WO1995007048A1 - Kabelloses medizinisches diagnose- und überwachungsgerät - Google Patents

Abstract

Ein medizinisches Diagnose- und Überwachungsgerät weist kabellose Elektroden (2a...2f) auf, die auf der Hautoberfläche des Patienten (3) angebracht sind. Die Elektroden (2a...2f) umfassen eine digitale Sende- (31) und Empfangseinheit (30) mit Antenne (36a) sowie Mikrosensoren. Die Elektroden (2a...2f) können unter anderem zur Detektion von EEG- und EKG-Signalen sowie für die Überwachung von Körper/Atmungsbewegungen, Temperatur, Schwitzen, etc. eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel weist eine Elektrode auf, die alle Funktionen in einem Halbleiterchip umfaßt, der als integrierte Schaltung mit den entsprechenden Sensor-, Sensorsteuerungs-, Frequenzerzeugungs-, Sende- und Empfangseinheit sowie einer Vermittlungssteuerungseinheit versehen ist. Die Antenne (36a) ist dabei in der flexiblen Elektrodenumhüllung oder direkt im Chip angeordnet.

Description

Kabelloses medizinisches Diagnose- und Überwachungsgerät

Die Erfindung betrifft medizinisches Meßdatenerfassungsgerät zur Überwachung und Diagnose, insbesondere EEG- und EKG-Geräte, sowie Einrichtungen zur Kontrolle der Atmung, des O₂- Sättigungsgehalts im Blut, der Körpertemperatur und zur Auf¬ nahme elektrischer Potentiale bzw. elektrodermaler Aktivitäten, wie des SSR (sympa- thetic skin response). Derartige Überwachungs- und Diagnosegeräte finden haupt¬ sächlich Einsatz auf Intensivstationen in Krankenhäusern oder bei der Untersuchung von Patienten.

Überwachungsgeräte werden unter anderem auch zum Heim-Monitoring von Säug¬ lingen verwendet. In der Bundesrepublik Deutschland sterben jährlich etwa 2000 Kin¬ der am plötzlichen Saüglingstod, einem Phänomen, bei welchem es trotz intensiver Forschung noch nicht gelungen ist, die Ursachen zu ergründen. Es spricht aber alles dafür, daß der plötzliche Säuglingstod auf ein Aussetzen der Atemfunktion (Apnoe) - und eventuell der Herzfunktion - zurückzuführen ist. Er tritt ausschließlich während des Schlafens auf. Die einzige präventive Maßnahme zur Verhinderung des plötzli- chen Säuglingstods besteht derzeit in der Überwachung der Atem- oder Herzfunktion. Diese Norgehensweise ist deshalb zweckmäßig, da durch ein Stimulieren des Kindes, unmittelbar nach dem Aussetzen der Atemfunktion, die Atemtätigkeit - bis auf wenige Ausnahmen - von selbst wieder eintritt.

Aufgrund ihrer großen medizinischen Aussagekraft nehmen EKG- und EEG-Einrich- tungen unter den Überwachungs- und Diagnosegeräten eine besondere Stellung ein. Ein Elektrokardiogramm (EKG) ist die Aufzeichnung des Zeitverlaufs von Herzakti¬ onsspannungen, ein Elektroenzephalogramm (EEG) die Aufzeichnung der Gehirnak¬ tionsspannungen. Die Analyse des EKGs und EEGs liefert wichtige Hinweise über die Herz- bzw. Gehirnfunktion des Patienten.

Konventionelle Überwachungs- und Diagnosegeräte sind derart gestaltet, daß am Pa¬ tienten eine oder mehrere Elektroden angebracht sind, die die entsprechenden Signale abgreifen (überwiegend Spannungs- und Impedanzwerte) und über Kabel an Nerstär- kereinheiten übertragen. Üblicherweise kommen dabei für jeden Meßparameter sepa¬ rate Elektroden zum Einsatz.

Speziell bei EKG- und EEG-Untersuchungen hängen am Patienten eine Vielzahl von Kabeln, die die EKG/EEG-Elektroden mit den Auswertegeräten verbinden, welche die Signale verarbeiten und aufzeichnen. Diese Kabel behindern den Patienten und schränken dessen Bewegungsfreiheit stark ein und sind somit, insbesondere für die Durchführung von Belastungsuntersuchungen (z.B. Belastungs-EKGs), nur bedingt geeignet. Hinzukommt, daß sich die Elektroden, bedingt durch die Steifigkeit der Ka¬ bel und den damit verbundenen Hebelkräf en, leicht ablösen, insbesondere dann, wenn der Patient sich bewegt. Bei Säuglingen besteht zudem die Gefahr, daß diese mit den Kabeln spielen und die aufgeklebten Elektroden ablösen.

Speziell beim Heim- oder Krankenhaus-Monitoring von Säuglingen sind die Elek¬ troden-Kabel störend. Besonders beim häufigen Kleiderwechseln (z.B. beim Wickeln) ist das Ab- bzw. erneute Anschließen der Elektroden hinderlich. Bei aufwendigen Untersuchungen mit einer Vielzahl von Meßgrößen, wie beispiels¬ weise in der Polysomnographie bei Säuglingen, ergeben sich zudem dadurch Proble¬ me, daß eine Vielzahl von relativ großen Elektroden am Patienten anzubringen sind. Hierbei ist ferner die psychische Belastung des Patienten zu berücksichtigen, der über eine Vielzahl von Kabeln mit einem elektrischen Gerät verbunden ist. Diese psychi¬ sche Belastung kann sowohl eine Auswirkung auf die physische Belastbarkeit als auch auf die physiologischen Kennlinien haben.

Die oben beschriebenen Verfahren sind aufwendig, benutzerunfreundlich und verlan¬ gen unter Umständen, z.B. was die Anordnung der verschiedensten Elektroden be¬ trifft, gewisse medizinische Fachkenntnisse. Sie sind demzufolge, insbesondere für den Heimgebrauch - zum Beispiel zum Langzeit-Monitoring von Säuglingen -, nur bedingt geeignet. Es besteht zudem das erhöhte Risiko von verfälschten Daten und Fehlalar¬ men, da, bedingt durch den einfachen Elektrodenaufbau, nicht zwischen medizinischen Anomalien und technisch bedingten Defekten (z.B. abgelöste Elektroden) unterschie¬ den werden kann.

