangements, in particular printed conductor networks, by compression of a functional polymer and / or dielectric by pressure applied to the skin over an artery by a pulse wave for time resolved measurement of blood pressure, arterial elasticity, pulse wave transit time, pulse wave velocity, pulse wave, and / or changes in cardiac output and / or of cardiac output.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine erfindungsgemäße Drucksensoreinheit, beispielsweise an einem Greifsystem, insbesondere einer Roboterhand, sowie die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit an einem Greifsystem, insbesondere einer Roboterhand, zur Messung der Andruckkraft des Greifsystems und ein Verfahren zum Ergreifen eines Gegenstandes mit einem Greifsystem aufweisend The object is also achieved by a pressure sensor unit according to the invention, for example on a gripping system, in particular a robot hand, and the Use of a pressure sensor unit according to the invention on a gripping system, in particular a robot hand, for measuring the pressure force of the gripping system and a method for gripping an object with a gripping system
mindestens eine erfindungsgemäße Drucksensoreinheit sodass die Andruckkraft des Greifsystems an den Gegenstand auf die Drucksensoreinheit wirkt und Messen mindestens einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere Leitwert, Widerstand und/oder Kapazität, oder deren Änderung zur zeitaufgelösten Ermittlung der Andruckkraft sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Drucksensoreinheit. at least one pressure sensor unit according to the invention so that the pressure force of the gripping system acts on the object on the pressure sensor unit and measuring at least one electrical property, in particular conductance, resistance and / or capacitance, or their change to the time-resolved determination of the pressure force and by a method for producing a pressure sensor unit.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine oder eine Vielzahl erfindungsgemäße(r) Drucksensoreinheit(en), beispielsweise als sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut oder in einer solchen, insbesondere eines Roboters, sowie die The object is also achieved by one or a plurality of pressure sensor unit (s) according to the invention, for example as a sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin or in such a, in particular a robot, and the
Verwendung einer oder einer Vielzahl erfindungsgemäßen/r Drucksensoreinheit(en) als sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut oder in einer solchen, insbesondere einer Roboterhaut, zur Messung der Kräfte auf der sensitiven Hülle und/oder sensitiven Oberfläche oder künstlichen Haut und ein durch Verfahren zum Messend der Kräfte auf einer sensitiven Hülle und/oder einer sensitiven Oberfläche oder künstlichen Haut aufweisend mindestens eine oder eine Vielzahl erfindungsgemäße(r) Use of one or a plurality of pressure sensor unit (s) according to the invention as sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin or in such, in particular a robotic skin, for measuring the forces on the sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin and a by methods for measuring the forces on a sensitive sheath and / or a sensitive surface or artificial skin comprising at least one or a plurality of inventive (r)
Drucksensoreinheit(en), sodass auf die sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut wirkende Kräfte auf die Drucksensoreinheit(en) wirken und Messen mindestens einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere Leitwert, Widerstand und/oder Kapazität, oder deren Änderung zur zeitaufgelösten Ermittlung der Kräfte auf der Haut. Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut oder in einer solchen, insbesondere eines Roboters, aufweisend eine eine Vielzahl erfindungsgemäßer Drucksensoreinheiten. Pressure sensor unit (s), so acting on the sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin forces acting on the pressure sensor unit (s) and measuring at least one electrical property, in particular conductivity, resistance and / or capacity, or their change to the time-resolved determination of Forces on the skin. The object is also achieved by a sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin or in such, in particular a robot, comprising a plurality of inventive pressure sensor units.
Die erfindungsgemäße Drucksensoreinheit eignet sich für derartige Einsätze besonders auf Grund der Möglichkeit mit einer einzigen Drucksensoreinheit Kräfte in unterschiedlichen Messbereichen mit unterschiedlichen Genauigkeiten zu erfassen, so kann mit einer solchen sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut, insbesondere unter Verwendung der gleichen oder baugleicher Drucksensoreinheiten sowohl der Blutdruck eines Lebewesens gemessen werden, wie auch deutlich höhere Kräfte oder Drücke, beispielsweise beim Ergreifen schwerer Gegenstände oder von 1 000kPascal oder The pressure sensor unit according to the invention is suitable for such applications, especially due to the possibility to detect forces in different measuring ranges with different accuracies with a single pressure sensor unit, then with such a sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin, in particular using the same or structurally identical Pressure sensor units are measured both the blood pressure of a living being, as well as significantly higher forces or pressures, such as when grasping heavy objects or of 1 000kPascal or
1 0kg/cmA2. Insbesondere ist die mindestens eine Drucksensoreinheit eingerichtet, Drücke zwischen 6kPascal und 1 000kPascal zu messen. 1 0kg / cm A 2. In particular, the at least one pressure sensor unit is designed to measure pressures between 6kPascals and 1000kPascals.
Die sensitive Hülle und/oder sensitive Oberfläche oder künstliche Haut kann The sensitive shell and / or sensitive surface or artificial skin may
beispielsweise als Handschuh ausgeführt sein. Insbesondere weist die künstliche Haut ein Sensorarray aus einer Mehrzahl von Drucksensoreinheiten aus. Insbesondere sind bei einem Sensorarray in diesem Fall und generell die Leiterbahnen und/oder mindestens eine leitende Schicht einer Vielzahl von Drucksensoreinheiten, insbesondere aller Drucksensoreinheiten, auf einem gemeinsamen einstückigen Träger angeordnet und/oder die funktionalen Polymere und/oder Bauformen einer Vielzahl von Drucksensoreinheiten, insbesondere aller Drucksensoreinheiten, gemeinsam einstückig ausgebildet und insbesondere mit dem Träger verklebt.Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zur, insbesondere zeitaufgelösten, Druckmessung, insbesondere des Blutdrucks, der be executed for example as a glove. In particular, the artificial skin comprises a sensor array of a plurality of pressure sensor units. In particular, in a sensor array in this case and in general the printed conductors and / or at least one conductive layer of a plurality of pressure sensor units, in particular all pressure sensor units, arranged on a common one-piece carrier and / or the functional polymers and / or designs of a plurality of pressure sensor units, in particular All pressure sensor units, jointly formed in one piece and glued to the particular carrier. The object is also achieved by a method for, in particular time-resolved, pressure measurement, in particular the blood pressure, the
Arterienelastizität der Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindigkeit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder und oder des Herzzeitvolumens, durch Änderung einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere einer Kapazität, eines
Widerstandes und/oder eines Leitwertes zwischen mindestens zwei Arterial elasticity of the pulse wave transit time, the pulse wave velocity, the pulse wave and / or changes in the cardiac output and / or and or the cardiac output, by changing an electrical property, in particular a capacity Resistance and / or a conductance between at least two
Leiterbahnanordnungen, insbesondere Leiterbahnnetzen, und/oder leitenden Schichten durch Zusammendrücken eines funktionalen Polymers, Zwischenraums, Dielektrikums, Volumens und/oder Materials, insbesondere durch den bei Anpressen auf die Haut über einer Arterie durch eine Pulswelle ausgeübten Druck. Dabei ist das funktionale Polymer, der Zwischenraum, das Dielektrikum, das Volumens und/oder das Material insbesondere zwischen und/oder auf den mindestens zwei Leiterbahnanordnungen, insbesondere Circuit arrangements, in particular printed conductor networks, and / or conductive layers by compressing a functional polymer, interspace, dielectric, volume and / or material, in particular by the pressure exerted on the skin over an artery by a pulse wave pressure. In this case, the functional polymer, the intermediate space, the dielectric, the volume and / or the material is in particular between and / or on the at least two conductor track arrangements, in particular
Leiterbahnnetzen, und/oder leitenden Schichten angeordnet. Conductor networks, and / or conductive layers arranged.
Dabei sind die Leiterbahnanordnungen und/oder leitenden Schichten und das funktionale Polymer, der Zwischenraum, das Dielektrikum, das Volumen und/oder das Material insbesondere Teil einer in diesem Dokument beschriebenen Drucksensoreinheit. In this case, the conductor track arrangements and / or conductive layers and the functional polymer, the gap, the dielectric, the volume and / or the material are in particular part of a pressure sensor unit described in this document.
Das Anpressen erfolgt insbesondere mit einem Druck im Bereich von 50 und 300 mmHg und/oder zwischen 6kPascal und 40kPascal. The pressing is carried out in particular with a pressure in the range of 50 and 300 mmHg and / or between 6kPascal and 40kPascal.
Dabei kann der Druck durch Anpressen einer Drucksensoreinheit, insbesondere ausgestaltet wie in diesem Dokument beschrieben, übertragen werden und/oder In this case, the pressure can be transmitted by pressing a pressure sensor unit, in particular designed as described in this document, and / or
insbesondere durch Anpressen eines Umschlossenen und druckbeaufschlagten Gas-, insbesondere Luft-, Volumens auf das funktionale Polymer und/oder eine solche in particular by pressing an enclosed and pressurized gas, in particular air, volume on the functional polymer and / or such
Drucksensoreinheit übertragen werden. Dabei kann die Druckbeaufschlagung insbesondere auch zum Anpressen genutzt werden. Das druckbeaufschlagte Gas weist insbesondere einen Druck zwischen 50 und 300 mmHg und/oder zwischen 6kPascal und 40kPascal auf. Pressure sensor unit to be transmitted. In this case, the pressurization can be used in particular for pressing. In particular, the pressurized gas has a pressure between 50 and 300 mmHg and / or between 6kPascal and 40kPascal.
Insbesondere werden die Leiterbahnanordnungen und das funktionale Polymer mit unterschiedlichem Druck an die Haut angepresst und wird dabei der Leitwert gemessen und/oder die Veränderung des Leitwertes ermittelt, insbesondere mindestens mit einer zeitlichen Auflösung von 5ms, insbesondere 2ms, insbesondere 1 ms,, wobei insbesondere der unterschiedliche Druck monoton und/oder kontinuierlich gesteigert wird, insbesondere bis unter weiterer Steigerung des Gegendrucks und/oder Anpressdrucks, die Pulswelle keine Steigerung des gemessenen Drucks über den maximal gemessen Druck hinaus erzeugen kann, wobei das Anpressen insbesondere durchgeführt wird durch Aufblasen eines Luftsacks oder mittels eines anderen Aktors. In particular, the conductor track arrangements and the functional polymer are pressed against the skin with different pressure and the conductivity is measured and / or the change in the conductance is determined, in particular at least with a temporal resolution of 5 ms, in particular 2 ms, in particular 1 ms different pressure monotonically and / or continuously increased, in particular until a further increase in the backpressure and / or contact pressure, the pulse wave can produce no increase in the measured pressure beyond the maximum measured pressure addition, wherein the pressing is carried out in particular by inflating an airbag or by another actor.
Unter einem Luftsack wird insbesondere eine Vorrichtung mit umschlossenem Volumen, insbesondere mit flexibler Umhüllung, beispielsweise ein Druckkissen, verstanden. Ein Luftsack ist insbesondere eingerichtet, durch Zuführung von Gas mit Druck beaufschlagt zu werden, insbesondere unter Ausdehnung seines Volumens. Er ist insbesondere ausgebildet durch Beaufschlagung des Luftsacks mit Druck, auf ein durch den Luftsack kreisförmig umgegebenen Gegenstand, beispielsweise ein Arm, oder ein kreisförmig umgegebenen Gegenstand, beispielsweise ein Arm, der durch eine Umschließungsvorrichtung und insbesondere den Luftsack kreisförmig umgegebenen ist, wobei der Luftsack insbesondere zwischen kreisförmig umgegebenem Gegenstand und Umschließungsvorrichtung angeordnet ist, selbst aber das umschlossene Volumen insbesondere nicht umschließt, Druck auszuüben. Under an air bag is in particular a device with enclosed volume, in particular with a flexible envelope, for example, a pressure pad understood. An airbag is in particular designed to be pressurized by the supply of gas, in particular by expansion of its volume. It is in particular formed by pressurizing the airbag, onto an object circumscribed by the airbag, for example an arm, or a circularly circumscribed object, for example an arm which is surrounded by a surrounding device and in particular the airbag in a circular manner, the airbag in particular is arranged between circularly surrounded object and enclosing device, but itself does not surround the enclosed volume, in particular, to exert pressure.
Insbesondere bei der Verwendung einer Drucksensoreinheit, die nicht zum Anpressen an die Haut vorgesehen ist, und/oder die auf dem Luftsack, in dem Luftsack und/oder in einem mit dem Luftsack strömungstechnisch verbundenen Volumen und/oder angrenzend an ein solches Volumen oder den Luftsack angeordnet ist oder wird, ist insbesondere eine Mittel zur Kalibration vorgesehen und/oder wird insbesondere eine Kalibrierung vorgenommen, um die In particular, when using a pressure sensor unit which is not intended to be pressed against the skin, and / or on the airbag, in the airbag and / or in a fluidically connected to the airbag volume and / or adjacent to such a volume or the airbag is arranged or is, in particular a means for calibration provided and / or in particular a calibration is made to the
Beeinflussung, beispielsweise Dämpfung, durch die Kopplung und/oder den Luftsack zu
kompensieren. Dazu wird insbesondere zunächst eine Blutdruckmessung unter Verwendung anderer Mittel, beispielsweise eine vorbekannte Blutdruckmessung und/oder mit vorbekannten Blutdruckmessmitteln und/oder -verfahren, vorgenommen und/oder sind andere Mittel zur Blutdruckmessung, wie beispielsweise ein Mikrofon und/oder Stethoskop zur klassischen Blutdruckmessung im System umfasst oder werden solche verwendet. Dabei kann ein anderer Drucksensor, der im System umfasst sein kann, verwendet werden um eine Blutdruckmessung vorzunehmen. Parallel und/oder in engem zeitlichen Zusammenhang von maximal 10 Influencing, for example damping, by the coupling and / or the airbag to compensate. For this purpose, a blood pressure measurement using other means, for example a previously known blood pressure measurement and / or with previously known blood pressure measuring means and / or procedures, is performed and / or other means for blood pressure measurement, such as a microphone and / or stethoscope for classical blood pressure measurement in the system includes or is used. In this case, another pressure sensor, which may be included in the system, can be used to make a blood pressure measurement. Parallel and / or in close temporal relation of max. 10
Sekunden Abstand zu dieser Blutdruckmessung wird insbesondere mindestens Luft- oder Gasdruck, Kapazität, Leitwert und/oder Widerstand, insbesondere mit mindestens einer zeitlichen Auflösung von 2ms, insbesondere 1 ms, gemessen, insbesondere, insbesondere der mindestens einen Drucksensoreinheit und wird basierend auf den Messungen des Blutdrucks unter Verwendung der anderen Mittel und/oder vorbekannten Blutdruckmessmitteln und/oder - verfahren und eine Kalibrierung der Luft- oder Gasdruck-, Kapazitäts-, Leitwert- und/oder Widerstandsmessung vorgenommen, um anschließend Blutdruckmessungen mittels der mindestens einen Drucksensoreinheit zu ermöglichen und/oder durchzuführen. Seconds distance to this blood pressure measurement in particular at least air or gas pressure, capacitance, conductance and / or resistance, in particular with at least a temporal resolution of 2ms, in particular 1 ms, measured, in particular, at least one pressure sensor unit and is based on the measurements of Blood pressure using the other means and / or prior art blood pressure measuring means and / or - methods and a calibration of the air or gas pressure, capacitance, conductance and / or resistance measurement to subsequently allow blood pressure measurements by means of at least one pressure sensor unit and / or perform.
Blutdruckmessmitteln und/oder -verfahren arbeiten insbesondere durch Steigerung des Drucks in der Luftdruckmanschette und Messen des Drucks in der Luftdruckmanschette oder eines damit strömungstechnisch verbundenen Volumens. Dabei bewirkt die Pulswelle ab einem gewissen Drucks in der Luftdruckmanschette ein Schwanken des gemessenen Drucks, das bei weiterer Steigerung des Drucks in der Luftdruckmanschette wieder abfällt. Der Verlauf dieser Schwankungen zeigt einen zeitlichen Verlauf. Aus diesem zeitlichen Verlauf und/oder der Einhüllenden der Schwankungen wird im Stand der Technik der diastolische und/oder systolische Blutdruck abgeleitet. Ein solches System kann aber auch erfindungsgemäß zur Vermessung der Pulswelle oder zur Ermittlung des Blutdrucks an einer Pulswelle verwendet werden. Dazu wird insbesondere mindestens eine Messung nach dem vorbekannten Verfahren durchgeführt und zur Kalibrierung der Messwerte der Luft- oder Gasdruck-, Kapazitäts-, Leitwert- und/oder Widerstandsmessung verwendet, um aus diesen Messwerten direkt den Druck der Pulswelle ableiten zu können. Blood pressure measuring means and / or methods work in particular by increasing the pressure in the air pressure cuff and measuring the pressure in the air pressure cuff or a fluidically connected volume. At a certain pressure in the air pressure cuff, the pulse wave causes a fluctuation in the measured pressure, which drops as the pressure in the air pressure cuff increases further. The course of these fluctuations shows a time course. From this time course and / or the envelope of the fluctuations, the diastolic and / or systolic blood pressure is derived in the prior art. However, such a system can also be used according to the invention for measuring the pulse wave or for determining the blood pressure at a pulse wave. For this purpose, in particular at least one measurement is carried out according to the previously known method and used to calibrate the measured values of the air or gas pressure, capacitance, conductance and / or resistance measurement in order to derive the pressure of the pulse wave directly from these measured values.
Erfindungsgemäße System, Verfahren und/oder Verwendungen sind somit insbesondere eingerichtet und/oder so ausgestaltet, dass Werte des systolischen und/oder diastolischen Blutdrucks, der Arterienelastizität, des Drucks der Pulswelle, der Pulswellenlaufzeit und der Pulswellengeschwindigkeit und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder des Herzzeitvolumens jeweils auf eine Pulswelle bezogen und nicht auf einer Mehrzahl von Pulswellen basieren, wie dies beispielsweise bei der beschriebenen vorbekannten Ableitung aus der Einhüllenden gegeben ist. Systems, methods and / or uses according to the invention are thus especially arranged and / or designed such that values of systolic and / or diastolic blood pressure, arterial elasticity, pulse wave pressure, pulse wave transit time and pulse wave velocity and / or cardiac output changes and / or the cardiac output in each case based on a pulse wave and not based on a plurality of pulse waves, as given for example in the described prior art derivative of the envelope.
Die mindestens eine Drucksensoreinheit kann beispielsweise durch den Luftsack auf die Haut über eine Arterie gedrückt werden. Alternativ kann durch den Luftsack beispielsweise die Auswirkung der Pulswelle auf das im Luftsack beinhaltete unter Druck befindliche Gas übertragen werden. Der Druck des Gases im Luftsack liegt dazu insbesondere zwischen 50 und 300 mmHg und/oder zwischen 6kPascal und 40kPascal und/oder wird insbesondere durch den Aktor aufgebaut. Die Drucksensoreinheit kann somit auch so angeordnet sein, dass sie die Druckschwankung im Gas des Luftsacks erfassen kann. The at least one pressure sensor unit can be pressed, for example, through the airbag onto the skin via an artery. Alternatively, for example, the effect of the pulse wave on the gas contained in the air bag under pressure can be transmitted through the air bag. The pressure of the gas in the airbag is in particular between 50 and 300 mmHg and / or between 6kPascal and 40kPascal and / or is in particular constructed by the actuator. The pressure sensor unit can thus also be arranged so that it can detect the pressure fluctuation in the gas of the airbag.
Insbesondere wird aus den Leitwerden und/oder die Veränderung der und/oder ein und/oder der Druck und/oder eine Veränderung des Drucks ermittelt wird.
Insbesondere wird der systolische Blutdruck als der Druck angenommen, indem oder von dem aus unter weiterer Steigerung des Gegendrucks und/oder Anpressdrucks, die Pulswelle keine Steigerung des gemessenen Drucks über den maximal gemessen Druck hinaus erzeugen kann und/oder der diastolische Blutdruck als der Druck angenommen der dem Minima der Messwerte einer Pulswelle entspricht, wenn der Gegendruck und/oder Anpressdruck als der Druck oder höher gewählt ist, bei dem bei steigendem Gegendruck und/oder Anpressdruck der maximal gemessene Druck nicht weiter zunimmt. In particular, it is determined from the guidelines and / or the change in and / or one and / or the pressure and / or a change in the pressure. In particular, the systolic blood pressure is presumed to be the pressure at or from which, with further increase in backpressure and / or contact pressure, the pulse wave can not produce an increase in measured pressure beyond the maximum measured pressure and / or the diastolic blood pressure is assumed to be the pressure which corresponds to the minimum of the measured values of a pulse wave, if the backpressure and / or contact pressure is selected as the pressure or higher, at which the maximum measured pressure does not increase further as the backpressure and / or contact pressure increases.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, dass die Werte, wie beispielsweise systolischer Blutdruck und diastolischer Blutdruck aus einer einzigen Pulswelle nicht invasiv bestimmt werden können, was bevorzugt wird, und damit auch physikalisch und physiologisch in unmittelbarem Zusammenhang stehen. A particular advantage of the invention is that the values, such as systolic blood pressure and diastolic blood pressure, can be determined non-invasively from a single pulse wave, which is preferred, and is also directly related physically and physiologically.
Insbesondere wird der Druck des Anpressens anschließend und/oder nach Ermittlung eines systolischen Blutdrucks reduziert, insbesondere auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von dem ermittelten diastolischen bis zu dem ermittelten systolischen Blutdruck und/oder bis zum 1 ,5-fachen, insbesondere 1 ,3-fachen, des systolischen Blutdrucks des Drucks der In particular, the pressure of the pressing is subsequently reduced and / or after determination of a systolic blood pressure, in particular to a value within a range from the determined diastolic to the ascertained systolic blood pressure and / or up to 1.5 times, in particular 1.3. times, systolic pressure pressure of
Pulswelle in der Systole und/oder des systolischen Blutdrucks und/oder von 60 bis 120 mmHg, insbesondere von 60 bis 90% des systolischen des Drucks der Pulswelle in der Systole, insbesondere am Ort der Messung und/oder auf einen Wert so gering, dass das Messsignal, insbesondere Leitwert, Widerstand oder Kapazität, der mindestens einen Drucksensoreinheit noch eine Variation mit dem Herzpuls aufweist, was in der Regel bis 80% des Druckes des diastolischen Blutdrucks möglich ist. Pulse wave in the systole and / or the systolic blood pressure and / or from 60 to 120 mmHg, in particular from 60 to 90% of the systolic of the pressure of the pulse wave in the systole, in particular at the place of measurement and / or to a value so low that the measurement signal, in particular conductance, resistance or capacitance, the at least one pressure sensor unit still has a variation with the heart pulse, which is usually up to 80% of the pressure of the diastolic blood pressure possible.
Insbesondere wird der Druck des Anpressens anschließend und/oder nach Ermittlung eines systolischen Blutdrucks und/oder bei Kenntnis eines ersten systolischen Blutdrucks und/oder eines ersten Leitwertes der mindestens einen Drucksensoreinheit unter In particular, the pressure of the pressing is subsequently and / or after ascertaining a systolic blood pressure and / or under knowledge of a first systolic blood pressure and / or a first conductance of the at least one pressure sensor unit
Beaufschlagung mit dem ersten systolischen Blutdruck der Gegendruck und/oder Anpressdruck unter das 1 ,1 -fache des ersten systolischen Blutdrucks oder unter den ersten systolischen Blutdruck oder auf auf den Mittelwert zwischen diastolischen oder systolischen Blutdruck reduziert oder entfernt und die Verhältnisse der dann gemessenen Leitwerte zu dem ersten Leitwerte und/oder die Verhältnisse der den dann gemessenen Leitwerten zugeordneten Drücke zum ersten systolischen Blutdruck als Faktor genutzt, um aus dem ersten systolischen Blutdruck, den aktuellen Blutdruck, die aktuelle Arterienelastizität, die aktuelle Influenced with the first systolic blood pressure, the back pressure and / or contact pressure under the 1, 1 times the first systolic blood pressure or below the first systolic blood pressure or on the mean between diastolic or systolic blood pressure or removed and the ratios of the then measured conductance to the first guide values and / or the ratios of the pressures to the first systolic blood pressure associated with the then measured guide values are used as a factor to determine from the first systolic blood pressure, the current blood pressure, the current arterial elasticity, the current one
Pulswellenlaufzeit, die aktuelle Pulswellengeschwindigkeit, die aktuelle Pulswelle und/oder die aktuelle Änderung des Herzzeitvolumens und/oder das aktuelle Herzzeitvolumen zu bestimmen. Pulse wave transit time to determine the current pulse wave velocity, the current pulse wave and / or the current change in the cardiac output and / or the current cardiac output.
Insbesondere wird das Verfahren mittels eines erfindungsgemäßen Systems durchgeführt. In particular, the method is carried out by means of a system according to the invention.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch eine Verwendung der Änderung einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere einer Kapazität, eines Leitwertes und/oder einer elektrischen Eigenschaft, insbesondere einer Kapazität, eines Widerstands und/oder eines Leitwertes zwischen mindestens zwei leitfähige Schichten und/oder zwischen mindestens zwei Leiterbahnanordnungen, insbesondere Leiterbahnnetze, durch Zusammendrücken eines funktionalen Polymers, eines Zwischenraums, Dielektrikums, Volumens und/oder Materials durch den bei Anpressen auf die Haut über einer Arterie durch eine Pulswelle ausgeübten Druck zur zeitaufgelösten Messung des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der
Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindigkeit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder und oder des Herzzeitvolumens. The object is also achieved by using the change of an electrical property, in particular a capacitance, a conductance and / or an electrical property, in particular a capacitance, a resistance and / or a conductance between at least two conductive layers and / or between at least two conductor track arrangements , in particular printed circuit networks, by compressing a functional polymer, a gap, dielectric, volume and / or material by the pressure exerted on the skin over an artery by a pulse pressure for the time-resolved measurement of the blood pressure, the arterial elasticity, the Pulse wave transit time, the pulse wave velocity, the pulse wave and / or changes in the cardiac output and / or and or cardiac output.
Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Nachrüsten vorbekannter Luftdruckmesssysteme aufweisend eine Luftdruckmanschette, eine Vorrichtung zur Druckbeaufschlagung der Luftdruckmanschette und einen Luft- und/oder Gasdrucksensor, wobei das Luftdruckmesssystem mit einer Auswerteeinrichtung versehen wird, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in einer als vorteilhaft beschriebenen Ausprägung, eingerichtet ist und/oder eine bereits umfasste The object is also achieved by a method for retrofitting previously known air pressure measuring systems having an air pressure cuff, a device for pressurizing the air pressure cuff and an air and / or gas pressure sensor, wherein the air pressure measuring system is provided with an evaluation device, which is for carrying out a method according to the invention, in particular in a is designed as advantageously described, and / or already included
Auswerteeinrichtung so verändert wird, dass sie zur Durchführung eines Evaluation device is changed so that they carry out a
erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere in einer als vorteilhaft beschriebenen Ausprägung, eingerichtet ist. inventive method, in particular in an embodiment described as advantageous, is set up.
Die vorteilhaften Ausführungen bezüglich des Verfahrens, der Drucksensoreinheit, des Systems und/oder der Verwendung lassen sich auf das Verfahren, die Drucksensoreinheit, das Systems und/oder die Verwendung übertragen. The advantageous embodiments relating to the method, the pressure sensor unit, the system and / or the use can be transferred to the method, the pressure sensor unit, the system and / or the use.
Generell kann anstelle eines oder mehrerer Leitwerte auch ein Widerstand oder mehrere Widerstände verwendet werden. Dabei sind Maxima und Minima entsprechend zu tauschen, da der Leitwert den Kehrwert des Widerstandes darstellt. In general, instead of one or more conductance values, it is also possible to use one or more resistors. Maxima and minima must be exchanged accordingly, since the conductance represents the reciprocal of the resistance.
Ein widerstandsleitfähiges und/oder leitfähiges Polymer kann insbesondere auf zwei Arten erzeugt werden: Zum Einem kann das Polymer chemisch so gebaut sein, dass eine intrinsische Leitfähigkeit vorliegt, dies ist bspw durch konjugierte Doppelbindungen der Kohlenstoffatome in den Polymerketten möglich. Bei dieser Art von Polymeren handelt es sich um eine jüngere und selten verwendete In particular, a polymer which conducts resistance and / or conducts can be produced in two ways. First, the polymer can be chemically constructed in such a way that an intrinsic conductivity is present, for example by conjugated double bonds of the carbon atoms in the polymer chains. This type of polymer is a younger and rarely used one
Materialklasse im Vergleich zu normalen Polymeren. Daher sind Kosten hoch und die Variabilität der Eigenschaften bei heutigen Varianten nicht ausreichend für den Sensorbau. Material class compared to normal polymers. Therefore, costs are high and the variability of the properties in today's variants is not sufficient for sensor construction.
Zum Beispiel können auch leitfähige Materialien in ein herkömmliches Polymer eingebracht werden. Dies können z.B. Ruß-, Graphit- oder Metallpartikel, insbesondere in der Größenordnung von wenigen Nanometern sein. Als widerstandsleitfähiges und/oder leitfähiges Polymer kann eine Tinte z.B. von der Firma Loctite, verwendet werden. Typischerweise besteht eine solche Tinte aus einem gelösten Thermoplast, welches mit elektrisch leitenden Partikel, z.B. Graphit, versetzt ist. Diese Tinten weisen optimale elektrische Eigenschaften auf, jedoch ist ihr Abrieb verhalten schlecht, wodurch die For example, conductive materials may also be incorporated into a conventional polymer. This can e.g. Carbon black, graphite or metal particles, in particular of the order of a few nanometers. As resistive and / or conductive polymer, an ink may e.g. from the company Loctite. Typically, such an ink consists of a solubilized thermoplastic which is coated with electrically conductive particles, e.g. Graphite, is offset. These inks have optimum electrical properties, but their abrasion is poorly degraded, which makes them very resistant to abrasion
Lebenserwartung eines Sensors gering ist. Ein Thermoplast ist ein Polymer bei dem die einzelnen Polymerstränge lose vorliegen, vergleichbar zu Spaghetti. Eine Verbesserung des Abriebverhaltens kann erreicht werden, indem die einzelnen Polymerstränge miteinander verknüpft werden, das Material wird eher gummiartig bzw. wandelt sich in ein Elastomer um. Life expectancy of a sensor is low. A thermoplastic is a polymer in which the individual polymer strands are loose, comparable to spaghetti. An improvement in the abrasion behavior can be achieved by the individual polymer strands are linked together, the material is rather rubbery or turns into an elastomer.
Eine Vernetzung kann während der Produktion durch Einbringen von verschiedenen Katalysatoren, beispielsweise Vulkanisatoren wie Schwefel, in die Tinte und/oder das widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer erfolgen. Eine nachträgliche Vernetzung ist aufwendig und zumeist kostenintensiv. So können im widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Polymer freie Radikale erzeugt werden. Diese greifen die Polymerketten an und erzeugen reaktive Stellen, welche mit anderen Ketten reagieren und eine Vernetzung erzeugen. Diese Radikale können entweder durch Strahlung oder durch chemische Substanzen erzeugt werden. Bei der Strahlung wird in der Regel Elektronenstrahlen verwendet. Bei chemischer Behandlung werden Peroxide in das Polymer eingebracht, welche nach und nach zerfallen und freie Radikale freisetzen. Crosslinking can occur during production by introducing various catalysts, for example vulcanisers such as sulfur, into the ink and / or the resistance-conductive and / or conductive polymer. Subsequent networking is complicated and usually costly. Thus, free radicals can be generated in the resistance-conductive and / or conductive polymer. These attack the polymer chains and create reactive sites that react with other chains to create a network. These radicals can be generated either by radiation or by chemical substances. In the radiation usually electron beams is used. In chemical treatment, peroxides are introduced into the polymer, which gradually disintegrate and release free radicals.
Da es sich bei dem leitfähigen Polymer meist um eine dünne Schicht handelt ist die chemische Vernetzung möglich. Flüssige Peroxide können in das Material diffundieren und auch im Material (aber
nahe zur Oberfläche) chemische Reaktionen hervorrufen. Es kann bei gegebener Einwirkzeit eine höhere Vernetzung und somit eine höhere Stabilität im Oberflächen Material erzeugt werden. Since the conductive polymer is usually a thin layer, chemical crosslinking is possible. Liquid peroxides can diffuse into the material and also in the material (but close to the surface) cause chemical reactions. For a given exposure time, a higher crosslinking and thus a higher stability in the surface material can be produced.
Untersuchungen zur Verbesserung zeigten, dass sogar Wasserstoffperoxid einen positiven Einfluss erzeugte. Dies ist insbesondere Vorteilhaft, da es sich um eine günstige, relativ ungefährliche und relativ umweltneutrale Chemikalie im Vergleich zu anderen Peroxiden handelt. Es sind jedoch längere Improvement studies showed that even hydrogen peroxide produced a positive impact. This is particularly advantageous since it is a cheap, relatively harmless and relatively environmentally neutral chemical compared to other peroxides. But they are longer
Einwirkzeiten notwendig. Exposure times necessary.
Eine höhere Reaktivität des Wasserstoffperoxid kann auf zwei Arten erreicht werden. Zum Einem kann während der Einwirkzeit die Temperatur erhöht werden. Zum Anderen kann das Polymer durch ein Lösungsmittel anschwellen, wodurch eine erhöhte Diffusion ins Material möglich ist. Typischerweise werden bei der ersten Methode Temperaturen von 120-160°C verwendet. In diesem Temperaturbereich liegen jedoch auch die Schmelztemperatur vieler Thermoplasten eine genaue Temperaturkontrolle ist notwendig. Die zweite Methode ist auch problematisch, da Mischungen aus Peroxiden und Higher reactivity of hydrogen peroxide can be achieved in two ways. On the one hand, during the exposure time, the temperature can be increased. On the other hand, the polymer can swell by a solvent, whereby an increased diffusion into the material is possible. Typically, the first method uses temperatures of 120-160 ° C. In this temperature range, however, are also the melting temperature of many thermoplastics accurate temperature control is necessary. The second method is also problematic since mixtures of peroxides and
Lösungsmitteln die Grundlage vieler Sprengstoffe ist. Solvents is the basis of many explosives.
Zeitaufgelöst und/oder zeitlich aufgelöst bedeutet insbesondere, dass die Messung mit einer zeitlichen Auflösung erfolgt bzw. das System zu einer Messung mit einer zeitlichen Auflösung eingerichtet ist, die es erlaubt die Druckmaxima und Druckminima einer Time-resolved and / or time-resolved means, in particular, that the measurement takes place with a temporal resolution or the system is set up for a measurement with a temporal resolution, which allows the pressure maxima and pressure minima of a
menschlichen Pulswelle zu erfassen, insbesondere mit einer Ungenauigkeit von höchstens 10% in Bezug auf Druck und/oder Zeitpunkt der Druckmaxima und/oder Druckminima, in Bezug auf die Zeit insbesondere innerhalb einer Pulswelle und/oder einer Genauigkeit von 10ms oder besser. Insbesondere erfolgt die Messung und/oder ist das System eingerichtet zu einer Messung, insbesondere von mindestens einem elektrischen Leitwert, Widerstand und/oder mindestens einer Kapazität, mit einer Wiederholrate von mindestens 100Hz, insbesondere mindestens 500Hz, insbesondere mindestens 800Hz, insbesondere von mindestens 1 kHz. to detect human pulse wave, in particular with an inaccuracy of at most 10% with respect to pressure and / or time of pressure maxima and / or pressure minima, with respect to the time, in particular within a pulse wave and / or an accuracy of 10ms or better. In particular, the measurement and / or the system is set up for a measurement, in particular of at least one electrical conductivity, resistance and / or at least one capacitance, with a repetition rate of at least 100 Hz, in particular at least 500 Hz, in particular at least 800 Hz, in particular at least 1 kHz ,
Die Ermittlung der Kenngrößen des kardiovaskulären Systems beruhen auf der Analyse der Messwerte der pulsierenden Druckwelle ausgehend vom Herzen in den Arterien. The determination of the parameters of the cardiovascular system is based on the analysis of the measurements of the pulsating pressure wave from the heart in the arteries.