Es besteht somit die Notwendigkeit für eine nichtelektrische Verbindung zwischen den am Patienten angeschlossenen Elektroden und den Geräten. Durch die galvani¬ sche Trennung der Elektroden von der Auswertestation ist zudem auch die Patienten¬ sicherheit gewährleistet.

Telemetriesysteme für Biosignale, bei denen die Übertragung der am Patienten abge¬ griffenen EKG- bzw. EEG-Daten mittels elektromagnetischer Wellen (vorzugsweise im Infrarotbereich) erfolgt, sind beispielsweise in "Biotelemetrie IX" (Hrsg.: H.P. Kimmich und M.R. Neumann, 1987, S. 55-58) beschrieben. Die Übertragung der Daten erfolgt dabei im Einwegmodus von den Elektroden zum Ausgabegerät, d.h. ohne (Fehler-) Rückmeldung vom Empfänger zum Sender. Nachteilig dabei ist insbe¬ sondere, daß die Meßwerte als Analogsignal übertragen werden und somit relativ störanfällig, z.B. bezüglich des 50Hz Brumms und dessen Oberschwingungen, sind. Eine Weiterentwicklung für telemetrische EKG-Messungen ist in der Offenle- gungsschrift WO 90/08501 aufgeführt. Hierzu werden zur Erzielung einer höheren Übertragungsgeschwindigkeit und Datensicherheit die aufgenommenen Signale digi¬ talisiert, codiert - vorzugsweise nach dem Manchester-Code oder als FSK (Frequenzsprung-Modulation =frequency shift keying) - und dann elektromagnetisch oder per Lichtwellenleiter übertragen.

Bei diesen Telemetrieverfahren werden die Signale der einzelnen am Körper an¬ gebrachten Elektroden per Kabel an eine zusätzliche, separate, am Körper ange¬ brachte Sendeeinheit übermittelt und von dort per Funk oder Lichtwellenleiter an die Auswertestation übertragen. Die oben genannten Verfahren haben jedoch den Nach¬ teil, daß die Stromversorgung der Sendeeinheit über Batterien erfolgt. Die Batterien müssen dabei nicht nur die Stromversorgung für die Datenaufnahme und gegebenen¬ falls -Verarbeitung gewährleisten, sondern auch für die Datenübertragung per Funk. Die Batterien müssen deshalb öfters ausgetauscht werden, was insbesondere beim Langzeit-Monitoring mit Nachteilen verbunden ist. Da die Sendeeinheiten relativ groß sind, schränken diese Verfahren wiederum die Bewegungsfreiheit des Patienten ein. Auf den Aufbau der Elektroden zur Signalerfassung wird in oben genannten Schriften nicht näher eingegangen.

Meßsonden mit HF-Energieversorgung sind beispielsweise aus den Schriften DE-OS 32 19 558, US-PS 40 75 632 und WO 92/07505 bekannt sind. Die Anwendungs¬ gebiete dieser Meßsonden sind jedoch fast ausschließlich auf die Identifikation von Objekten ausgerichtet und dazu im tierischen oder menschlichen Körper implantiert. Der Aufbau dieser Vorrichtung ist zudem für die medizinische Signalerfassung sowie deren Übertragung - insbesondere bei einer Vielzahl von Daten, aus einer oder mehre¬ ren Elektroden und gegebenenfalls von mehreren Patienten - nicht geeignet. Die Si¬ gnalübertragung erfolgt bei diesen Verfahren fast ausschließlich über passive Teleme- trie, wobei die Meßdaten dadurch detektiert werden, daß die Meßsonde im HF-Feld der Auswertestation (AS) eine Modulationsabsorption vornimmt, welche auf die AS rückwirkt (indirekte Informationsübertragung durch induktive Kopplung). Diese Vor¬ gehensweise eignet sich jedoch nur bei extrem kleinen Abständen zwischen Sender und Empfänger von wenigen cm (wie es insbesondere bei implantierten Sonden der Fall ist) und nur bei keinen externen Störungen. Außerdem ist bei diesen Meßsonden keine Zweiwege-Datenübertragung vorgesehen, das heißt, es erfolgt eine Informati¬ onsübertragung nur vom Empfänger zum Sender, wodurch Fehler in der Datenüber¬ tragung nicht oder nur sehr bedingt kompensiert werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Überwachungs- und Diagnosegerät mit kabellosen Elektroden bereitzustellen, welches sowohl für den Heimgebrauch als auch zum Betrieb in Krankenhäuser geeignet ist. Insbesondere soll eine sichere Datenübertragung der Elektroden auch dann gewährleistet sein, wenn gleichzeitig eine große Anzahl von Elektroden betrieben wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 ge¬ löst. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteran¬ sprüchen aufgeführt.