Da eine Genauigkeit bzw. eine Datenerfassungsrate der pulsierenden Druckwelle insbesondere von einer Millisekunde erreicht wird, können die Messwerte, in ihrer zeitlichen Abfolge auch Messwertwelle genannt, der pulsierenden Druckwelle auf Minima und Maxima hin untersucht werden. Die Werte dieser Minima und Maxima entsprechen bei korrekter Since an accuracy or a data acquisition rate of the pulsating pressure wave, in particular of one millisecond, is achieved, the measured values, also referred to as measured value wave in their time sequence, can be examined for minima and maxima of the pulsating pressure wave. The values of these minima and maxima are correct
Handhabung den Werten für den Wert des diastolischen bzw. den systolischen Anteil des herkömmlichen Blutdruckwerts. Darüber hinaus wird aus dem zeitlichen Abstand der Minima bzw. der Maxima zueinander der aktuelle Herzpuls bestimmbar und zwar von Puls zu Puls, was die Berechnung der Pulswellenvariabilität zulässt. Insbesondere die gleichzeitige Bestimmung von Herzpuls und Blutdruck ermöglicht die Berechnung des Herzzeitvolumens. Handling the values for the value of the diastolic or systolic portion of the conventional blood pressure value. In addition, from the time interval of the minima or the maxima to each other, the current heart pulse can be determined and that from pulse to pulse, which allows the calculation of the pulse wave variability. In particular, the simultaneous determination of cardiac pulse and blood pressure allows the calculation of cardiac output.
Eine erfindungsgemäße Anordnungen oder System kann auch über mehrere An arrangement or system according to the invention can also have several
Drucksensoreinheiten verfügen. Somit sind Messungen der Pulswellenlaufzeit durch Pressure sensor units feature. Thus, measurements of the pulse wave transit time are
Messungen an verschieden Messstellen möglich. Measurements at different measuring points possible.
Die Pulswellenlaufzeit kann bestimmt werden, indem mehrere, mindestens zwei, The pulse wave transit time can be determined by multiplying, at least two,
Drucksensoreinheiten und/oder mindestens eine Drucksensoreinheit und eine Vorrichtung zur Messung der Druckwelle und/oder des Pulses an mindestens zwei Messstellen am Körper die pulsierende Druckwelle und/oder den Puls aufnehmen. Der zeitliche Abstand zweier Maximas und/oder zueinander korrelierender Ereignisse, welche auf den selben Herzpuls zurückzuführen sind verwendet werden, um die Pulswellenlaufzeit zwischen den Messstellen und insbesondere unter Kenntnis des Abstandes der Messstellen und/oder der Entfernung der Messstelle zum Herzen die Pulswellengeschwindigkeit zu bestimmen.
Die Pulswellenlaufzeit kann auch durch die Analyse der Messwerte der pulsierenden Druckwelle bestimmt werden indem die Reflexionswelle bestimmt wird und der zeitliche Abstand der Reflexionswelle und der Initialwelle als Pulswellenlaufzeit bestimmt wird. Pressure sensor units and / or at least one pressure sensor unit and a device for measuring the pressure wave and / or the pulse at at least two measuring points on the body record the pulsating pressure wave and / or the pulse. The time interval between two maximas and / or correlating events which are due to the same heart pulse are used to determine the pulse wave transit time between the measuring points and in particular the distance of the measuring points and / or the distance of the measuring point to the heart, the pulse wave velocity. The pulse wave transit time can also be determined by analyzing the measured values of the pulsating pressure wave by determining the reflection wave and determining the time interval of the reflection wave and the initial wave as the pulse wave transit time.
Wenn das Herz das Blut herausdrückt gelangt die Pulswelle zunächst in den Aortenbogen, danach verzweigt sich diese Arterie in kleinere Arterien. Aufgrund der Unterschiede im When the heart pushes out the blood, the pulse wave first enters the aortic arch, then this artery branches into smaller arteries. Because of the differences in
Durchmesser vor und nach einer Verzweigung kommt es zu Reflexion bei jeder Verzweigung. Die größte Reflexion von der Amplitude her entsteht bei den kleinsten Arterien und diese kann in der Druckwelle erkannt werden. Diameter before and after a branching it comes to reflection with each branching. The largest reflection of the amplitude arises in the smallest arteries and this can be detected in the pressure wave.
Die Pulswellengeschwindigkeit kann aus der Pulswellenlaufzeit unter Kenntnis der Entfernung der Messstellen zueinander und/oder der Entfernung der Messstelle zum Herzen bestimmt werden kann. The pulse wave velocity can be determined from the pulse transit time with knowledge of the distance of the measurement sites from each other and / or the distance of the measurement site from the heart.
Auch kann die Elastizität der Arterien aus der Pulswellengeschwindigkeit z.B. mit der Moens-Korteweg Formel bestimmt werden. Also, the elasticity of the arteries can be calculated from the pulse wave velocity e.g. be determined with the Moens-Korteweg formula.
Die zeitliche Auflösung der Datenerfassung, auch Datenerfassungsrate, lässt es darüber hinaus auch zu, dass der Abstand der Sensoren zueinander nicht besonders groß sein muss und damit kann auch eine System mit mehreren Drucksensoreinheiten verwendet werden, die für den Nutzer nur als eine einzige Einheit wahrnehmbar ist. Dies ermögliche eine sehr einfache und schnelle Messung dieser Kenngrößen, welche mit heutzutage verwendeten Messgeräten langwierige Vorbereitungszeiten und eine Vielzahl unterschiedlichster Sensoren verlangen. In addition, the temporal resolution of data acquisition, including data acquisition rate, also allows the distance of the sensors from each other need not be particularly large, and thus a system with multiple pressure sensor units can be used, which is perceived by the user as a single unit , This allows a very simple and rapid measurement of these parameters, which require lengthy preparation times and a large number of different sensors with measuring devices used today.
Wie im weiteren Verlauf beschrieben wird für eine Messung erfindungsgemäß As will be described below, according to the invention for a measurement
insbesondere wie folgt durchgeführt. Das System oder die Drucksensoreinheit wird an einer geeigneten Stelle, insbesondere einer Stelle über einer Arterie, aufgebracht, dies kann z.B. eine Stelle am Handgelenk sein, und danach langsam angepresst. Das Anpressen mit einem especially as follows. The system or pressure sensor unit is applied at a suitable location, particularly at a location over an artery, e.g. be a spot on the wrist, and then slowly pressed. Pressing with a
Anpressdruck bzw. die Einstellung des Gegendrucks kann entweder durch menschliche Aktion oder durch einen autonomen Aktor erfolgen. Gleichzeitig werden Messwerte der Contact pressure or the setting of the back pressure can be done either by human action or by an autonomous actuator. At the same time, measured values of the
Drucksensoreinheit, insbesondere Leitwerte, aus denen ein Druck abgeleitet werden kann, welche von der pulsierenden Druckwelle der Arterie beeinflusst sind, erfasst. Wird der Pressure sensor unit, in particular conductances, from which a pressure can be derived, which are influenced by the pulsating pressure wave of the artery detected. Will the
Gegendruck oder Anpressdruck, insbesondere von einem Wert von 60mmHg oder weniger aus, erhöht, steigen auch die Maxima des erfassten Drucks und/oder der Messwertwelle und/oder der Messwerte. Ab einem gewissen Anpressdruck oder Gegendruck ist keine weitere Counterpressure or contact pressure, in particular from a value of 60mmHg or less, increases, the maximums of the detected pressure and / or the measured value wave and / or the measured values also increase. From a certain contact pressure or back pressure is no further
Steigerung der Maxima zu erkennen. Der Druckwert eines Maximums des Drucks und/oder der einem Maximum der Leitwerte zugeordnete Druck ist der Wert des systolischen Blutdrucks. Bei dem kleinsten Anpressdruck und/oder Gegendruck, bei dem keine weitere Steigerung der Maxima der Messewertwelle und/oder der Messwerte zu erkennen sind, entspricht der Recognize increase in maxima. The pressure value of a maximum of the pressure and / or the pressure associated with a maximum of the guide values is the value of the systolic blood pressure. At the smallest contact pressure and / or counterpressure, in which no further increase of the maxima of the measured value wave and / or the measured values can be recognized, corresponds to
Druckwert eines Minimums der Messwertwelle und/oder der einem Minimum zugeordnete Druck den diastolischen Blutdruck. Pressure value of a minimum of the measured value wave and / or the pressure associated with a minimum the diastolic blood pressure.
Dabei entspricht jeweils ein Maximum einem systolischem Blutdruck einer Pulswelle und ein Minimum einem diastolischen Blutdruck einer Pulswelle. In each case a maximum corresponds to a systolic blood pressure of a pulse wave and a minimum to a diastolic blood pressure of a pulse wave.
Insbesondere wenn bei diesem Gegendruck oder Anpressdruck, ab dem bei weiterer Especially if at this counterpressure or contact pressure, from the next
Steigerung keine weitere Steigerung der Maxima der Messewertwelle und/oder der Messwerte zu erkennen sind, verharrt wird, kann eine kontinuierliche Messung erfolgen, bei der jeder Druckwert eines Maximums des Drucks und/oder der jedem Maximum der Leitwerte Increase no further increase in the maxima of the measured value wave and / or the measured values can be seen, a continuous measurement can be carried out, in which each pressure value of a maximum of the pressure and / or the maximum of the guide values
zugeordnete Druck den Wert des systolischen Blutdrucks der jeweiligen Pulswelle darstellt
und/oder jeder Druckwert eines Minimums der Messwertwelle und/oder jeder einem Minimum zugeordnete Druck den diastolischen Blutdruck einer Pulswelle darstellt. associated pressure represents the value of the systolic blood pressure of the respective pulse wave and / or any pressure value of a minimum of the measured value wave and / or any pressure associated with a minimum represents the diastolic blood pressure of a pulse wave.
Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren so durchgeführt und/oder ist das System so ausgestaltet, dass mindestens ein Druckwert, insbesondere mindestens zwei Druckwerte, mindestens jeder zwanzigsten, insbesondere mindestens jeder zehnten, insbesondere jeder zweiten oder jeder Pulswelle, insbesondere von mindestens 50, insbesondere von mindestens 500, aufeinanderfolgenden Pulswellen, ermittelt und/oder angezeigt werden. Dabei werden zeitgleich insbesondere 5 bis 20 Druckwerte und/oder Druckwerte zu 5 bis 20 Pulswellen angezeigt. With particular advantage, the method is carried out and / or the system is designed so that at least one pressure value, in particular at least two pressure values, at least every twentieth, in particular at least every tenth, in particular every second or each pulse wave, in particular of at least 50, in particular of at least 500, consecutive pulse waves, determined and / or displayed. At the same time, in particular 5 to 20 pressure values and / or pressure values for 5 to 20 pulse waves are displayed.
Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren so durchgeführt und/oder ist das System so ausgestaltet, dass kontinuierlich, also insbesondere mindestens jede zwanzigste, insbesondere mindestens jede zehnte, insbesondere jede zweite oder jede Pulswelle von mindestens 500 aufeinanderfolgenden Pulswellen vermessen und/oder aus mindestens jeder zwanzigsten, insbesondere mindestens jeder zehnten, insbesondere jeder zweiten oder jeder Pulswelle von mindestens 500 aufeinanderfolgenden Pulswellen mindestens ein Blutdruckwert, ein Wert der Arterienelastizität, ein Wert der Pulswellenlaufzeit, ein Wert der Pulswellengeschwindigkeit und/oder ein Wert der Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder ein Wert des With particular advantage, the method is carried out and / or the system is designed so that continuously, so in particular at least every twentieth, especially measured at least every tenth, in particular every second or each pulse wave of at least 500 consecutive pulse waves and / or at least every twentieth , at least every tenth, in particular every second or every pulse wave of at least 500 consecutive pulse waves at least one blood pressure value, an arterial elasticity value, a pulse wave transit time value, a pulse wave velocity value and / or a cardiac output change value and / or a value of
Herzzeitvolumens ermittelt und/Oder angezeigt wird. Dabei werden zeitgleich insbesondere 5 bis 20 Werte und/oder Werte zu 5 bis 20 Pulswellen angezeigt. Cardiac output and / or is displayed. In particular, 5 to 20 values and / or values of 5 to 20 pulse waves are displayed at the same time.
Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren so durchgeführt, dass der Blutdruck, die Arterienelastizität, die Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindig keit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder des The method is particularly advantageously carried out such that the blood pressure, the arterial elasticity, the pulse wave transit time, the pulse wave velocity, the pulse wave and / or changes of the cardiac output and / or the cardiac output
Herzzeitvolumens, insbesondere der Druckverlauf der Pulswelle, an mindestens zwei, insbesondere vier, Extremitäten gemessen wird und die Messwerte der Messungen an den Extremitäten verglichen werden, insbesondere jeweils die, die auf den selben Herzschlag zurückzuführen sind . Cardiac output, in particular the pressure curve of the pulse wave, is measured on at least two, in particular four, extremities and the measured values of the measurements on the extremities are compared, in particular those which are attributable to the same heartbeat.
Mit besonderem Vorteil ist das System eingerichtet, zum Messen des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der Pulswellenlaufzeit, der Pulswellengeschwindig keit, der Pulswelle und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder des Particularly advantageously, the system is arranged to measure blood pressure, arterial elasticity, pulse wave transit time, pulse wave velocity, pulse wave, and / or changes in cardiac output and / or heart rate
Herzzeitvolumens, insbesondere des Druckverlaufs der Pulswelle, an mindestens zwei, insbesondere vier, Extremitäten, wobei es pro Extremität insbesondere mindestens eine Drucksensoreinheit aufweist und zum Vergleich der Messwerte der Messungen an den Extremitäten, insbesondere jeweils derjenigen Messwerte, die auf denselben Herzschlag zurückzuführen sind . Cardiac output, in particular the pressure curve of the pulse wave, at least two, in particular four, extremities, wherein it has at least one pressure sensor unit per extremity and to compare the measured values of the measurements on the extremities, in particular those measured values that are due to the same heartbeat.
Dabei werden insbesondere an zwei bis auf die Anordnung links/rechts gleichen Extremitäten, insbesondere an gleichen Blutgefäßen, insbesondere Arterien, gemessen, insbesondere an identischen Stellen gegenüberliegender Körperseiten . In this case, in particular at two except for the left / right arrangement of the same limbs, in particular on the same blood vessels, in particular arteries, measured, in particular at identical locations opposite body sides.
Bei den Maxima und/oder Minima handelt es sich insbesondere um lokale Maxima und Minima. The maxima and / or minima are in particular local maxima and minima.
Kalibrierungen, die hier vorgestellt werden, sind nicht vom Nutzer durchzuführen, sondern können automatisiert bzw. bei der Herstellung erfolgen. Calibrations presented here are not to be performed by the user, but can be automated or made during production.
Bei der, in diesem Patent beschriebenen Drucksensoreinheiten gibt es keine There are none in the pressure sensor units described in this patent
Beeinflussung durch Beschleunigungskräfte. Influenced by acceleration forces.
Der Grund für die optionale Verwendung eines Beschleunigungssensors in diesem Patent beruht auf der Tatsache, dass der Wert des Blutdrucks an verschiedenen Stellen im Körper und
auch bei verschiedenen Höhen zum hydrostatischen Indifferenzpunkt (HIP) (Änderungen der Höhe einer Messstelle zum HIP wird z.B. am Arm durch eine Armbewegung ausgelöst.) gemessen werden soll. Durch die Kenntnis der aktuellen Höhe zum HIP kann auch in der Bewegung ein Wert für den Blutdruck am HIP bestimmt werden, obwohl die Messstelle sich z.B. am Arm befindet. The reason for the optional use of an acceleration sensor in this patent is based on the fact that the value of the blood pressure at different points in the body and also at different heights to the hydrostatic indifferent point (HIP) (changes in the height of a measuring point to the HIP is triggered, for example, on the arm by an arm movement). By knowing the current altitude for the HIP, a value for the blood pressure at the HIP can also be determined in the movement, even though the measuring point is located, for example, on the arm.
Bei der Verwendung eines Sensorarrays aufweisend mehrere, insbesondere aneinander angrenzende, Drucksensoreinheiten, kann der Sensor gewählt werden, welcher am optimalsten über einer Arterie liegt, dies erhöht die Benutzerfreundlichkeit, da eine aufwendige Platzierung des Sensormoduls nicht notwendig ist. Ferner kann ein Sensorarray verwendet werden, um die Pulswellenlaufzeit an der Messstelle durch die Auswertung der Messwerte der pulsierenden Druckwelle von mindestens zwei Drucksensoreinheiten des Sensorarrays zu ermitteln. Dabei werden insbesondere mindestens zwei Maxima der Messwerte der Pulswelle benutzt, die insbesondere auf denselben Herzschlag zurückzuführen sind. Insbesondere bei bekannter Strecke zwischen den mindestens zwei Drucksensoreinheiten lässt sich daraufhin, When using a sensor array comprising a plurality of, in particular adjacent, pressure sensor units, the sensor can be selected, which is most optimal over an artery, this increases the ease of use, since a complex placement of the sensor module is not necessary. Furthermore, a sensor array can be used to determine the pulse transit time at the measuring point by evaluating the measured values of the pulsating pressure wave from at least two pressure sensor units of the sensor array. In particular, at least two maxima of the measured values of the pulse wave are used, which are attributable in particular to the same heartbeat. In particular, with a known distance between the at least two pressure sensor units can then be,
insbesondere mithilfe der Auswerteeinheit, eine Pulswellenlaufzeit errechnen. especially with the aid of the evaluation unit, calculate a pulse transit time.
Bei einer anderen erfinderischen Anordnung nach diesem Patent können mehrere Sensoren getrennt voneinander organisiert sein, sodass ein Sensor bspw. nahe dem Herzen angebracht werden kann und ein anderer bspw. an einer geeigneten Stelle am Handgelenk angebracht werden kann. Die Auswertung der Messwertwelle der pulsierenden Druckwelle ermöglicht hier die Berechnung der Pulswellenlaufzeit vom Herzen zum Handgelenk. In another inventive arrangement according to this patent, a plurality of sensors may be organized separately from each other so that one sensor may be mounted near the heart, for example, and another may be attached to the wrist at a suitable location, for example. The evaluation of the measured value wave of the pulsating pressure wave enables the calculation of the pulse wave transit time from the heart to the wrist.
Die Erfindung kommt mit einer minimalen Sensorgröße aus und bedarf keines invasiven Eingriffs in den Körper. The invention does with a minimum sensor size and requires no invasive intervention in the body.
Unter Verwendung von Drucksensoreinheiten, die durch Kraftbeaufschlagung messen, kann der Sensor direkt auf die Haut aufgelegt werden, siehe Fig. 1 Buchstabe O. Bevorzug ist die Größe der Drucksensoreinheit, insbesondere Ihrer Drucksensitiven Fläche und/oder deren Using pressure sensor units that measure by force, the sensor can be placed directly on the skin, see Fig. 1 letter O. Favor is the size of the pressure sensor unit, in particular your pressure-sensitive surface and / or
Auflagefläche auf der Haut nicht größer als ein Kirschstein und oder kleiner als 15 mm, insbesondere kleiner 10 mm , insbesondere kleiner gleich 5mm im Durchmesser, insbesondere um auf der Haut eine Blutdruckmessung durchzuführen. Support surface on the skin not larger than a cherry stone and or smaller than 15 mm, in particular less than 10 mm, in particular less than or equal to 5 mm in diameter, in particular in order to carry out a blood pressure measurement on the skin.
Die Funktionsweise der Erfindung ist an die Funktionsweise der klassischen Methode zur Blutdruckmessung, der Riva Rocci Methode, angelehnt. Erweitert diese jedoch um die zeitliche Auflösung der Wertebestimmung des Blutdrucks und kann daher auch für eine kontinuierliche Langzeitmessung verwendet werden. Zudem ist die Messung aufgrund der kleinen The operation of the invention is based on the operation of the classical method for blood pressure measurement, the Riva Rocci method. However, this extends the temporal resolution of blood pressure value determination and can therefore also be used for continuous long-term measurement. In addition, the measurement is due to the small
Sensorgröße weniger schmerzhaft. Dies ist vor allem vorteilhaft bei einer kontinuierlichen Langzeitmessung. Sensor size less painful. This is especially advantageous in a continuous long-term measurement.
Die Drucksensoreinheiten und eine Auswerteeinheit kann alleinig genutzt werden. The pressure sensor units and an evaluation unit can be used alone.
Vorteilhafterweise wird jedoch die Drucksensoreinheit mit einer Auswerteeinheit und/oder Energieeinheit und/oder Funkeinheit in einem System und/oder einem Gerät und/oder in einem Kleidungsstück integriert und/oder als Aufsatz konzipiert. Advantageously, however, the pressure sensor unit is integrated with an evaluation unit and / or energy unit and / or radio unit in a system and / or a device and / or in a garment and / or designed as an essay.
Als mögliche Kleidungsstücke kommen Armbänder, Fußbänder, Schuhe, Ringe oder Ohrclips in Frage. Ferner kann die erfinderische Anordnung auch mit Hilfe von speziell angefertigten Gurten am Körper befestigt werden. Possible garments are bracelets, footbands, shoes, rings or ear clips. Furthermore, the inventive arrangement can also be attached to the body with the help of specially made straps.
Wird die erfinderische Anordnung und/oder das System als Aufsatz konzipiert kann diese(s) durch Aufstecken auf ein herkömmliches Armband oder bspw. durch Aufstecken oder einlegen am Schuh / Zunge (Fußrücken) am Körper befestigt werden.
Vorteilhafterweise kann die erfinderische Anordnung und/oder das System auch durch einen Aktor erweitert werden, welcher einen Grunddruck oder Anpressdruck auf die If the inventive arrangement and / or the system designed as essay this (s) by attaching to a conventional bracelet or, for example, by attaching or inserting the shoe / tongue (back of the foot) are attached to the body. Advantageously, the inventive arrangement and / or the system can also be extended by an actuator which a base pressure or contact pressure on the
Drucksensoreinheit ausüben kann und/oder die Drucksensoreinheit und/oder das Sensorarray mit einen Grunddruck oder Anpressdruck auf die Haut anpresst und/oder andrückt. Die erfinderische Anordnung kann jedoch auch ohne einen Aktor betrieben werden. Can exert pressure sensor unit and / or presses the pressure sensor unit and / or the sensor array with a base pressure or contact pressure on the skin and / or presses. However, the inventive arrangement can also be operated without an actuator.
Wie im weiteren in dieser Patentschrift beschrieben soll, kann die erfinderische Anordnung so am Körper angebracht werden, dass ein Druck auf den Körper durch die Drucksensoreinheit ausgeübt werden kann. As will be further described in this specification, the inventive arrangement can be mounted on the body so that pressure can be applied to the body by the pressure sensor unit.
Dabei sind besonders Orte am Körper vorteilhaft, an denen der Puls des arteriellen Systems spürbar ist. Dies sind bspw. unter anderen Positionen an den Handgelenken oder Positionen auf den Fußrücken. In particular, places on the body are advantageous in which the pulse of the arterial system is noticeable. These are, for example, under other positions on the wrists or positions on the backs of the feet.
Theoretisch kann eine Art Technologie, wie die eines FSR Sensor (Force Sensing Theoretically, a type of technology, such as an FSR sensor (Force Sensing
Resistor), für die Messung des Blutdrucks als Drucksensoreinheit Anwendung finden. Diese Technologie ist in einer Patentschriftschrift von Interlink beschrieben und in einer Vielzahl von Veröffentlichungen der Firma Interlink für den Fachmann im Internet zugänglich. Dieser beschriebene Drucksensor wird auch von der Firma Interlink produziert und ist seit vielen Jahren im Handel erhältlich. Den Drucksensor gibt es in unterschiedlichen Baugrößen. Die unter dem Begriff der aufgeführten FSR Sensoren funktionieren, indem eine elektrisch leitende Paste oder Stoff auf den Trägerwerkstoff, jedoch oberhalb der elektrischen Leitungen, aufgebracht wird. Resistor), for the measurement of blood pressure as a pressure sensor unit application. This technology is described in a patent by Interlink and in a variety of publications by the company Interlink accessible to the skilled person on the Internet. This described pressure sensor is also produced by the company Interlink and has been commercially available for many years. The pressure sensor is available in different sizes. The FSR sensors listed below function by applying an electrically conductive paste or substance to the carrier material, but above the electrical leads.
Meist wird jedoch eine drucksensitive und widerstandsleitfähige Folie verwendet, die mit einer Trägerschicht auf die elektrische Leiterbahnen aufgebracht wird und mittels doppelseitiger Klebeschicht miteinander verbunden werden. Dem Fachmann liegen notwendige Informationen hierzu vor. Die Angebote der Firma„Interlink" zu FSR Sensoren beschränken sich jedoch auf eine drucksensitive Folie, die ihre Widerstandsleitfähigkeit bei Beaufschlagung von Drücken, bzw. Gewichten verändert. In most cases, however, a pressure-sensitive and resistance-conductive film is used, which is applied with a carrier layer to the electrical conductor tracks and connected to each other by means of double-sided adhesive layer. The person skilled in the necessary information is available. However, the offerings of the company "Interlink" to FSR sensors are limited to a pressure-sensitive film that changes their resistance conductivity when exposed to pressures or weights.
Die FSR Sensoren Technologie wurde nicht für eine genaue und kontinuierlich The FSR sensors technology was not for accurate and continuous
gleichbleibende Druckmessung entwickelt. Starke Schwankungen innerhalb der kontinuierlichen Aufnahme von Messwerten führen zur Untauglichkeit in der Messung von Gewicht und damit auch der medizinischen Anwendung. consistent pressure measurement developed. Strong fluctuations in the continuous recording of measured values lead to unfitness in the measurement of weight and thus also the medical application.
Eine Kalibrierung der herkömmlichen Sensoren kann erfolgen, indem der Sensor mit einem bekannten Druck belastet wird. Dies kann beispielsweise ein motorisiertes Armband sein, welches durch definiertes Zusammenziehen einen bekannten Druck einstellt. Dieser Druck des Armbands kann z.B. durch Dehnungsmessstreifen (diese sind für die eigentliche Messung nicht verwendbar, da die zeitliche Auflösung zu gering ist) ermittelt werden. A calibration of the conventional sensors can be done by loading the sensor with a known pressure. This may, for example, be a motorized bracelet which sets a known pressure by defined contraction. This pressure of the bracelet may e.g. by strain gauges (these are not usable for the actual measurement because the temporal resolution is too low) can be determined.
Vorteilhaft wird jedoch die Kalibrierung mit Hilfe eines, insbesondere im System However, calibration with the aid of one, in particular in the system, is advantageous
beinhalteten, Vibrationsmotors und/oder durch Variation des Anpressdrucks durch den included, vibration motor and / or by varying the contact pressure by the
Vibrationsmotor durchgeführt. Dieser kann durch geeignete elektrische Schaltung, dem Vibration motor performed. This can be done by suitable electrical circuit, the
Fachmann ist dies bekannt, den Sensor mit einem definierten Druck beaufschlagen und so eine Kalibrierung durchführen. Beispielsweise kann eine Drucksensoreinheit an der Innenseite eines Bands angebracht werden. Zwischen Sensor und Band kann der Vibrationsmotor angeordnet sein. This is known to the expert, apply a defined pressure to the sensor and thus perform a calibration. For example, a pressure sensor unit may be attached to the inside of a belt. Between sensor and belt, the vibration motor can be arranged.
Vibriert der Motor so drückt dieser Band und Sensor auseinander, bzw. wenn das Band am Arm getragen wird, führt dieses Auseinanderdrücken zu einer Änderung des Anpressdrucks der
Drucksensoreinheit auf die Haut. Insbesondere ist somit ein Vibrationsmotor zwischen If the motor vibrates, this band and sensor will push apart, or if the band is worn on the arm, this separation will lead to a change in the contact pressure of the belt Pressure sensor unit on the skin. In particular, thus, a vibration motor between
Umschließungsvorrichtung und Drucksensoreinheit angeordnet. Enclosing device and pressure sensor unit arranged.
Vorteilhafterweise wird jedoch eine werksseitige, insbesondere einmalige, Kalibration verwendet. Advantageously, however, a factory, especially unique, calibration is used.
Die Erfindung bevorzugt kleine und in ihrer Anwendung zur Blutdruckmessung spezielle Bauformen, insbesondere in Form eines elastischen Formkörpers, als Lösung. The invention prefers small and in their application for blood pressure measurement specific designs, in particular in the form of an elastic molding, as a solution.
Vorteilhafterweise sollten folgende Anforderungen an den Sensor erfüllt sein: Advantageously, the following requirements should be fulfilled for the sensor:
• Flexible Form, damit der Sensor sich an die jeweilige Messstelle am Körper anpassen kann und/oder • Flexible shape, so that the sensor can adapt to the respective measuring point on the body and / or
• Weiche Ausgestaltung des Sensors, um Verletzungen vorzubeugen und/oder • Soft design of the sensor to prevent injury and / or
• Eine Form, die sich den Körper anpasst, um eine möglichst große Bedeckung des Sensors zu erreichen und/oder • A shape that adapts to the body to maximize coverage of the sensor and / or
• Eine kleine Sensorgröße, vorteilhafterweise mit einem Durchmesser von 5mm oder kleiner. Jedoch sind auch größer und kleinere Größen möglich und/oder • A small sensor size, advantageously with a diameter of 5mm or smaller. However, larger and smaller sizes are possible and / or
• Eine gleichbleibende Qualität der Messung, möglichst ohne Kalibrierung, vorweisen. Eine kontinuierliche Messung über zwei Wochen hinweg oder mehr muss mindestens gewährleistet werden und/oder • Have a consistent quality of the measurement, if possible without calibration. A continuous measurement over two weeks or more must at least be guaranteed and / or
• Ein Messbereich, der den zu erwartenden Blutdruckbereich abdeckt, Dieser sollte mindestens von 40mmHg oder 5kPascal und/oder bis 300mmHg oder 40kPascal sein und/oder • A measuring range covering the expected blood pressure range should be at least 40mmHg or 5kPascal and / or up to 300mmHg or 40kPascal and / or
• Eine Druck-Auflösung von 0.5mmHg oder kleiner vorweisen und/oder • Have a print resolution of 0.5mmHg or smaller and / or
• Eine Zeit-Auflösung von 1 ms oder kleiner vorweisen und/oder • Have a time resolution of 1 ms or less and / or
• Der Sensor sollte das Signal so wenig wie möglich dämpfen und/oder • The sensor should attenuate the signal as little as possible and / or
• Wetter- und feuchtigkeitsfest sein. Dies umfasst auch die Resistenz gegen Schweiß und/oder Die Messwertermittlung muss mit geringen Energiebedarf möglich sein, um eine mobile Messung z.B. Batteriebetrieben zu ermöglichen und/oder • Weather and moisture proof. This also includes the resistance to perspiration and / or The measured value determination must be possible with low energy consumption in order to achieve a mobile measurement, e.g. To enable battery power and / or
• Die Messwertermittlung muss mit wenigen weiteren Komponenten neben dem eigentlichen Sensor möglich sein, um eine kleine Bauform zu ermöglichen. • The measured value determination must be possible with a few other components in addition to the actual sensor to allow a small design.
Daher verwendet die Erfindung insbesondere neue Typen an Sensoren als Therefore, the invention particularly uses new types of sensors as
Drucksensoreinheit, die im Folgenden vorgestellt werden sollen, aber auch der Einsatz eines FSR Sensors oder Piezosensors als Drucksensoreinheit ist möglich. Pressure sensor unit, which will be presented below, but also the use of an FSR sensor or piezo sensor as a pressure sensor unit is possible.
Vorteilhafterweise kann zur Messung des Herzzeitvolumens ein SRS Sensor (Schaltbarer resistiver Sensor) verwendet werden. Dieser Sensortyp verfügt über mehrere Messbereiche (mindestens zwei voneinander verschiedenen Messbereiche). Dies ermöglicht beispielsweise gemeinsam einen großen Messbereich abzudecken, der durch die Summe der Messbereiche gegeben ist und/oder einen oder mehrere Messbereich mit unterschiedlichen Genauigkeiten abzudecken. Mit besonderem Vorteil überlappen sich die Messbereiche zumindest teilweise und/oder weisen sie unterschiedliche Größen und/oder Spannen auf. Aus unterschiedlichen Spannen ergeben sich bei gleichen absoluten Leitwertveränderungen über die jeweiligen Messspannen und gleicher Messgenauigkeit insbesondere unterschiedliche Auflösungen der Messung, insbesondere des Drucks. Ferner sind die einzelnen Messbereiche unabhängig voneinander, d.h. die Messung des Blutdrucks ist gleichzeitig in den verschiedenen Advantageously, an SRS sensor (switchable resistive sensor) can be used to measure cardiac output. This sensor type has several measuring ranges (at least two different measuring ranges). This makes it possible, for example, to jointly cover a large measuring range, which is given by the sum of the measuring ranges and / or to cover one or more measuring ranges with different accuracies. With particular advantage, the measuring areas overlap at least partially and / or they have different sizes and / or spans. In particular, different resolutions of the measurement, in particular of the pressure, result from different ranges for the same absolute changes in conductance over the respective measuring ranges and the same measuring accuracy. Furthermore, the individual measuring ranges are independent of each other, i. the measurement of blood pressure is simultaneous in the different
Messbereichen und somit insbesondere in verschiedenen Genauigkeiten und/oder in verschiedenen Messbereichen und/oder Beaufschlagungsbereichen möglich. Vorteilhafterweise überschneiden sich die Beaufschlagungsbereiche.
Im Vergleich zu anderen Sensortypen bspw. FSR Sensoren (Force Sensing Resistor) der Firma Interlink oder piezoelektrische Sensoren kann ein großer gesamt Meßbereich erfasst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da bei der Bewegung des Körpers das zeitlich veränderliche Blutdrucksignal aufgrund der Höhe des Sensors, Meßpunkt bspw. an den Extremitäten, zum HIP variiert. Die Variation des Blutdrucksignals kann mehrere Ursachen haben. Neben der Bewegung des Körpers, können bspw. Temperaturänderungen oder Measuring ranges and thus in particular in different accuracies and / or in different measuring ranges and / or admission areas possible. Advantageously, the admission areas overlap. In comparison to other sensor types, for example FSR sensors (Force Sensing Resistor) from Interlink or piezoelectric sensors, a large total measuring range can be recorded. This is particularly advantageous since during the movement of the body, the time-varying blood pressure signal due to the height of the sensor, measuring point, for example. At the extremities, varies to the HIP. The variation of the blood pressure signal can have several causes. In addition to the movement of the body, for example, temperature changes or
Medikamente zur plötzlichen Änderung des Blutdrucksignals führen. Drugs lead to a sudden change in the blood pressure signal.
Im Unterschied zu FSR Sensoren weisen SRS Sensoren mindestens drei Unlike FSR sensors, SRS sensors have at least three
Leiterbahnanordnungen oder Leiterbahnnetze auf oder leitfähige Schichten auf, wogegen FSR Sensoren nur zwei Leiterbahnanordnungen oder -netze aufweisen. VSR Sensoren weisen für die Auslesung der Leitwerte und/oder Widerstände ebenfalls insbesondere nur zwei Track assemblies or trace networks on or conductive layers, whereas FSR sensors have only two trace arrangements or networks. VSR sensors also have only two, in particular, for the reading of the conductance values and / or resistances
Leiterbahnanordnungen oder Leiterbahnnetze auf. Mindestens eine weitere Track assemblies or trace networks on. At least one more
Leiterbahnanordnungen oder Leiterbahnnetz oder Elektrode ist jedoch für die Induzierung notwendig. Trace arrangements or trace network or electrode, however, is necessary for the induction.
Ein Leiterbahnanordnung, ein Leiterbahnnetz, eine oder eine Anordnung eines A printed conductor arrangement, a printed conductor network, or an arrangement of a
Leiterbahnnetzes weist mindestens einen Leiterabschnitt, insbesondere mehrere Track network has at least one conductor section, in particular a plurality
Leiterabschnitte, auf, der/die insbesondere verzweigt und oder flächig und/oder fingerartig und/oder gewunden, es/sie kann Maschen und/oder Öffnungen aufweisen und/oder Conductor sections on, in particular branched and or flat and / or finger-like and / or tortuous, it / they may have meshes and / or openings and / or
labyrinthartig ausgebildet sein. be formed labyrinthine.
Die Leiterbahnanordnungen oder Leiterbahnnetze sind insbesondere ineinander verschränkt und/oder weisen insbesondere parallele Leiterbahnabschnitt auf. The interconnect arrangements or interconnect networks are interlocked in particular and / or in particular have a parallel interconnect section.
Die Leiterbahnen, Leiterbahnabschnitte oder leitfähige Schichten können beispielsweise metallisch und/oder dotierte Halbleiter sein und/oder durch leitfähiges Polymer gebildet sein. The conductor tracks, conductor track sections or conductive layers may, for example, be metallic and / or doped semiconductors and / or be formed by conductive polymer.
Leitfähige Schichten sind insbesondere flächig ohne Löcher oder Aussparungen ausgebildet. Conductive layers are formed in particular flat without holes or recesses.