Die vorgeschlagene bidirektionale digitale Datenübertragung ergibt den überraschen¬ den Effekt, daß die Datenübertragungssicherheit wesentlich erhöht ist. Durch Über¬ mittlung redundanter Information, in den von den Elektroden gesendeten Daten kann die Auswertestation Fehler erkennen und eine erneute Übertragung der Daten anfor¬ dern. Bei zu großen Übertragungsschwierigkeiten, wie beispielsweise über zu große Distanzen oder infolge von die hochfrequente Strahlung absorbierende Hindernisse kann die Auswertestation auch die Datenübertragung steuern oder die von der Elek¬ trode gesendeten Daten selbst manipulieren. Als Steuerung der Datenübertragung kommt beispielsweise eine Anpassung der Sendeleistung der Elektrode oder eine Än¬ derung des Übertragungskanals in Frage. Ist das von der Elektrode gesendete Signal zu schwach, so wird die Auswertestation an die Elektrode einen Befehl senden, der ihre Sendeleistung erhöht. Ist jedoch das von der Elektrode gesendete Signal durch andere Störquellen überlagert, so kann die Auswertestation durch Wechseln des Ka- nals versuchen, eine einwandfreie und störungsfreie Übertragung sicherzustellen. Al¬ ternativ kann die Auswertestation auch die Elektrode veranlassen, das Datenformat fiir die Übertragung zu ändern, um beispielsweise die redundante Information im Da¬ tenstrom zu erhöhen. Durch die verstärkte Redundanz können Übertragungsfehler leichter erkannt und korrigiert werden. Auf diese Weise sind sichere Datenübertra¬ gungen auch unter schlechtesten Übertragungsqualitäten möglich. Diese Maßnahme eröflhet auf überraschend einfache Weise die Möglichkeit, die Sendeleistung der Elektrode in erheblichem Ausmaß zu reduzieren. Dies reduziert den Energiebedarf der Elektroden, so daß sie über einen längeren Zeitraum ununterbrochen eingesetzt wer¬ den können. Infolge der reduzierten Sendeleistung lassen sich auch mögliche biologi¬ sche Belastungen aufgrund der elektromagnetischen Wellen ausschließen. Ein weiterer Vorteil der bidirektional digitalen Datenübertragung besteht in der Möglichkeit, Test¬ codes zu übermitteln, um externe Störungen wie z.B. Brechung oder Streuung aus dem Übertragungsstrom herauszufaltern. Auf diese Weise lassen sich auch falsch übertragene Daten wieder rekonstruieren. Infolge der sicheren Datenübertragung zwi¬ schen den Elektroden und der Auswertestation ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft für den Heimgebrauch geeignet, wie beispielsweise zur Überwa¬ chung von Säuglingen, obwohl hier in der Regel kein technisch geschultes Personal zur Verfügung steht. Bei der Anwendung in Krankenhäusern, beispielsweise zur Überwachung in der Intensivmedizin, bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung den besonderen Vorteil, daß ein gleichzeitiges Betreiben sehr vieler Elektroden in einem Raum störungsfrei ermöglicht ist. Eine gegenseitige Beeinflussung der Elektroden ist von vornherein ausgeschlossen. Insbesondere besteht die Möglichkeit, über die Aus- wertestation Standardelektroden mit einer Vielzahl von Sensoren derart zu program¬ mieren, daß diese für Spezialanwendungen d.h. für spezielle Anwendungsfalle einge¬ setzt werden können.

Die Stromversorgung der Elektroden kann mittels hochfrequenter Energieübertragung (insbesondere im Radiofrequenz (RF)-Bereich) durch eine Auswertestation (AS) vor¬ genommen werden. Die Antennen bzw. optischen Detektoren (z.B. Halbleiterdioden) der Elektroden absorbieren hierbei das von der beabstandeten Auswertestation abge- strahlte Hochfrequenzfeld (HF-Feld). Mittels der in der Elektrode angeordneten Stromversorgungseinheit, welche die HF- Strahlung umwandelt (gleichrichtet) und gegebenenfalls speichert, wird dann eine Versorgungsspannung für die Elektroden ge¬ neriert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch derart gestaltet sein, daß die Stromver¬ sorgungseinheit der Elektroden durch zusätzliche integrierte, miniaturisierte Akkus realisiert ist. Ein Austausch von schwachen bzw. leeren Akkus ist bei der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung nicht notwendig, weil durch das von der Auswertestation ab¬ gestrahlte Hochfrequenzfeld eine Aufladung der Akkus erfolgt. Die Aufladung der Akkus kann auch nur tem orär vorgenommen werden, beispielsweise zu Zeitpunkten, bei denen die Elektroden nicht im Einsatz sind, d.h. außerhalb der Meßwertaufhahme. Die Energieübertragung für die Aufladung kann in diesem Fall durch Resonanz- kopplung, z.B. mittels induktiver Kopplung, erfolgen. Da die Akkus nicht ausge¬ tauscht werden müssen, können sie auch in die Elektroden eingekapselt sein.

Es besteht ferner die Möglichkeit, insbesondere beim Langzeit-Monitoring, erst die Stromversorgung der Elektroden per Akku, und gegebenenfalls später - beispielsweise bei schwachen Akkus - die Stromversorgung der Elektroden über das emittierte HF- Feld der Auswertestation vorzunehmen. Auf diese Weise kann eine mögliche biologi¬ sche Belastung des Körpers durch die einwirkende Hochfrequenzstrahlung ausge¬ schlossen bzw. -minimiert werden.

Frequenzerzeugungseinheiten generieren in den Elektroden bzw. der Auswertestation die notwendigen Oszülatorfrequenzen für die Sendeeinheiten sowie die E pfangs- einheiten. Vorzugsweise umfaßt die Frequenzerzeugungseinheit einen oder mehrere PLL (Phase-Locked-Loop) oder FLL (Frequency-Locked-Loop) -Synthesizer, welche die verschiedenen Frequenzen generieren. Die Sendefrequenzen für die (Daten)- Übertragung können sich dabei prinzipiell vom 100kHz-B ereich (Langwellen) bis in den 10¹⁵ Hz-Bereich (optische Frequenzen) erstrecken. Für kleine Elektrodenabmes¬ sungen, hohe Bitübertragungsraten und geringe Übertragungsentfernungen sind Übertragungsfrequenzen im UHF-, Mikrowellenbereich und darüber (>10 MHz) je¬ doch besonders geeignet.

Vorteilhaft für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist, für die Signaldetektion bzw. - Aufiiahme mikrostrukturierte Sensoren wie Halbleitersensoren oder Dünnschichtsen¬ soren einzusetzen. Halbleitersensoren zeichnen sich durch ihre geringe Größe, ihre En-φfindlichkeit, ihre hohe Integrationsfahigkeit und durch ihren niedrigen Stromver¬ brauch aus. Von Bedeutung sind insbesondere Sensoren, die auf dem (Feldeffekt-) Transistor- (z.B. Si- MOS-FET), dem Dioden- oder Kondensator-Prinzip basieren. Auf diese Weise lassen sich eine Vielzahl von Sensoren, wie z.B. Bio- bzw. ionen¬ sensitive Sensoren (ISFET), Beschleunigungs-, Druck-, Spannungs-, Impedanz-, Strom-, Temperatur- sowie Strahlungssensoren, realisieren.