Ein leitfähiges Polymer hat in der Regel einen höheren Widerstand als ein metallischer Leiter, wie bspw. Kupfer. Daher sollte nur das mit leitfähigen Polymer gedruckt oder ausgeführt werden, was absolut notwendig ist, da ansonsten entweder ein höherer Energiebedarf zu erwarten ist oder die Signalqualität leiden kann. Im Falle von digitalen Leitungen kann die Signalübertragung bei zu langen Leitern aus Polymer beeinträchtigt werden. A conductive polymer typically has a higher resistance than a metallic conductor, such as copper. Therefore, only that with conductive polymer should be printed or executed, which is absolutely necessary, otherwise either a higher energy requirement is expected or the signal quality may suffer. In the case of digital lines, the signal transmission may be affected by too long polymer conductors.
Leitende Polymere haben neben dem Widerstand im Leiter auch einen erhöhten Kontaktwiderstand. Dies bedeutet, dass bei einem simplen Anpressens eines metallischen Leiters auf einen Polymerleiter (z.B. durch Crimpen) in der Regel kein guter Kontakt herzustellen ist. Jedoch lässt sich ein Übergang von Polymer zu metallischen Leitern meist nicht vermeiden. Conductive polymers have in addition to the resistance in the conductor also an increased contact resistance. This means that in a simple pressing of a metallic conductor on a polymer conductor (for example by crimping) is usually not good contact to produce. However, a transition from polymer to metallic conductors is usually unavoidable.
Da Polymere, insbesondere zur Verwendung im 3D-Druck, jedoch aufschmelzbar sind, ergibt sich eine andere Variante der Verbindung, indem der metallische Leiter erhitzt wird und in den Polymerleiter hineingedrückt wird. Dadurch schmilzt der Polymerleiter lokal auf und der metallische Leiter sinkt ein. Nach dem Abkühlen besteht ein elektrischer Kontakt. So kann der metallische Leiter in dem Polymer eingebettet sein. However, since polymers, especially for use in 3D printing, are fusible, another variant of the compound results by heating the metallic conductor and pressing it into the polymer conductor. As a result, the polymer conductor melts locally and the metallic conductor sinks. After cooling, there is an electrical contact. Thus, the metallic conductor may be embedded in the polymer.
Zur Verbesserung der mechanischen und elektrischen Verbindung kann das Ende des metallischen Leiters in Form eines Netzes oder einer oder mehrerer Ösen ausgeformt sein To improve the mechanical and electrical connection, the end of the metallic conductor may be formed in the form of a net or one or more eyelets
Da der SRS Sensor das Signal der pulsierenden Druckwelle durch die mindestens drei Leiterbahnanordnungen oder leitenden Schichten mit mehreren Meßbereichen gleichzeitig
erfassen kann, kann, ohne ein Umschalten der Ausleseelektronik, der beste Messbereich verwendet werden. Because the SRS sensor transmits the signal of the pulsating pressure wave through the at least three interconnects or conductive layers having multiple sensing areas simultaneously can, without switching the readout electronics, the best measuring range can be used.
Ein weiterer vorteilhafter Sensor ist der VRS (Variabler resitiver Sensor). Hierbei handelt es sich um einen Sensor, dessen Messbereich durch elektrische Induzierung verändert werden kann. Dabei wird der Messbereich insbesondere durch Induzierung in das funktionale Polymer des Sensors oder der Drucksensoreinheit verändert. Somit ist auch mit diesem Sensortyp ein großer Messbereich abdeckbar. Another advantageous sensor is the VRS (Variable Resitive Sensor). This is a sensor whose measuring range can be changed by electrical induction. In this case, the measuring range is changed in particular by induction into the functional polymer of the sensor or of the pressure sensor unit. Thus, even with this type of sensor, a large measuring range can be covered.
Bei den VRS Sensoren kann die Leiterbahnanordnung zur Ermittlung der Leitwerte und/oder Widerstände gewählt werden wie bei FSR Sensoren, es wird jedoch zusätzlich das Polymer durch eine elektrische Induzierung in seiner Empfindlichkeit verändert. Die In the case of the VRS sensors, the conductor track arrangement can be selected to determine the conductance values and / or resistances as in the case of FSR sensors, but in addition the polymer is changed in its sensitivity by an electrical induction. The
Messbereichswahl erfolgt beliebig durch den Grad der elektrischen Induzierung. Range selection is arbitrary by the degree of electrical induction.
Generell sind die Leiterbahnanordnungen, Leiterbahnnetze und/oder mindestens eine leitenden Schicht insbesondere auf einer elektrisch isolierenden Trägerschicht angeordnet. In general, the conductor track arrangements, conductor track networks and / or at least one conductive layer are arranged in particular on an electrically insulating carrier layer.
Bei der Verwendung dieses Sensortyps gibt es prinzipiell zwei Messverfahren. Zum Einem kann ein fester Messbereich eingestellt werden, welcher nur bei Bedarf umgestellt wird, das Signal der pulsierenden Druckwelle wird direkt gemessen. Zum Anderem kann der Druck auch indirekt gemessen werden, indem die elektrische Induzierung zu Messbereichsauswahl verändert wird, bis sich ein vorgegebenes Signal ergibt. Der eigentliche Messwert ist hierbei die Einstellung der elektrischen Induzierung. Die direkte Messung ermöglicht eine schnellere Messwertgenerierung, wohingegen die indirekte Messung genauere Messwerte ermöglicht. When using this sensor type, there are basically two measuring methods. On the one hand, a fixed measuring range can be set, which is only changed if necessary, the signal of the pulsating pressure wave is measured directly. On the other hand, the pressure can also be measured indirectly by changing the electrical induction to range selection until a given signal results. The actual measured value here is the setting of the electrical induction. The direct measurement allows a faster generation of measured values, whereas the indirect measurement allows more accurate measurements.
Der prinzipielle Aufbau der Leiterbahnen eines VRS Sensors ist insbesondere analog zu dem Aufbau eines SRS Sensors mit zwei Messbereichen, also mit drei Leiterbahnnetzen. The basic structure of the tracks of a VRS sensor is in particular analogous to the structure of an SRS sensor with two measuring ranges, ie with three interconnect networks.
Jedoch werden insbesondere nur zwei Leiterbahnnetze verwendet, zwischen denen der Widerstand gemessen wird und als Messwert Verwendung findet. Insbesondere wird ein dritte Leiterbahnnetz, eine Elektrode und/oder dritte leitende Schicht zusammen mit einer weiteren (vierten) leitenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite (von den Leiterbahnnetzen aus gesehen) des funktionellen Polymers verwendet. Zwischen der weiteren (vierten) leitenden Schicht und dem dritten Leiterbahnnetz, der Elektrode und/oder dritten leitende Schicht wird eine Spannung angelegt, insbesondere um eine Spannung zu Induzieren und/oder die However, in particular only two interconnect networks are used, between which the resistance is measured and used as a measured value. In particular, a third interconnect network, an electrode and / or third conductive layer is used together with another (fourth) conductive layer on the opposite side (as viewed from the interconnect networks) of the functional polymer. Between the further (fourth) conductive layer and the third interconnect network, the electrode and / or third conductive layer, a voltage is applied, in particular to Induce a voltage and / or the
Eigenschaften des funktionellen Polymers zu ändern. Properties of the functional polymer to change.
Das funktionellen Polymer hat die Eigenschaft auf diese angelegte Spannung zu reagieren. Die Reaktion besteht in einer Veränderung des Messbereichs. Dabei gibt es zwei Wirkmechanismen welche einzeln oder zusammen ausgenutzt werden können. Zum Einem kann die elektrische Leitfähigkeit des Polymeres verändert werden. Zum Anderen können die mechanischen Eigenschaften verändert werden. The functional polymer has the property of reacting to this applied voltage. The reaction consists in a change of the measuring range. There are two mechanisms of action that can be exploited individually or together. On the one hand, the electrical conductivity of the polymer can be changed. On the other hand, the mechanical properties can be changed.
Ein Beispiel für ein funktionelles Polymer, was seine elektrischen Eigenschaften verändern kann, besteht aus einem nicht leitenden weichen Grundmaterial, in dass längliche elektrisch leitende Partikel eingebracht sind. Darüber hinaus verfügen die Partikel über ein elektrisches Dipolmoment. An example of a functional polymer that may alter its electrical properties is a non-conductive soft base material in which elongated electrically conductive particles are incorporated. In addition, the particles have an electric dipole moment.
Ohne angelegte Spannung sind diese Partikel wahllos orientiert. Durch das Anlegen einer Spannung orientieren sich die Partikel entlang ihres Dipolmoments. Der durchschnittliche Winkel der Ausrichtung der Partikel zum Feld der angelegten Spannung hängt von der Stärke der angelegten Spannung ab. Die elektrischen Eigenschaften senkrecht zum Spannungsfeld, also in Messrichtung des Widerstands des Sensors hängen vom Abstand der leitenden Partikel in der Messrichtung ab.
Werden stäbchenförmige Partikel verwendet, die sich bei einer angelegten Spannung senkrecht zur Sensorfläche ausrichten, so erhöht sich der Abstand der Partikel in Messrichtung (parallel zur Sensorfläche) bei Ausrichtung und der innere Widerstand des Polymers steigt. Für den gleichen Widerstand zwischen den ersten beiden Leiterbahnnetzen muss nun das Polymer fester an die Leiterbahnen gedrückt werden, damit ein kleinerer Kontaktwiderstand entsteht, der den nun größeren inneren Widerstand des Polymers aufwiegt. Der Messbereich der Without applied stress, these particles are randomly oriented. By applying a voltage, the particles orient themselves along their dipole moment. The average angle of the orientation of the particles to the field of applied voltage depends on the magnitude of the applied voltage. The electrical properties perpendicular to the voltage field, ie in the measuring direction of the resistance of the sensor depend on the distance of the conductive particles in the measuring direction. If rod-shaped particles are used which are aligned perpendicular to the sensor surface at an applied voltage, the distance of the particles in the measuring direction (parallel to the sensor surface) increases when aligned and the internal resistance of the polymer increases. For the same resistance between the first two interconnect networks, the polymer must now be pressed more tightly against the interconnects, resulting in a smaller contact resistance that outweighs the now greater internal resistance of the polymer. The measuring range of
Beaufschlagung ist nach oben verschoben. Loading is postponed.
Funktionelle Polymere, welche ihre mechanischen Eigenschaften durch Anlegen einer elektrischen Spannung verändern können, werden unter dem Sammelbegriff elektroaktive Polymere zusammengefasst. Bspw. kann das Polymer Nafion verwendet werden. Dieses verformt sich beim Anlegen einer Spannung von 1 bis 5V. Functional polymers that can change their mechanical properties by applying an electrical voltage are summarized under the collective term electroactive polymers. For example. The polymer Nafion can be used. This deforms when a voltage of 1 to 5V is applied.
Auf das elektroaktive Polymer kann von beiden Seiten ein elektrischer flächiger und verformbarer Kontakt aufgebracht sein. Auf einen dieser elektrischen Kontakte wird On the electroactive polymer may be applied from both sides of an electrical surface and deformable contact. On one of these electrical contacts will
insbesondere eine Schicht aus elektrisch leitenden Polymer aufgebracht, vorteilhafterweise wird zwischen elektrischen Kontakt und leitenden Polymer eine nicht leitende Schicht aufgebracht. In particular, a layer of electrically conductive polymer applied, advantageously, a non-conductive layer is applied between the electrical contact and conductive polymer.
Eine angelegte Spannung an den elektrischen Kontakten führt zu einer Verformung des Polymers. Die Dicke des elektroaktiven Polymers kann dabei konzentrisch nach außen abnehmend aufgebaut sein, wodurch eine halbkugelförmige Verformung ausgelöst wird. Das Polymer wird in seiner Bewegung eingeschränkt, wodurch das sich so verformte Polymer auf die Leiterbahnen drückt wird. An applied voltage across the electrical contacts leads to a deformation of the polymer. The thickness of the electroactive polymer may be constructed concentrically decreasing outwards, whereby a hemispherical deformation is triggered. The polymer is restricted in its movement, whereby the thus deformed polymer is pressed onto the conductor tracks.
Ist eine Spannung angelegt, so presst sich das elektroaktive Polymer an die Leiterbahnen und eine geringere Belastung von außen ist notwendig, um den gleichen Messwert zu erhalten, wenn keine Verformung des Polymers vorliegt. Der Messbereich ist zu kleineren Belastungen verschoben. When a voltage is applied, the electroactive polymer presses against the tracks and less external stress is needed to obtain the same reading when there is no deformation of the polymer. The measuring range is shifted to smaller loads.
Die Sensortypen an sich stellen einen elektrischen Widerstand dar, welcher durch Kraft bzw. Druckbeaufschlagung ihren Widerstandswert ändern. Der SRS verfügt über verschiedene Widerstände für verschiedene Messbereiche, der VRS Sensor insbesondere nur über einen Widerstand. VRS Sensoren und SRS Sensoren können in einer Drucksensoreinheit kombiniert werden, indem der Messbereich eines SRS Sensors durch Induzierung in das funktionale Polymer des SRS Sensors oder der Drucksensoreinheit verändert wird. The sensor types themselves represent an electrical resistance, which change their resistance value by force or pressurization. The SRS has different resistors for different measuring ranges, the VRS sensor in particular only via a resistor. VRS sensors and SRS sensors can be combined in a pressure sensor unit by changing the measuring range of an SRS sensor by inducing it into the functional polymer of the SRS sensor or the pressure sensor unit.
Die Leiterbahnen und/oder -netze und/oder -abschnitte sind insbesondere voneinander isoliert. The printed conductors and / or networks and / or sections are in particular insulated from one another.
Die hier vorgestellten Sensoren basieren darauf, dass ein Polymer, auch funktionales Polymer, welches widerstandsleitfähig und/oder leitfähig ist und/oder einen The sensors presented here are based on the fact that a polymer, including functional polymer, which is resistant to conductivity and / or conductive and / or a
widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Oberflächenabschnitt und/oder eine resistance-conductive and / or conductive surface portion and / or a
widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Oberfläche aufweist, auf eine Anordnung von, insbesondere frei liegenden, Leiterbahnen durch Krafteinwirkung gedrückt wird. Dabei sollten die Leiterbahnen insbesondere nicht gänzlich frei liegen, sondern so frei liegen, dass das funktionale Polymer sie durch berühren elektrisch kontaktieren kann. Resistive conductive and / or conductive surface, is pressed on an array of, in particular exposed, printed conductors by the action of force. In particular, the printed conductors should not be completely exposed, but should be so exposed that the functional polymer can contact them by touching them electrically.
Daher wird in der Praxis für die Anwendung sowohl die Anordnung der Leiterbahnen als auch die Eigenschaften des Polymers angepasst. Therefore, in practice, both the arrangement of the tracks and the properties of the polymer are adjusted for the application.
Beim SRS Sensor greifen insbesondere mehrere Leiterbahnen, - abschnitte, -anordnungen und/oder Leiterbahnnetze ineinander. Dabei ist die Anzahl der Leiterbahnanordnungen oder Leitbahnnetze durch die Anzahl der Messbereiche gegeben und ist gegeben durch Anzahl der Messbereiche plus Eins.
Eine Anpassung der Eigenschaften ist durch Anpassung der Leiterbahnnetze und/oder - anordnungen der Drucksensoreinheit an die Messanforderungen möglich, was durch With the SRS sensor, in particular, a plurality of strip conductors, sections, arrangements and / or strip conductor networks intermesh. The number of printed conductor arrangements or interconnect networks is given by the number of measuring ranges and is given by the number of measuring ranges plus one. An adaptation of the properties is possible by adapting the conductor networks and / or - arrangements of the pressure sensor unit to the measurement requirements, which
Anpassung der Abstände der Leiterbahnen und/oder Leiterbahnnetze, -anordnungen und/oder -abschnitte zueinander, der Breite der Leiterbahnen und/oder Leiterbahnnetze, -anordnungen und/oder -abschnitte zueinander und der Flächenbedeckung der Leiterbahnen und/oder Leiterbahnnetze, -anordnungen und/oder -abschnitte möglich ist. Ferner kann durch gezielte Lackierung einzelner Bereiche eine Einstellung erfolgen. Adapting the distances of the interconnects and / or interconnect networks, arrangements and / or sections from each other, the width of the interconnects and / or interconnect networks, arrangements and / or sections to one another and the area coverage of the interconnects and / or interconnect networks, arrangements and / or sections is possible. Furthermore, an adjustment can be made by targeted painting of individual areas.
Für eine schnelle und kostengünstige Einstellung dieser Parameter hat es sich als vorteilhaft herausgestellt eine weitere nicht leitende Polymerschicht einzufügen. For a quick and inexpensive adjustment of these parameters, it has proven to be advantageous to insert a further non-conductive polymer layer.
Die Vorgehensweise der Einstellung der Leiterbahnen erfolgt somit indem zunächst ein Sensor gefertigt wird, der nach Erfahrung ungefähr den Anforderungen entspricht. Nun kann zwischen den Leiterbahnen und dem widerstandsleitfähigen Polymer eine weitere The procedure of setting the tracks is thus carried out by first a sensor is made, which corresponds to experience about the requirements. Now, between the interconnects and the resistance conductive polymer another
Polymerschicht eingefügt werden. Diese weitere Polymerschicht ist nicht leitfähig. Polymer layer are inserted. This further polymer layer is not conductive.
Die nicht leitfähige Polymerschicht wird mit Löchern, Streifen oder sonstigen Auslassungen versehen. Nun werden der Flächenanteil und die genaue Ausprägung der Auslassungen solange variiert bis der gewünschte Messbereich gefunden wird. Dies ist vor allem vorteilhaft, da diese zusätzliche Polymerschicht zum Einem kostengünstig ist und zum anderen schnell ausgewechselt werden kann. The non-conductive polymer layer is provided with holes, stripes or other omissions. Now the area proportion and the exact extent of the omissions are varied until the desired measuring range is found. This is especially advantageous since this additional polymer layer is cost-effective for one and on the other hand can be quickly replaced.
Ist ein optimaler Flächenanteil gefunden wird bei der Fertigung der Sensoren eine der nicht leitenden Polymerschicht entsprechenden Lackierung verwendet. If an optimal area ratio is found, a coating corresponding to the non-conductive polymer layer is used during the production of the sensors.
Der Zusammenhang zwischen Druckbeaufschlagung und Leitwert und/oder Kehrwert des Widerstandswerts der Drucksensoreinheit ist insbesondere linear, insbesondere in jedem der Messbereiche. The relationship between pressurization and conductance and / or reciprocal value of the resistance value of the pressure sensor unit is in particular linear, in particular in each of the measuring ranges.
Die Herausforderung ist ein Layout der Leiterbahnen und/oder -abschnitte zu finden, bei dem jedes der einzelnen Leiterbahnnetze jeden Punkt der Fläche abdeckt und dabei auch ein Abstand zwischen den Netzen vorhanden ist. Dies ist nicht erfüllbar. Eine dem möglichst nahe kommende Näherung wird bevorzugt. The challenge is to find a layout of the tracks and / or sections, where each of the individual track networks covers each point of the area and there is also a distance between the networks. This is not possible. A closest approximation is preferred.
Der Abstand zwischen den Leiterbahnnetzen bestimmt die Druck-Auflösung der The distance between the track networks determines the printing resolution of the
Drucksensoreinheit. Die Auflösung ergibt sich aus dem Zusammenspiel mit den mechanischen Pressure sensor unit. The resolution results from the interaction with the mechanical
Eigenschaften des Polymers. Wird ein identisches Polymer verwendet gilt: Je kleiner der Abstand, umso höher ist die Auflösung. Dem spielt jedoch der maximale Messbereich entgegen. Es muss eine Abwägung zwischen Auflösung und maximaler Messbereich erfolgen. Properties of the polymer. If an identical polymer is used: the smaller the distance, the higher the resolution. However, this is countered by the maximum measuring range. There must be a trade-off between resolution and maximum measuring range.
Die Abdeckung der Fläche durch jedes der einzelnen Leiterbahnnetze bestimmt die Genauigkeit des Sensors. Wird das Polymer auf die Leiterbahnen gedrückt, so berührt das Polymer insbesondere zunächst an einen Punkt. Sind an diesem Punkt nur die Leiterbahnen eines Leiterbahnnetzes vorhanden kommt es zu keinem elektrischen Kontakt zwischen den unterschiedlichen Leiterbahnnetzen und die The coverage of the area by each of the individual track networks determines the accuracy of the sensor. If the polymer is pressed onto the printed conductors, the polymer first of all touches a point. Are at this point only the tracks of a conductor network available there is no electrical contact between the different interconnects and the
Druckbelastung führt zu keiner Veränderung des Leitwerts. Pressure load does not change the conductance.
Bei höheren Belastungen existiert bereits ein elektrischer Kontakt zwischen den Leiterbahnnetzen und der Kontakt wird verbessert, wenn das Polymer mit einer größeren Fläche auf den Leiterbahnen in Kontakt steht. Vergrößert sich die Kontaktfläche bei steigender Belastung über eine Fläche hinweg, die entweder nur von einem oder keinem Leiterbahnnetz erfasst ist, so ergibt sich keine Messwertänderung und dieser Belastungsbereich ist nicht erkennbar. Die Genauigkeit ergibt sich aus der Größe dieser blinden Belastungsbereiche.
Eine mögliche Anordnung, die sich in vielen Anwendung als geeignet herausgestellt hat, ist durch abwechselnde gleich breite oder dicke Leiterbahnen, mit einem Abstand zwischen den Leiterbahnen, die der Hälfte der Breite oder Dicke entsprechen, gegeben. At higher loads, there is already an electrical contact between the tracks and the contact is improved when the polymer is in contact with a larger area on the tracks. If, as the load increases, the contact area increases over an area which is either only covered by one or no trace network, then there is no change in the measured value and this load area is not recognizable. The accuracy results from the size of these blind load areas. One possible arrangement, which has been found to be suitable in many applications, is given by alternating equal width or thick strip conductors, with a spacing between the strip conductors corresponding to half the width or thickness.
Die Funktionsweise eines Polymerdrucksensors beruht darauf, dass das widerstandsleitfähige und/oder leitende Polymer je nach Belastung mehr oder weniger an die Leiterbahnen gedrückt wird und so zwischen zwei Leiterbahnnetzen einen (widerstandsbehafteten) elektrischen Kontakt herstellt. Je nach Belastung des Sensors variiert der elektrische Widerstand und Leitwert. The mode of operation of a polymer pressure sensor is based on the fact that the resistance-conductive and / or conductive polymer is more or less pressed against the printed conductors depending on the load and thus produces a (resistive) electrical contact between two printed conductor networks. Depending on the load of the sensor, the electrical resistance and conductance varies.
Für die Optimierung des Leiterbahnlayouts gibt es generell verschiedene prinzipielle For the optimization of the PCB layout, there are generally different principal
Herangehensweisen. Zum Beispiel können die Leiterbahnen in Breite und Anordnung variiert werden, sodass es zu einer unterschiedlichen Flächendeckung mit Leiterbahnen kommt. Approaches. For example, the tracks can be varied in width and arrangement, so that there is a different area coverage with tracks.
Zum Beispiel kann eine Lackierung aufgebracht werden. Diese Lackierung deckt verschiedene Bereiche der Leiterbahnen ab. For example, a paint can be applied. This coating covers different areas of the tracks.
Eine weitere Möglichkeit der Lackierung ist die teilweise Lackierung der Fläche auf der die Leiterbahnen sind, um die Leiterbahnen teilweise abzudecken. Je mehr die Leiterbahnen abgedeckt sind, umso mehr Beaufschlagung wird benötigt um einen guten elektrischen Kontakt zu erzeugen. Der maximale Messbereich steigt. Als Beispiel sei ein halbkugelförmiges oder kugelkappenförmiges Polymer gegeben. Wird dieses Polymer auf die Leiterbahnen gedrückt so erhöht sich die Kontaktfläche mit der Beaufschlagung. Dabei nimmt die Fläche konzentrisch zu mit steigender Belastung. Je größer die Fläche, umso besser ist der elektrische Kontakt und somit der Messwert. Another possibility of painting is the partial coating of the surface on which the tracks are to cover the traces partially. The more the traces are covered, the more apply is required to produce good electrical contact. The maximum measuring range increases. As an example, consider a hemispherical or spherical cap-shaped polymer. If this polymer is pressed onto the printed conductors, the contact surface increases with the loading. The area increases concentrically with increasing load. The larger the area, the better the electrical contact and thus the measured value.
Würden nun konzentrische Ringe als Lackierung aufgebracht, so ergeben sich bei Erhöhung der Belastung Belastungsbereiche, bei denen sich die Kontaktfläche nur über den lackierten Bereichen vergrößert, d.h. in diesen Belastungsbereichen bleibt der Messwert konstant und der Sensor kann diesen Messbereich nicht erkennen. Dieses Phänomen ist zu vermeiden, bei einem halbkugelförmigen oder kugelkappenförmige Polymer sind daher Sternförmige Markierungen besser. If concentric rings were then applied as a coating, loading areas would increase as the load increases, and the contact area only increases over the painted areas, ie. In these load ranges, the measured value remains constant and the sensor can not detect this measuring range. This phenomenon is to be avoided, so with a hemispherical or spherical cap-shaped polymer, star-shaped markings are better.
Eine geeignete Lackierung kann auch genutzt werden, um die Lebenserwartung eines Sensors zu erhöhen. Durch die konventionelle Herstellung von Leiterplatten ergibt sich nicht eine ideal glatte Fläche, sondern die Leiterbahnen heben sich ab. Die Höhe solcher Leiterbahnen ist typischerweise 35 bzw. 50μιη andere Höhen sind auch herstellbar, jedoch ist eine Höhe von Ομιη nicht darstellbar. Wird der Sensor belastet so drücken sich gerade die Leiterbahnen in das Polymer. Dies führt zu einer erhöhten A suitable finish can also be used to increase the life expectancy of a sensor. The conventional production of printed circuit boards does not result in an ideally smooth surface, but the printed conductors stand out. The height of such tracks is typically 35 or 50μιη other heights can also be produced, however, a height of Ομιη is not displayed. If the sensor is loaded, the printed conductors are just pushing into the polymer. This leads to an increased
Beanspruchung an diesen Stellen im Polymer und es kann zu Abriebserscheinungen kommen, die Messqualität sinkt. Um dem vorzubeugen wäre eine ideal glatte Oberfläche wünschenswert. Stress at these points in the polymer and it can lead to abrasion, the quality of measurement decreases. To prevent this, an ideally smooth surface would be desirable.
Um dies zumindest näherungsweise zu erreichen kann zwischen den Leiterbahnen eine Lackierung aufgebracht werden und/oder sein, die dem Negativ der Leiterbahnnetze und/oder Leiterbahnen entspricht. Da jedoch heutige Lackierungsmethoden nicht absolut genau sind kann es zu einer geringen Verschiebung des Drucks und der Stelle kommen an die dieser die Zwischenräume auffüllt. In order to achieve this at least approximately, a coating can be applied between the printed conductors and / or be corresponding to the negative of the printed conductor networks and / or printed conductors. However, since today's painting methods are not absolutely accurate, there may be a slight shift in the pressure and the location at which this fills the gaps.
Daher kann eine Verbesserung erfolgen, indem zwei Lackierungen erfolgen oder vorhanden sind. Zunächst wird oder ist eine Lackierung in den Zwischenräumen aufgebracht, die etwas schmaler und/oder kleiner gestaltet ist als das Negativ der Leiterbahnnetze und/oder Leiterbahnen und/oder als der Therefore, an improvement can be made by two paint finishes or are available. First, or is a paint applied in the spaces, which is designed slightly narrower and / or smaller than the negative of the conductor tracks and / or tracks and / or as the
Zwischenraum zwischen den Leiterbahnen, sodass auch eine Verschiebung der Lackierung nicht dazu führt, dass auf die Leiterbahnen lackiert wird und/oder ist. Diese erste Lackierung ist verhältnismäßig dick, insbesondere um 10 bis 30% und/oder 3 bis ΙΟμηι niedriger als die Leiterbahnen, beispielsweise bei Leiterbahnen mit der Höhe 35μιη ist die Lackierung beispielsweise 30μιη dick. Interspace between the tracks, so that a shift in the paint does not cause that is painted on the tracks and / or is. This first coating is relatively thick, in particular by 10 to 30% and / or 3 to ΙΟμηι lower than the conductor tracks, for example, in conductor tracks with the height of 35μιη the coating is for example 30μιη thick.
Anschließend und/oder darüber wird und/oder ist eine zweite Lackierung aufgebracht, welche dünner ist als die erste, insbesondere 2 bis 20μιη dick. Diese Lackierung ist etwas größer und/oder breiter als der Zwischenraum zwischen den Leiterbahnen und/oder als das Negativ der Leiterbahnnetze und/oder
Leiterbahnen, sodass auch bei einer Verschiebung die Leiterbahnen (zum geringen teil) teilweise abgedeckt werden. Subsequently and / or above, and / or a second coating is applied, which is thinner than the first, in particular 2 to 20μιη thick. This coating is slightly larger and / or wider than the space between the interconnects and / or as the negative of the interconnect networks and / or Tracks, so that even with a shift, the tracks are (partially) partially covered.
Die oder eine erste Lackierung füllt insbesondere die Zwischenräume zwischen den Leiterbahnen grob aus, die zweite Lackierung sorgt für einen möglichst glatten Übergang von Leiterbahn zu lackiertem Zwischenraum. The or a first coat of paint in particular fills the spaces between the tracks coarsely, the second coating ensures the smoothest possible transition from trace to painted space.
Neben den Leiterbahnanordnungen, leitenden Schichten und/oder Leiterbahnnetzen und/oder -abschnitten, die insbesondere ausgeführt sind, wie bei einem SRS, VRS und/oder FSR Sensor, weist die Drucksensoreinheit, die insbesondere als SRS, VRS und/oder FSR Sensor ausgebildet ist, insbesondere eine, insbesondere elastische, Vorrichtung zur gezielten Weitergabe und/oder Verteilung des Drucks und/oder ein funktionales Polymer auf. Das funktionale Polymer weist insbesondere mindestens einen leitfähigen Oberflächenabschnitt auf, der beispielsweise Teil des funktionalen Polymers sein oder als Beschichtung vorliegen kann. Es wird in der Regel aber aus einer Mehrzahl von Materialien, insbesondere Polymeren, mit unterschiedlichen Eigenschaften gebildet. Das funktionale Polymer weist insbesondere eine Bauform aus oder ist als eine solche ausgeführt. Es kann somit die Bauform, auch Formkörper genannt, darstellen. Die Bauform oder der Form körper weist insbesondere eine nicht kontinuierliche Dicke über seinen Querschnitt auf. Sie/er ist insbesondere sphärisch und/oder als Kugelabschnitt ausgeführt und/oder elastisch ausgebildet. In addition to the conductor track arrangements, conductive layers and / or conductor track networks and / or sections, which are embodied in particular, as in the case of an SRS, VRS and / or FSR sensor, has the pressure sensor unit, which is designed in particular as an SRS, VRS and / or FSR sensor , in particular one, in particular elastic, device for the targeted transfer and / or distribution of the pressure and / or a functional polymer. In particular, the functional polymer has at least one conductive surface portion, which may for example be part of the functional polymer or be present as a coating. As a rule, however, it is formed from a plurality of materials, in particular polymers, having different properties. The functional polymer has in particular a design or is designed as such. It can thus be the design, also called moldings represent. The design or the form body in particular has a non-continuous thickness over its cross section. She / he is in particular spherical and / or executed as a ball section and / or elastic.
Die Einstellung bzw. die Optimierung des funktionalen Polymers bedarf der genauen Erkenntnis der Umstände der Messung. The adjustment or optimization of the functional polymer requires precise knowledge of the circumstances of the measurement.
Im Falle der Messung des Blutdrucks, der Pulswelle und/oder Änderungen des In the case of measurement of blood pressure, pulse wave and / or changes in the blood pressure
Herzzeitvolumens und/oder und oder des Herzzeitvolumens bedeutet dies, dass der Sensor auf der Haut verwendet wird und dass Kräfte im Bereich 1 -10N auftreten. Zudem soll eine hohe Datenerfassungsrate von mindestens 1000 Werten pro Sekunde möglich sein. Cardiac output and / or and or the cardiac output means that the sensor is used on the skin and that forces in the range 1 -10N occur. In addition, a high data acquisition rate of at least 1000 values per second should be possible.
Vorteilhafterweise wird als Polymer und/oder funktionales Polymer Silikon verwendet, insbesondere mehrere Silikone mit unterschiedlichen Eigenschaften. Advantageously, silicone is used as polymer and / or functional polymer, in particular a plurality of silicones with different properties.
Die Anforderung des Messbereichs und der hohen Datenerfassungsrate führen dazu, dass das funktionale Polymer eine gewisse Gegenkraft ausüben sollte, um auf eine Kraftänderung zu reagieren. The requirement of the measurement range and the high data acquisition rate mean that the functional polymer should exert a certain counterforce in order to react to a force change.
Dies wird insbesondere auf zweierlei Art ermöglicht. Zum Einem kann die Shorehärte des Silikons angepasst werden, zum anderem kann die Bauform in ihrer geometrischen Ausbildung geeignet gewählt werden, um die geforderte Gegenkraft zu ermöglichen. This is possible in particular in two ways. On the one hand, the Shore hardness of the silicone can be adjusted, on the other hand, the design can be chosen in their geometric training suitable to allow the required counterforce.
Es können auch beide Eigenschaften getrennt voneinander eingestellt werden. Hierzu wird eine Bauform mit einem Material mit einer im Vergleich zu mindestens einem weiteren in der Bauform verwendeten Material höheren Shorehärte, hergestellt. Diese Bauform ist You can also set both properties separately. For this purpose, a design with a material having a higher Shore hardness compared to at least one other used in the design material is produced. This design is
insbesondere größer als die Fläche der Leiterbahnen, -abschnitte, -anordnungen und/oder Leiterbahnnetze, insbesondere der der Bauform zugeordneten Fläche der Leiterbahnen, - abschnitte, -anordnungen und/oder Leiterbahnnetze eines Arrays. Eine solche Bauform weist insbesondere an einem Ort, welcher bei der Benutzung in Kontakt mit den Leiterbahnen kommt, eine Fläche, auf die durch ein Silikon mit einer anderen, im Vergleich niedrigeren, Shorehärte ausgebildet ist und insbesondere widerstandsleitfähig und/oder leitfähig ist, auf. Neben Silikon eignen sich insbesondere alle Polymere, die landläufig als Gummi bezeichnet werden, wenn sie die im Folgenden genannten mechanischen Eigenschaften erfüllen. in particular larger than the surface of the strip conductors, sections, arrangements and / or interconnect networks, in particular the surface of the interconnects assigned to the design, sections, arrangements and / or interconnect networks of an array. Such a construction has, in particular at a location which comes into contact with the printed conductors during use, a surface which is formed by a silicone with another Shore hardness, which is lower in comparison, and in particular is resistant and / or conductive. In addition to silicone are in particular all polymers, which are commonly referred to as rubber, if they meet the mechanical properties mentioned below.
Darüber hinaus kann das funktionale Polymer auch mit einer ortsabhängigen variablen Shorehärte ausgeführt werden. Dies erfolgt insbesondere indem das funktionale Polymer z.B.
Schichtweise aufgetragen wird und von Schicht zu Schicht eine andere Shorehärte verwendet wird. In addition, the functional polymer can also be made with a location-dependent variable Shore hardness. This is done in particular by the functional polymer, for example Layer by layer is applied and from layer to layer a different Shore hardness is used.
Eine andere Möglichkeit der variablen Shorehärte ist die Verwendung von speziellen UV- härtbaren Polymeren. Diese Polymere verändern ihre Shorehärte, wenn diese mit UV-Licht belichtet werden. Je nach Belichtungszeit kann eine Shorehärte eingestellt werden. So können z.B. auch unterschiedlich Shorehärten konzentrisch angeordnet werden, indem entweder Masken verwendet werden oder UV-Laserlicht entsprechend geführt wird. In der Verwendung müssen derartige auf UV-veränderlichen Polymeren basierende Sensoren so gebaut sein, dass kein Licht an das Polymer kommt, damit die Shorehärte erhalten bleibt. Another possibility of variable Shore hardness is the use of special UV-curable polymers. These polymers change their Shore hardness when exposed to UV light. Depending on the exposure time, a Shore hardness can be set. Thus, e.g. Also different Shore hardnesses can be arranged concentrically by either masks are used or UV laser light is performed accordingly. In use, such UV-based polymer-based sensors must be constructed so that no light is applied to the polymer to maintain the Shore hardness.
Die Form des funktionalen Polymeres, insbesondere der Bauform, stellt eine weitere Einstellgröße dar. Die Aufgabe des funktionalen Polymers ist es insbesondere, bei The form of the functional polymer, in particular the design, represents a further adjustment variable. The task of the functional polymer is in particular at
Krafteinwirkung sich an die Leiterbahnen zu schmiegen und je nach Kraft die Kontaktfläche zu vergrößern. Grob hat sich eine Halbkugelform oder Kugelkappe als Ausgangsform bewährt. Die Abflachung nach außen und die Gestaltung der zentralen Stelle sind Einstellungsparameter. Force to nestle against the tracks and depending on the force to increase the contact area. Roughly a hemispherical shape or spherical cap has proved to be the starting form. The flattening to the outside and the design of the central location are adjustment parameters.
Das funktionale Polymer und/oder die Bauform weisen wird insbesondere eine Schicht von widerstandsleitfähigen Polymer auf, insbesondere sofern die ansonsten verwendeten Polymere nicht leitfähig sind. In particular, the functional polymer and / or the construction will have a layer of resistance-conductive polymer, in particular if the polymers otherwise used are not conductive.
Widerstandsleitfähige und/oder leitfähiges Polymer ist als Farbe erhältlich und kann über den Zusatz von anderen polymerfarben in seiner Leitfähigkeit eingestellt werden. Resistive conductive and / or conductive polymer is available as a color and can be adjusted by the addition of other polymer inks in its conductivity.
Widerstandsleitfähige und/oder leitfähiges Polymer weist insbesondere einen spezifischen Widerstand zwischen 0.2 und 10k Ohm/cm/mmA2 auf. Resistive conductive and / or conductive polymer has in particular a resistivity between 0.2 and 10k ohms / cm / mm A 2.
Für den Leitwert zwischen den leitenden Schichten und/oder Leiterbahnen kommt es in der Regel auf die intrinsische Leitfähigkeit und die Kontaktleitfähigkeit zu den Leiterbahnen an. Meist ist Einstellung der und/oder die intrinsische Leitfähigkeit weniger wichtig, da in der Regel der Abstand zwischen zwei Leiterbahnen geringer ist als 1 mm. Wichtiger ist meist die For the conductance between the conductive layers and / or printed conductors, the intrinsic conductivity and the contact conductivity to the printed conductors are generally important. In most cases adjustment of the and / or the intrinsic conductivity is less important, since usually the distance between two tracks is less than 1 mm. More important is usually the
Einstellung des und/oder der Kontakt zu den Leiterbahnen also der Kontaktwiderstand. Dieser hängt insbesondere von der Oberflächengestaltung des funktionalen Polymers, insbesondere dessen Mikrostruktur, ab. Setting the and / or the contact to the tracks so the contact resistance. This depends in particular on the surface design of the functional polymer, in particular its microstructure.
Die Aufgabe des funktionalen Polymers ist es insbesondere, das leitende Polymer von den The task of the functional polymer is, in particular, the conductive polymer of the
Leiterbahnen weg zu drücken und somit eine Gegenkraft aufzubauen, dies wird insbesondere mit Abstandshaltern bzw. Füßen (siehe im Weiterem) bewerkstelligt. Wird der Sensor belastet ist die To push printed conductors away and thus build up a counterforce, this is accomplished in particular with spacers or feet (see below). If the sensor is loaded is the
Gesamtkraft auf das leitende Polymer und somit auf die Fähigkeit einen Kontakt zwischen den Total force on the conductive polymer and thus the ability to make contact between the
Leiterbahnen herzustellen gegeben als Kraft auf den Sensor minus Gegenkraft der Füße. Damit folgt je mehr Gegenkraft die Füße erbringen können, umso höher ist der zu erreichende Messbereich. In der Regel sind die Füße so ausgebildet, dass sie in einer Ruheposition der Drucksensoreinheit für die Beabstandung des funktionalen Polymers von den Leiterbahnen und/oder leitenden Schichten sorgen. Conducting tracks given as force on the sensor minus drag of the feet. Thus, the more counterforce the feet can provide, the higher the range of measurement to be achieved. As a rule, the feet are designed in such a way that they provide the conductor tracks and / or conductive layers in a rest position of the pressure sensor unit for the separation of the functional polymer.
Die Gegenkraft sollte so gewählt werden, dass der Sensor genügend schnell auf eine Druckänderung durch die variable Druckwelle ausgehend vom Herzpuls in den Arterien reagieren kann, also eine zeitliche Abbildung insbesondere mit einem Fehler kleiner 10 %, insbesondere bezogen auf die Dauer einer Pulswelle und/oder insbesondere von weniger als 2ms, insbesondere von 1ms oder weniger, und/oder einem Fehler in der Amplitude kleiner 10%, insbesondere der maximal messbaren Amplitude und/oder der durch die Pulswelle maximal bewirkten Amplitude, ermöglicht wird. Für die Vermessung der pulsierenden Druckwelle in den Arterien hat sich ein Material für die Abstandhalter, für das funktionale Polymer, für die Bauform und/oder die Kugelkappe mit einer Shore A-Härte, insbesondere nach ASTM D2240 (2015-08) und insbesondere Prüfzeit von 1 Sekunde, zwischen 85 und 98,
insbesondere bei Anordnung auf Leiterbahnen und/oder zur elektrischen Verbindung von Leiterbahnen zwischen 90 und 98, insbesondere zwischen 92 und 97, insbesondere zwischen 94 und 96, insbesondere von 95 und/oder bei Anordnung zwischen leitfähigen Schichten und/der Leiterbahnen (insbesondere wie weiter unten als alternative Ausführung der Drucksensoreinheit beschreiben) zwischen 85 und 95, insbesondere zwischen 88 und 92, insbesondere von 90 und/oder eine Größe, insbesondere maximale Größe, des funktionalen Polymers, insbesondere im Querschnitt parallel zu der flächigen Erstreckung der Leiterbahnen und/oder leitenden Schichten, zwischen von 1 cm x 1 cm und 2 cm x 2cm und/oder eine Höhe zwischen 0,5 und 3 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm und/oder einer Gesamtfläche der Abstandshalter, insbesondere im Querschnitt parallel zu der flächigen Erstreckung der Leiterbahnen und/oder leitenden Schichten, zwischen 3 und 5 mmA2 und/oder eine Anzahl von 3 bis 4 Füßen und/oder 1 bis 2 als Ringe ausgeführte Füße bewährt. The counterforce should be chosen so that the sensor can react sufficiently quickly to a pressure change by the variable pressure wave starting from the heart pulse in the arteries, ie a temporal mapping especially with an error less than 10%, in particular based on the duration of a pulse wave and / or in particular of less than 2 ms, in particular of 1 ms or less, and / or an error in the amplitude of less than 10%, in particular the maximum measurable amplitude and / or the maximum amplitude caused by the pulse wave. For the measurement of the pulsating pressure wave in the arteries has a material for the spacers, for the functional polymer, for the design and / or the spherical cap with a Shore A hardness, in particular according to ASTM D2240 (2015-08) and in particular test time of 1 second, between 85 and 98, in particular when arranged on strip conductors and / or for the electrical connection of printed conductors between 90 and 98, in particular between 92 and 97, in particular between 94 and 96, in particular of 95 and / or in the arrangement between conductive layers and / of the printed conductors (in particular as below describe as an alternative embodiment of the pressure sensor unit) between 85 and 95, in particular between 88 and 92, in particular 90 and / or a size, in particular maximum size, of the functional polymer, in particular in cross section parallel to the planar extent of the conductor tracks and / or conductive layers , between 1 cm x 1 cm and 2 cm x 2 cm and / or a height between 0.5 and 3 mm, in particular between 1 and 2 mm and / or a total area of the spacers, in particular in cross section parallel to the planar extension of the conductor tracks and / or conductive layers, between 3 and 5 mm A 2 and / or a number of 3 to 4 feet and / or 1 bi s 2 proven as rings running feet.
Für die Abstandhalter, für das funktionale Polymer, für die Bauform und/oder die Kugelkappe hat sich die Verwendung von Silikon besonders bewährt. Insbesondere sind Abstandhalter, insbesondere Füße, und Kugelkappe einstückig ausgebildet, insbesondere zusammen mit einem Verbindungsabschnitt zur Verbindung von Abstandshalter und Kugelkappe, und weist insbesondere die Kugelkappe eine leitfähige Beschichtung auf. For the spacers, for the functional polymer, for the design and / or the ball cap, the use of silicone has proven particularly useful. In particular, spacers, in particular feet, and ball cap are integrally formed, in particular together with a connecting portion for connecting spacers and ball cap, and in particular has the ball cap on a conductive coating.
Insbesondere weist das funktionale Polymer eine Bauform auf, die eine Form einer Kugelkappe oder eines Kugelsegments aufweist, wobei die Kugelkappe oder das Segement insbesondere einen maximalen Durchmesser zwischen 2 und 9 mm, insbesondere zwischen 4 und 6 mm und/oder eine Höhe zwischen 0,5 und 3 mm, insbesondere zwischen 1 und 2 mm aufweist und insbesondere eine Kappe oder ein Segment einer Kugel mit einem Durchmesser zwischen 8 und 30 mm ist. Insbesondere weist die In particular, the functional polymer has a design which has a shape of a spherical cap or a segment of a sphere, the spherical cap or the segment in particular having a maximum diameter between 2 and 9 mm, in particular between 4 and 6 mm and / or a height between 0.5 and 3 mm, in particular between 1 and 2 mm and in particular a cap or a segment of a ball with a diameter between 8 and 30 mm. In particular, the
Kugelkappe und oder das Segment eine Beschichtung aus leitfähigem Polymer auf. Insbesondere sind funktionalen Polymer der Bauform und/oder Kugelkappe aus Silikon ausgeführt. Insbesondere sind seitlich neben der Kugelkappe und/oder dem Segment Füße angeordnet. Ball cap and or the segment of a coating of conductive polymer. In particular, functional polymer of the design and / or spherical cap are made of silicone. In particular, feet are arranged laterally next to the ball cap and / or the segment.
Insbesondere sind Leiterbahnen, Füße, funktionales Polymer, leitfähige Beschichtung und/oder Bauform so ausgebildet und angeordnet, dass im Ruhezustand zwischen funktionalem Polymer, insbesondere leitfähiger Beschichtung auf der Kugelkappe, und Leiterbahnen ein Abstand zwischen 0,05 und 0,5 mm,insbesondere zwischen 0,05 und 0,2 mm, besteht. In particular, conductor tracks, feet, functional polymer, conductive coating and / or design are designed and arranged such that at rest between functional polymer, in particular conductive coating on the ball cap, and conductor tracks a distance between 0.05 and 0.5 mm, in particular between 0.05 and 0.2 mm.
Kleinere funktionale Polymere sollten ein weicheres Polymer oder eine kleinere Gesamtfläche der Abstandshalter aufweisen, damit eine gewünschte Verformung möglich ist, jedoch folgt ein weicheres Polymer aufgrund der geringeren Rückstellfähigkeit schlechter der Pulswelle. Smaller functional polymers should have a softer polymer or smaller overall area of the spacers to allow for desired strain, but a softer polymer will follow the pulse wave more poorly due to the lower recovery capability.
Damit ergeben sich die Bedeutungen bzw. die Aufgaben der einzelnen Polymere. Das Polymer der Bauform und/oder die Bauform, insbesondere von einem widerstandsleitfahigen und/oder leitfähigen Polymer, insbesondere einer widerstandsleitfahigen und/oder leitfähigen Beschichtung, hat die Aufgabe zum Einem den Sensor bei nicht Belastung in einen definierten Ausgangszustand zu führen, zum Anderem wird ein definierter Rückstelldruck aufgebaut. This results in the meanings or tasks of the individual polymers. The polymer of the design and / or the design, in particular of a resistive conductive and / or conductive polymer, in particular a resistive conductive and / or conductive coating, has the task to one to lead the sensor at no load in a defined initial state, the other is a defined reset pressure built up.
Dieser Rückstelldruck ist sinnvoll um mechanisches Zittern zu unterdrücken, welches wiederum zu einem Verrauschen der Messwerte führen kann. This reset pressure is useful to suppress mechanical trembling, which in turn can lead to a noise of the measured values.
Das funktionale Polymer, insbesondere widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer, insbesondere einer widerstandsleitfähigen und/oder leitfähige Beschichtung, hat die Aufgabe die Kontaktfläche des widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Polymeres zu den Leitbahnen zu kontrollieren. Das funktionale Polymer, insbesondere widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer, insbesondere einer widerstandsleitfähigen und/oder leitfähige Beschichtung, sollte sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass es zum Einem eine sehr schnelle The functional polymer, in particular resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular a resistance-conductive and / or conductive coating, has the task of controlling the contact surface of the resistance-conductive and / or conductive polymer to the interconnects. The functional polymer, in particular resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular a resistance-conductive and / or conductive coating, should be distinguished in particular by the fact that it is a very fast
Zurückstellfähigkeit hat. D.h. die Dehnungs- und die Entlastungsbewegung sollten in ihrer
Geschwindigkeit der pulsierenden Druckwelle folgen können. Zum Anderem zeichnet sich das funktionale Polymer, insbesondere widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer, insbesondere einer widerstandsleitfahigen und/oder leitfähige Beschichtung, dadurch aus, dass es je nach mechanischer Belastung sich mehr oder weniger an die Leiterbahnen anschmiegt. Dabei sollten die mechanischen Eigenschaften des funktionalen Polymeres, insbesondere widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer, insbesondere einer widerstandsleitfähigen und/oder leitfähige Beschichtung, auch so eingestellt sein, dass sich kein bleibender Abdruck der Leiterbahnen im Polymer bilden kann, auch nicht bei häufiger Belastung des Sensors bis in den maximalen Druckbereich. Resetting ability has. That is, the strain and the relief movement should be in their Speed of the pulsating pressure wave can follow. On the other hand, the functional polymer, in particular resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular a resistance-conductive and / or conductive coating, is characterized in that, depending on the mechanical load, it conforms more or less to the conductor tracks. In this case, the mechanical properties of the functional polymer, in particular resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular a resistance-conductive and / or conductive coating, should also be adjusted so that no lasting impression of the conductor tracks can form in the polymer, even with frequent exposure of the sensor up to the maximum pressure range.
Das widerstandleitfähige und/oder leitfähige Polymer stellt den Kontakt zwischen den einzelnen Leiterbahnnetzen her. Seine Eigenschaften sind insbesondere, dass es eigentlich, also im Ruhezustand der Drucksensoreinheit, keinen guten Kontakt zu einer Leiterbahn hat. Dies ist insbesondere dadurch gegeben, dass die Mikrostruktur der Oberfläche des Polymeres, insbesondere der widerstandleitfähigen und/oder leitfähigen Oberfläche, sehr uneben ist. The resistance-conductive and / or conductive polymer establishes the contact between the individual interconnects. Its properties are in particular that it actually, ie in the idle state of the pressure sensor unit, does not have good contact with a conductor track. This is given in particular by the fact that the microstructure of the surface of the polymer, in particular of the resistance-conductive and / or conductive surface, is very uneven.
Kommt das Polymer in den Kontakt mit einer Leiterbahn sind zunächst nur wenige If the polymer comes in contact with a conductor track are initially only a few
mikrostrukturelle Erhebungen im Kontakt mit der Leiterbahn und ein hoher elektrischer microstructural elevations in contact with the conductor track and a high electrical
Widerstand zwischen Polymer und Leiterbahn liegt vor. Wird der Druck auf das Polymer erhöht, verformt sich die Mikrostruktur und die wirkliche Kontaktfläche steigt durch das Plattdrücken mikrostruktureller Erhebungen, der elektrische Kontakt verbessert sich und es liegt ein geringer elektrischer Widerstand zwischen Leiterbahn und Polymer vor. Bei Entlastung entlasten sich auch die platt gedrückten mikrostrukturellen Erhebungen und die Ausgangsform bildet sich zurück. Resistance between polymer and conductor is present. As the pressure on the polymer increases, the microstructure deforms and the true contact area increases by flattening microstructural protrusions, electrical contact improves, and there is little electrical resistance between the conductor and the polymer. When unloaded, the flattened microstructural elevations relieve themselves and the initial shape is formed back.
Das funktionale Polymer und/oder die Bauform weist dabei insbesondere mindestens einen Abstandshalter und/oder Fuß auf, der insbesondere eingerichtet ist, das funktionale Polymer, insbesondere das widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Polymer, insbesondere eine widerstandsleitfähige und/oder leitfähige Beschichtung in einem Ruhezustand oder unbelasteten Zustand der Drucksensoreinheit von den Leiterbahnen, Leiterbahnanordnungen und/oder -netzen so entfernt zu halten, dass kein elektrischer Kontakt besteht. Füße, können beispielsweise als einzelne Erhebungen oder konzentrische Strukturen ausgestaltet sein. Sie können in Form und Nähe zum funktionalen Polymer, insbesondere zum widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Polymer, insbesondere zur widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Beschichtung, so angepasst sein, dass die gewünschte Gegenkraft des Sensors erreicht wird. Im Zentrum des funktionalen Polymeres, insbesondere des widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Polymer, insbesondere der widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen In this case, the functional polymer and / or the construction has in particular at least one spacer and / or foot, which is in particular furnished, the functional polymer, in particular the resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular a resistance-conductive and / or conductive coating in a quiescent state or unloaded state of the pressure sensor unit of the conductor tracks, conductor track assemblies and / or networks to keep so far that there is no electrical contact. Feet, for example, can be configured as individual elevations or concentric structures. They may be adapted in shape and proximity to the functional polymer, in particular to the resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular to the resistance-conductive and / or conductive coating, in such a way that the desired counterforce of the sensor is achieved. In the center of the functional polymer, in particular the resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular the resistance-conductive and / or conductive
Beschichtung, kann eine über die Form des funktionalen Polymeres, insbesondere des widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Polymers, insbesondere der widerstandsleitfähigen und/oder leitfähigen Beschichtung, hinausragende Erhebung eingefügt werden. Diese Coating, a projecting beyond the shape of the functional polymer, in particular the resistance-conductive and / or conductive polymer, in particular the resistance-conductive and / or conductive coating, protruding survey can be inserted. These
Erhebung, Abstandshalter und/oder Füße können eine andere Shorehärte oder auch die gleiche Shorehärte aufweisen, wie das übrige funktionale Polymer und/oder die übrige Bauform. Bump, spacers and / or feet can have a different Shore hardness or the same Shore hardness as the remaining functional polymer and / or the rest of the design.
Darüber können Füße die Aufgabe übernehmen, das Polymer in Position zu halten, sodass idealerweise bei einer Scherrbelastung des Sensor keine laterale Bewegung des Polymers über die Leiterbahnen erfolgt. In addition, feet can take over the task of holding the polymer in position, so that ideally no lateral movement of the polymer takes place via the conductor tracks in the event of a shear stress on the sensor.
Es hat sich herausgestellt, dass Löcher oder Vertiefungen in der Leiterplatte oder einem Träger, auf dem die Leiterbahnen angeordnet sind, in denen die Abstandshalter und der Füße teilweise
aufgenommen sind oder an den Stellen der Füße, die Füße oder Abstandshalter sehr gut stabilisieren können, sodass keine lateralen Bewegungen auftreten können. It has been found that holes or depressions in the circuit board or a carrier on which the conductor tracks are arranged, in which the spacers and the feet partially or at the points of the feet, the feet or spacers can stabilize very well, so that no lateral movements can occur.
Der mindestens eine Abstandshalter ist insbesondere mit einem Träger, auf dem die Leiterbahnen angeordnet sind und/oder mit einer leitenden Schicht verklebt, insbesondere in Löchern oder Vertiefungen des Trägers. The at least one spacer is in particular with a carrier on which the conductor tracks are arranged and / or glued to a conductive layer, in particular in holes or depressions of the carrier.
Darüber hinaus sollten die Positionen und die Form der Füße geeignet gewählt werden. Wenige kleine Füße führen bei einer Belastung zu einem ungleichmäßigen Spannungsfeld am funktionalen Polymers. Das funktionale Polymer verformt sich dadurch nicht konzentrisch zur aufgebrachten In addition, the positions and shape of the feet should be chosen appropriately. A few small feet will result in an uneven stress field on the functional polymer under load. The functional polymer does not thereby deform concentrically to the applied
Belastung. Burden.
Eine Optimierung kann er folgen, indem eine ringförmige und/oder konzentrische Fußform gewählt wird. Dieser Ring hat zwei wesentliche Parameter: An optimization he can follow by an annular and / or concentric foot shape is selected. This ring has two main parameters:
Die Dicke oder Breite des Rings bestimmt wie viel Kraft der Sensor aufnehmen kann, bis dieser ausgequetscht ist. Die Dicke sollte so gewählt werden, dass im angezielten Messbereich ein möglichst linearer Zusammenhang zwischen Beaufschlagung und Messwert ergibt. The thickness or width of the ring determines how much force the sensor can absorb until it is squeezed out. The thickness should be selected such that the linear range between the application and the measured value is as linear as possible in the targeted measuring range.
Die Höhe des Rings bestimmt, ab welcher Kraft der Sensor überhaupt ein Signal liefert. Damit eine optimale und gut aufgelöste Messung erfolgen kann sollte die Höhe so gewählt werden, dass erst ab einer sinnvollen Beaufschlagung eine Messung erfolgt. The height of the ring determines from which force the sensor delivers a signal. So that an optimal and well-resolved measurement can take place, the height should be selected so that a measurement takes place only after a meaningful admission.
Beide Parameter können sich gegenseitig beeinflussen. Je höher der Ring ist, umso dicker wird dieser, durch die Verformung, wenn der Sensor belastet ist. Ein hoher Ring führt auch zu einer Erhöhung der Kraftaufhahme. Both parameters can influence each other. The higher the ring, the thicker it becomes because of the deformation when the sensor is loaded. A high ring also leads to an increase in power consumption.
Insbesondere wird auf das funktionale Polymer und/oder die Bauform , wenn das übrige funktionale Polymer und/oder die übrige Bauform nicht widerstandsleitfähig bzw. leitfähig ist ein weiteres widerstandsleitfähiges und/oder leitfähiges Polymer aufgebracht und/oder weist das funktionale Polymer und/oder die Bauform, wenn das übrige funktionale Polymer und/oder die übrige Bauform nicht widerstandsleitfähig bzw. leitfähig ist ein widerstandsleitfähiges und/oder leitfähiges Polymer auf. Die Größe des funktionalen Polymeres hängt insbesondere von der Fläche der Leiterbahnnetzwerke ab. In particular, a further resistance-conductive and / or conductive polymer is applied to the functional polymer and / or the construction, if the remaining functional polymer and / or the remaining construction is not resistance-conductive or conductive, and / or has the functional polymer and / or the construction when the remainder of the functional polymer and / or the remainder of the construction is non-resistive or conductive, a resistive conductive and / or conductive polymer. The size of the functional polymer depends in particular on the area of the interconnect networks.
Eine alternative Drucksensoreinheit beinhaltet mehrere sensitiv aktive Flächen bzw. Volumen übereinander und/oder ineinander möglich. So können bspw mehrere Messbereiche geschaffen werden, die gleichzeitig am gleichen Messpunkt genutzt werden können. An alternative pressure sensor unit includes a plurality of sensitive active surfaces or volumes one above the other and / or into each other. For example, several measuring ranges can be created that can be used simultaneously at the same measuring point.
Der bisher beschriebene Aufbau von Polymerdrucksensoren beruht darauf, dass ein leitfähiges Polymer auf zwei voneinander getrennte Netze von metallischen Leitern gedrückt wird. Je nach The structure of polymer pressure sensors described so far is based on the fact that a conductive polymer is pressed onto two separate networks of metallic conductors. Depending on
Anpressdruck verändert sich der elektrische Kontakt zwischen den metallischen Leiterbahnen und dem Polymer. Das Polymer stellt einen widerstandsbehafteten Kontakt zwischen den beiden Leiterbahnnetzen her. Dabei ergibt sich der Widerstand aus der Summe der Kontaktwiderstände zwischen Polymer und den beiden Leiterbahnnetzen und dem Widerstand des Polymers an sich. Contact pressure changes the electrical contact between the metal tracks and the polymer. The polymer produces a resistive contact between the two tracks. In this case, the resistance results from the sum of the contact resistances between the polymer and the two interconnect networks and the resistance of the polymer per se.
Eine alternative Drucksensoreinheit beinhaltet zwei Flächen oder Schichten aus leitfähigem An alternative pressure sensor unit includes two surfaces or layers of conductive
Material, insbesondere Polymer. Diese Flächen oder Schichten sind übereinander angeordnet und durch eine weitere Schicht oder Fläche aus einem nicht leitfähigen Polymer oder nicht leitendem Lack getrennt. Die beiden Flächen oder Schichten aus dem leitfähigen Polymer sind elektrisch kontaktiert und insbesondere wird der Widerstand und/oder Leitwert zwischen den beiden Flächen gemessen. Material, in particular polymer. These surfaces or layers are arranged one above the other and separated by a further layer or surface of a non-conductive polymer or non-conductive paint. The two surfaces or layers of the conductive polymer are electrically contacted and in particular the resistance and / or conductance between the two surfaces is measured.
Vorteilhafterweise ist die Shorehärte des leitenden und des nicht leitenden Polymers so gewählt, dass im angestrebten Messbereich bei einer Beaufschlagung eine Verformung stattfinden kann. Advantageously, the Shore hardness of the conductive and the non-conductive polymer is selected so that in the desired measuring range at a loading deformation can take place.
Die Form der Flächen oder Schichten muss nicht eben sein, sondern kann an das Messsystem bzw. an die Messaufgabe angepasst werden. Bspw. Ist eine Anordnung möglich, bei welcher mit geschichteten
Polymerschichten in Form einer Fingerbeere Vitaldaten an der A. Radialis aufgenommen werden. Die sensitive Fläche ist vorteilhafterweise an der Oberfläche dieser Fingerbeerenform und daher gekrümmt. The shape of the surfaces or layers need not be even, but can be adapted to the measuring system or to the measuring task. For example. Is an arrangement possible, in which with layered Polymer layers in the form of a fingertip vital data are recorded at the A. radialis. The sensitive surface is advantageously on the surface of this finger berry shape and therefore curved.
Insbesondere die Gestaltung der nicht leitenden Fläche oder Schicht ist ausschlaggebend für den möglichen messbaren Messbereich. In particular, the design of the non-conductive surface or layer is crucial for the possible measurable measuring range.
Im einfachsten Falle wird mindestens ein Loch, insbesondere Löcher, in der nicht leidenden Schicht, beispielsweise nicht leitendes Polymer oder nicht leitender Lack eingebracht und/oder vorgesehen, wodurch mindestens ein luftgefüllter Hohlräume entsteht. Wird der Sensor beaufschlagt verformt sich die nicht leitende Schicht oder Fläche oder verformen sich die drei Flächen oder Schichten und die obere und die untere Fläche oder Schicht aus leitfähigen Polymer berühren sich. Es entsteht ein widerstandsbehafteter elektrischer Kontakt. Je nach Beaufschlagung wird die Kontaktfläche und der Anpressdruck der Flächen aufeinander stärker und es kommt in mehr und mehr Hohlräumen und/oder auf größeren Flächen zu einem Kontakt. Dies reduziert den elektrischen Widerstand bzw. erhöht die In the simplest case, at least one hole, in particular holes, in the non-suffering layer, for example, non-conductive polymer or non-conductive paint is introduced and / or provided, whereby at least one air-filled cavities formed. When the sensor is energized, the non-conductive layer or surface deforms or the three surfaces or layers deform and the upper and lower surfaces or layers of conductive polymer contact each other. The result is a resistive electrical contact. Depending on the application, the contact surface and the contact pressure of the surfaces become stronger and there is contact in more and more cavities and / or on larger surfaces. This reduces or increases the electrical resistance
Leitfähigkeit zwischen den Flächen der elektrisch leitenden Polymere. Conductivity between the surfaces of the electrically conductive polymers.
Ein verbesserter Aufbau der Hohlräume zwischen den leitfähigen Polymeren kann erreicht werden, indem die maximale Kontaktfläche pro Hohlraum oder Loch oder insgesamt erhöht wird. Hierzu wird wie gehabt mindestens ein Loch in die nicht leitende Fläche oder Schicht eingebracht und zusätzlich wird beispielsweise leitfähiges Material, insbesondere Polymer, in dem mindestens einen Loch oder in den Löchern angeordnet, um Fortsätze der leitfähigen Schicht in die Lächer zu erzeugen. Mit Vorteil ragt eine oder ragen beide leitfähige Schichten, insbesondere mit mindestens einem Fortsatz, in mindestens ein Loch hinein, insbesondere so, dass im Ruhezustand kein Kontakt zwischen den leitfähigen Schichten in dem mindestens einen Loch oder in den Löchern gegeben ist. Die Anordnung oder Fortsätze können insbesondere halbkugelförmig und/oder kugelkappenförmig und/oder dazu als negative Form und/oder auf der unteren leitenden Fläche in einer ersten Form und einem zur ersten Form komplementären und/oder näherungsweise komplementären Gegenstück auf der oberen Fläche. Es greift also An improved structure of the cavities between the conductive polymers can be achieved by increasing the maximum contact area per cavity or hole or in total. For this purpose, at least one hole is introduced into the non-conductive surface or layer as usual, and in addition conductive material, in particular polymer, is arranged in the at least one hole or in the holes in order to produce extensions of the conductive layer into the holes. Advantageously, one or both conductive layers, in particular with at least one extension, protrude into at least one hole, in particular in such a way that no contact is made between the conductive layers in the at least one hole or in the holes at rest. The arrangement or extensions may in particular be hemispherical and / or spherical cap-shaped and / or as a negative shape and / or on the lower conductive surface in a first shape and a counterpart complementary to the first shape and / or approximately complementary counterpart on the upper surface. So it works
beispielsweise eine halbe Hohlkugel in eine halbe Vollkugel. Ferner können auch ineinandergreifende Kugelkappen und dazu negative Formen mit unterschiedlichen oder gleichen Radien für die beiden leitenden Flächen verwendet werden. for example, half a hollow ball in half a solid ball. Further, intermeshing spherical caps and negative shapes with different or equal radii may also be used for the two conductive surfaces.
Die Einstellung des Kraftbereichs einer solchen Anordnung kann beispielsweise erreicht werden, indem die Anzahl der Hohlräume und die Form der Anordnung aus leitendem Polymer in den The adjustment of the force range of such an arrangement can be achieved, for example, by the number of cavities and the shape of the arrangement of conductive polymer in the
Hohlräumen verändert wird. Auch die Größe und Form eines Hohlraumes ist ein Parameter, sowie die Anzahl der Hohlräume pro Flächeneinheit. Die Dicke der Flächen und deren Härte, insbesondere der nicht leitenden Fläche, sind weitere Einstellparameter. Cavities is changed. The size and shape of a cavity is a parameter, as well as the number of cavities per unit area. The thickness of the surfaces and their hardness, in particular the non-conductive surface, are further adjustment parameters.
Der 3D-Druck erlaubt darüber hinaus weitere Möglichkeiten der mechanischen Anpassung der Sensoren zur Einstellung eines Messbereichs. The 3D printing also allows further possibilities of mechanical adjustment of the sensors for setting a measuring range.
Bei einer solchen Ausbildung der Drucksensoreinheit mit nicht leitender Schicht zwischen zwei leitfähigen Schichten weist das isolierende Polymer und/oder der isolierende Lack im Ruhezustand insbesondere eine Dicke zwischen 0,5 und 2 mm auf und/oder besteht zwischen den Leitfähigen In such a design of the pressure sensor unit with non-conductive layer between two conductive layers, the insulating polymer and / or the insulating paint at rest, in particular a thickness between 0.5 and 2 mm and / or exists between the conductive
Schichten, insbesondere ihren Fortsätzen im Ruhezustand ein Abstand zwischen 0,05 und 0,5 mm, insbesondere zwischen 0,05 und 0,2 mm. Insbesondere weisen die leitfähigen Schichten und/oder das isolierende Polymer und/oder der isolierende Lack eine flächige Erstreckung von jeweils zwischen 0,5 cm' 2 und 9cm ' 2, insbesondere zwischen 1 cm * 2 und 5cm ' 2 auf. Insbesondere das isolierende Polymer und/oder der isolierende Lack 3 bis 15 Löcher und/oder Löcher mit einer Gesamtfläche von 50 und 200mmA2, insbesondere pro lcmA2 bis 5cmA2 Gesamtfläche des isolierenden Polymers oder Lacks, und/oder weisen die Löcher einer Fläche von jeweils 10 bis 40 mmA2 auf.
Für die Härte der nicht leitenden Schicht hat sich eine Shore A-Härte, insbesondere nach ASTM D2240 (2015-08) und insbesondere Prüfzeit von 1 Sekunde, zwischen 85 und 98, zwischen 85 und 95, insbesondere zwischen 88 und 92, insbesondere von 90, als vorteilhaft erwiesen. Sie ist insbesondere aus Silikon gebildet. Layers, in particular their extensions in the resting state, a distance between 0.05 and 0.5 mm, in particular between 0.05 and 0.2 mm. In particular, the conductive layers and / or the insulating polymer and / or the insulating lacquer have a planar extent of between 0.5 cm ' 2 and 9 cm ' 2, in particular between 1 cm * 2 and 5 cm ' 2. In particular, the insulating polymer and / or the insulating varnish 3 to 15 holes and / or holes with a total area of 50 and 200mm A 2, in particular per lcm A 2 to 5cm A 2 total area of the insulating polymer or varnish, and / or have the holes an area of 10 to 40 mm A 2 each. For the hardness of the non-conductive layer has a Shore A hardness, in particular according to ASTM D2240 (2015-08) and in particular test time of 1 second, between 85 and 98, between 85 and 95, in particular between 88 and 92, in particular of 90 , proved beneficial. It is formed in particular of silicone.
Die oben beschriebenen Hohlräume oder Löcher enthalten Luft, welche meist nicht entweichen kann, somit steigt mit der Beaufschlagung der Druck in diesen Hohlräumen. Eine The cavities or holes described above contain air, which usually can not escape, thus increases with the application of pressure in these cavities. A
Beaufschlagungsänderung bei einer kleinen (Grund-) Beaufschlagung führt zu einer anderen Verformung als die selbe Beaufschlagungsänderung bei einer höheren (Grund-) Beaufschlagung aufgrund des unterschiedlichen Luftdrucks im Sensor. Application change in a small (basic) loading leads to a different deformation than the same application change in a higher (basic) exposure due to the different air pressure in the sensor.
Dieses Phänomen kann entweder behoben werden, indem eine Öffnung geschaffen wird oder beinhaltet ist, die einen Druckausgleich erlaubt, die beispielsweise den Hohlraum mit der Außenwelt verbindet, oder dieses Phänomen kann als dynamischer Einstellparameter des Sensors in der Anwendung verwendet werden. This phenomenon can either be remedied by creating or incorporating an orifice that allows pressure equalization, for example connecting the cavity to the outside world, or this phenomenon can be used as a dynamic adjustment parameter of the sensor in the application.
Wird eine Öffnung zwischen den Hohlräumen und einer Pumpe geschaffen und/oder angeordnet, kann mit einer Pumpe ein Druck in diesen Hohlräumen erzeugt werden, wodurch die Verformbarkeit der Hohlräume verändert werden kann. Je mehr Druck in den Hohlräumen vorliegt, umso schwieriger wird es die Hohlräume zu verformen und dies bedeutet, dass eine höhere Beaufschlagung für die Verformung benötigt wird. Der Messbereich ist mit dem Druck in den Hohlräumen einstellbar. If an opening is created and / or arranged between the cavities and a pump, a pressure can be generated in these cavities with a pump, whereby the deformability of the cavities can be changed. The more pressure there is in the cavities, the more difficult it is to deform the cavities, and this means that more strain is needed on the deformation. The measuring range is adjustable with the pressure in the cavities.
Bis zu diesem Punkt wurde nur der Aufbau eines Sensors mit einem Messbereich bzw. mit einem dynamisch einstellbaren Messbereich vorgestellt. Die Verwendung mehrerer unabhängiger Messbereich ist ebenso möglich. Hierzu werden weitere Flächen aus nicht leitenden und leitenden Polymer abwechselnd aufgebracht und/oder angeordnet. Jede weitere Fläche aus leitenden Material erhöht die Messbereichsanzahl um eins. Up to this point, only the design of a sensor with a measuring range or with a dynamically adjustable measuring range has been presented. The use of multiple independent measuring range is also possible. For this purpose, further surfaces of non-conductive and conductive polymer are alternately applied and / or arranged. Each additional surface of conductive material increases the range of measurement by one.