Durch die Verwendung von Halbleiterbauelementen als Sensoren mit eingebundenen Signalverarbeitungs-, Sende/Empfangs- (Tranceiver) und gegebenenfalls Auswerte¬ einheiten, lassen sich die einzelnen Schaltungsanordnungen mit mehreren Sensoren in einem Chip mit Kantenlängen unter 10mm und Höhen unter 0.5mm integrieren. Auf diese Weise kann zum einen die Anzahl der Elektroden reduziert und zum anderen auf zusätzliche am Körper angebrachte elektrische Komponenten, die die Bewegungsfrei¬ heit einschränken, verzichtet werden. Da üblicherweise die Übertragungsstrecke von den Elektroden zur Auswertestation nur wenige m (Größenordnung von 1-lOm) be¬ trägt, beläuft sich die Energieversorgung bzw. die Sendeleistung der Elektroden im Idealfaü nur auf Bruchteile von mW und ist somit medizinisch völlig unbedenklich. Speziell für geringe Übertragungsentfernungen ist demzufolge auch der Einsatz von Miniaturbatterien (z.B. Knopfzellen) für die Energieversorgung geeignet. Hierfür ist insbesondere das TDMA- Verfahren vorteilhaft, da die Elektroden nur zu bestimmten Zeitintervallen senden, wodurch Energie gespart werden kann.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Anordnung der Antenne. Diese ist vorzugsweise vollständig (oder zumindest teilweise) in der Elektrodenumhüllung oder -Membran - z.B. aus flexiblem Kunststoff - angeordnet. Ist die Elektrode als Armband ausgeführt, so kann auch das Band als Antenne herange¬ zogen werden. Die Antenne kann auf unterschiedlichste Art und Weise realisiert sein, beispielsweise als Dipol-, logarithmisch-periodische, dielektrische, Streifenleitungs¬ oder Reflektorantenne. Vorzugsweise besteht die Antenne aus einem oder mehreren leitenden Drähten oder Streifen, die spiralförmig angeordnetet sind (Spiralantenne oder auch Wendelantenne). Auf diese Art kann die Antenne relativ großflächig gestal¬ tet werden, was kleinere Sendeleistungen für die Datenübertragung und HF- Versorgung erfordert. Insbesondere können bei der Funkübertragung zum Trennen der Sende- und Empfängsbänder frequenzselektive Antennen und bei einer gerichteten Übertragung polarisationssensitive Antennen eingesetzt werden. Polarisationssensitive Antennen bestehen z.B. aus dünnen, parallel angeordneten Metallstreifen auf einem isolierenden Trägermaterial. Diese Struktur ist insensitiv auf bzw. durchlässig für elektromagnetische Wellen mit senkrechter Polarisation; Wellen mit paralleler Polari¬ sation werden je nach Ausfuhrungsform reflektiert oder absorbiert. Dadurch erreicht man beispielsweise bei Linearpolarisation eine gute -Kreuzpolarisationsentkopplung.

Es besteht ferner die Möglichkeit, die Antenne im Elektrodenchip zu integrieren, z.B. in der Chipumrandung, wobei die Antenne dann vorzugsweise mittels Dünnschicht¬ technik realisiert ist.

Die Antenne der Elektroden dient sowohl zur Übertragung der Elektrodendaten als auch zur Aufnahme der von der Auswertestation übermittelten Steuerdaten sowie gegebenenfalls zur Aufnahme der Hochfrequenzenergie (für die Energieversorgung) - d.h. es ist prinzipiell nur eine Sende- und Empfangsantenne notwendig.

Insbesondere können an den Senderausgängen der Elektroden und/oder der Auswer¬ testation Richtkoppler angeordnet sein, welche die abgestrahlte und reflektierte (RF-) Leistung messen. Eine eventuelle -Antennenbeschädigung (oder auch Fehlanpassung) kann somit registriert werden, da sie in erhöhten Reflexionswerten zum Ausdruck kommt. Es besteht die Möglichkeit, die hochfrequente Energieversorgung und die Datenüber¬ tragung auf unterschiedlichen Frequenzen vorzunehmen (z.B. Datenübertragung im IR-Bereich mittels Sende- und Empfängs-Halbleiterdioden in den Elektroden und der Auswertestation, Energieübertragung im Mikrowellen-B ereich über die Antennen). Es besteht insbesondere auch die Möglichkeit, zu übertragende Sensordaten als auch Elektrodensteuerungs- sowie Steuerungsdaten von der Auswertestation zu den Elek¬ troden jeweils auf unterschiedlichen Trägerfrequenzen oder zu verschiedenen Zeit¬ punkten zu übermitteln.

Vorzugsweise wird zur Datenübermittlung die Frequenz- und oder Phasenmodulation angewandt, um zu lange Nullserien - wie sie bei der Amplitudenmodulation vorliegen können - auszuschließen. Bei einer reinen HF- Versorgung der Elektroden (d.h. ohne die Verwendung von Akkus) kann die Übertragung der Elektrodensteuerungs- und Vermittlungssteuerungsdaten an die Elektroden z.B. durch eine Modulation des HF- Feldes erfolgen.

Ferner ist zu beachten, daß die Funksignalleistung der gesendeten Daten beim Emp¬ fanger sowie eventuell die Versorgungsspannung der Elektroden (z.B. falls die Ener¬ gieversorgung der Elektroden ausschließlich durch das Hochfrequenzfeld (HF) der Auswertestation erfolgt) gewissen Schwankungen unterworfen ist. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn sich der Patient bewegt oder dreht und sich dadurch der Abstand zwischen Elektroden und Auswertestation verändert. Unter anderem muß auch eine gewisse Dämpfung und Streuung der Signale berücksichtigt werden, insbesondere bei Langzeitüberwachungen (beispielsweise zur Überwachung von Säuglingen oder Pati¬ enten auf Intensivstationen), da diese Messungen dann häufig mit Kleidung und im Bett (unter einer Decke) durchgeführt werden. Eine Weiterentwicklung der Erfindung besteht deshalb darin, in der Auswertestation eine Regelungseinheit für die Sendelei¬ stung anzuordnen. Die Auswerteeinheit bestimmt und steuert mit dieser Regelungs¬ einheit die empfangene Sendeleistung der einzelnen Elektroden und regelt gegebenen¬ falls auch die eigene Sendeleistung nach. Unterschreitet die empfangene Elektroden¬ feldstärke bei der Auswertestation einen vorgegebenen unteren Schwellwert, so steu- ert die Auswertestation die relevante Elektrode zur Erhöhung der Sendeleistung an. Vorzugsweise wird dabei so verf hren, daß für die Elektrodensendeleistung vorgebba¬ re Maximalwerte nicht überschritten werden. Hierfür übermittelt die Elektrode an die Auswertesstation ihre Sendeleistung.