Sollen zwei Messbereiche verwendbar sein, so werden drei Flächen aus leitenden Polymer, getrennt von zwei Flächen aus nicht leitenden Polymer, benötigt. Für verschiedene Messbereiche sind die Parameter des Aufbaus der Hohlräume zwischen den ersten beiden leitenden Flächen unterschiedlich zu den Parametern des Aufbaus der Hohlräume zwischen der zweiten und dritten leitenden Fläche einzustellen und/oder eingestellt. If two measuring ranges are to be used, then three surfaces of conductive polymer, separated from two surfaces of non-conductive polymer, are required. For various measurement ranges, the parameters of the structure of the cavities between the first two conductive surfaces are set and / or adjusted differently from the parameters of the structure of the cavities between the second and third conductive surfaces.
Eine andere Möglichkeit der Anordnung mehrerer Messbereiche innerhalb eines Sensors kann erfolgen, indem nur zwei Flächen an leitfähigen Polymer verwendet werden. Jedoch ist eine oder sind auch beide Flächen aus Streifen aufgebaut. Diese Streifen sind wiederum durch nicht leitendes Polymer voneinander getrennt. Jeder Streifen wird einem Messbereich zugeordnet, bei zwei Messbereichen wird die Zuordnung auf einer Fläche insbesondere abwechselnd gestaltet. Die zusammengehörenden Streifen sind außerhalb des Sensor elektrisch leitend verbunden. Die Hohlräume werden nun für jede Gruppe von Streifen, also für die entsprechenden Messbereiche in ihren Parametern angepasst und/oder sind unterschiedlich ausgestaltet. Another possibility of arranging a plurality of measuring ranges within a sensor can be carried out by using only two surfaces of conductive polymer. However, one or both surfaces are constructed of stripes. These strips are in turn separated by non-conducting polymer. Each strip is assigned to a measuring range, with two measuring ranges, the assignment on a surface is in particular designed alternately. The mating strips are electrically connected outside the sensor. The cavities are now adapted for each group of stripes, ie for the corresponding measuring ranges in their parameters and / or are designed differently.
Wird eine extrem hohe Anzahl von Messbereichen benötigt ist auch die Kombination beider Strategien zur Erhöhung der Messbereiche verwendbar. If an extremely high number of measuring ranges is required, the combination of both strategies can be used to increase the measuring ranges.
Wird eine Anordnung verwendet, bei der zwei Flächen aus Streifen vorhanden sind, welche gegeneinander rotiert sind und übereinander angeordnet sind, sodass die Streifen der einen Fläche senkrecht zu den Streifen der zweiten Fläche sind, kann der Ort der Belastung ermittelt werden. Es können auch mehr Flächen bestehend aus Streifen verwendet werden, welche nicht notwendigerweise senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Jeder Streifen ist einzeln elektrisch kontaktiert und der If an arrangement is used in which there are two surfaces of strips which are rotated against each other and are arranged one above the other, so that the strips of one surface are perpendicular to the strips of the second surface, the location of the load can be determined. It can also be used more surfaces consisting of strips, which are not necessarily aligned perpendicular to each other. Each strip is electrically contacted individually and the
Widerstand zwischen beliebigen Paaren von Streifen, bestehend aus einem Streifen auf jeder Fläche, kann
ermittelt werden. Der Ort der größten Belastung ist die Schnittfläche des Paares mit dem kleinsten Widerstand. Resistance between any pairs of strips, consisting of a strip on each surface, can be determined. The place of greatest stress is the intersection of the pair with the least resistance.
Neben der eigentlichen Sensorentwicklung bietet der 3D-Druck auch die Möglichkeit der In addition to the actual sensor development, the 3D printing also offers the possibility of
Integration eines Sensors oder mehrerer Sensoren im Gehäuse bzw. Befestigungselementen eines Wearables. Das Gehäuse bzw. die Befestigungselemente des Wearables können mit Hilfe des 3D-Druck optimal an die Messaufgabe angepasst werden und mit Funktionalität ausgestattet werden. 3D-Druck erlaubt die Integration eines Anpresssystems, welches z.B. auf Grundlage 3D-gedruckter pneumatischer Komponenten funktioniert, oder die Integration weiterer Sensoren, wie z.B. Sensoren zur Integration of a sensor or several sensors in the housing or fastening elements of a wearables. The housing or the fastening elements of the wearables can be optimally adapted to the measuring task with the aid of 3D printing and can be equipped with functionality. 3D printing allows the integration of a press system, which e.g. based on 3D printed pneumatic components, or the integration of further sensors, such as e.g. Sensors for
Plethysmographie bei Verwendung spezieller Licht leitender 3D-druckbarer Materialien oder Plethysmography using special light conductive 3D-printable materials or
Luftmanschetten mit pneumatischen Luftdrucksensoren zur Messung des Blutdrucks nach der Riva Rocci Methode. Somit stellt das Gehäuse mit den Befestigungselementen eine eigene notwendige Entwicklung für eine Anordnung zur Erhebung von Vitaldaten dar. Air cuffs with pneumatic air pressure sensors for measuring blood pressure according to the Riva Rocci method. Thus, the housing with the fasteners is a separate necessary development for an arrangement for collecting vital data.
Die Definierung der Kenngröße Herzzeitvolumen des kardiovaskulären Systems ist insbesondere möglich, wenn zunächst andere Kenngrößen, wie der Blutdruck und der Herzpuls definiert sind. Daher werden im Folgenden alle mit einer erfindungsgemäßen Anordnung messbaren Kenngrößen definiert und als letztes das Herzzeitvolumen. The definition of the parameter cardiac output of the cardiovascular system is possible in particular if initially other parameters, such as blood pressure and cardiac output are defined. Therefore, in the following, all parameters that can be measured with an arrangement according to the invention are defined and, lastly, the cardiac output.
Der Blutdruck wird an unterschiedlichen Stellen eines menschlichen oder tierischen Körpers auch für das menschliche Auge ab und an erkennbar. The blood pressure at different points of a human or animal body is also visible to the human eye now and then.
Insbesondere kann man mit bloßem Auge beim Menschen den arteriellen Puls an derA. In particular, one can see with the naked eye in humans the arterial pulse at the A.
Radialis erkennen. Radialis recognize.
Der Blutdruck ausgehend vom Herzen, wirkt somit auch in der Peripherie des Menschen oder Tieres nicht nur fühlbar, sondern auch sichtbar. The blood pressure from the heart, thus not only felt in the periphery of the human or animal, but also visible.
Spürbar wird dieser Druck insbesondere am Handgelenk. Hier verläuft die Arterie Radialis (Siehe Fig. 1 Buchstabe L) unter der Haut, jedoch nahe genug an der Oberfläche, um die Dämpfungseigenschaften des Gewebes (Siehe Fig. 1 Buchstabe C) nicht vollständig wirken zu lassen. Bei genauem Hinsehen, kann man meist ein pulsierendes Gewebe erkennen. This pressure is particularly noticeable on the wrist. Here, the radial artery (see Fig. 1 letter L) runs under the skin, but close enough to the surface not to fully affect the cushioning properties of the tissue (See Fig. 1 letter C). If you look closely, you can usually see a pulsating tissue.
Erzeugt wird die Pulsierung durch die zeitliche Änderung des Drucks bei jedem einzelnen Herzschlag. The pulsation is produced by the temporal change in pressure at each individual heartbeat.
In der Austreibungszeit der einzelnen Herzrythmen wird auch die Pulswelle (Siehe Fig. 1 Buchstabe D) erzeugt. Diese kann als erste Reaktion eines erfolgten Herzschlages peripher registriert werden. In the expulsion time of the individual heart rhythms, the pulse wave (see Fig. 1 letter D) is also generated. This can be registered peripherally as the first reaction of a successful heartbeat.
Ein Teil des Blutvolumens wird jedoch nicht sofort in die Peripherie weitergeleitet. Der Windkessel nimmt ein Teil des Blutvolumens auf und gibt diesen Anteil innerhalb eines RR Intervalls bis zur vollständigen Leerung, messbar als Diastole, wieder ab. However, part of the blood volume is not immediately diverted to the periphery. The Windkessel absorbs a portion of the blood volume and releases this portion within a RR interval until complete emptying, measurable as diastole.
Dies geschieht um Druckspitzen auszugleichen und das System an die jeweiligen This is done to compensate for pressure peaks and the system to the respective
Belastungssituationen angepasster gestalten zu können. Be able to design load situations adapted.
In der Peripherie angekommen, kann der Druckpuls oder der Strompuls registriert werden. Arrived in the periphery, the pressure pulse or the current pulse can be registered.
Um den Blutdruck nicht invasiv zu messen, wird seit über 100 Jahren die Riva Rocci Methode angewendet. To measure blood pressure non-invasively, the Riva Rocci method has been used for over 100 years.
Die Methode funktioniert, indem die Arterie mit Hilfe eines aufblasbaren Luftsacks abgequetscht wird. Anschließend löst man kontrolliert und messbar die gleichmäßige The method works by squeezing the artery with the aid of an inflatable air bag. Then one dissolves controlled and measurable the uniform
Druckbelastung von außen auf die Arterie, indem man den Luftsack öffnet. External pressure on the artery by opening the airbag.
Nun kann durch den arterielle Blutdruck sich das Blut durch die ersten Öffnungsschlitze der Durchlass-Sperre hin zur Peripherie quetschen, und somit innerhalb der offenen Arterie
wieder ausbreiten, es kommt zu einem klopfenden Geräusch. Die Riva Rocci/ Korotkow Now, through the arterial blood pressure, the blood can squeeze through the first opening slits of the passage barrier towards the periphery, and thus within the open artery spread again, there is a knocking sound. The Riva Rocci / Korotkov
Methode verwendet das Klopfen zur Blutdruckbestimmung. Method uses tapping for blood pressure determination.
Sofern ein Geräusch des wieder geöffneten Blutflusses wahrgenommen wird, steht die Systole (Siehe Fig. 1 Buchstabe A) fest. If a sound of the reopened blood flow is detected, the systole (See Fig. 1 A) is fixed.
Sofern das Klopfen aufhört, ist der Druck im arteriellen Gefäß ausgeglichen und der Druck der Diastole (Siehe Fig. 1 Buchstabe B) kann gemessen werden. If knocking ceases, the pressure in the arterial vessel is balanced and the pressure of diastole (See Fig. 1 (B)) can be measured.
Bei genauer Beobachtung der Messgeräte bei der Riva Rocci/ Korotkow Methode kann folgendes festgestellt werden: Unter Verwendung eines analogen Druckmessgeräts zur Bestimmung des Drucks in dem Luftsack kann eine Pulsierung der Nadel des Messgerätes und somit des Drucks beobachtet werden. Diese ist zu erkennen, wenn der Luftsack mit einem Druck belastet wird, der sich zwischen Diastole und Systole befindet. Dabei gibt es eine Luftbefüllung im Luftsack, bei der die Schwankung maximal ist. By closely observing the instruments in the Riva Rocci / Korotkow method, the following can be noted: Using an analog pressure gauge to determine the pressure in the air bag, it is possible to observe a pulsation of the gauge needle and thus of the pressure. This can be seen when the air bag is loaded with a pressure that is between diastole and systole. There is an air filling in the airbag, in which the fluctuation is maximum.
Die Werte, zwischen denen die Nadel schwankt, würden den Werten für die Diastole und der Systole entsprechen. Da jedoch der Luftsack die Druckänderung dämpft und auch das Messgerät nicht über die notwendige zeitliche Auflösung verfügt, können so die Werte für Diastole und Systole nicht bestimmt werden. The values between which the needle varies would correspond to the values for diastole and systole. However, since the air bag dampens the pressure change and the meter does not have the necessary temporal resolution, the values for diastole and systole can not be determined.
Die erfindungsmäßige Anordnung nutzt diese Begebenheit aus, indem Sensoren mit entsprechender zeitlicher Auflösung und mit möglichst geringer Dämpfung verwendet werden. The arrangement according to the invention makes use of this event by using sensors with corresponding temporal resolution and with the lowest possible attenuation.
Die Erfindung nutzt den ankommenden Druck/ Druckausbreitungsrichtung zur Oberfläche der menschlichen Haut (siehe Fig. 1 Buchstabe N) aus, hier bspw. an der A. Radialis. The invention uses the incoming pressure / pressure propagation direction to the surface of the human skin (see Fig. 1 letter N), here, for example, at the A. Radialis.
Der pulsierende Druck ausgehend von der Arterienwand (siehe Fig. 1 Buchstabe E) pflanzt sich über das Gewebe (siehe Fig. 1 Buchstabe C) bis hin zu Oberfläche der Haut fort (siehe Fig. 1 Buchstabe O). Dort kann der pulsierende Druck/ Blutdruck, jedoch bereits gedämpft, durch das Gewebe mittels sensorischer- und Recheneinheit registriert (Siehe Fig. 1 Buchstabe K und H) werden. The pulsating pressure from the arterial wall (see Fig. 1 E) propagates across the tissue (see Fig. 1 C) to the surface of the skin (see Fig. 1 Letter O). There, the pulsating pressure / blood pressure, but already damped, through the tissue by means of sensory and processing unit registered (see Fig. 1 letter K and H) are.
Der direkt messbare Pulsdruck ist seit Jahrhunderten ein bewährtes Mittel von Medizinern nicht nur in der Unfallversorgung. Die Art der Pulsdruckausbreitung, Fig. 1 Buchstabe N, und die Geschwindigkeit des Pulses, Fig. 1 Buchstabe M, kann Rückschlüsse über die Konstitution der Messperson anhand des gefühlten Pulses Aussage geben. The directly measurable pulse pressure has been a proven remedy for medical professionals for centuries, not only in the field of accident care. The type of pulse pressure propagation, Fig. 1 letter N, and the speed of the pulse, Fig. 1 letter M, can give inferences about the constitution of the measuring person based on the sensed pulse statement.
Der registrierfähige Druckplus wird in der Erfindung als Ursache zur Blutdruckmessung direkt genutzt. The registerable pressure increase is used directly in the invention as a cause for blood pressure measurement.
Der pulsierende Druckpuls verformt die Arterie, Fig. 1 Buchstabe E, beständig im Takt des schlagenden Herzens, Fig. 1 Buchstabe G. The pulsating pressure pulse deforms the artery, Fig. 1 letter E, constantly in time with the beating heart, Fig. 1 letter G.
Auf dem Weg hin zur Peripherie wird der Druckpuls durch Verzweigungen, Zustände der Gefäße, sowie die äußere und innere Belastung verändert. On the way to the periphery, the pressure pulse is changed by branching, states of the vessels, as well as the external and internal load.
Somit ist der Blutdruckmesswert ein sich ständig anpassender Wert an die jeweilige Situation des Körpers. Thus, the blood pressure reading is a constantly adapting value to the particular situation of the body.
Die Arbeitsweise des Herzens wird durch den Sinusknoten gesteuert, dieser gibt den Takt an, mit dem sich das Herz zusammenzieht, wodurch es zum Auswurf des Blutes in zunächst den Windkessel und dann in die Arterien kommt. Dabei stimuliert der Sinusknoten die Muskeln des Herzens durch elektrische Signale. The mode of operation of the heart is controlled by the sinus node, which indicates the rhythm with which the heart contracts, which causes the blood to be ejected first into the air chamber and then into the arteries. The sinus node stimulates the muscles of the heart by electrical signals.
Ein voller Zyklus von Auswurf des Blutes in die Arterien und Ansaugeprozess aus den Venen ist ein Herzpuls. A full cycle of expectoration of the blood into the arteries and aspiration process from the veins is a cardiac pulse.
Die elektrischen Signale des Sinusknotens werden bei der herkömmlichen Methode zur Messung des Herzpulses mit einem Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichnet.
Diese Aufzeichnung dieser elektrischen Signale, obwohl weltweit eingesetzt, ist jedoch unzureichend den Herzpuls zu messen, denn das elektrische Signal ist nur die Anweisung an die Herzmuskeln, eine Aktion durchzuführen, die eigentliche Aktion des Herzens kann so nicht erkannt werden. The electrical signals of the sinus node are recorded in the conventional method for measuring heart rate with an electrocardiogram (ECG). However, this record of these electrical signals, although used worldwide, is inadequate to measure cardiac output, because the electrical signal is only the instruction to the heart muscles to perform an action, the actual action of the heart can not be detected.
Im Erkrankungsfall kann es vorkommen, dass das elektrische Signal des Sinusknotens zu keinem Auswurf an Blut führen kann. In the case of illness, it may happen that the electrical signal of the sinus node can not lead to any expectoration of blood.
Ein Beispiel hierfür ist das Vorhofflattern und das Vorhofflimmern. Bei diesen Erkrankungen wird die Kontraktion in den Vorhöfen bis zu 340 (Vorhofflattern) bzw. bis zu 600 (Vorhofflimmern) Kontraktionen pro Minute durch elektrische Signale ausgelöst. Die Herzklappen zu den An example of this is atrial flutter and atrial fibrillation. In these diseases, the contraction in the atria is triggered by up to 340 (atrial flutter) or up to 600 (atrial fibrillation) contractions per minute by electrical signals. The heart valves to the
Herzkammern öffnen sich jedoch zumeist unregelmäßig mit 100-160 Öffnungen pro Minute. Dieses Krankheitsbild wird absolute Arrhythmie genannt. However, heart chambers usually open irregularly with 100-160 orifices per minute. This condition is called absolute arrhythmia.
Somit kommt es nur zu einem Auswurf von Blut mit einer Frequenz 100-160 pro Minute. Thus, there is only an ejection of blood with a frequency of 100-160 per minute.
Natürlich führen derartige Erkrankungen zu erkennbaren Mustern beim EKG Signal, die durch den Fachmann erkannt werden können. Hierbei kommt es jedoch auf die Erfahrung und Ausbildung und vor allem über die Kenntnis aller möglichen Erkrankungen beim Fachmann an. Of course, such diseases lead to recognizable patterns in the ECG signal, which can be recognized by those skilled in the art. However, it depends on the experience and training and especially on the knowledge of all possible diseases in the professional.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermittelt Messwerte, die die pulsierenden Druckwelle abbilden. Die pulsierende Druckwelle in den Arterien kommt nur zustande, wenn es zu einem Blutauswurf aus dem Herzen heraus kommt. Somit ist über die Analyse der Messwerte, die die pulsierende Druckwelle abbilden, eine eindeutige Messung des Herzpulses möglich. The arrangement according to the invention determines measured values which map the pulsating pressure wave. The pulsating pressure wave in the arteries comes about only when it comes to a blood discharge from the heart. Thus, an unambiguous measurement of the cardiac pulse is possible via the analysis of the measured values which map the pulsating pressure wave.
Die Pulswellenvariabilität, auch Herzfrequenzvariabilität genannt, gibt die Veränderlichkeit des Herzpulses an. Eine hohe Variabilität ist dabei ein Zeichen für ein gesundes Herz. The pulse wave variability, also called heart rate variability, indicates the variability of the cardiac pulse. High variability is a sign of a healthy heart.
Der Herzpuls passt sich autonom an die Anforderungen des Organismus an und ist daher einer ständigen Veränderung unterlegen. Steht die zu untersuchende Person bspw. unter erhöhtem Stress kann damit folgend, dass sich ein gleichmäßiger Herzpuls einstellt. The heart pulse adapts autonomously to the requirements of the organism and is therefore inferior to a constant change. If the person to be examined is, for example, under increased stress, the result may be an even cardiac output.
Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt durch die Aufzeichnung einer Messwertkurve, die die pulsierende Druckwelle abbildet, die zeitlichen Intervalle zwischen jeden einzelnen Herzpuls zu ermitteln. Diese Intervalle werden RR-Intervalle genannt. By virtue of the recording of a measured value curve which maps the pulsating pressure wave, the arrangement according to the invention permits the time intervals between each individual heart pulse to be determined. These intervals are called RR intervals.
Die Pulswellenvariabilität kann bspw. als Standardabweichung zum Mittelwert der RR- Intervalle angegeben werden. For example, the pulse wave variability can be expressed as the standard deviation to the mean of the RR intervals.
Die Pulswellenlaufzeit und die Pulswellengeschwindigkeit sind zwei eng miteinander verbundene Kenngrößen des kardiovaskulären Systems. Pulse wave transit time and pulse wave velocity are two closely related characteristics of the cardiovascular system.
Die Pulswellenlaufzeit gibt die Zeit an, in der die Pulswelle eine gewisse Strecke zurückgelegt hat und die Pulswellengeschwindigkeit vereint die Pulswellenlaufzeit und die zurückgelegte Strecke. Daher können aus der Kenntnis der zurückgelegten Strecke die beiden Kenngrößen ineinander überführt werden. The pulse wave transit time indicates the time in which the pulse wave has traveled a certain distance and the pulse wave velocity combines the pulse wave transit time and the distance traveled. Therefore, from the knowledge of the distance traveled, the two parameters can be converted into each other.
Darüber hinaus darf die Pulswellengeschwindigkeit nicht mit der Geschwindigkeit des Blutes in den Arterien verwechselt werden, diese ist deutlich langsamer. In addition, the pulse wave velocity must not be confused with the speed of the blood in the arteries, this is much slower.
Ausgehend von einem Herzpuls setzt sich ein Druckpuls in den Arterien in Bewegung, dieser verformt die Arterienwände. Dies bedeutet im Gegenzug, dass sich der Druckpuls nur so schnell fortbewegen kann, wie sich auch die Arterienwände verformen können. Diese Starting from a heart pulse, a pressure pulse sets in the arteries in motion, this deforms the arterial walls. In turn, this means that the pressure pulse can only move as fast as the arterial walls can deform. These
Verformbarkeit ist die Elastizität der Arterien. Deformability is the elasticity of the arteries.
Über die Messung der Pulswellengeschwindigkeit kann also die Elastizität der Arterien ermittelt werden. Zur Ermittlung dieser kann der Fachmann unter anderem die Moens- Korteweg Formel und/oder die Bramwell & Hill Formel benutzen, die die Abhängigkeit der
Pulswellengeschwindigkeit von der Elastizität, der Arterienwanddicke, des Arteriendurchmesser und der Dichte des Blutes angibt Der Wert der Elastizität wird vom kardiovaskulären System reguliert. Thus, the elasticity of the arteries can be determined by measuring the pulse wave velocity. To determine this, the skilled person may, inter alia, use the Moens-Korteweg formula and / or the Bramwell & Hill formula which determines the dependence of the Pulse wave velocity of elasticity, arterial wall thickness, arterial diameter and blood density The value of elasticity is regulated by the cardiovascular system.
Im Krankheitsfall kann die Elastizität z.B. durch Arterienverkalkung übermäßig reduziert sein. Daher ist die Elastizität eine Kenngröße, die z.B. vor bevorstehenden Herzinfarkten warnen kann. In case of illness, the elasticity may e.g. be excessively reduced by arteriosclerosis. Therefore, the elasticity is a characteristic, e.g. warn of impending heart attacks.
Zudem haben Studien gezeigt, dass zumindest über kurze Zeiträume die In addition, studies have shown that, at least over short periods of time
Pulswellengeschwindigkeit auch verwendet werden kann, um den Blutdruck zu überwachen. Pulse wave velocity can also be used to monitor the blood pressure.
Für die Messung durch die erfinderische Anordnung ergeben sich insbesondere zwei Ansätze. For the measurement by the inventive arrangement in particular two approaches.
Zum Einem kann mit mehreren Sensoren an verschiedenen Stellen des Körpers die pulsierende Druckwelle vermessen werden. Somit kann aus dem Versatz der Messkurven zueinander die Pulswellenlaufzeit ermittelt werden, wodurch unter Kenntnis des Abstandes der Sensoren zueinander auch die Pulswellengeschwindigkeit bekannt ist. On the one hand, the pulsating pressure wave can be measured with several sensors at different points of the body. Thus, the pulse wave transit time can be determined from the offset of the measured curves relative to one another, whereby, knowing the distance of the sensors from one another, the pulse wave velocity is also known.
Da die erfinderische Anordnung über eine hohe Datenerfassungsrate verfügt können die Sensoren auch nahe zueinander liegen. Dies ermöglicht die Messung der Since the inventive arrangement has a high data acquisition rate, the sensors can also be close to each other. This allows the measurement of
Pulswellengeschwindigkeit ortsbezogen am Körper. Pulse wave velocity local to the body.
Zum Anderem wird die pulsierende Druckwelle des Herzpulses auch reflektiert. Durch die hohe Datenerfassungsrate der erfinderischen Anordnung ist die Reflexionswelle erkennbar in den Messkurven. Auch aus dem Abstand zwischen der Initialwelle und der Reflexionswelle ist die Pulswellenlaufzeit berechenbar. On the other hand, the pulsating pressure wave of the heart pulse is also reflected. Due to the high data acquisition rate of the inventive arrangement, the reflection wave is recognizable in the measurement curves. The pulse wave transit time can also be calculated from the distance between the initial wave and the reflection wave.
Das Herzzeitvolumen gibt an, wie viel Liter Blut das Herz in einer Minute auswirft und zur Versorgung des Organismus zur Verfügung steht. Somit stellt diese Kenngröße oder deren Änderung die Größe zur Beurteilung des Leistungsvermögens des kardiovaskulären Systems dar. The cardiac output indicates how many liters of blood the heart expels in one minute and is available for the care of the organism. Thus, this characteristic or its change represents the quantity for assessing the performance of the cardiovascular system.
Ein zum normalen reduzierter Wert ist ein Hinweis auf eine Erkrankung des Herzens z.B. eine Herzklappenerkrankung oder ein Hinweis auf eine Schilddrüsenunterfunktion. A normal reduced value is an indication of heart disease, e.g. heart valve disease or an indication of hypothyroidism.
Ein zum normalen erhöhter Wert kann auf eine Vielzahl von Erkrankungen, z.B. Fieber, Blutarmut oder Durchblutungsstörungen von Organen, sein. Normal elevated levels may be due to a variety of diseases, e.g. Fever, anemia or circulatory disorders of organs.
Das Herzzeitvolumen ist auch ein Indikator für die Versorgung des Körpers mit Sauerstoff. Für den Sportler ist daher ein hohes Herzzeitvolumen (solange es nicht krankheitsbedingt ist) erstrebenswert und kann als Maß für spezielle, auf Leistung gerichtete Trainingsmaßnahmen, dienen. Cardiac output is also an indicator of oxygen supply to the body. For the athlete, therefore, a high cardiac output (as long as it is not disease-related) is desirable and can serve as a measure of specific, performance-oriented training measures.
Ein anderes Anwendungsgebiet, welches sich aufgrund des Zusammenhangs mit der Sauerstoffversorgung ergibt, ist die Patientenkontrolle bei Operationen. Das Herzzeitvolumen wird bereits heute bei vielen Operationen kontinuierlich gemessen, allerdings erfolgt dies invasiv mit Hilfe verschiedener Methoden. Bei einer oft verwendeten Methode wird eine kalte Flüssigkeit mit einem Katheter in eine Herzkammer injiziert. Durch Temperatursensoren in der dem Herzen folgenden Arterien kann die Erwärmung ermittelt werden, diese Erwärmung hängt direkt mit dem Herzzeitvolumen zusammen. Another area of application, which arises due to the connection with the oxygen supply, is the patient control during operations. Cardiac output is already measured continuously in many surgeries, but this is done invasively using a variety of methods. One method that is often used involves injecting a cold fluid with a catheter into a chamber of the heart. By means of temperature sensors in the arteries following the heart, the heating can be determined; this heating is directly related to the cardiac output.
Zusammengefasst ergibt sich, dass die Methoden zur Herzzeitvolumenbestimmung entweder sehr ungenau sind oder einem nur in Ausnahmesituationen vertretbaren Eingriff in den Körper benötigen. In summary, the methods for cardiac output determination are either very inaccurate or require an intervention in the body that is only justifiable in exceptional situations.
Eine erfinderische Anordnung soll eine Alternative zu den invasiven Methoden bieten, welche zum Einem keinen Eingriff in den Körper und somit keine gefährlichen Operationen
benötigt und zum Anderem eine möglichst genaue Messung des Herzzeitvolumens oder dessen Änderung ermöglicht. Daher ergibt sich der Einsatzort zwischen den medizinisch sehr exakten und notwendigen Untersuchungssituationen bei komplizierten und langen Operationen und den sehr ungenauen bisherigen nicht invasiven Methoden. Daher kann bei Operationen, welche nicht die allerhöchst genauen Wert benötigen auf eine invasive Methode verzichtet werden und stattdessen eine erfinderische Anordnung verwendet werden. Da das Anbringen einer erfinderischen Anordnung schnell und unkompliziert ist kann auch einer Überwachung bei Operationen, bei denen bisher keine Herzzeitvolumenüberwachung verwendet wurde erfolgen. Darüber hinaus ergeben sich gerade im medizinischen Bereich neue Möglichkeiten, so kann eine kontinuierliche Langzeitüberwachung ermöglicht werden und bei einer Verschlechterung ein Alarm ausgegeben werden. An inventive arrangement is intended to provide an alternative to the invasive methods, which, for one, does not interfere with the body and thus no dangerous operations needed and the other as accurate as possible measurement of cardiac output or its change allows. Therefore, the location between the medically very precise and necessary examination situations in complicated and long operations and the very inaccurate previous non-invasive methods. Therefore, in operations that do not require the utmost exact value, an invasive method can be dispensed with and an inventive arrangement can be used instead. Since the attachment of an inventive arrangement is quick and easy, it is also possible to monitor during operations in which no cardiac output monitoring has hitherto been used. In addition, especially in the medical field, new possibilities arise, so a continuous long-term monitoring can be made possible and in case of deterioration an alarm can be issued.
Die Ermittlung des Wertes für das aktuelle Herzzeitvolumen kann von Herzpuls zu Herzpuls erfolgen. Es werden die Kenngrößen der Frequenz des Herzpulses bzw. das RR- Intervall, die Messwertkurve der pulsierenden Druckwelle, die Elastizität der Arterien und der Durchmesser des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck bestimmt. The determination of the value for the current cardiac output can be from cardiac pulse to cardiac pulse. The parameters of heart rate or RR interval, pulsatile pressure wave curve, arterial elasticity and aortic arch diastolic blood pressure are all determined.
Alleinig der absolute Durchmesser bzw. Radius des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck kann nicht durch eine erfinderische Anordnung bestimmt werden und muss mit externen Geräten z.B. Ultraschall ermittelt werden. Jedoch spielt bei einer kontinuierlichen Langzeitüberwachung nicht so sehr der absolute Wert eine Rolle, sondern die Veränderungen. Eine erfinderische Anordnung kann das Herzzeitvolumen zumindest näherungsweise relativ zum Durchmesser und/oder zur Querschnittsfläche des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck messen und bei Bedarf kann dieser relative Wert, durch eine externe Messung des Durchmesser des Aortenbogen beim diastolischen Blutdruck, zu einem absoluten Wert umgeformt werden. Only the absolute diameter or radius of the aortic arch in diastolic blood pressure can not be determined by an inventive arrangement and must be compatible with external devices e.g. Ultrasound to be determined. However, in a continuous long-term monitoring not so much the absolute value plays a role, but the changes. An inventive arrangement can measure the cardiac output at least approximately relative to the diameter and / or cross-sectional area of the aortic arch in diastolic blood pressure, and if desired, this relative value can be converted to an absolute value by an external measurement of the diameter of the aortic arch in diastolic blood pressure.
Die Pulswelle geht vom Herzen aus in die Arterien über, dabei sinkt die Amplitude und die einzelnen Pulse werden zeitlich länger. Jedoch muss die ausgegebene Druckwelle alle Arterien durchqueren und der Gesamtdruck als Integration über die Zeit, insbesondere einer Pulswelle, eines RR-Intervalls und/oder zwischen zwei systolischen Drücken oder zwei diastolischen Drücken, in einer bestimmten Entfernung zum Herzen entspricht näherungsweise dem The pulse wave passes from the heart into the arteries, while the amplitude decreases and the individual pulses are longer in time. However, the output pressure wave must traverse all arteries and the total pressure as integrating over time, in particular a pulse wave, an RR interval and / or between two systolic pressures or two diastolic pressures, at a certain distance from the heart is approximately equal to that
Auswurfsdruck, welcher mit dem Herzzeitvolumen und der Elastizität zusammenhängt. Die Elastizität wiederum kann ebenfalls zumindest näherungsweise bestimmt werden und zur weiteren Verbesserung als Korrektur des zumindest relativen Herzzeitvolumens verwendet werden. Ejection pressure, which is related to cardiac output and elasticity. The elasticity in turn can also be determined at least approximately and used for further improvement as a correction of the at least relative cardiac output.
Damit kann das Auswurfvolumen eines Herzpulses, auch schon ohne weitere Korrektur durch die Elastizität wie folgt näherungsweise ermittelt werden: Thus, the ejection volume of a cardiac pulse, even without further correction by the elasticity can be approximately determined as follows:
Der momentan vorliegende Pulsdruck (Pulsdruck ist die Druckdifferenz zwischen dem diastolischen Blutdruckwert und dem aktuellen Messwert) in einer Arterie verformt diese, der Radius R ist gegeben durch die Elastizität E : The currently present pulse pressure (pulse pressure is the pressure difference between the diastolic blood pressure value and the current measured value) in an artery deforms this, the radius R is given by the elasticity E :
ß(t)=R0+E * P(t) ß (t) = R 0 + E * P (t)
Hierbei ist der (unbekannte und extern zu messende) Radius der Arterie. Der aktuelle Radius der Arterie verändert sich also während eines Herzpules zeitlich mit dem Druck. Here is the (unknown and externally measured) radius of the artery. The current radius of the artery changes during a cardiac pule with the time pressure.
Um ein Volumen zu berechnen, muss die Länge L der Verformung der Arterie bei einem Herzpuls bestimmt werden. Dazu wird die zeitliche Länge eines Herzpulses, das RR-Intervall T , und die Pulswellengeschwindigkeit v verknüpft: To calculate a volume, the length L of the artery deformation in a cardiac pulse must be determined. For this, the temporal length of a cardiac pulse, the RR interval T , and the pulse wave velocity v are linked:
L=v * T L = v * T
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30 SHEET INCLUDED BY REFERENCE (RULE 20.6) 30
benötigt und zum Anderem eine möglichst genaue Messung des Herzzeitvolumens oder dessen Änderung ermöglicht. Daher ergibt sich der Einsatzort zwischen den medizinisch sehr exakten und notwendigen Untersuchungssituationen bei komplizierten und langen Operationen und den sehr ungenauen bisherigen nicht invasiven Methoden. Daher kann bei Operationen, welche nicht die allerhöchst genauen Wert benötigen auf eine invasive Methode verzichtet werden und stattdessen eine erfinderische Anordnung verwendet werden. Da das Anbringen einer erfinderischen Anordnung schnell und unkompliziert ist kann auch einer Überwachung bei Operationen, bei denen bisher keine Herzzeitvolumenüberwachung verwendet wurde erfolgen. Darüber hinaus ergeben sich gerade im medizinischen Bereich neue Möglichkeiten, so kann eine kontinuierliche Langzeitüberwachung ermöglicht werden und bei einer Verschlechterung ein Alarm ausgegeben werden. needed and the other as accurate as possible measurement of cardiac output or its change allows. Therefore, the location between the medically very precise and necessary examination situations in complicated and long operations and the very inaccurate previous non-invasive methods. Therefore, in operations that do not require the utmost exact value, an invasive method can be dispensed with and an inventive arrangement can be used instead. Since the attachment of an inventive arrangement is quick and easy, it is also possible to monitor during operations in which no cardiac output monitoring has hitherto been used. In addition, especially in the medical field, new possibilities arise, so a continuous long-term monitoring can be made possible and in case of deterioration an alarm can be issued.
Die Ermittlung des Wertes für das aktuelle Herzzeitvolumen kann von Herzpuls zu The determination of the value for the current cardiac output may vary from cardiac pulse
Herzpuls erfolgen. Es werden die Kenngrößen der Frequenz des Herzpulses bzw. das RR- Intervall, die Messwertkurve der pulsierenden Druckwelle, die Elastizität der Arterien und der Durchmesser des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck bestimmt. Heart pulse done. The parameters of heart rate or RR interval, pulsatile pressure wave curve, arterial elasticity and aortic arch diastolic blood pressure are all determined.
Alleinig der absolute Durchmesser bzw. Radius des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck kann nicht durch eine erfinderische Anordnung bestimmt werden und muss mit externen Geräten z.B. Ultraschall ermittelt werden. Jedoch spielt bei einer kontinuierlichen Langzeitüberwachung nicht so sehr der absolute Wert eine Rolle, sondern die Veränderungen. Eine erfinderische Anordnung kann das Herzzeitvolumen zumindest näherungsweise relativ zum Durchmesser und/oder zur Querschnittsfläche des Aortenbogens beim diastolischen Blutdruck messen und bei Bedarf kann dieser relative Wert, durch eine externe Messung des Durchmesser des Aortenbogen beim diastolischen Blutdruck, zu einem absoluten Wert umgeformt werden. Only the absolute diameter or radius of the aortic arch in diastolic blood pressure can not be determined by an inventive arrangement and must be compatible with external devices e.g. Ultrasound to be determined. However, in a continuous long-term monitoring not so much the absolute value plays a role, but the changes. An inventive arrangement can measure the cardiac output at least approximately relative to the diameter and / or cross-sectional area of the aortic arch in diastolic blood pressure, and if desired, this relative value can be converted to an absolute value by an external measurement of the diameter of the aortic arch in diastolic blood pressure.
Die Pulswelle geht vom Herzen aus in die Arterien über, dabei sinkt die Amplitude und die einzelnen Pulse werden zeitlich länger. Jedoch muss die ausgegebene Druckwelle alle Arterien durchqueren und der Gesamtdruck als Integration über die Zeit, insbesondere einer Pulswelle, eines RR-Intervalls und/oder zwischen zwei systolischen Drücken oder zwei diastolischen Drücken, in einer bestimmten Entfernung zum Herzen entspricht näherungsweise dem The pulse wave passes from the heart into the arteries, while the amplitude decreases and the individual pulses are longer in time. However, the output pressure wave must traverse all arteries and the total pressure as integrating over time, in particular a pulse wave, an RR interval and / or between two systolic pressures or two diastolic pressures, at a certain distance from the heart is approximately equal to that
Auswurfsdruck, welcher mit dem Herzzeitvolumen und der Elastizität zusammenhängt. Die Elastizität wiederum kann ebenfalls zumindest näherungsweise bestimmt werden und zur weiteren Verbesserung als Korrektur des zumindest relativen Herzzeitvolumens verwendet werden. Ejection pressure, which is related to cardiac output and elasticity. The elasticity in turn can also be determined at least approximately and used for further improvement as a correction of the at least relative cardiac output.
Damit kann das Auswurfvolumen eines Herzpulses, auch schon ohne weitere Korrektur durch die Elastizität wie folgt näherungsweise ermittelt werden: Thus, the ejection volume of a cardiac pulse, even without further correction by the elasticity can be approximately determined as follows:
Der momentan vorliegende Pulsdruck ^"( (Pulsdruck ist die Druckdifferenz zwischen dem diastolischen Blutdruckwert und dem aktuellen Messwert) in einer Arterie verformt diese, der Radius R ist gegeben durch die Elastizität F- : The present pulse pressure ^ " ( (pulse pressure is the pressure difference between the diastolic blood pressure value and the current measured value) in an artery deforms this, the radius R is given by the elasticity F -:
m fairan R. mm e * mi rn m fairan R. m me * mi rn
Hierbei ist Ro der (unbekannte und extern zu messende) Radius der Arterie. Der aktuelle Radius der Arterie verändert sich also während eines Herzpules zeitlich mit dem Druck. Here, R o is the (unknown and externally measured) radius of the artery. The current radius of the artery changes during a cardiac pule with the time pressure.
Um ein Volumen zu berechnen, muss die Länge L der Verformung der Arterie bei einem Herzpuls bestimmt werden. Dazu wird die zeitliche Länge eines Herzpulses, das RR-Intervall T , und die Pulswellengeschwindigkeit v verknüpft: To calculate a volume, the length L of the artery deformation in a cardiac pulse must be determined. For this, the temporal length of a cardiac pulse, the RR interval T , and the pulse wave velocity v are linked:
I_E3 v * C3
31 I_E3 v * C3 31
Da die aktuelle Zeit t (Startzeit ist Beginn des Herzpulses mit t = 0) im Puls mit der aktuellen Position der Druckwelle in der Arterie l(t) mit der Pulswellengeschindigkeit verknüpfbar ist: Since the current time t (start time is the beginning of the heart pulse with t = 0) in the pulse with the current position of the pressure wave in the artery l (t) with the Pulswellengeschindigkeit is connectable:
Z(t)=v * t Z (t) = v * t
Kann auch der aktuelle Radius auch als Funktion von I dargestellt werden. Es gilt R' )=R (//v ) Can the current radius also be represented as a function of I. R ') = R (// v)
Das Volumen ergibt sich aus der Integration aller Messwerte in einem Herzpuls unter der bekannten Formel zur Bestimmung der Querschnittsfläche aus dem Radius (Fläche = R2 ): The volume results from the integration of all measured values in a heart pulse under the known formula for determining the cross-sectional area from the radius (area = R 2 ):
Für eine relative Messung wird Ko auf Null gesetzt, wenn eine externe Messung erfolgt ist kann als Parameter an die erfinderische Anordnung übermittelt werden. For a relative measurement K o is set to zero, if an external measurement has taken place can be transmitted as a parameter to the inventive arrangement.
Eine Druckensoreinheit, wie oben bereits beschrieben, kann auf die Haut, Fig. 1 A pressure sensor unit, as already described above, can be applied to the skin, FIG. 1
Buchstabe K und O, gelegt werden. Letter K and O, to be placed.
Um einen gleichmäßig beaufschlagten Druck zu erzielen, kann ein Armband, Fig. 1 Buchstabe I, um das Handgelenk als Hilfe und als handelsübliches Produkt erhältlich genutzt werden. Somit kann ein gleichmäßiger Druck, Fig. 1 Buchstabe J, auf die A. Radialis ausgeübt werden. To obtain a uniformly applied pressure, a wristband, Fig. 1 (I), can be used around the wrist as an aid and as a commercial product. Thus, a uniform pressure, Fig. 1 letter J, can be exerted on the A. radialis.
Der ausgehende Druck, der von der A. Radialis auf die Oberfläche der Haut übertragen wird, kann bereits mit einem einfachen Messaufbau einer Drucksensoreinheit zwischen Armband und Oberfläche der Haut registriert werden. The outgoing pressure transferred from the A. radialis to the surface of the skin can already be registered with a simple measurement setup of a pressure sensor unit between the bracelet and the surface of the skin.
Der dynamische Druckpuls des tatsächlichen Auswurfs des Herzens, kann mittels Auswerte- und Bildeinheit für jedermann so sichtbar gemacht werden. Somit hat die erfindungsmäßige Anordnung einen unschätzbaren Wert für Erkrankte, die invasiv an einen Monitor, bspw. auf der Intensivstation angeschlossen sind, da nicht wie heutzutage üblich die Messung invasiv durchgeführt werden muss. The dynamic pressure pulse of the actual ejection of the heart can be made so visible to everyone by means of the evaluation and imaging unit. Thus, the arrangement according to the invention has an invaluable value for patients who are invasively connected to a monitor, for example, in the intensive care unit, since the measurement does not have to be performed invasively, as is usual today.
Die Messung des Blutdrucks kann vom umgebenen Gewebe stark beeinflusst werden. Daher sollten bei speziellen Fällen Vorkehrungen getroffen werden. The measurement of blood pressure can be greatly influenced by the surrounding tissue. Therefore, precautions should be taken in special cases.
Bei Menschen mit erhöhtem Fettgehalt bzw. massiger Ausprägung kann es an der bevorzugten Stelle zur Messung des Blutdrucks und Herzpulses am Handgelenk zu einer erhöhten Dämpfung der Messung kommen. In people with high fat content or moderate expression, it may come at the preferred location for measuring blood pressure and heart pulse on the wrist to increased attenuation of the measurement.
Eine vorteilhafte Messstelle ist am oberen Fußrücken, da hier meist wenig Fett eingelagert. Messstellen wie bspw. die Arterie Dorsalis pedis, Anterior tibial, Posterior tibiels, sowie First dorsal metarsal, Deep plantar, Arcuate eignen sich zur Messung am Fußrücken. Im Bereich oberhalb des Fußgelenks ändert die gesamte Menge des einströmenden Blutstroms den Durchmesser der unteren Extremität. Mit einer Messung des veränderlichen Durchmessers oder des veränderlichen Drucks auf die beaufschlagte Messfläche mit mindestens einer Drucksensoreinheit ist auch hier der Blutdruck und Herzpuls zu detektieren. An advantageous measuring point is at the upper instep, since there is usually little fat stored here. Measuring points such as the artery Dorsalis pedis, anterior tibial, Posterior tibiels, as well as First dorsal metarsal, Deep plantar, Arcuate are suitable for measurement on the back of the foot. In the area above the ankle, the total amount of inflowing bloodstream changes the diameter of the lower limb. With a measurement of the variable diameter or the variable pressure on the applied measuring surface with at least one pressure sensor unit, the blood pressure and heart pulse can also be detected here.
Eine eingeschränkte Gebrauchsfähigkeit der Erfindung besteht auch bei erkrankten Menschen, bspw. durch starke Wasserablagerungen in den Beinen und speziell in den Füßen. A limited usability of the invention also exists in diseased people, for example. By strong water deposits in the legs and especially in the feet.
Der benötigte Gegendruck und/oder Anpressdruck kann bspw. auch mittels eines Fingers (siehe Fig. 1 Buchstabe J) der anderen freien Hand erzeugt werden. The required back pressure and / or contact pressure can be generated, for example, by means of a finger (see Fig. 1 letter J) of the other free hand.
Hierfür kann vorzugweise für die Erfindung eine speziell hergestellte und für den Nutzer klar definierte Oberfläche auf dem Armband oder System geschaffen werden. Diese Oberfläche For this purpose, preferably for the invention, a specially prepared and clearly defined for the user surface on the bracelet or system can be created. This surface
BLATT EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6)
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Da die aktuelle Zeit t (Startzeit ist Beginn des Herzpulses mit t = 0) im Puls mit der aktuellen Position der Druckwelle in der Arterie l(t) mit der Pulswellengeschindigkeit Since the current time t (start time is the beginning of the heart pulse with t = 0) in the pulse with the current position of the pressure wave in the artery l (t) with the Pulswellengeschindigkeit
verknüpfbar ist: can be linked:
Kann auch der aktuelle Radius auch als Funktion von I dargestellt werden. Es gilt Can the current radius also be represented as a function of I. It applies
R' (?)=R (//v) R '(?) = R (// v)
Das Volumen ergibt sich aus der Integration aller Messwerte in einem Herzpuls unter der bekannten Formel zur Bestimmung der Querschnittsfläche aus dem Radius (Fläche = ?iR ): The volume results from the integration of all measured values in a heart pulse under the known formula for determining the cross-sectional area from the radius (area =? IR):
VE) m 03 {2R.*! HHlPcil{3 TC G9 133 E^ EHSEP dlG9 TC 13 E33 EG332P vdht VE) m 03 {2R. * ! HHlPcil {3 TC G9 133 E ^ EHSEP dlG9 TC 13 E33 EG332P vdht
G3 El l2l?J m E * (2M2ET vd t G3 El l2l? J m E * (2M2ET vd t
Für eine relative Messung wird Ro auf Null gesetzt, wenn eine externe Messung erfolgt ist kann Ro als Parameter an die erfinderische Anordnung übermittelt werden. For a relative measurement R o is set to zero, if an external measurement has taken place R o can be transmitted as a parameter to the inventive arrangement.
Eine Druckensoreinheit, wie oben bereits beschrieben, kann auf die Haut, Fig. 1 A pressure sensor unit, as already described above, can be applied to the skin, FIG. 1
Buchstabe K und O, gelegt werden. Letter K and O, to be placed.
Um einen gleichmäßig beaufschlagten Druck zu erzielen, kann ein Armband, Fig. 1 Buchstabe I, um das Handgelenk als Hilfe und als handelsübliches Produkt erhältlich genutzt werden. To obtain a uniformly applied pressure, a wristband, Fig. 1 (I), can be used around the wrist as an aid and as a commercial product.
Somit kann ein gleichmäßiger Druck, Fig. 1 Buchstabe J, auf die A. Radialis ausgeübt werden. Thus, a uniform pressure, Fig. 1 letter J, can be exerted on the A. radialis.
Der ausgehende Druck, der von der A. Radialis auf die Oberfläche der Haut übertragen wird, kann bereits mit einem einfachen Messaufbau einer Drucksensoreinheit zwischen The outgoing pressure, which is transferred from the A. radialis to the surface of the skin, can already with a simple measuring structure of a pressure sensor unit between
Armband und Oberfläche der Haut registriert werden. Bracelet and surface of the skin are registered.
Der dynamische Druckpuls des tatsächlichen Auswurfs des Herzens, kann mittels The dynamic pressure pulse of the actual ejection of the heart, can by means of
Auswerte- und Bildeinheit für jedermann so sichtbar gemacht werden. Somit hat die Evaluation and image unit for everyone to be made visible. Thus, the
erfindungsmäßige Anordnung einen unschätzbaren Wert für Erkrankte, die invasiv an einen Monitor, bspw. auf der Intensivstation angeschlossen sind, da nicht wie heutzutage üblich die Messung invasiv durchgeführt werden muss. inventive arrangement an invaluable value for patients who are invasively connected to a monitor, eg. In the intensive care unit, since not as usual today, the measurement must be performed invasive.
Die Messung des Blutdrucks kann vom umgebenen Gewebe stark beeinflusst werden. The measurement of blood pressure can be greatly influenced by the surrounding tissue.
Daher sollten bei speziellen Fällen Vorkehrungen getroffen werden. Therefore, precautions should be taken in special cases.
Bei Menschen mit erhöhtem Fettgehalt bzw. massiger Ausprägung kann es an der bevorzugten Stelle zur Messung des Blutdrucks und Herzpulses am Handgelenk zu einer erhöhten Dämpfung der Messung kommen. In people with high fat content or moderate expression, it may come at the preferred location for measuring blood pressure and heart pulse on the wrist to increased attenuation of the measurement.
Eine vorteilhafte Messstelle ist am oberen Fußrücken, da hier meist wenig Fett eingelagert. An advantageous measuring point is at the upper instep, since there is usually little fat stored here.
Messstellen wie bspw. die Arterie Dorsalis pedis, Anterior tibial, Posterior tibiels, sowie First dorsal metarsal, Deep plantar, Arcuate eignen sich zur Messung am Fußrücken. Im Bereich oberhalb des Fußgelenks ändert die gesamte Menge des einströmenden Blutstroms den Measuring points such as the artery Dorsalis pedis, anterior tibial, Posterior tibiels, as well as First dorsal metarsal, Deep plantar, Arcuate are suitable for measurement on the back of the foot. In the area above the ankle, the total amount of inflowing bloodstream changes
Durchmesser der unteren Extremität. Mit einer Messung des veränderlichen Durchmessers oder des veränderlichen Drucks auf die beaufschlagte Messfläche mit mindestens einer Diameter of the lower extremity. With a measurement of the variable diameter or the variable pressure on the applied measuring surface with at least one
Drucksensoreinheit ist auch hier der Blutdruck und Herzpuls zu detektieren. Pressure sensor unit is also here to detect the blood pressure and heart rate.
Eine eingeschränkte Gebrauchsfähigkeit der Erfindung besteht auch bei erkrankten A limited usability of the invention is also in diseased
Menschen, bspw. durch starke Wasserablagerungen in den Beinen und speziell in den Füßen. People, for example, by strong water deposits in the legs and especially in the feet.
Der benötigte Gegendruck und/oder Anpressdruck kann bspw. auch mittels eines Fingers (siehe Fig. 1 Buchstabe J) der anderen freien Hand erzeugt werden. The required back pressure and / or contact pressure can be generated, for example, by means of a finger (see Fig. 1 letter J) of the other free hand.
Hierfür kann vorzugweise für die Erfindung eine speziell hergestellte und für den Nutzer klar definierte Oberfläche auf dem Armband oder System geschaffen werden. Diese Oberfläche
32 For this purpose, preferably for the invention, a specially prepared and clearly defined for the user surface on the bracelet or system can be created. This surface 32
befindet sich oberhalb der mindestens einen Drucksensoreinheit und somit bspw. auf dem Armband. Direkt unterhalb der Drucksensoreinheit befindet sich beispielsweise die A. Radialis. is located above the at least one pressure sensor unit and thus, for example, on the bracelet. Directly below the pressure sensor unit is, for example, the A. Radialis.
Für eine Blutdruckmessung kann der Nutzer bspw. einen Finger auf die definierte For a blood pressure measurement, the user can, for example, a finger on the defined
Oberfläche des Armbandes führen. Eine sanft und stetig steigende Druckerhöhung auf das Armband, entstehend durch den aufbauenden Druck des Fingers auf die markierte Fläche, wird, insbesondere mit der Drucksensoreinheit, mit mindestens 1000 Messungen pro Sekunde durch das System registriert und gespeichert. Lead surface of the bracelet. A gently and steadily increasing pressure increase on the wristband, caused by the build-up pressure of the finger on the marked area, is registered and stored by the system, in particular with the pressure sensor unit, with at least 1000 measurements per second.
Der Nutzer spürt beim sanften Drücken auf die A. Radialis ein stärker wahrnehmbares pulsieren. Diese Steigerung des wahrnehmbaren Pulses stammt nicht von einer The user feels a more perceptible pulsation when gently pressing on the A. radialis. This increase in perceptible pulse does not come from one
Blutdruckerhöhung sondern durch die Verdichtung und Verteilung des umgebenen Gewebes zwischen der Hautoberfläche und dem vorhandenen Gewebe oberhalb der A. Radialis. Raising blood pressure but by the compression and distribution of the surrounding tissue between the skin surface and the existing tissue above the A. radialis.
Wie ein ausgequetschter Schwamm gibt das zusammen- und weggedrückte Gewebe die pulsierende Welle, ausgehend von der Arterienwand, fast 1 zu 1 auf die Drucksensoreinheit weiter. Die Dämpfung des Gewebes, Fig. 1 Buchstabe C, wird reduziert durch den Gegendruck und/oder Anpressdruck von Finger oder einem Aktor, Fig. 1 Buchstabe J, von außen und somit oberhalb der Haut, Fig. 1 Buchstabe O. Like a squeezed out sponge, the compressed and squeezed tissue forwards the pulsating wave almost 1 to 1 from the arterial wall to the pressure sensor unit. The damping of the fabric, Fig. 1 letter C, is reduced by the back pressure and / or contact pressure of fingers or an actuator, Fig. 1 letter J, from the outside and thus above the skin, Fig. 1 letter O.
Um die Systole des Blutdrucks messen zu können, sollte der Gegendruck auf die Arterie bzw. Pulswelle (Siehe Fig. 1 Buchstabe D) über die Dämpfung hinaus, geführt werden. To be able to measure the systole of the blood pressure, the back pressure on the artery or pulse wave (see FIG. 1 D) should be guided beyond the attenuation.
Die Systole wird in dem Augenblick messbar, indem der Gegendruck und/oder Anpressdruck sich weiter steigert, jedoch die Pulswelle keine maximale Steigerung über den maximal gemessen Druck hinaus erzeugen kann. The systole becomes measurable at the moment the back pressure and / or contact pressure continues to increase, but the pulse wave can not produce a maximum increase beyond the maximum measured pressure.
Die Erfindung kann man leicht am Menschen selbst testen. Bevor man die A. Radialis vollständig mit dem steigenden Druck auf die Radialis abquetscht, gibt es einen Druckbereich indem trotz Steigerung des Gegendrucks der Pulsdruck fühlbar nicht weiter zunimmt. The invention can easily be tested on humans themselves. Before squeezing the A. Radialis completely with the increasing pressure on the radialis, there is a pressure range in that, despite an increase in the back pressure, the pulse pressure does not noticeably increase any further.
Dieser Punkt ist mittels bekannten Vorrichtungen messbar und stellt die Systole des Blutdrucks dar. This point can be measured by known devices and represents the systole of the blood pressure.
Die Diastole wird aus den Minima der pulsierenden Druckwelle bestimmt. Bei steigendem Gegendruck auf die Arterie nimmt der Abstand zwischen den Minima und Maxima der pulsierenden Druckwelle zunächst zu, wobei der maximal gemessene Druck auch zunimmt. Ab einem bestimmten Gegendruck nimmt der maximal gemessene Druck nicht weiter zu. Dies ist gerade der Gegendruck der dem diastolischen Blutdruck entspricht. The diastole is determined from the minima of the pulsating pressure wave. As the back pressure on the artery increases, the distance between the minimum and maximum of the pulsating pressure wave initially increases, with the maximum pressure also increasing. From a certain backpressure the maximum measured pressure does not increase any further. This is just the back pressure that corresponds to the diastolic blood pressure.
Bei weiterer Erhöhung des Gegendrucks steigen die Minima weiter, die Maxima der As the backpressure increases further, the minimums continue to rise, the maxima of the
pulsierenden Druckwelle bleiben konstant. pulsating pressure wave remain constant.
Eine einmalige Messung kann daher erfolgen indem der Gegendruck auf die Arterie langsam erhöht wird, bis keine Steigerung der Maxima in der pulsierenden Druckwelle mehr zu erkennen sind. A one-time measurement can therefore be carried out by slowly increasing the back pressure on the artery until no increase in the maximums in the pulsating pressure wave can be detected.
Die kontinuierliche Messung erfolgt insbesondere zunächst genauso. Insbesondere wird jedoch an dem Punkt, an dem keine Steigerung der Maxima zu erkennen sind, verharrt. Ändert sich nun der systolische Blutdruck ist dies an einer Änderung der Maxima der pulsierenden Druckwelle zu erkennen. Nun sollte der Gegendruck erneut eingestellt werden, um den neuen Wert für den Blutdruck zu ermitteln, insbesondere ausgehend von einem Wert unterhalb des systolische Blutdrucks, wieder erhöht werden, bis eine Steigerung der Maxima nicht mehr gegeben ist. The continuous measurement is carried out in the same way in the first instance. In particular, however, at the point where no increase in the maxima can be seen, remains. If the systolic blood pressure changes, this can be detected by a change in the maxima of the pulsating pressure wave. Now, the back pressure should be adjusted again to determine the new value for the blood pressure, in particular starting from a value below the systolic blood pressure, be increased again until an increase of the maxima is no longer present.
Erhöht sich der nur diastolische Blutdruck ändert sich der Abstand zwischen den Minima und den Maxima in der pulsierenden Druckwelle Nun sollte der Gegendruck erneut eingestellt
33 If only the diastolic blood pressure increases, the distance between the minima and the maxima in the pulsating pressure wave changes. Now the back pressure should be adjusted again 33
werden, insbesondere ausgehend von einem Wert unterhalb des systolische Blutdrucks, wieder erhöht werden, bis eine Steigerung der Maxima nicht mehr gegeben ist.. will be increased again, in particular starting from a value below the systolic blood pressure, until an increase of the maxima is no longer present.
Einzig der unwahrscheinliche Fall eines sinkenden diastolischen Blutdrucks, bei gleichbleibendem systolischen Blutdrucks, kann nur durch periodisches Neueinstellen des Gegendrucks erkannt werden, insbesondere durch immer wieder wiederholtes Steigern des Gegen und/oder Anpressdrucks, insbesondere ausgehend von einem Wert unterhalb des systolische Blutdrucks, wieder erhöht werden, bis eine Steigerung der Maxima nicht mehr gegeben ist. Only the unlikely event of a falling diastolic blood pressure, with constant systolic blood pressure, can only be recognized by periodically resetting the backpressure, in particular by repeatedly increasing the back pressure and / or contact pressure, in particular starting from a value below the systolic blood pressure until an increase in maxima is no longer possible.
Die Messung der Pulswellenlaufzeit und der Pulswellengeschwindigkeit bedarf der gleichzeitigen Vermessung der pulsierenden Druckwelle an verschiedenen Orten. Dazu werden an mindestens zwei geeigneten Messstellen Drucksensoreinheiten angebracht und durch einen Aktor oder manuell mit dem Gegendruck und/oder Anpressdruck an die Haut gedrückt, insbesondere mit dem optimalen Messdruck der kontinuierlichen Messung, und/oder einem dem Gegendruck und/oder Anpressdruck in dem Bereich, der sich zwischen dem Druck der Pulswelle in der Diastole oder dem ermittelten diastolischen und dem Druck der Pulswelle in der Systole oder dem ermittelten systolischen Blutdruck und/oder bis zum 1 ,5-fachen, insbesondere 1 ,3-fachen, des Drucks der Pulswelle in der Systole und/oder des systolischen Blutdrucks und/oder von 60 bis 120 mmHg, insbesondere von 60 bis 90% des systolischen des Drucks der Pulswelle in der Systole, insbesondere am Ort der Messung und/oder einem möglichst niedrigen Druck, der jedoch ausreicht, die pulsierende Druckkurve mit der mindestens einen Drucksensoreinheit abzubilden, erstreckt, belastet. Die Entfernung der Drucksensoreinheiten, bei separierten Drucksensoreinheiten, muss nun ausgemessen werden und an die erfinderische Anordnung übermittelt werden. Bei einem Sensorarray sind diese Entfernungen der The measurement of the pulse wave transit time and the pulse wave velocity requires the simultaneous measurement of the pulsating pressure wave at different locations. For this purpose, pressure sensor units are attached to at least two suitable measuring points and pressed by an actuator or manually with the back pressure and / or contact pressure to the skin, in particular with the optimum measuring pressure of the continuous measurement, and / or the back pressure and / or contact pressure in the area, between the pressure of the pulse wave in the diastole or the determined diastolic and the pressure of the pulse wave in the systole or the determined systolic blood pressure and / or up to 1, 5-fold, in particular 1, 3-fold, the pressure of the pulse wave in the systole and / or the systolic blood pressure and / or from 60 to 120 mmHg, in particular from 60 to 90% of the systolic pressure of the pulse wave in the systole, in particular at the place of measurement and / or as low a pressure as possible, but sufficient to image the pulsating pressure curve with the at least one pressure sensor unit extends, loaded. The distance of the pressure sensor units, with separate pressure sensor units, must now be measured and transmitted to the inventive arrangement. For a sensor array, these distances are the
erfinderischen Anordnung meist bekannt und/oder konstant. Die Berechnung des der inventive arrangement usually known and / or constant. The calculation of the
Pulswellenlaufzeit und der Pulswellengeschwindigkeit kann nun automatisch erfolgen. Pulse wave delay and the pulse wave velocity can now be done automatically.
Für eine Blutdruckmessung ist nur eine Drucksensoreinheit notwendig, jedoch ist die Verwendung mehrerer Drucksensoreinheiten vorteilhaft. For a blood pressure measurement, only one pressure sensor unit is necessary, but the use of multiple pressure sensor units is advantageous.
Die vielfache Messung des aktuellen Blutdrucks an jeder Messstelle ermöglicht den Verlauf des Blutdrucks zwischen Diastole und Systole in jedem einzelnen Puls darzustellen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um das kardiovaskuläre System zu beurteilen. Bspw. kann die The multiple measurement of the current blood pressure at each measuring point allows to show the course of the blood pressure between diastole and systole in each individual pulse. This is particularly advantageous for assessing the cardiovascular system. For example. can the
Reflexionswelle erkannt werden. Ist diese bspw. erhöht gegenüber der Initialen Puls- oder Druckwelle weist dies auf eine Gefäßsteifigkeit hin. Die Untersuchung der Reflexionswelle stellt eine Möglichkeit dar die Elastizität der Arterien zu bestimmen. Reflection wave can be detected. If this is, for example, increased in relation to the initials pulse or pressure wave, this indicates a vascular stiffness. The examination of the reflection wave represents a possibility to determine the elasticity of the arteries.
Die Messung des Blutdruck kann jedoch auch mit weniger als 1000 Messungen pro Sekunde gemessen werden. However, the measurement of blood pressure can also be measured at less than 1000 measurements per second.
Die Erfindung stellt auch die Lösung vor, den Gegendruck und/oder Anpressdruck mittels Aktor zu erzeugen. Der Vorteil besteht in der gleichmäßigen Steigerung des einwirkenden Gegendrucks und/oder Anpressdrucks, insbesondere auf die Arterie. The invention also provides the solution to generate the back pressure and / or contact pressure by means of actuator. The advantage consists in the uniform increase of the acting back pressure and / or contact pressure, in particular on the artery.
Der Vorteil des Einsatzes eines Aktors besteht auch in dem rechtzeitigen Abbrechen der Messung, bzw. der Limitierung des Gegendrucks und/oder Anpressdrucks, insbesondere auf die Arterie, bevor oder so dass der Gegendruck und/oder der Anpressdruck die Arterie abquetscht. The advantage of using an actuator is also the timely cancellation of the measurement, or the limitation of the back pressure and / or contact pressure, in particular on the artery, before or so that the back pressure and / or the contact pressure squeezes the artery.
Auch kann somit die Blutdruckmessung automatisch, beispielsweise während der Nacht und sanft erfolgen.
34 Also, therefore, the blood pressure measurement can be done automatically, for example, during the night and gently. 34
Der Aktor kann bspw. elektrisch, pneumatisch, hydraulisch oder auch manuell durch Muskelkontraktionen die Aufgabe zur Erzeugung des Gegendrucks lösen. Auch die The actuator can, for example, electrically, pneumatically, hydraulically or manually solve by muscle contractions the task of generating the back pressure. Also the
Kombination aller Lösungen miteinander und gegeneinander lässt die Anwendung zu. Combining all solutions with each other and against each other allows the application.
Ein Aktor weist insbesondere einen Luftsack und eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung des Luftsacks. Insbesondere wird eine Extremität durch eine elastische oder nicht elastische, Umschließungsvorrichtung, beispielsweise ein Band umschlossen und zwischen dem Band und der Haut oder am inneren des Bandes ein Luftsack zwischen der Drucksensoreinheit und der Umschließungsvorrichtung angeordnet. Der Luftsack wird zur Erzeugung des Anpressdrucks insbesondere mit Druck beaufschlagt, insbesondere durch Einpumpen von Gas, insbesondere Luft. An actuator has in particular an airbag and a pump for pressurizing the airbag. In particular, a limb is enclosed by an elastic or non-elastic, enclosing device, for example a band, and an airbag is arranged between the band and the skin or on the inside of the band between the pressure sensor unit and the encircling device. The air bag is subjected to the generation of the contact pressure in particular with pressure, in particular by pumping in gas, in particular air.
Ein hydraulischer oder pneumatischer Aktor weist insbesondere eine oder mehrere der folgende Komponenten auf: Rohre, Leitungen, Rückschlagventil, Pumpe, Ablassventil, Verschlussventil, In particular, a hydraulic or pneumatic actuator has one or more of the following components: pipes, lines, check valve, pump, drain valve, closing valve,
Überdruckventil, Puffervolumen und/oder Aktoren. Pressure relief valve, buffer volume and / or actuators.
Ein System, die Verwendung oder Verfahren kann durch zwei Sorten an weiteren Messtechniken erweitert werden. Zum Einem können Messtechniken am Ort der Drucksensoreinheit angebracht werden. Zum Anderen können Messtechniken integriert werden, die ortsunabhängige Werte aufnehmen A system, use or method can be extended by two types of other measurement techniques. On the one hand, measuring techniques can be applied at the location of the pressure sensor unit. On the other hand, measuring techniques can be integrated that record location-independent values
Messtechniken, die am Ort der Drucksensoreinheit verwendet werden können sind: Measurement techniques that can be used at the location of the pressure sensor unit are:
Plethysmographie, EKG, pneumatischer Druckmessung und/oder Tonerfassung. Plethysmography, ECG, pneumatic pressure measurement and / or tone detection.
Messtechniken, die integriert werden können sind: Beschleunigungssensor, Gyroskop und/oder Erfassung von Umweltparametern. Measuring techniques that can be integrated are: acceleration sensor, gyroscope and / or recording of environmental parameters.
Das System oder Verfahren oder die Verwendung, kann auch so gestaltet sein, dass das Anpressen auch zur vollständigen Blockierung der Arterie eingerichtet ist. Dies erlaubt die Messung des Blutdrucks nach der herkömmlichen Methode, der Riva Rocci Methode, mittels Tonerfassung. The system or method or use may also be designed so that the pressing is also arranged to completely block the artery. This allows the measurement of blood pressure according to the conventional method, the Riva Rocci method, by means of tone detection.
Eine Messung nach Riva Rocci wird beispielsweise erreicht, indem neben dem Aktor entweder ein Sensor zum Erfassen von Tönen, z.B. ein Mikrofon, ein Sensor, beispielsweise eine erfindungsgemäße Drucksensoreinheit, zum Druckmessen in einem pneumatischen Anpresssystem, beispielsweise einem Luftsack und/oder ein Sensor für Plethysmographie verwendet und/oder beinhaltet wird. For example, a Riva Rocci measurement is achieved by using either a sensor to detect sounds, e.g. a microphone, a sensor, for example a pressure sensor unit according to the invention, is used and / or contained for pressure measurement in a pneumatic pressure system, for example an airbag and / or a sensor for plethysmography.
Bei der Riva Rocci Methode werden die Arterien im Arm abgequetscht und wieder langsam freigegeben. Wird der Arm entlastet so öffnen sich die Arterien ab einer bestimmten Belastung, dies ist der systolische Wert des Blutdrucks. Wenn die Arterien vollständig geöffnet sind, fließt das Blut wieder normal. Der maximale Anpressdruck, bei dem noch normaler Blutfluss möglich ist, ist der diastolische Wert des Blutdrucks. Dies wird gemessen, indem die Geräusche des fließenden Bluts untersucht werden. Sind die Arterien abgequetscht ist kein Geräusch vorhanden. Wenn die Arterien teilweise geöffnet sind kommt es zu einem Rauschen und Pochern. Bei normalem Blutfluss ist kein Rauschen mehr zu hören. In heutigen automatisierten Systemen wird auch eine Methode verwendet, welche den Druck in der Armmanschette analysiert. Ist der Arm abgequetscht ist der Druck in der Manschette zeitlich stabil. Wenn die Arterien teilweise geöffnet sind, kommt es zu starken Ausschlägen. Bei vollständig geöffneten Arterien kommt es keinen oder sehr gering messbaren Ausschlägen in der Druckmesskurve. In the Riva Rocci method, the arteries are squeezed in the arm and slowly released again. If the arm is relieved, the arteries open at a certain level of stress, which is the systolic value of blood pressure. When the arteries are fully opened, the blood flows back to normal. The maximum contact pressure at which normal blood flow is still possible is the diastolic value of the blood pressure. This is measured by examining the sounds of the flowing blood. Are the arteries squeezed off no noise is present. When the arteries are partially open, there is a rushing and poking sound. In normal blood flow no noise is heard. In today's automated systems, a method is also used which analyzes the pressure in the arm cuff. If the arm is squeezed, the pressure in the cuff is stable over time. When the arteries are partially open, there are strong rashes. When the arteries are completely open, there are no or very small measurable rashes in the pressure measurement curve.
Bei einem kombinierten Sensor muss nun nicht der gesamte Arm abgequetscht werden. Wird bspw. ein Armband verwendet muss nur die A. Radialis abgequetscht werden, es kann sich auf ein kleineres Gebiet beschränkt werden. Ist im kombinierten Sensor ein Mikrofon eingelassen, werden wie bei der herkömmlichen Methode die Geräusche analysiert. Es kann auch der Druck des Anpresssystems zur Messung verwendet werden. Die auf diese Weise erhobenen Werte für den Blutdruck entsprechen in ihrer Genauigkeit den Werten, die mit einer herkömmlichen Armmanschette zur Blutdruckmessung gemessen werden können.
35 With a combined sensor, the entire arm does not have to be squeezed off. If, for example, a bracelet is used, only the A. radialis must be squeezed off, it can be confined to a smaller area. If a microphone is embedded in the combined sensor, the sounds are analyzed as in the conventional method. It is also possible to use the pressure of the pressing system for the measurement. The blood pressure values obtained in this way are accurate to the levels that can be measured with a conventional blood pressure cuff. 35
Wird jedoch ein plethysmographischer Sensor verwendet kann eine höhere Genauigkeit erreicht werden. Plethysmographie misst den Herzpuls, indem Licht in das Gewebe eingestrahlt wird und das zurückgeworfene Licht in seiner Intensität analysiert wird. Je nach Blutfüllung in den Arterien ist die Lichtintensität unterschiedlich und, da die Blutfüllung innerhalb eines Herzpulses variiert, ist der Herzpuls messbar. Dabei wird insbesondere plethysmographischer Sensor weiter vom Herzen entfernt angebracht als die Drucksensoreinheit. However, if a plethysmographic sensor is used, higher accuracy can be achieved. Plethysmography measures the cardiac pulse by radiating light into the tissue and analyzing the intensity of the reflected light. Depending on the blood filling in the arteries, the light intensity is different and, since the blood filling varies within a heart pulse, the heart pulse is measurable. In particular, plethysmographic sensor is placed farther from the heart than the pressure sensor unit.