Zur Regelung der Sendeleistung der Auswertesation beinhaltet die Elektrode ein Re¬ ferenzelement zur Messung der empfangenen Sendeleistung. Diese wird dann an die Auswertestation zurückübermittelt, die dann ihre eigene Sendeleistung nachregelt.

Damit ist gewährleistet, daß die Sendeleistung der Elektroden und der Auswerte- station (einschließlich gegebenenfalls der HF-Energieversorgung) jeweils derart ange¬ paßt ist, daß der Signalpegel beim Emfanger bzw. beim Sender gewisse Unter- bzw. Obergrenzen nicht unter- bzw. überschreitet. Die abgestrahlte Sendeleistung wird durch diese Regelvorgänge immer auf das Minimum eingestellt, welches gerade not¬ wendig ist, um die Daten mit ausreichender Qualität zu empfangen bzw. die elektroni¬ schen Einheiten der Elektroden optimal zu betreiben. Die Sendeleistung kann stufen¬ weise oder kontinuierlich eingestellt werden. Unter anderem ist der Auswertestation dadurch die Möglichkeit gegeben zu erkennen, ob eine Signaländerung durch Schwankungen der Versorgungsspannung, der Sendeleistung (bei sich ändernden Ent¬ fernungen) oder durch eine Änderung des Sensorausgangssignals hervorgerufen wird, was beispielsweise bei einer Amplitudenmodulation von Bedeutung ist.

Alternativ kann die Regelungseinheit statt der Sendeleistung auch die Redundanz im Datenstrom regeln falls die Bitfehlerrate einen vorgegebenen Schwellwert überschrei¬ tet.

Eine Weiterentwicklung besteht auch darin, in den Elektroden eine Abschalteeinheit anzuordnen. Beim Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwertes für die benötigte Sendeleistung einer Elektrode (gegebenenfalls auch der Auswertestation) wird die entsprechende Elektrode mittels der Abschalteeinheit vorübergehend automatisch deaktiviert. Hierdurch wird die Datenübertragung oder die Meßwertaufhahme vor- übergehend unterbrochen. Die Auswertestation stellt sich dann nur noch auf die restli¬ chen verbleibenden Elektroden ein und kann, je nach Einstellung, ein Alarmsignal von sich geben. Die benötigten Sendeleistungen können beispielsweise von der Rege¬ lungseinheit der Auswertestation oder durch die Referenzelemente in den entspre¬ chenden Elektroden bestimmt werden. Diese Vorgehensweise kann insbesondere dann erwünscht sein, wenn ein Säugling sich während der Überwachung z.B. vom Rücken auf den Bauch wendet und auf eine oder mehrere Elektroden zu liegen kommt. Auf diese Weise wird eine mögliche biologische Belastung aufgrund der HF-Strahlung ausgeschlossen. Prinzipiell kann das temporäre Abschalten von Elektroden auch durch integrierte Lage- und/oder Neigungssensoren gesteuert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es dem Patienten sich während der Meßwertaufhahme frei zu bewegen, da er nicht mehr über störende Kabel an eine Auswertestation angeschlossen ist. Bei der Verwendung von Batterien oder Akkus kann er sogar für gewisse Zeh den Raum verlassen, speziell dann, wenn die einzelnen Elektroden einen Datenspeicher aufweisen. Speziell in Krankenhäusern kann die Mobilität des Patienten weiter gesteigert werden, indem die Auswertestation/en meh¬ rere globale Sende- bzw. Empfangsantennen (z.B. in verschiedenen Räumen und Gängen angeordnet) umfassen. Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind auch in der Notfallmedizin zu sehen. Einem Unfallopfer können bereits am Unfallort die Elektroden angelegt werden, deren Signale dann ununterbrochen zu Auswertesta¬ tionen (AS) - zunächst an die AS im Krankenwagen und dann an eine beliebige AS im Krankenhaus - übertragen werden. Der richtige Code für die Elektroden bzw. den Elektrodensatz kann der Auswertestation im Krankenhaus z.B. mittels Chip- oder magnetischer EinSteckkarten übermittelt werden.

Durch eine Ausrüstung der Auswertestation mit einem Akku läßt sich eine Säuglings¬ überwachung auch "unterwegs", beispielsweise im Kinderwagen oder während der Autofahrt, durchführen, insbesondere dann wenn diese ein herausnehmbares Überwa¬ chungsmodul aufweist. Für die Patientenüberwachung besteht insbesondere die Möglichkeit, daß nur eine eingeschränkte Zahl von am Patienten angeschlossener Elektroden Sensordaten auf¬ nimmt und an die Auswertestation übermittelt. Bei Unregelmäßigkeiten oder auftre¬ tenden Anomalien kann die Auswertestation dann weitere Elektroden oder Sensoren durch eine Deaktivierung der Abschalteeinheit zuschalten.

Ferner kann der Energieverbrauch abgeschalteter Elektroden dadurch reduziert wer¬ den, daß diese nur zu gewissen Zeitintervallen empfängs- (für eine Aktivierung durch die AS) und/oder meßfahig (z.B. für die integrierten (Lage)-sensoren) sind.

Ein zusätzliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in den Elektroden Identifi- kationseinheiten angeordnet werden können. Durch die Vergabe gewisser Identifika¬ tionscodes - Patienten-Code (für einen Elektrodensatz) sowie Elektroden- bzw. Sen¬ sor-Code - kann die Auswertestation dann mehrere Patienten in einem Raum mit je¬ weils einer Vielzahl von diversen Elektroden gleichzeitig versorgen, die Daten aus¬ werten und den entsprechenden Patienten, Elektroden bzw. Sensoren zuordnen. Die Realisierung erfolgt derart, daß die Elektrode bzw. die Identifikationseinheit eine Steuerlogik sowie einen Speicher zur Speicherung des Identifikationscodes aufweist. Die Programmierung der Identifikationseinheit der Elektroden erfolgt vorzugsweise durch eine hochfrequente Funkübertragung von Steuerzeichen sowie dem jeweiligen Identifikationscode von der Programmiereinheh der Auswertestation zu den entspre¬ chenden Elektroden. Eine Weiterentwicklung umfaßt die Anordnung von (Druck)- Schaltern in den Elektroden als Programmiersperren, insbesondere zur Verhinderung unbeabsichtigter Umprogrammierung. Eine bevorzugte Weiterentwicklung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbeson¬ dere für das Langzeit-Monitoring (beispielsweise zur Säuglingsüberwachung), ist der¬ art gestaltet, daß die Elektroden bereits mit einer Auswerteeinheit (mit Speicher) aus¬ gerüstet sind. Die Datenübertragung von den Elektroden zur Auswertestation kann dann temporär (z B. paketweise) und/oder eventuell bereits aufgearbeitet (nach der Reduzierung redundanter Informationen) oder gegebenenfalls nur im Falle von Unre¬ gelmäßigkeiten bzw. auftretenden medizinischen Anomalien erfolgen. Unregelmäßig¬ keiten und Anomalien werden beispielsweise dadurch erkannt, daß die Signale außer¬ halb gewisser vorgegebener Toleranzbereiche liegen oder von den Werten vorange¬ gangener Messungen, die im (Zwischen)-Speicher gespeichert sind, stärker abwei¬ chen. Die Toleranzbereiche werden vorzugsweise von der Auswertestation an die Elektrode übermittelt und dort gespeichert.

Vorzugsweise beinhaltet die Auswertestation (gegebenenfalls auch die Elektroden) ein Kontrolleinheit für die verschiedenen Funktionseinheiten. Bei Fehlfunktionen (z.B. Verbindung zu Elektrode gestört) kann dann die Auswertestation ein akustisches und/oder optisches Warnsignal aussenden. Zudem besteht die Möglichkeit kritische oder wesentliche Komponenten der Auswertestation (und/oder der Elektroden) zu duplizieren oder mehrfach auszuführen. Mögliche Fehlfunktionen können derart re¬ duziert werden. Ferner können die Auswertestation und/oder die Elektroden mit Schutzeinrichtungen versehen sein, z.B. zur Verhinderung vor Antennenüberspannun¬ gen.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht in der Anordnung von Kontrollsensoren in den Elektroden zur Fehlererkennung. Eine mögliche Fehlerursache besteht z.B. darin, daß ein Sensor keine oder verfälschte Meßsignale mehr bekommt, da die Elektrode sich von der Haut abgelöst hat. Zur Kontrolle sind Temperatur, Impedanz- (Messung des Übergangswiderstands) oder Abstandssensoren geeignet. Auf diese Weise läßt sich eine Fehlfunktion der Elektroden von möglichen medizinischen Anomalien oder Unregelmäßigkeiten unterscheiden und somit eine korrekte Datenaufzeichnung ge¬ währleisten bzw. Fehlalarme (insbesondere bei der Heimüberwachung) vermeiden.

Durch eine Statuseinheit bei der Auswertestation läßt sich einstellen, welche Elektro¬ den oder Sensoren für die medizinische Diagnose oder Überwachung herangezogen werden sollen. Außerdem kann die Statuseinheit der Auswertestation zusätzlich Kon¬ trollfunktionen übernehmen, indem sie z.B. selbständig erkennt (beispielsweise durch die in den Elektroden angeordneten Kontrollsensoren oder das Referenzelement, wel¬ ches die Versorgungsspannung mißt), ob die Elektroden bei Beginn der medizinischen Diagnose bzw. Überwachung richtig am Körper angeschlossen sind. Alternativ oder zusätzlich können die Elektroden zur Aktivierung mit einem Ein-/ Ausschalter ausge¬ stattet sein.

Idealerweise sind sämtliche elektronischen Komponenten der Elektroden, wie Sensor- , Sensorsteuerungs-, Sende-, Energieversorgungseinheit (bis auf den Akku), etc., als integrierte Schaltungen ausgeführt und auf einem einzigen Chip (Elektrodenchip) rea¬ lisiert. Insbesondere lassen sich die Elektrodenchips als -ASICs (application specific integrated circuit, anwendungsspezifische Schaltung) bzw. ASISs (anwendungs¬ spezifischer intelligenter Sensor) realisieren.

Zu ASICs zählen unter anderem Mikroprozessoren (mit Anwenderprogrammen im Programmspeicher), Schaltkreise mit programmierbarer Verdrahtung (z.B. durch Durchbrennen von Leiterbahnen oder anwendungsspezifischer Anfertigung der letzten Maske) und (Gate-, Transistor-)Aιτays. Array-Schaltungen stellen standardmäßig gefertigte Chips dar, deren einzelne Bauelemente (z.B. Sensoren, Operations¬ verstärker, Transistoren, Dioden, etc.) nicht verbunden, also unverdrahtet sind. Die Einzelelemente sind matrixförmig in Reihen oder Spalten angeordnet, wobei Zwi¬ schenräume für das Verdrahten freigelassen sind. Die Herstellung der Verbindungen der einzelnen Elemente in einer oder mehreren Metallisierungsebenen erfolgt entspre¬ chend den Anforderungen. Durch das Anwenden moderener C-MOS Technologien (z.B. 0,lμm-Technik) lassen sich die Strukturabmessungen stark verringern und der Stromverbrauch der Halbleiter-Bauelemente gering halten. Insbesondere werden bei ASIS auf einem Wafer (vorzugsweise Silizium oder GaAs) die Chips mit den Elemen¬ tarsensoren und entsprechenden elektronischen Schaltungsstrukturen für die Steuere- lektronik mit mikroelektrischen Prozeßschritten (beispielsweise thermische Oxidation, Diffusion, Ionenimplantation, Metallisierung, Passivierung) sowie eventuell Verfahren der Mikromechanik, Dünnschicht- oder Dickschichttechnik hergestellt. Je nach An¬ wendung werden danach die einzelnen Chips in der Metallisierungsebene fertig¬ gestellt. Die als ASIS bzw. ASICS ausgeführten Elektrodenchips haben somit - trotz vielseitiger und unterschiedlicher Anwendungsspezifikationen - den Vorteil einer ra¬ tionalen Halbleiterfertigung.