Bei der Verwendung eines Armbands wird die Einheit der Plethysmographie näher zur Hand angebracht, als der Punkt an dem die A. Radialis mit dem Anpresssystem abgequetscht wird. Ist die A. Radialis abgequetscht ist keine Schwankung in der Lichtintensität messbar. Öffnet sich die Arterie so kommt es zu messbaren Änderungen in der Lichtintensität und die Arterie ist mit dem systolischen Druck belastet. Mit zunehmender Öffnung der Arterie steigt die Intensitätsschwankung. Bei Belastungen auf der Arterie, welche kleiner sind als der diastolische Wert, steigt die Intensitätsschwankung nicht mehr an. Die Genauigkeit ist höher als bei der herkömmlichen Riva Rocci Methode, da der tatsächliche Blutfluss untersucht wird und nicht ein indirektes Rauschen oder eine Druckschwankung im Anpresssystem. Daher eignet sich eine solche Kombination von Sensoren vor allem für Anwendungen bei starken Bewegungen. When using a bracelet, the unit of plethysmography is placed closer to the hand than the point where the A. radialis is squeezed off with the pressure system. If the A. Radialis is squeezed, no fluctuation in the light intensity is measurable. When the artery opens it causes measurable changes in light intensity and the artery is loaded with systolic pressure. With increasing opening of the artery, the intensity fluctuation increases. With stresses on the artery which are smaller than the diastolic value, the intensity fluctuation no longer increases. The accuracy is higher than in the conventional Riva Rocci method, as the actual blood flow is examined and not an indirect noise or a pressure fluctuation in the pressing system. Therefore, such a combination of sensors is particularly suitable for applications in heavy movements.
Zur Messung der EKG Welle wird die Drucksensoreinheit mit einer Elektrode versehen, welche mit auf die Haut gedrückt wird. Damit ein Signal erfasst werden kann, ist eine zweite Elektrode an der Oberfläche des Messsystems aufgebracht. Der Nutzer kann nun seine EKG- Welle messen, indem er den s.g. Cabrerakreis schließt und dazu mit der anderen Hand diesen äußeren Kontakt berührt. Die To measure the ECG wave, the pressure sensor unit is provided with an electrode which is pressed onto the skin. So that a signal can be detected, a second electrode is applied to the surface of the measuring system. The user can now measure his ECG wave by using the s.g. Cabrera circle closes and with the other hand touches this outer contact. The
Spannungsänderungen zwischen den beiden Kontakten ist die EKG- Welle. Voltage changes between the two contacts is the ECG wave.
Die EKG- Welle wird auf die Herzfrequenz hin untersucht, indem die Zeitpunkte der einzelnen Pulse ermittelt werden. Die Zeiten der Pulse entsprechen Aktionen des Herzens. So kann der Zeitpunkt des Blutauswurfs aus dem Herzen ermittelt werden. Mit der Drucksensoreinheit kann der Zeitpunkt bestimmt werden, bei dem die Druckwelle aufgrund des Blutauswurfs, an der Messstelle ist. Die zeitliche Differenz dieser Zeitpunkte ist die Pulswellenlaufzeit bzw. (mit Kenntnis der Strecke zwischen Herzen und Messstelle) ist die Pulswellengeschwindigkeit berechenbar. The ECG wave is examined for heart rate by determining the times of each pulse. The times of the pulses correspond to actions of the heart. So the time of blood ejection from the heart can be determined. With the pressure sensor unit, the time can be determined at which the pressure wave is due to the blood ejection, at the measuring point. The time difference of these times is the pulse wave transit time or (with knowledge of the distance between heart and measuring point) the pulse wave velocity can be calculated.
Auf der Fläche des Auflagefläche der Drucksensoreinheit zur Haut ist keine weitere Funktionalität untergebracht, also kann diese Fläche mit einem elektrisch leitenden und flexiblen Material überzogen werden. Dies kann eine der zwei Elektroden darstellen. Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes System eine Umschließungsvorrichtung, insbesondere ein Band, und mindestens eine On the surface of the support surface of the pressure sensor unit to the skin no additional functionality is housed, so this surface can be coated with an electrically conductive and flexible material. This can represent one of the two electrodes. In particular, a system according to the invention comprises a enclosing device, in particular a band, and at least one
Drucksensoreinheit und einen dazwischen angeordneten Aktor, insbesondere Luftsack, auf, sowie insbesondere eine Pumpe zur Druckbeaufschlagung des Luftsacks. Pressure sensor unit and an actuator arranged therebetween, in particular airbag, and in particular a pump for pressurizing the airbag.
Die Umschließungsvorrichtung kann auch durch einen Schuh, insbesondere mit The enclosing device can also by a shoe, in particular with
Schließsystem gebildet werden. Das System kann auch einen Schuh mit Schließsystem mit Aktor und mindestens einen Drucksensoreinheit im Schuh beinhalten. Locking system are formed. The system may also include a shoe with locking system with actuator and at least one pressure sensor unit in the shoe.
Der Aktor zur Erzeugung des Gegendrucks und/oder Anpressdrucks kann bspw. ein herkömmlicher und in SMD - Bauweise hergestellter elektrischer Vibrationsmotor sein. Aber auch jegliche anderen Aktoren können dem Aufbau des Gegendrucks genügen. Dem The actuator for generating the backpressure and / or contact pressure may, for example, be a conventional electric vibration motor produced in SMD construction. But also any other actuators can satisfy the build up of the back pressure. the
Fachmann ist dies bekannt. This is known to the skilled person.
Der Aktor hat jedoch auch den Nachteil das elektrische Energie verbraucht wird. Dies muss in die jeweilige Anwendung gerechnet werden. However, the actuator also has the disadvantage that electrical energy is consumed. This must be calculated in the respective application.
Derzeit werden manuell und aktorgesteuerte Schließsysteme, bspw. im Currently, manual and actuator-controlled locking systems, for example. In
Schuh oder in Manschetten von Boa Technology hergestellt. Auch Marktführer wie Nike (HyperAdapt 1 .0), Puma (Ignite Disc), Reebok mit der„The Pump-Technologie", oder das französische Unternehmen Digitsole (Smartshoe 002), haben 2016 aktorgesteuerte
36 Shoe or in cuffs made by Boa Technology. Also market leaders such as Nike (HyperAdapt 1 .0), Puma (Ignite Disc), Reebok with the "The Pump technology", or the French company Digitsole (Smartshoe 002), have actuators controlled in 2016 36
Schließsysteme erstmalig in ein Produkt verbaut. Somit verfügt„Schuh" bereits über einfache automatisier- und integrierbare Voraussetzungen für die kontinuierliche Puls- und Locking systems installed in a product for the first time. Thus, "shoe" already has easy automation and integrable requirements for the continuous pulse and
Blutdruckmessung. Blood pressure measurement.
Es ist aber auch möglich, den benötigten Gegendruck und/oder Anpressdruck mit der Unterarmmuskulatur durch Muskelkontraktionen, bspw. durch das Öffnen und Schließen der Hand, zu erzeugen. Somit kann die Messung durch einen Menschen auch ohne zu Hilfenahme eines Fingers der anderen Hand, oder eines Dritten, oder auch eines anderen Aktors erfolgen. But it is also possible to generate the required back pressure and / or contact pressure with the forearm muscles by muscle contractions, eg. By opening and closing the hand. Thus, the measurement can be made by one person without the help of a finger of the other hand, or a third party, or even another actor.
Eine weiter vorteilhafte Erfindung stellt den Einsatz eines konvexen Gebildes mit einem darauf angeordneten Sensorarray dar. Fig. 3 zeigt ein konvexes Gebilde bezeichnet mit Buchstabe Q, als Trägerform des Systems oder Sensorarrays. A further advantageous invention is the use of a convex structure with a sensor array arranged thereon. FIG. 3 shows a convex structure labeled with letter Q, as a carrier form of the system or sensor array.
Das arterielle System befindet sich meist geschützt und gesichert im Inneren des Körpers. In den Extremitäten sind oft nur die Venen deutlich zu erkennen. Der arterielle Kreislauf ist im Gewebe tieferliegend. Nur an wenigen Stellen des Körpers lassen sich Arterien, markant durch die pulsierende Welle ertasten. Um auch nicht sichtbar werdende Arterien vermessen zu können, ist das konvexe Gebilde, Fig. 3 Buchstabe Q, eine erfinderische Neuheit. Das konvexe Gebilde schmiegt sich fast passgenau in die konkaven Formen des Körpers wie bspw. an die A. Radialis an. Platziert man das konvexe Gebilde an die konkave Form, die sich oberhalb der A. Radialis und hin zur Oberfläche der Haut ausbildet, lässt sich eine optimale Pulswelle registrieren und speichern. Gleiches gilt bspw. auch für den Fuß. The arterial system is usually protected and secured inside the body. In the extremities often only the veins are clearly visible. The arterial circulation is deeper in the tissue. Only in a few places of the body can arteries be felt in a striking way through the pulsating wave. In order to be able to measure also non-visible arteries, the convex structure, Fig. 3 letter Q, is an inventive novelty. The convex structure nestles almost exactly in the concave forms of the body, such as the A. Radialis. Placing the convex structure on the concave shape that forms above the radial artery and towards the surface of the skin allows an optimal pulse wave to be registered and stored. The same applies, for example, also for the foot.
Um einen gleichmäßigen Oberflächendruck auf die Arterie am Fuß oder dem To ensure even surface pressure on the artery on the foot or the
Unterarm/Handgelenk zu erzeugen ist es vorteilhaft, Schaumstoff bzw. schaumstoffartigen Stoff zwischen der flexiblen Sensoreneinheit und dem Anpresskörper, bspw. einem konvexen Gebilde, einzuarbeiten. Der Schaumstoff dient, ähnlich dem Gewebe oberhalb des Knochens der Fingerbeere, als Resonanzkörper. To generate forearm / wrist, it is advantageous to incorporate foam or foam-like material between the flexible sensor unit and the Anpresskörper, eg. A convex structure. The foam, similar to the tissue above the finger bone, serves as a resonator.
Die funktionelle Shore- Härte des Anpresskörpers kann den Gewebe einer Fingerbeere angepasst werden. The functional Shore hardness of the pressing body can be adapted to the tissue of a fingertip.
Um das konvexe Gebilde, bspw. in der Größe einer halben Erbse richtig platzieren zu können, lässt sich die Aufgabe mit Hilfe von verschiebbaren Gleiter auf einem Armband, bspw. eines Uhrenarmbandes und auch mit zu Hilfenahme von Laschen lösen. Eine noch genauere Platzierung kann über die Verwendung von mehreren Sensoren, siehe weiter unten, erfolgen. In order to be able to correctly place the convex structure, for example in the size of half a pea, the task can be solved with the aid of sliding glides on a bracelet, for example a watch strap, and also with the aid of straps. An even more accurate placement can be achieved by using multiple sensors, see below.
Ein herkömmliches Uhrenarmband besitzt mindestens eine Lasche, Fig. 2 Buchstabe P, für das überstehende Lochband zur optimalen Einstellung des Anpressdrucks der Uhr am A conventional watch band has at least one tab, Fig. 2 letter P, for the protruding perforated belt for optimum adjustment of the contact pressure of the clock on
Handgelenk. Ohne Lasche würde das überstehende Lochband und ohne Einschieben in die Lasche, (bspw. Lederarmband) sich von der Form des Handgelenks abwenden und abstehen. Die Befestigung der Messeinheit erfolgt insbesondere folgendermaßen: Wrist. Without a tab, the protruding perforated tape and without insertion into the tab, (for example, leather bracelet) would turn away from the shape of the wrist and stick out. The attachment of the measuring unit is done in particular as follows:
Die Messeinheit oder das System wird mit der Öffnung, Fig. 3 Buchstabe I, wie eine Lasche/ Laschen, siehe Fig. 2 Buchstabe P, auf das Armband geschoben. The measuring unit or system is pushed onto the bracelet with the opening, Fig. 3 (I), such as a tab (s), see Fig. 2 (P).
Die Befestigung der Messeinheit, in einer Baugröße von bspw. und ca. 10 x 20 x 8 mm, wird so gewährleistet. The attachment of the measuring unit, in a size of, for example, and about 10 x 20 x 8 mm, is guaranteed.
Oberhalb des Armbandes befindet sich bspw., siehe Fig. 3 Buchstabe H, die Rechen- und Funkeinheit sowie die Energieversorgung. Above the bracelet is, for example., See Fig. 3 letter H, the arithmetic and radio unit and the power supply.
Das konvexe Gebilde mit den Drucksensoreinheiten befindet sich unterhalb des Armbandes. Siehe Fig. 3 Buchstabe Q. The convex structure with the pressure sensor units is located below the bracelet. See Fig. 3 letter Q.
Die Meßeinheit oder das System mit dem den konvexen Gebilde kann in dieser Bauausführung mit jedem bereits genutzten Armband den Blutdruck messen.
37 The measuring unit or the system with the convex structure can measure the blood pressure in this construction with each already used bracelet. 37
Die erfinderische Neuheit besteht somit auch in der variablen Nutzbarkeit bereits vorhandener Armbänder für Uhren, Schmuck oder Smartgeräte. The inventive novelty is thus also in the variable usability of already existing bracelets for watches, jewelry or smart devices.
Die Laschenöffnung der Messeinheit kann so breit gefertigt werden, dass nicht nur das konvexe Gebilde auf dem Armband um das Handgelenk herum verschoben werden kann, sondern auch mit der Lasche, bzw. innerhalb der Lasche sich das konvexe Gebilde samt Drucksensoreinheit, zur Hand hin, oder von der Hand weg verschieben lässt. The flap opening of the measuring unit can be made so wide that not only the convex structure on the bracelet can be moved around the wrist, but also with the tab, or within the tab, the convex structure including pressure sensor unit, to the hand, or moved away from the hand.
So kann die Erfindung, bspw. an die Oberfläche der Haut, einfach platziert werden und als mobile Lösung einer Messung der verschiedenen Kenngrößen des kardiovaskulären Systems dienen. Thus, the invention, for example, to the surface of the skin, can be easily placed and serve as a mobile solution to measure the various characteristics of the cardiovascular system.
Mit Vorteil ist dabei die Messeinheit ein Teil des Armbands, bzw. der Lasche, wobei durch eine solche Anordnung zum einem das Armband und somit die Messeinheit bereits an einer geeigneten Stelle zur Blutdruckmessung sich befindet und zum anderen kann durch die Einstellung des Lochbandes ein Druck auf den Sensor ausgeübt werden. Advantageously, while the measuring unit is a part of the bracelet, or the tab, with such an arrangement for a bracelet and thus the measuring unit is already located at a suitable location for blood pressure measurement and on the other hand, by adjusting the perforated belt on a pressure the sensor be exercised.
Zur Optimierung einer besseren Platzierung der Erfindung, kann bspw. der Messwert auf ein mobiles Smartgerät übertragen werden. To optimize a better placement of the invention, for example, the measured value can be transferred to a mobile smart device.
Durch mehrere gekachelt angeordnete Drucksensoreinheiten, Siehe Fig. 1 Buchstabe K, sowie auch Fig. 3 Buchstabe K, innerhalb des und/oder auf dem konvexen Gebildes, lässt sich der optimale Standort und/oder Drucksensoreinheit eines Sensorarrays zur Registrierung der physischen Pulswelle ermitteln. Auch eine Anzeige zur Handlungsanweisung zur Verschiebung, bspw. auf einem Smartgerät, löst die Aufgabe für die richtige Platzierung mittels Pfeilrichtungen auf einem Bildschirm dargestellt. Through a plurality of tiled arranged pressure sensor units, see Fig. 1 letter K, and also Fig. 3 letter K, within and / or on the convex structure, the optimal location and / or pressure sensor unit of a sensor array for registering the physical pulse wave can be determined. Also a display of the instruction for the shift, for example on a smart device, solves the task for the correct placement by means of arrow directions displayed on a screen.
Es ist jedoch auch mit einer einzigen Drucksensoreinheit und auch ohne Nutzung eines konvexen Gebildes möglich, die verschiedenen Kenngrößen des kardiovaskulären Systems zu messen. However, it is also possible with a single pressure sensor unit and also without the use of a convex structure to measure the various characteristics of the cardiovascular system.
Vorteilhaft ist die Verwendung eines konvexen Gebildes auf dem mehrere The use of a convex structure on the several is advantageous
Drucksensoreinheiten verteilt sind. Idealerweise decken diese Drucksensoreinheit die gesamte Oberfläche des konvexen Gebildes ab. Zur Messung der verschiedenen Kenngrößen des kardiovaskulären Systems stehen nun also mehrere Drucksensoreinheit zu Auswahl, welche wiederum über mehrere (z.B. zwei) Messbereiche verfügen können. Um die Drucksensoreinheit zu ermitteln, welche optimal oberhalb der Arterie liegt, wird vorteilhafterweise das Signal oder die Messwerte und/oder Leitwerte und/oder Widerstände aller Drucksensoreinheit untersucht. Diese verändern sich im Laufe einer Pulswelle. Dabei zeichnet sich die optimal liegende Drucksensoreinheit und/oder zeichnen sich die m optimal liegenden Drucksensoreinheiten durch die m höchsten Amplitude des Signal oder der Messwerte und/oder Leitwerte und/oder Widerstände aus. Insbesondere wird der optimal liegende oder werden die m optimal liegenden Drucksensoreinheit(en) zur Durchführung des (weiteren) Verfahrens, insbesondere zur Messen des Blutdrucks, der Arterienelastizität, der Pulswelle, der Pulswellenlaufzeit und der Pressure sensor units are distributed. Ideally, these pressure sensor units cover the entire surface of the convex structure. To measure the various parameters of the cardiovascular system, there are now several pressure sensor units to choose from, which in turn can have several (for example two) measuring ranges. In order to determine the pressure sensor unit, which lies optimally above the artery, the signal or the measured values and / or conductance values and / or resistances of all pressure sensor units are advantageously examined. These change over the course of a pulse wave. In this case, the optimally located pressure sensor unit and / or the pressure sensor units located optimally are characterized by the highest amplitude of the signal or the measured values and / or conductance and / or resistances. In particular, the optimally located or optimal pressure sensor unit (s) will be used for carrying out the (further) method, in particular for measuring the blood pressure, the arterial elasticity, the pulse wave, the pulse wave transit time and the
Pulswellengeschwindigkeit und/oder Änderungen des Herzzeitvolumens und/oder und oder des Herzzeitvolumens verwendet. Insbesondere ist m gleich 2 oder größer. Vorteilhafterweise ist das System so eingerichtet, dass die optimal liegende oder die m optimal liegenden Pulse wave velocity and / or changes in cardiac output and / or and or cardiac output used. In particular, m is equal to 2 or greater. Advantageously, the system is set up so that the optimally lying or the optimally lying m
Drucksensoreinheit(en) durch das System, beispielsweise durch einen Vergleich der oder der m höchsten Amplitude(n) des Signals mittels der Auswerteeinheit, erkannt werden, wobei bei Feststellung keiner oder weniger als m höchsten Amplituden und/oder bei Feststellung einer Variation der mindestens 80%, insbesondere 90%, insbesondere aller, Amplituden von weniger als 10%, insbesondere weniger als 5%, des Mittelwerts der Amplituden eine Information auf
38 Pressure sensor unit (s) are detected by the system, for example, by a comparison of m or the highest amplitude (n) of the signal by means of the evaluation, wherein when determined no or less than m highest amplitudes and / or upon detection of a variation of at least 80 %, in particular 90%, in particular all, amplitudes of less than 10%, in particular less than 5%, of the mean value of the amplitudes information 38
eine Anzeige zur Handlungsanweisung zur Verschiebung, bspw. auf einem Smartgerät, für die richtige Platzierung, z. B. mittels Pfeilrichtungen auf einem Bildschirm, dargestellt wird. a display of the instruction for the shift, eg. On a smart device, for the correct placement, for. B. by means of arrow directions on a screen, is shown.
Insbesondere wird der beste Messbereich anhand des maximalen Wertes bestimmt. In particular, the best measuring range is determined by the maximum value.
Hierbei gilt je kleiner der Messbereich, umso genauer ist das Ergebnis. The smaller the measuring range, the more accurate the result.
Egal welche Variante für welche Anwendung genutzt wird, die Daten aus den No matter which variant is used for which application, the data from the
Drucksensoreinheit/en können mittels Aufnahme- Rechen- Energie und Übertragungseinheit auf eine Auswerteeinheit und für eine Bild- oder Tonausgabe übertragen werden. Pressure sensor unit (s) can be transferred to an evaluation unit and to a picture or sound output by means of recording, computing power and transmission unit.
Bevorzugt wird hier die mobile Lösung wie ein Smartgerät, bspw. eine Uhr oder Preferred here is the mobile solution such as a smart device, such as a clock or
Smartphone. Smartphone.
Das System kann mit einem Akku oder einer Batterie ausgestattet sein, vorteilhaft wäre auch die Bereitstellung von Energie über ein Smartgerät, bspw. einer Uhr oder einem The system may be equipped with a rechargeable battery or a battery, it would also be advantageous to provide energy via a smart device, such as a clock or a
Smartphone, oder auch innerhalb des Armbandes von Fitnesstrackern sicherzustellen. Smartphone, or even within the bracelet of fitness trackers.
So kann weiterhin die Messsensorik auch separat im konvexen Gebilde ausgebildet sein und auf externe Einheiten (Rechen, Funk...), bspw. auf ein Smartgerät zugreifen. Thus, furthermore, the measuring sensor system can also be formed separately in the convex structure and access external units (rake, radio, etc.), for example a smart device.
Diese Teilung hätten nicht nur Baugrößen und energetische Vorteile, da die Smartgeräte bereits über eine vollständige Infrastruktur zur Bedienung und Auswertung verfügen. This division would not only have sizes and energy advantages, since the smart devices already have a complete infrastructure for operation and evaluation.
Bevorzugt wird das„Shuttern" von Datenermittlungen aus den Drucksensoreinheiten, mittels Überkreuzschaltungen von elektrischen Leiterbahnen, siehe hierzu Fig. 4, für ein schnelleres Auslesen der Drucksensoreinheiten. Durch eine solche Anordnung, die auch als gekachelt beschrieben werden kann, können elektrischen Leiterbahnen reduziert werden, wodurch weniger Daten verarbeitet bzw. ausgelesen werden müssen. The "shutdown" of data determinations from the pressure sensor units is preferred for a faster readout of the pressure sensor units by means of crossover circuits of electrical conductor tracks. whereby less data must be processed or read out.
Die gemessene Blutdruck ist abhängig vom Ort der Messstelle zum HIP (hydrostatische Indifferenzpunkt). Wie im weiteren in der Patentschrift beschrieben, ist für die Ermittlung des zentralen kontinuierlichen Blutdrucks die zeitliche und örtliche Auflösung zum HIP der The measured blood pressure depends on the location of the measuring point to the HIP (hydrostatic indifferent point). As described further in the patent, for the determination of the central continuous blood pressure, the temporal and spatial resolution to the HIP of
Messstelle in der Peripherie/ Extremitäten vorteilhaft. Measuring point in the periphery / extremities advantageous.
Bei der waagerechten Lagerung des Lebewesens, bspw. Mensch, ist die Lage der In the horizontal storage of the living being, for example, man, the location of the
Messstelle zu vernachlässigen, da sich alle messbaren Gefäße sich in nahezu gleicher Höhe zu HIP befinden. Neglecting measuring point, since all measurable vessels are located at almost the same height to HIP.
Messungen am Fuß erzeugen meist nur geringe Änderungen bei der Bewegung zum HIP. Measurements on the foot usually produce only minor changes in the movement to the HIP.
Um auch bei körperlichen Bewegung den zeitlichen Verlauf des Blutdrucks innerhalb eines Pulses und über mehrere Pulse hinweg zu bestimmen, sollte die Höhe zum HIP In order to determine the time course of the blood pressure within a pulse and over several pulses, the height of the HIP should also be determined during physical exercise
(hydrostatischen Indifferenzpunkt) bekannt sein. Der gemessene Blutdruck z.B. im Arm ändert sich je nach Höhe über dem HIP. Die Änderung des Blutdrucks im Arm aufgrund der (hydrostatic indifferent point) be known. The measured blood pressure e.g. in the arm changes depending on the height above the HIP. The change in blood pressure in the arm due to
Höhenänderung Ah ergibt sich, wie folgt: Altitude change Ah results as follows:
ΔΡ =a Äh ΔΡ = a Äh
Hierbei ist α ein empirischer Messwert mit dem Wert von ca. a=1 mmHg/cm für den systolischen Blutdruck und ca. α =0.5 mmHg/cm für den diastolischen Blutdruck. Here, α is an empirical measurement with the value of about a = 1 mmHg / cm for the systolic blood pressure and about α = 0.5 mmHg / cm for the diastolic blood pressure.
Ist die aktuelle Höhe des Arms bekannt und kann der Blutdruck Pm im Arm gemessen werden, kann der zentralen Blutdruck Pz im HIP berechnet werden: If the current height of the arm is known and the blood pressure Pm in the arm can be measured, the central blood pressure Pz in the HIP can be calculated:
Pz = Pm - ΔΡ Pz = Pm - ΔΡ
Die Höhe des Arms kann mit verschiedenen Technologien oder Vorrichtungen ermittelt werden. Mögliche bekannte Verfahren sind die Bestimmung der Entfernung zu einer The height of the arm can be determined with different technologies or devices. Possible known methods are the determination of the distance to a
Referenzfläche. Dies kann bspw. mit einem Ultraschallentfernungssensor oder mit einem Laserentfernungssensor erfolgen. Diese Sensoren senden ein Signal aus (Schall bzw. Reference surface. This can be done, for example, with an ultrasonic distance sensor or with a laser range sensor. These sensors send out a signal (sound or
Laserimpuls), welches an einer festen, d.h. außerhalb des Körpers befestigten, Referenzfläche
39 Laser pulse), which on a fixed, ie outside the body attached, reference surface 39
reflektiert wird. Aus der Laufzeit des Signals zur Referenzfläche und zurück wird die Länge bestimmt. is reflected. The length is determined from the transit time of the signal to the reference surface and back.
Die aktuelle Höhe und/oder die Änderung der Höhe der Messstelle, der mindestens einen Drucksensoreinheit und/oder des Systems kann auch durch die Verwendung eines The current height and / or the change in the height of the measuring point, the at least one pressure sensor unit and / or the system can also by the use of a
Beschleunigungssensors, Gyroskops und/oder Inertialsensors ermittelt werden. Acceleration sensors, gyroscopes and / or inertial sensors are determined.
Aus den Messwerten des Beschleunigungssensors kann beispielsweise mit Hilfe des Velocity- Verlet Algorithmus kann die Bewegung des Arms nachvollzogen werden und der aktuelle Ort des Arms bestimmt werden. From the measured values of the acceleration sensor, for example with the aid of the Velocity-Verlet algorithm, the movement of the arm can be traced and the current location of the arm can be determined.
Da jedoch kleinste Ungenauigkeiten, wie sie bei heutigen Beschleunigungssensoren auftreten, bei der Messung der Beschleunigung zu großen Abweichungen des Ortes oder der Höhe führen können, sollte die Bewegungsfolge in jedem Schritt genau beurteilt werden, um die richtige Höhe festzustellen. Die Vorgehensweise dafür ist die gemessenen Beschleunigungsdaten im Vergleich zu den zu erwartenden Beschleunigungsdaten zu setzten. Dazu werden bekannte Bewegungsmuster mit den aktuellen Beschleunigungsdaten verglichen. Wird eine However, since minute inaccuracies, such as occur in today's acceleration sensors, can lead to large deviations of the location or the height when measuring the acceleration, the sequence of movements in each step should be accurately assessed to determine the correct height. The procedure for this is to set the measured acceleration data in comparison to the expected acceleration data. For this purpose, known motion patterns are compared with the current acceleration data. Will one
Übereinstimmung erkannt kann die Bewegung zur aktuellen Position ermittelt werden. Match detected the movement can be determined to the current position.
Der aktuelle elektrische Widerstand oder Leitwert einer Drucksensoreinheit oder eines Messbereichs eines SRS Sensors bzw. der Widerstand eines VRS Sensors kann im einfachsten Falle über die The current electrical resistance or conductance of a pressure sensor unit or a measuring range of an SRS sensor or the resistance of a VRS sensor can in the simplest case on the
Verwendung der Drucksensoreinheit in einem Spannungsteiler erfolgen. Die Spannung, die über die Drucksensoreinheit abfällt, ist das Ausgangsmesssignal, das in direkter Beziehung zum Leitwert und/oder Widerstand steht. Use of the pressure sensor unit carried out in a voltage divider. The voltage that drops across the pressure sensor unit is the output measurement signal that is directly related to conductance and / or resistance.
Die Drucksensoreinheit kann alternativ oder zusätzlich auch auf eine andere Art ausgelesen werden. Hierzu wird die Spannung, welche über die Drucksensoreinheit abfällt wechselstromgekoppelt mit einem Differenzverstärker verstärkt. Vorteilhafterweise ist die Verstärkung einstellbar. The pressure sensor unit can alternatively or additionally be read in another way. For this purpose, the voltage which drops across the pressure sensor unit is amplified AC-coupled with a differential amplifier. Advantageously, the gain is adjustable.
Dieses Signal verändert sich bei kleinsten Änderungen der über dem Sensor abfallenden Spannung und somit bei kleinsten Änderungen der Druckbeaufschlagung. Jedoch ist das Signal aufgrund der Wechselstromkoppelung unabhängig von der eigentlichen Druckbeaufschlagung. This signal changes with the smallest changes in the voltage drop across the sensor and thus with the smallest changes in the pressurization. However, the signal due to the AC coupling is independent of the actual pressurization.
Die in diesem Beispiel beschriebenen technischen Maßnahmen zur Aufnahme der Messsignale können auch anders realisiert werden. Andere Beispiele zur Aufnahme des unverstärkten Signals sind z.B. die Verwendung einer Wheatstoneschen Messbrücke, der konstanten Strommethode zur The technical measures described in this example for receiving the measurement signals can also be realized differently. Other examples for receiving the unamplified signal are e.g. the use of a Wheatstone bridge, the constant current method for
Widerstandsbestimmung oder der Einbau des Sensors in einen Schwingkreis. Dem Fachmann sind viele Möglichkeiten bekannt diese Signale zu erfassen. Resistance determination or installation of the sensor in a resonant circuit. The skilled person many ways are known to capture these signals.
Die, durch diese elektronischen Aufbauten erzeugten, Spannungen werden insbesondere mit einem Mikrocontroller, der insbesondere Teil des Systems ist, mit Hilfe eines Analog-Digital- Wandlers quantifiziert. Die quantifizierten Signale können je nach Rechenleistung des verwendeten The voltages generated by these electronic structures are quantified, in particular with a microcontroller, which is part of the system in particular, with the aid of an analog-to-digital converter. The quantified signals can vary depending on the computing power of the used
Mikrocontrollers entweder direkt ausgewertet werden oder an eine Auswerteeinheit übermittelt werden. Vorteilhafterweise wird die Übertragung von Ausgangsdaten bzw. berechneten Ergebnissen an eine Auswerteeinheit bzw. Darstellungseinheit durch Funk, z.B. mit dem Bluetooth Standard, durchgeführt. Microcontroller either be evaluated directly or transmitted to an evaluation. Advantageously, the transmission of output data or calculated results to an evaluation unit or display unit by radio, e.g. with the Bluetooth standard.
Jeder Messbereich eines SRS Sensors deckt einen festen Kraftbereich ab. Each measuring range of an SRS sensor covers a fixed force range.
Vorteilhafterweise überschneiden sich die Kraftbereiche. Beim Umschalten sollte nicht ein fester Kraftwert gewählt werden. Sondern es sollten zwei Kraftwerte zum Auslösen der Umschaltung gewählt werden, insbesondere wenn wich die Kraftbereiche überlappen, um eine Hysterese der Umschaltung zu erzeugen und/oder zu nutzen. Wird die Kraft erhöht und wird der Kraftwert zum Heraufschalten im aktuellen Messbereich überschritten wird in den nächst höheren Advantageously, the force ranges overlap. When switching, a fixed force value should not be selected. Instead, two force values should be selected to initiate the changeover, in particular if the force ranges overlap in order to generate and / or utilize a hysteresis of the changeover. If the force is increased and the force value for the upshift in the current measuring range is exceeded, the next higher one is reached
Messbereich umgeschaltet. Im höheren Messbereich ist nun der Kraftwert zum Switched measuring range. In the higher measuring range, the force value is now
Herunterschalten kleiner als der Kraftwert im kleineren Messbereich zum Heraufschalten. Dies
40 verhindert unnötiges Hin- und Herschalten aufgrund von Messwertrauschen, wenn die beaufschlagte Kraft im Bereich der Schaltgrenzen ist. Downshifting less than the force value in the smaller range to upshift. This 40 prevents unnecessary switching back and forth due to measurement noise when the applied force is in the range of the switching limits.
Die Messelektronik liefert wie oben dargestellt insbesondere zwei Signale, welche dem Grunddruck ( 5σ ( ) bzw. der mathematisch zeitlichen Ableitung des Drucks ( SD ' ^ ) entsprechen. The measuring electronics delivers, as shown above, in particular two signals which correspond to the basic pressure ( 5 σ () or the mathematical time derivative of the pressure ( S D '^)).
Die Grundsignale werden insbesondere zunächst durch eine Sensortyp abhängige Kalibrierung in die Sl-Einheiten N bzw. N/s überführt. Dabei kann auch eine Kalibrierung in einer anderen Einheit stattfinden, oder zumindest auf eine andere Einheit basieren, wobei eine solche Kalibration vorteilhafterweise auf die Sl-Einheiten umgerechnet werden. The basic signals are in particular first converted by a sensor-type-dependent calibration into the SI units N or N / s. In this case, a calibration can also take place in another unit, or at least be based on another unit, with such a calibration advantageously being converted to the SI units.
Die Zeiten oder Raten der Änderungen der (elektronisch erfassten) Signale sind unterschiedlich. sc (t ) ändert sich nur allmählich bei einer Änderung des Aufdrucks oder bei einer generellen Änderung des Blutdrucks. SD ' ) hingegen ändert sich kontinuierlich mit der pulsierenden Druckwelle und spiegelt so die Aktivitäten des Herzens wieder. Jedoch„vergisst" das Signal aufgrund der Elektronik Änderungen des Drucks mit längeren Zeiträumen und schwankt somit immer um einen Nullwert. The times or rates of changes of the (electronically detected) signals are different. s c ( t ) changes only gradually with a change in imprint or with a general change in blood pressure. S D '), on the other hand, changes continuously with the pulsating pressure wave, thus reflecting the activities of the heart. However, due to the electronics, the signal "forgets" changes in pressure over longer periods of time and thus always fluctuates around a zero value.
Mathematisch ergibt sich die aktuelle Kraft und daraus auch der Druck auf den Sensor -^( zum Zeitpunkt 1 beispielsweise durch folgende Näherung:
Mathematically, the current force results and from this the pressure on the sensor - ^ (at time 1, for example, by the following approximation:
Hierbei ist lo ein Zeitpunkt vor der eigentlichen Messung, bei der gilt für alleHere l o is a time before the actual measurement, in which applies to all
Zeiten to . Times t o.
Das Signal SD ' sollte sich nur für Änderungen des Druck auf kleinen Zeitskalen ändern, um dies sicherzustellen wird vorteilhafterweise zunächst ein laufender Mittelwert über das Signal ermittelt. The signal S D 'should change only for changes in the pressure on small time scales, to ensure this is advantageously first determined a running average over the signal.
Anschließend wird das Integral des Signals ' <( ) als Summe approximiert: Then the integral of the signal '<() is approximated as a sum:
j SD '(t)dt * ( 00 - V00) * At(n) j S D '(t) dt * (00 - V00) * At (n)
Hierbei ist " die Anzahl der Messwerte seit Beginn der Messung und Δί(«) ist der zeitliche Abstand zwischen den Messwerten SD ' ("~ O und SD ' («) . Der Zeitpunkt t ist gegeben durch Δ * <η ). Here, "the number of measured values since the beginning of the measurement and Δί (") is the time interval between the measured values S D '("~ O and S D'(").) The time t is given by Δ * <η).