Vorzugsweise sind die elektronischen Komponenten der Elektroden und der Aus¬ wertestation mittels digitaler Schaltungstechnik realisiert. Die digitale Schal- tungstechnik erfüllt in idealer Weise die Anforderungen an Integrierbarkeit, Stabilität und Programmierbarkeit. Idealerweise sind die Auswerteeinheit der AS und/oder der Elektroden sowie die Sensorsteuerungs- und Vermittlungssteuerungs- und Frequen¬ zerzeugungseinheiten als Mikroprozessoren realisiert. Zur Ermittlung hoher Übermitt- lungsfrequenzen ist es jedoch erforderlich, die Empfänger- und Sendeeinheiten teil¬ weise in Analogtechnik auszuführen.

Zur weiteren Reduzierung der Chipgröße wird vorzugsweise die Zweiseiten¬ technologie oder die 3D-Integration herangezogen. Bei der Zweiseitentechnologie werden die Front- und Rückseite des Chips für die Integration der einzelnen Halblei¬ terkomponenten herangezogen. Es besteht z.B. die Möglichkeit, die einzelnen Ele¬ mentarsensoren in der Rückseite des Chips und die Signalverbeitungs- und Sende- /Empfangseinheiten sowie gegebenenfalls Auswerte- und Speichereinheiten in der Frontseite des Chips anzuordnen. Der Elektrodenchip kann unter anderem auch in Hybrid-Technik ausgeführt werden. Dabei wird das Bauelement in unterschiedliche Einheiten aufgeteilt, wie z.B. in eine Sensorbaugruppe, Tranceivergruppe, etc.. Im folgenden soll auf bevorzugte Ausführungen der (Bio-)Sensoren genauer einge¬ gangen werden. Zur Reduzierung der Elektrodenanzahl sind vorzugsweise mehrere Sensoren in einer Elektrode angeordnet.

Die bio-physikalische Meßwertaufhahme erfolgt zum einen mittels Halbleitersensoren, die auf dem Transistor- (Feldeffekt- oder Bipolar-), Dioden- oder Kondensatorprinzip basieren. Beispiele hierfür sind

• der ISFET, der ähnlich dem MIS-Feldeffekttransistor aufgebaut ist; die metallische Gate-Elektrode (Steuerelektrode) ist beim ISFET durch eine ionensensitive Mem¬ bran ersetzt. Als Membranmaterialien mit sensitivem Charakter dienen beispiels¬ weise SiO_xN_y, Si3N4, AI2O3, Ta2Ü5, ZrÜ2, AgCl, AgBr und verschiedene Po¬ lymere sowie biochemisch aktive Materialien (Enzyme).

• der MOS-Gassensor mit (katalytischer) Metallgate-Elektrode (z.B. Paladium, Pla¬ tin) reagiert auf Wasserstoff und bei geometrisch strukturierten Gate-Elektroden auf andere Gase (Querempfindlichkeit). Durch Verwendung integrierter (poröser) Filterschichten kann die Querempfindlichkeit und somit das Ansprechverhalten beeinflußt werden. Durch Parallel- oder Serienschaltungen von MOS-Gassensoren können deutliche Stabilitätsverbesserungen und ein besseres Ansprechverhalten erreicht werden.

• der Sperrschicht-Temperatursensor, bei dem die Temperaturabhängigkeit von pn- Übergängen in Halbleiterbauelementen zur Temperaturmessung genutzt wird. Vorzugsweise werden dazu in Differenzschaltung zwei identische Transistoren bei gleicher Temperatur mit unterschiedlichen Kollektorströmen betrieben (Meßgenauigkeit ca. 0.1° C).

• Photodioden, insbesondere die p-i-n Photodiode sowie Phototransistoren.

Eine Alternative besteht darin, die Sensoren (und Schaltkreise) mittels Dünnschicht¬ technik durch Aufbringen von dünnen anorganischen oder organischen Schichten (Filmen) auf ein isolierendes Trägermaterial (Substrat) zu realisieren. Das Meßprinzip dieser Sensoren basiert auf der Veränderung der elektrischen Eigenschaften (z.B. elektrischer Widerstand) der Dünnschicht unter dem Einfluß der zu messenden exter- nen Größe. Die Verwendung dieser Technologie erlaubt die Integration einer Vielzahl von Elementarsensoren mit Schaltungen auf einem Chip, z.B. in Hybridtechnik. Bei der Dünnschichttechnik werden mittels Vakuumprozessen (Aufdampfen, Aufstäuben oder chemisches Abscheiden) dünne Metall-, Isolator- oder Halbleiterschichten mit Schichtdicken kleiner lμm auf Keramik, Glas oder Plastsubstraten erzeugt. Als Schichtmaterialien werden vorzugsweise für Leiter(bahnen) und Elektrodenpins Me¬ tallschichten (beispielsweise Aluminium, Chromium), für Widerstandsschichten z.B. NiCr und Tantal und für Isolierschichten vorzugsweise Siθ2, Si3N4, AlAs (für GaAs- Technik) und Ta2Ü5 verwendet. Als Sensoren können in Dünnschichttechnik herge¬ stellt werden:

• temperaturabhängige Widerstandsschichten, z.B. aus Platin, Gold, Nickel, Kupfer und Iridium (Widerstandsthermometer) und eventuell Thermoelemente (Seebeck- Effekt),