Da bei jeder numerischen Integration Fehler auftreten und da die Messwerte auch verrauscht sein können, muss die Ausführung des Integral weiter optimiert werden. Daher wird die Summe durch eine rekursive Summe ersetzt und das Ergebnis des Integrals Ht ) ergibt sich als:
Since errors occur with every numerical integration and since the measured values can also be noisy, the execution of the integral must be further optimized. Therefore the sum is replaced by a recursive sum and the result of the integral Ht) results as:
Hierbei gilt für den Abschwächungsfaktor 0 <a< 1 , Dieser Faktor Schwächt den Einfluss von älteren Messwerten und bevorzugt neuste Werte. Damit wird verhindert, dass sich Here, for the attenuation factor 0 <a <1 , this factor attenuates the influence of older measured values and prefers newest values. This will prevent yourself
Berechnungsfehler und Messwertrauschen aufsummieren. Der Faktor muss an den Sum up calculation error and measured value noise. The factor must be attached to the
verwendeten Typ von Sensor empirisch angepasst werden. used type of sensor to be adjusted empirically.
Damit ergibt sich für den Messwert der pulsierenden Druckwelle : This results in the measured value of the pulsating pressure wave:
P(t)=ß(SG (t)+I(t)) P (t) = β (S G (t) + I (t))
Hierbei ist 11 ß die aktive Fläche des Sensors. Here, 11 ß is the active surface of the sensor.
Wird ein Array von mehreren Drucksensoreinheiten verwendet, um die optimale Position über einer Arterie zu benutzten, werden vorteilhafterweise zunächst alle Drucksensoreinheiten If an array of multiple pressure sensor units is used to use the optimal position over an artery, advantageously all pressure sensor units will initially be used
BLATT EINBEZOGEN DURCH VERWEIS (REGEL 20.6)
40 SHEET INCLUDED BY REFERENCE (RULE 20.6) 40
verhindert unnötiges Hin- und Herschalten aufgrund von Messwertrauschen, wenn die beaufschlagte Kraft im Bereich der Schaltgrenzen ist. Prevents unnecessary back and forth due to measurement noise when the applied force is in the range of the switching limits.
Die Messelektronik liefert wie oben dargestellt insbesondere zwei Signale, welche dem Grunddruck ( se (t ) ) bzw. der mathematisch zeitlichen Ableitung des Drucks ( SD ' G ) ) entsprechen. The measuring electronics supplies, as shown above, in particular two signals which correspond to the basic pressure ( s e ( t )) or the mathematical time derivative of the pressure (SD 'G)).
Die Grundsignale werden insbesondere zunächst durch eine Sensortyp abhängige The basic signals are in particular initially dependent on a sensor type
Kalibrierung in die Sl-Einheiten N bzw. N/s überführt. Dabei kann auch eine Kalibrierung in einer anderen Einheit stattfinden, oder zumindest auf eine andere Einheit basieren, wobei eine solche Kalibration vorteilhafterweise auf die Sl-Einheiten umgerechnet werden. Calibration transferred to the SI units N or N / s. In this case, a calibration can also take place in another unit, or at least be based on another unit, with such a calibration advantageously being converted to the SI units.
Die Zeiten oder Raten der Änderungen der (elektronisch erfassten) Signale sind unterschiedlich. ) ändert sich nur allmählich bei einer Änderung des Aufdrucks oder bei einer generellen Änderung des Blutdrucks. ύ/> hingegen ändert sich kontinuierlich mit der pulsierenden Druckwelle und spiegelt so die Aktivitäten des Herzens wieder. Jedoch„vergisst" das Signal aufgrund der Elektronik Änderungen des Drucks mit längeren Zeiträumen und schwankt somit immer um einen Nullwert. The times or rates of changes of the (electronically detected) signals are different. ) changes only gradually with a change in imprint or with a general change in blood pressure. ύ />, on the other hand, changes continuously with the pulsating pressure wave, reflecting the activity of the heart. However, due to the electronics, the signal "forgets" changes in pressure over longer periods of time and thus always fluctuates around a zero value.
Mathematisch ergibt sich die aktuelle Kraft und daraus auch der Druck auf den Sensor F (' )zum Zeitpunkt 1 beispielsweise durch folgende Näherung: Mathematically, the current force and hence also the pressure on the sensor F (') at time 1 results, for example, from the following approximation:
Hierbei ist h ein Zeitpunkt vor der eigentlichen Messung, bei der gilt SD ' (( )= () für alle Zeiten t<1;o . Here, h is a time before the actual measurement in which S D '(() = () holds for all times t <1; o.
Das Signal sollte sich nur für Änderungen des Druck auf kleinen Zeitskalen ändern, um dies sicherzustellen wird vorteilhafterweise zunächst ein laufender Mittelwert über das Signal ermittelt. The signal should change only for changes in the pressure on small time scales, to ensure this is advantageously first determined a running average over the signal.
Anschließend wird das Integral des Signals SD ' ^ ) als Summe approximiert: Subsequently, the integral of the signal S D '^) is approximated as a sum:
m Efej ' f?J2I2tit El G3 {SEfe, 'ΕΕΙΘ IS Efe, ' -ZEIHE! * AtEElEI m Efej 'for J2I2tit El G3 {See,' ΕΕΙΘ IS Efe, '-ZEIHE! * Atelier
Hierbei ist n die Anzahl der Messwerte seit Beginn der Messung und At(«) ist der zeitliche Abstand zwischen den Messwerten SD ' (n- l ) und ύ£> . Der Zeitpunkt 1 ist gegeben durch ΐ=Σ A t^. Here, n is the number of measured values since the start of the measurement and At (") is the time interval between the measured values S D '(n-1) and ύ £>. The time 1 is given by ΐ = Σ A t ^.
Da bei jeder numerischen Integration Fehler auftreten und da die Messwerte auch verrauscht sein können, muss die Ausführung des Integral weiter optimiert werden. Daher wird die Summe durch eine rekursive Summe ersetzt und das Ergebnis des Integrals Π' ) ergibt sich als: Since errors occur with every numerical integration and since the measured values can also be noisy, the execution of the integral must be further optimized. Therefore, the sum is replaced by a recursive sum and the result of the integral Π ') results as:
m o not a word
Hierbei gilt für den Abschwächungsfaktor 0 <a< l . Dieser Faktor Schwächt den Einfluss von älteren Messwerten und bevorzugt neuste Werte. Damit wird verhindert, dass sich Here, for the attenuation factor 0 <a < l. This factor weakens the influence of older measurements and prefers new values. This will prevent yourself
Berechnungsfehler und Messwertrauschen aufsummieren. Der Faktor muss an den Sum up calculation error and measured value noise. The factor must be attached to the
verwendeten Typ von Sensor empirisch angepasst werden. used type of sensor to be adjusted empirically.
Damit ergibt sich für den Messwert der pulsierenden Druckwelle p (! ) : This results in the measured value of the pulsating pressure wave p ( ! ):
m zum izizfei mzum i zum m to izizfei m to i for
Hierbei ist die aktive Fläche des Sensors. Here is the active area of the sensor.
Wird ein Array von mehreren Drucksensoreinheiten verwendet, um die optimale Position über einer Arterie zu benutzten, werden vorteilhafterweise zunächst alle Drucksensoreinheiten
41 If an array of multiple pressure sensor units is used to use the optimal position over an artery, advantageously all pressure sensor units will initially be used 41
über einen Zeitraum von mehreren Herzpulsen ausgelesen. Dies kann je nach Fähigkeiten der Messelektronik zeitgleich oder nacheinander durchgeführt werden. Vorzuziehen ist ein zeitgleiches Auslesen. read over a period of several heart pulses. This can be carried out simultaneously or sequentially, depending on the capabilities of the measuring electronics. Preferable is a simultaneous reading.
Der/die am besten positionierte Drucksensoreinheit(en) zeichnet/en sich durch seine/ihre Position direkt über der Arterie aus. Daher ist an diesem Punkt die Amplitude von der pulsierenden Druckwelle maximal. Diese Drucksensoreinheit(en) wird/werden vorteilhafterweise für die weitere Messung und/oder die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet. The best positioned pressure sensor unit (s) are characterized by their position directly above the artery. Therefore, at this point, the amplitude of the pulsating pressure wave is maximum. This pressure sensor unit (s) is / are advantageously used for the further measurement and / or performance of the method according to the invention.
Bei einer kontinuierlichen Messung wird die Erkennung des/der am besten positionierten Drucksensoreinheit(en) in zeitlich periodischen Abständen wiederholt. In a continuous measurement, the detection of the best-positioned pressure sensor unit (s) is repeated at time-periodic intervals.
Vorteilhaft ist die Verwendung eines Beschleunigungssensors. Mit diesem Sensor kann die körperliche Bewegung der zu untersuchenden Person bzw. Tieres erkannt werden. Ist die Bewegung stärker als eine vorbestimmte Grenze kann eine erneute Erkennung ausgelöst werden. The use of an acceleration sensor is advantageous. With this sensor, the physical movement of the person or animal to be examined can be detected. If the movement is greater than a predetermined limit, re-detection may be triggered.
Der Herzpuls wird aus den Messwerten der pulsierenden Druckwelle bestimmt. Dazu wird die Messwertkurve auf markante Punkte hin untersucht. Dies können die Maxima oder Minima in der Messwelle oder den Messwerten oder dem Druckverlauf sein. Der zeitliche Abstand zweier aufeinander folgende Maxima oder Minima ist das RR-Intervall der Herzpuls in der Einheit Anzahl/Minute ergibt sich nach folgender Formel: 60s/RR-lntervall in Sekunden. The heart pulse is determined from the measured values of the pulsating pressure wave. For this, the measured value curve is examined for prominent points. These may be the maxima or minima in the measuring wave or the measured values or the pressure profile. The time interval of two consecutive maxima or minima is the RR interval of the heart pulse in the unit number / minute is given by the following formula: 60s / RR interval in seconds.
Insbesondere wird die Messwertewelle oder der Verlauf des Drucks laufend auf Minima und Maxima hin untersucht. Dem Fachmann sind verschiedene mathematische In particular, the measured value wave or the course of the pressure is constantly examined for minima and maxima. The skilled person are various mathematical
Vorgehensweisen bekannt. Procedures known.
Eine Pulswellengeschwindigkeit ergibt sich durch die Messung der pulsierenden A pulse wave velocity results from the measurement of the pulsating
Druckwelle an verschiedenen Punkten des Körpers. Die Punkte sollten jedoch auf einer Linie zwischen Herzen und dem am weitesten vom Herzen entfernten Punkt liegen. Pressure wave at different points of the body. However, the points should be on a line between the heart and the point farthest from the heart.
Dies kann durch zwei prinzipielle Ansätze erfolgen. Zum Einem können mehrere mindestens zwei, erfindungsgemäße System oder Anordnungen und/oder This can be done by two principal approaches. On the one hand, a plurality of at least two system or arrangements according to the invention and / or
Drucksensoreinheiten auf dem Körper verteilt werden oder es werden neben der Pressure sensor units will be distributed on the body or it will be next to the
erfindungsgemäßen Anordnung auch andere Geräte zur Herzpulsbestimmung verwendet. Arrangement of the invention also uses other devices for cardiac pulse determination.
Voraussetzung für die Verwendung externer Geräte ist eine offene Schnittstelle für die erhobenen Daten und eine Echtzeitermittlung der Daten als Herzpulsabhängige Messwertkurve. Hierfür können beispielsweise Elektrokardiogramm- (EKG) oder Plethysmographie basierende Geräte benutzt werden, die solche offenen Schnittstellen aufweisen. The prerequisite for the use of external devices is an open interface for the collected data and a real-time determination of the data as a heart rate-dependent measured value curve. For this purpose, for example, electrocardiogram (ECG) or plethysmography based devices can be used which have such open interfaces.
Die Messwertkurven der einzelnen Geräte bzw. der einzelnen Sensoren werden auf markante Stellen hin untersucht. Dies können bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Maximas der Messwerte der pulsierenden Druckwelle sein. The measured value curves of the individual devices or of the individual sensors are examined for significant points. In the case of the arrangement according to the invention, these can be the maximas of the measured values of the pulsating pressure wave.
Die markanten Stellen der verschiedenen Geräte oder Sensoren haben je nach Position auf dem Körper einen zeitlichen Versatz zu einander. Dieser zeitliche Versatz geteilt durch den Abstand der Messpositionen zueinander ergibt die Pulswellengeschwindigkeit. The distinctive positions of the various devices or sensors have a temporal offset to each other depending on the position on the body. This time offset divided by the distance of the measuring positions to each other gives the pulse wave velocity.
Die Verwendung eines Sensorarrays, insbesondere aufweisend eine Vielzahl oben beschriebener Sensoren, hat den Vorteil einer einfachen Handhabung und gleichzeitigen Bestimmung von Blutdruck und Pulswellengeschwindigkeit. The use of a sensor array, in particular comprising a plurality of sensors described above, has the advantage of easy handling and simultaneous determination of blood pressure and pulse wave velocity.
Zur Darstellung der Verwendung eines Sensorarrays ist in Fig. 6 Buchstabe K ist eine mögliche Anordnung eines Sensorarrays gezeigt. Unterhalb ist der Verlauf einer Arterie angezeigt (Fig. 6 Buchstabe L). Werden zwei Sensoren oberhalb der Arterie ausgewählt (Fig. 6
42 To illustrate the use of a sensor array, a possible arrangement of a sensor array is shown in FIG. 6 K. Below is the course of an artery displayed (Fig. 6 Letter L). If two sensors are selected above the artery (Fig. 6 42
Buchstabe V) kann die Pulswellengeschwindigkeit anhand der Messwertkurven der beiden Sensoren ermittelt werden (Fig. 6 Buchstabe W). Letter V), the pulse wave velocity can be determined from the measured value curves of the two sensors (Fig. 6 letter W).
Die Atmungsfrequenz lässt sich mit unterschiedlichen Methoden messen und ermitteln. Zum einen können Bewegungs- und Beschleunigungssensoren das Heben und Senken des Oberkörpers messen und daraus die Atmungsfrequenz feststellen. Die respiratorische The respiratory rate can be measured and determined using different methods. On the one hand, motion and acceleration sensors can measure the lifting and lowering of the upper body and determine the respiratory rate. The respiratory
Sinusarrhythmie (RSA) ist ein deutliches Zeichen für die Ermittlung der Atmungsfrequenz. Die Veränderung des Herzzeitvolumens hängt direkt mit dem pulmonalen Kreislauf/ kleiner Kreislauf zusammen. Das gesamte Blut muss durch die Lunge um Sauerstoff aufzunehmen. Sinus arrhythmia (RSA) is a clear sign of the determination of the respiratory rate. The change in cardiac output is directly related to the pulmonary circulation / small circulation. All the blood needs to go through the lungs to absorb oxygen.
Durch die Verwendung von Beschleunigungssensoren in einer erfinderischen Anordnung kann darüber hinaus die tatsächliche Leistungsfähigkeit bestimmt werden. Durch Bestimmung der Bewegung einzelner Körperteile kann die umgesetzte Energie pro Zeiteinheit also die mechanische Leistung ermittelt werden. In addition, by using acceleration sensors in an inventive arrangement, the actual performance can be determined. By determining the movement of individual body parts, the energy converted per unit of time, ie the mechanical power, can be determined.
Der Vergleich dieser theoretischen Leistungsfähigkeit aus dem kontinuierlich gemessenen Herzzeitvolumen und der tatsächlichen Leistungsfähigkeit erlaubt die Prognose der zu erwartenden Leitungssteigerung bei sportlicher Ertüchtigung oder bei The comparison of this theoretical performance from the continuously measured cardiac output and the actual performance allows the prognosis of the expected increase of the lead during athletic training or at
Rehabilitationsmaßnahmen. Rehabilitation measures.
Ferner kann die kontinuierliche Bewegungsüberwachung in der medizinischen Anwendung helfen. Wird während z.B. der Nacht ein verringertes Herzzeitvolumen mit erhöhter Further, continuous motion monitoring can help in the medical application. If, during e.g. the night a reduced cardiac output with increased
Herzfrequenz erkannt, ohne dass eine signifikante Bewegung zu erkennen ist, kann die Erfindung Rückschlüsse auf die in Frage kommenden Erkrankungen diagnostisch schließen. Als visuelle Darstellungen für die Anwender kommen konzentrische Diagramme Heart rate detected without significant movement can be seen, the invention can draw conclusions about the diseases in question diagnostically. As visual representations for the users come concentric diagrams
vorteilhafterweise zum Einsatz. advantageously used.
In 2D, 2,5D, oder 3D sind die Summe der gemessenen Daten übersichtlich darzustellen. Herkömmliche Diagrammen mit einer X und Y Achse sind für die Anzahl der darzustellenden Ansichten unübersichtlich und nur schwer für Anwender zu verstehen. In 2D, 2.5D, or 3D, the sum of the measured data must be displayed clearly. Conventional diagrams with an X and Y axis are confusing and difficult for the user to understand for the number of views to be displayed.
Figur 1 zeigt eine beispielhafte Veranschaulichung der Messmethode. Die pulsierende Druckwelle (D), dargestellt als hellgraue Kurve, verformt die Arterie (L), die im Ruhezustand eine konstante Dicke, zwischen den zwei horizontalen in den meisten Bereichen parallelen Linien, gleichmäßig im Takt des Herzens, zu erkennen an den zwei aufeinander folgenden Druckmaxima (G), die beispielsweise Beginn und Ende eines RR-Intervalls kennzeichnen indem sich die Arterie (L) aus ihrer Ruheposition, dargestellt durch die horizontale Linie (F) herausverformt. Dabei schwankt die Druckwelle zwischen den Werten des diastolischen (Minimal der Kurve in den die Arterie ihre Ruheposition (B) aufweist) und den Werten des systolischen (A) Blutdrucks, Maxima der grauen Kurve. Dies hat zur Folge, dass der Druck bzw. der Pulsdruck (N) über die Arterienoberfläche (E) in das Gewebe (C), sowohl unterhalb als auch oberhalb der Arterie, eingebracht wird und sich zur Hautoberfläche (O) fortsetzt. FIG. 1 shows an exemplary illustration of the measuring method. The pulsating pressure wave (D), shown as a light gray curve, deforms the artery (L), which at rest shows a constant thickness, between the two horizontal lines in most areas, evenly to the beat of the heart, recognizable by the two consecutive lines Pressure maxima (G), for example, the beginning and end of a RR interval characterized by the artery (L) from its rest position, represented by the horizontal line (F) deformed out. The pressure wave fluctuates between the values of the diastolic (minimum of the curve in which the artery has its resting position (B)) and the values of the systolic (A) blood pressure, maxima of the gray curve. This has the consequence that the pressure or the pulse pressure (N) via the arterial surface (E) in the tissue (C), both below and above the artery, is introduced and continues to the skin surface (O).
Der Blutdruck wird gemessen, indem eine erfindungsgemäße Anordnung (H) mit den The blood pressure is measured by an inventive arrangement (H) with the
Drucksensoreinheiten (K) zuerst auf die Haut (O) unter Verwendung eines steigenden Drucks (J) gepresst wird. Dabei kann die erfindungsgemäße Anordnung an einem Armband (I) befestigt sein. Pressure sensor units (K) is first pressed onto the skin (O) using a rising pressure (J). In this case, the arrangement according to the invention can be attached to a bracelet (I).
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines herkömmlichen Armbands. Ein solches Armband verfügt über ein Lochband (I), wobei überstehendes Lochband durch eine Lasche (P) arretiert wird. Die erfindungsgemäße Anordnung kann in Form dieser Lasche ausgeführt werden und an Stelle dieser im Armband verwendet werden. Dies hat den Vorteil, dass zum einem das Armband bereits an einer geeigneten Stelle zur Blutdruckmessung sich befindet und
43 Figure 2 shows an exemplary representation of a conventional bracelet. Such a bracelet has a perforated tape (I), wherein protruding perforated tape is locked by a tab (P). The arrangement according to the invention can be carried out in the form of this tab and be used instead of this in the bracelet. This has the advantage that on the one hand, the bracelet is already located at a suitable location for blood pressure measurement and 43
zum Anderen kann durch die Einstellung des Lochbandes ein Druck auf die Drucksensoreinheit ausgeübt werden. On the other hand, pressure can be exerted on the pressure sensor unit by adjusting the perforated belt.
Figur 3 zeigt exemplarisch einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführung der erfinderischen Anordnung zur Verwendung am Armband als Aufsatz. Die erfinderische Figure 3 shows an example of a cross section through a possible embodiment of the inventive arrangement for use on the bracelet as an essay. The inventive
Anordnung ist in zwei Teile aufgeteilt. Die als Array auf einem konvexen Gebilde angeordneten Drucksensoreinheiten (K), unterhalb des Armbands, und einer Rechen- / Funk- und Arrangement is divided into two parts. The arranged as an array on a convex structure pressure sensor units (K), below the bracelet, and a computational / radio and
Energieeinheit (H) oberhalb des Armbands. Das Armband wird durch einen Schlitz (I) geführt. Zur Messung wird ein gleichmäßiger oder steigender Druck (J) von oben aufgebracht. Energy unit (H) above the bracelet. The bracelet is passed through a slot (I). For measurement, a uniform or increasing pressure (J) is applied from above.
Figur 4 zeigt eine beispielhafte elektrische Schaltung mehrerer Drucksensoreinheiten (hier dargestellt 7 x 15 Sensoren) in der Überkreuzschaltung. In diesem Beispiel werden 15 FIG. 4 shows an exemplary electrical circuit of a plurality of pressure sensor units (shown here as 7 × 15 sensors) in the crossover circuit. In this example, 15
Schaltleitungen und 7 Messleitungen benötigt. Switching cables and 7 test leads needed.
Figur 5 zeigt beispielhafte Rohdaten einer erfindungsgemäßen Anordnung. Die FIG. 5 shows exemplary raw data of an arrangement according to the invention. The
Drucksensoreinheiten liefert zwei Messsignale. Ein unverstärktes Signal (R), welches den Druck auf die Drucksensoreinheit widerspiegelt und ein verstärktes Signal (S), welches die Pressure sensor units provides two measuring signals. An unstrengthened signal (R) reflecting the pressure on the pressure sensor unit and an amplified signal (S) representing the
Änderungen des Drucks widerspiegelt. Changes in pressure reflects.
Figur 6 zeigt eine schematische und beispielhafte Darstellung der Messung der FIG. 6 shows a schematic and exemplary representation of the measurement of the
Pulswellengeschwindigkeit mit Hilfe eines Sensorarrays (K). Die zwei Drucksensoreinheiten (V) liegen optimal über einer Arterie (L). Beide Drucksensoreinheiten (V) werden gleichzeitig für die Messung verwendet. Es werden die Messsignale (W) aufgezeichnet. Durch Untersuchung der Messsignale auf markante Stellen kann der Laufzeitunterschied der beiden Messsignale bestimmt werden. Die Pulswellengeschwindigkeit ergibt sich aus dem Laufzeitunterschied geteilt durch den Abstand der zwei Drucksensoreinheiten (V) zueinander. Pulse wave velocity with the help of a sensor array (K). The two pressure sensor units (V) lie optimally over an artery (L). Both pressure sensor units (V) are used simultaneously for the measurement. The measuring signals (W) are recorded. By examining the measurement signals for significant points, the propagation delay of the two measurement signals can be determined. The pulse wave velocity results from the transit time difference divided by the distance between the two pressure sensor units (V) to each other.
Figur 7 zeigt beispielhaft mögliche Ausführungen der erfinderischen Anordnung der Leiterbahnanordnungen. Dabei werden immer zwei eine Leiterbahnen gemeinsam für FIG. 7 shows examples of possible embodiments of the inventive arrangement of the conductor track arrangements. There are always two tracks together for
Leitwertmessungen genutzt, je nachdem welche Leiterbahnpaare verwendet werden, können unterschiedliche Messbereiche benutzt werden. Dabei sind unter a) Leiterbahnanordnungen in einer runden Anordnung mit je nach Baugröße beliebig vielen Leiterbahnanordnungen dargestellt. Unter b) ist eine weitere mögliche Ausführung in Form einer quadratischen Conductivity measurements used, depending on which conductor pairs are used, different measuring ranges can be used. In this case, a) conductor track arrangements are shown in a round arrangement with as many as desired conductor track arrangements, depending on the size. Under b) is another possible embodiment in the form of a square
Leiterbahnanordnung dargestellt, bei denen im Grunde die Leiterbahnen schneckenförmig angeordnet sind. Dabei weist die erste Ausführung einer Leiterbahnanordnung in der Spalte b vier Leiterbahnen, die zweite und dritte Ausführung Leiterbahnanordnung von oben in der Spalte b) zeigen je eine Anordnung mit drei Leiterbahnanordnungen,. Die dritte Ausführung einer Leiterbahnanordnung von oben in der Spalte b) hat auf Grund der unterschiedlichen Abstände der Leiterbahnen zueinander zwei durch die entsprechenden Leiterbahnen definierte Messbereiche mit deutlich unterschiedlichen Messbereichen. Ferner kann auch die Dimension an die Messaufgabe angepasst werden (siehe hierzu die vierte Ausführung einer Printed conductor arrangement shown in which basically the conductor tracks are arranged helically. In this case, the first embodiment of a conductor arrangement in the column b has four interconnects, the second and third embodiments interconnect arrangement from above in the column b) each show an arrangement with three interconnect arrangements,. The third embodiment of a conductor arrangement from above in column b) has, due to the different distances between the interconnects, two measuring ranges defined by the corresponding interconnects with clearly different measuring ranges. Furthermore, the dimension can also be adapted to the measuring task (see the fourth embodiment of a
Leiterbahnanordnungen von oben in der Spalte b), die sich bis in die Spalte c erstreckt). Die oberen drei Leiterbahnanordnungen der Spalte c) zeigen verschiedene Varianten von ineinander greifenden Leiterbahnanordnungen. In Spalte d) ist als weitere mögliche Track arrangements from above in column b), which extends into the column c). The upper three interconnect arrangements of column c) show different variants of interconnecting interconnect arrangements. In column d) is another possible
Ausführungsform einer Leiterbahnanordnungen dargestellt, dass die Anordnung der Leiterbahn auch komplexer gestaltet werden kann. Dabei ist die Sechseckform der Leiterbahnanordnung besonders geeignet, um eine größere Fläche möglichst lückenfrei abzudecken. Embodiment of a conductor track arrangements shown that the arrangement of the conductor track can also be made more complex. In this case, the hexagonal shape of the interconnect arrangement is particularly suitable to cover a larger area gap-free as possible.
Figur 8 stellt eine Leiterbahnanordnung mit drei Leiterbahnen dar, wobei ein erster Messbereich beispielsweise dadurch ausgewählt wird, indem zwischen„Elektrode 1 " und „Elektrode 2 (Modi 1 )" gemessen wird und ein zweiter Messbereich dadurch ausgewählt wird,
44 FIG. 8 illustrates a printed conductor arrangement with three printed conductors, a first measuring region being selected, for example, by measuring between "electrode 1" and "electrode 2 (mode 1)" and selecting a second measuring region, 44
indem zwischen„Elektrode 1 " und„Elektrode 2 (Modi 2)" gemessen wird. Durch die by measuring between "Electrode 1" and "Electrode 2 (Modes 2)". By the
Veränderungen des Abstandes zwischen den verwenden Leiterbahnen und damit die durch das funktionale Polymer zu überbrückende Distanz ändert sich der Leitwert bei gleichem Druck. Aus einem größeren Abstand ergibt sich ein größerer Messbereich. Changes in the distance between the tracks used and thus the distance to be bridged by the functional polymer changes the conductance at the same pressure. From a larger distance results in a larger measuring range.
In der Figur 9 zeigt einen Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete und als VRS Sensor ausgebildete Drucksensoreinheiten. Zu erkennen sind je Drucksensoreinheit zwei Leiterbahnen (hell) zur Messung des Leitwerts oder Drucks, die auf einem funktionalen Polymer angeordnet sind. Zusätzlich ist auf dem funktionalen Polymer eine Leiterbahn (dunkel) und unterhalb des funktionalen Polymers eine leitfähige Schicht angeordnet, um durch Anlegen einer Spannung (Up) zwischen diesen, den Messbereich durch Änderung der Eigenschaften des funktionalen Polymers zu beeinflussen. FIG. 9 shows a section through two pressure sensor units arranged next to one another and designed as a VRS sensor. Two printed conductors (light) for measuring the conductance or pressure, which are arranged on a functional polymer, can be recognized per pressure sensor unit. In addition, on the functional polymer, a conductive pattern (dark) and below the functional polymer, a conductive layer is arranged to influence by applying a voltage (Up) between them, the measuring range by changing the properties of the functional polymer.
In Figur 10 ist ein Schnitt durch zwei nebeneinander angeordnete Drucksensoreinheiten gezeigt. Jede Drucksensoreinheit weist oberhalb des funktionalen Polymers (auch FIG. 10 shows a section through two pressure sensor units arranged next to one another. Each pressure sensor unit has above the functional polymer (also
druckempfindliches Polymer) zwei Leiterbahnanordnungen mit geringem Abstand zwischen einander auf (Dabei ist jede Leiterbahnanordnung auf Grund der meanderförmigen Anordnung im Schnitt zwei Mal zu sehen. Jede Drucksensoreinheit weist darüber hinaus unterhalb des funktionalen Polymers (auch druckempfindliches Polymer) zwei Leiterbahnanordnungen mit größerem Abstand zwischen einander auf. Die einzelnen Drucksensoreinheiten sind durch ein nicht leitendes Polymer getrennt. pressure-sensitive polymer) has two interconnects with a small gap between them (each interconnect arrangement can be seen twice on average due to the meandering arrangement.) Furthermore, each pressure sensor unit has two interconnects below the functional polymer (also pressure-sensitive polymer) with a greater distance between them The individual pressure sensor units are separated by a non-conductive polymer.
In der Figur 11 ist ein beispielhafter Aufbau eines Meßsystems zur Messung von In the figure 11 is an exemplary construction of a measuring system for measuring
Leitwerten und daraus Drücken dargestellt. Das elektrische Signal zur Messung des Leitwertes wird zunächst durch elektronische Filter aufbereitet. Danach wird es digitalisiert und an ein Auswertungs- und Anzeigegerät gesendet. Das Anzeigegerät z.B. ein Smartphone übernimmt die Auswertung und Darstellung der Messdaten. Zusätzlich kann das Anzeigegerät der Conductances and pressures are shown. The electrical signal for measuring the conductance is first processed by electronic filters. It is then digitized and sent to an evaluation and display device. The indicator, e.g. a smartphone handles the evaluation and display of the measured data. In addition, the display device of the
Messelektronik verschiedene Aufgaben, wie z.B. die Auswahl der Leiterbahn, eines Measuring electronics various tasks, such. the choice of the conductor track, one
Leiterbahnbereichs, der Wiederholungsrate usw., übermitteln. Trace area, the repetition rate, etc.
Figur 12 zeigt eine Prinzipiendarstellung einer möglichen Ausführungsform der FIG. 12 shows a schematic diagram of a possible embodiment of the invention
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Teil eines Spannungsteilers eingesetzt (a), sowie eine typischen Messverlauf der Leitwerte, die eine solche Vorrichtung während eines Verfahrens bei Beaufschlagung mit Druck misst. Aufgrund des größeren Leiterbahnabstands strebt Device according to the invention used as part of a voltage divider (a), and a typical measurement of the conductance, which measures such a device during a process under pressure. Due to the larger track distance strives
Messbereich 1 langsamer gegen die maximale Spannung, als Messbereich 2 mit dem kleineren Leiterbahnabstand. Measuring range 1 slower against the maximum voltage, as measuring range 2 with the smaller interconnect distance.
Figur 13 zeigt eine Prinzipiendarstellung einer möglichen Ausführungsform der FIG. 13 shows a schematic diagram of a possible embodiment of the invention
erfindungsgemäßen Vorrichtung als Teil eines Spannungsteilers eingesetzt (a). Die Einstellung des Messbereichs erfolgt durch das Anlegen einer Spannung (UP) über das Polymer. In b) wird ein typischer Messverlauf der Leitwerte bei Veränderung der Spannung (UP) dargestellt, die eine solche Vorrichtung während eines Verfahrens bei Beaufschlagung mit Druck misst. inventive device used as part of a voltage divider (a). The measuring range is set by applying a voltage (U P ) across the polymer. In b) is shown a typical measurement of the conductance values as the voltage (U P ) changes, which measures such a device during a pressurized process.
Figur 14 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Drucksensoreinheit. Sie weist einen Träger 1 und darauf angeordnete Leiterbahnen 4 auf, von denen in der Ansicht nur eine zu erkennen ist. Sie sind insbesondere angeordnet wie eine Anordnung der Figuren 7 oder 8. Des Weiteren weist sie ein funktionales Polymer 6 auf, das eine leitfähige Beschichtung 3 aus einem leitfähigen Polymer aufweist. Es beinhaltet des Weiteren eine Bauform 2 in Form einer Kugelkappe und Füße 13 mit denen es in Vertiefungen 5 des Trägers 1 aufgestellt ist. Wird von oben und/oder unten Druck ausgeübt verformt sich das funktionale Polymer 6, insbesondere zunächst die Füße 13 und die leitfähige Beschichtung 3 kontaktiert die Leiterbahnen, zunächst mit einem relativ
45 FIG. 14 shows a section through a pressure sensor unit according to the invention. It has a carrier 1 and conductor tracks 4 arranged thereon, of which only one can be seen in the view. They are in particular arranged like an arrangement of FIGS. 7 or 8. Furthermore, it has a functional polymer 6 which has a conductive coating 3 made of a conductive polymer. It also includes a design 2 in the form of a ball cap and feet 13 with which it is placed in depressions 5 of the carrier 1. If pressure is exerted from above and / or below, the functional polymer 6 deforms, in particular first the feet 13, and the conductive coating 3 contacts the conductor tracks, first with a relative one 45
hohen Kontaktwiderstand und verbindet dadurch die Leiterbahnen 4 miteinander elektrisch. Bei weiterer Steigerung des Drucks wird das funktionale Polymer 6 weiter verformt. Insbesondere verformen sich die Füße 13 weiter und flacht sich sie Krümmung der Kugelkappe 2 und der leitfähigen Beschichtung 3 ab, so dass die Kontaktfläche zwischen Leiterbahnen 4 und leitfähiger high contact resistance and thereby connects the interconnects 4 to each other electrically. As the pressure is further increased, the functional polymer 6 is further deformed. In particular, the feet 13 continue to deform and flatten off the curvature of the ball cap 2 and the conductive coating 3, so that the contact area between tracks 4 and more conductive
Beschichtung 3 vergrößert wird. Dadurch verringert sich der Kontaktwiderstand zwischen den Leiterbahnen 4 und der leitfähigen Beschichtung 3 weiter. Coating 3 is increased. This further reduces the contact resistance between the conductor tracks 4 and the conductive coating 3.
Figur 15 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drucksensoreinheit. Sie weist zwei metallische Leiter 7 auf, die jeweils in eine leitfähige Schicht 8 aus leitfähigem Polymer eingeschmolzen sind. Zwischen den leitfähigen Schichten 8 befindet sich eine isolierende Schicht 9 aus einem isolierenden Polymer oder Lack. Diese weist Löcher 10 auf. Innerhalb dieser Löcher 10 weisen die leitfähigen Schichten 8 annähernd komplementär geformte Fortsätze 11 und 12 auf. Wird Druck von oben und/oder unten ausgeübt, wird die isolierende Schicht 9 zusammengedrückt und die annähernd komplementär geformten FIG. 15 shows a section through another embodiment of a pressure sensor unit according to the invention. It has two metallic conductors 7, which are each fused into a conductive layer 8 of conductive polymer. Between the conductive layers 8 there is an insulating layer 9 of an insulating polymer or lacquer. This has holes 10. Within these holes 10, the conductive layers 8 approximately complementarily shaped extensions 11 and 12. When pressure is applied from above and / or below, the insulating layer 9 is compressed and the approximately complementary shaped
Fortsätze 11 und 12 beginnen sich an kleinen Punkten, Linien oder Flächen zu berühren. Der Widerstand zwischen den leitfähigen Schicht 8 fällt und der Leitwert zwischen Ihnen steigt. Bei weiterer Steigerung des Drucks wird die isolierende Schicht 9 weiter zusammengedrückt und verformen sich auch die annähernd komplementär geformte Fortsätze 11 und 12 weiter in Richtung einer komplementären Formgebung, so dass ihre Kontaktfläche vergrößert wird. Dadurch verringert sich der Kontaktwiderstand zwischen den beiden leitfähigen Schichten 8 weiter.
Supports 11 and 12 begin to touch at small points, lines or surfaces. The resistance between the conductive layer 8 drops and the conductance between you increases. As the pressure is further increased, the insulating layer 9 is further compressed and the approximately complementarily shaped extensions 11 and 12 continue to deform in the direction of complementary shaping, so that their contact area is increased. This further reduces the contact resistance between the two conductive layers 8.