• lichtempfindliche Schichten, z.B. aus CdS, PbSe, Si, etc.,

• feuchteempfindliche Schichten; der Sensor beinhaltet kammartig ineinander ver¬ zahnte Elektroden, die von der feuchteempfindlichen Schicht/Schichtfolge ge¬ schützt sind. Für die Realisierung der feuchtempfindlichen Schicht bieten sich Materialien aus polymeren Kunststoffen, Metalloxide und poröse Keramiken an,

• gassensitive Schichten, wie z.B. halbleitende Metalloxidschichten (Snθ2, Fβ2θ3), insbesondere zum Nachweis von CO2,

• magnetoresistive Schichten, wie z.B. Ni-Fe-Legierungen sowie

• druckempfindliche Widerstandsschichten, wie DMS (Dehnungsmeßstreifen), be¬ stehend aus metallischen Filmwiderständen (z.B. NiCr-, CrSi- und TaNi-Schichten oder Folien) oder aus Halbleiterschichten. Die Druckmessung erfolgt dabei durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes, bei Metall-DMS durch eine Ver¬ formung, bei den empfindlicheren Halbleiter-DMS durch den piezoresistiven Ef¬ fekt.

Zu den Dünnschichtsensoren zählen insbesondere auch die AOW-Sensoren (Akustische Oberflächenwelle). AOW-Sensoren gehören zu den AOW-Bauelementen, deren Funktion auf der Anregung von mechanischen Schwingungen an der Oberfläche von piezoelektrischen Festkörpern oder Schichtstrukturen beruht, wenn an einen me- tallischen Wandler (IDT, Interdigital-Wandler) mit ineinandergreifenden Fingerstruk¬ turen eine elektrische Spannung angelegt wird. Der AOW-Sensor nutzt beim Wandeln der akustischen Welle in ein elektrisches Signal den elektrorestriktiven Effekt aus, der die Umkehrung des piezoelektrischen Effekts darstellt. Die sich zwischen zwei IDT ausbreitende Oberflächenwelle ist frei zugängig und unterschiedlichen bio¬ physikalischen Größen ausgesetzt. Ihre Ausbreitungseigenschaft (Ausbreitungsgeschwindigkeit und Dämpfung) ist beispielsweise von der Gaskonzen¬ tration (mittels selektiver absorbierender Schichten), der Feuchtigkeit und der Tempe¬ ratur des umgebenden Mediums unmittelbar an der Substratoberfläche abhängig. Mit Hilfe dieser Sensoren lassen sich somit unterschiedliche Bio-physikalische Sensoren, insbesondere Gassensoren, Temperatursensoren und Feuchtigkeitssensoren, realisie¬ ren. Der große Vorteil der AOW-Sensoren ist die direke Umwandlung der bio¬ physikalischen Meßgröße in eine Frequenz und die damit verbundene frequenzanaloge Schnittstelle. Dies hat eine relativ gute Störunempfindlichkeit, hohe Zuverlässigkeit sowie die einfache Digitalisierung zur Folge, da anstatt eines Analog-Digital- Wandlers ein einfacher Frequenzzähler eingesetzt werden kann.

Da das Substrat weitgehend unabhängig von der Art der Sensorschicht ausgewählt werden kann, können Substrat und Sensorschicht hinsichtlich ihrer spezifischen Eigen¬ schaften unabhängig voneinander optimiert und derart ein komplexes Sensorsystem realisiert werden. Somit sind Dünnschicht- und Halbleiter-Sensortechnik in vollem Umfang prozeßkompatibel.

Prinzipiell kommt für die Herstellung der Elektrodenchips bzw. der Sensoren auch die Dickschichttechnik in Frage, z.B. für die Realisierung des Aufbaus übergeordneter oder hybridintegrierter Schaltkreise.

Zur Überwachung der Atmung kommen zum einen Beschleunigungssensoren (oder auch Bewegungssensoren), bestehend aus einem oder mehreren Halbleiterbau¬ elementen mit träger Masse, zum Einsatz, indem die Auf- und Abwärtsbewegung des Brustkorbes oder des Bauches gemessen wird. Diese Sensoren sind wesentlich emp- findlicher und zuverlässiger als die herkömmlichen "Luftpolsterelektroden" und zudem integrierbar.

Eine Kontrolle der Atmung kann auch über einen Abstandssensor erfolgen, der in einer im Bauchbereich angeordneten Elektrode integriert ist. Der Abstand Elektrode- Auswertestation, der mit der Atemtätigkeit variiert, kann dabei z.B. aus der Lauf¬ zeitdifferenz der Signale zwischen der Elektrode und der Auswertestation ermittelt werden. Die Antenne der Auswertestation ist dazu vorzugsweise direkt über dem schlafenden Patienten oder dem zu überwachenden Säugling angebracht. Zur Kontrol¬ le können zusätzliche Abstandssensoren eingesetzt werden, die in Referenzelektroden (angebracht an Orten, die nicht sensitiv auf Atmungsbewegungen reagieren, wie z.B. Kopf, Arm, Bein, etc.) oder anderen Elektroden integriert sind. Auf diese Weise las¬ sen sich Ganzkörperbewegungen von Atmungsbewegungen unterscheiden.

Alternativen zur Überwachung der Atmung mittels Beschleunigungs- oder Abstands¬ sensoren bestehen in der Verwendung von Temperatur-, Gas- (CO2 oder O2) oder

Luftfeuchtigkeitssensoren, die in der Nähe von Mund und Nase (vorzugsweise dazwi¬ schen) angebracht sind.

Die Sauerstoffmessung kann beispielsweise mittels einer Clark-Zelle erfolgen. Dazu ist zum Beispiel in einen Si-Chip bzw. -Wafer eine mikromechanische spiralförmige Rille geätzt. Am Boden der Rille ist eine Silberanode, zwischen den Rillen einer Sil¬ berkatode aufgedampft. Die Rille ist mit einem mit Kochsalzlösung getränkten Poly¬ mer gefüllt und abschließend mit der sauerstoffdurchlässigen Membran abgedeckt. Legt man an die Elektroden eine Gleichspannung (etwa 0.8 P , so entsteht eine Elek¬ trolysereaktion, die einen der Sauerstoflfkonzentration proportionalen Strom liefert.

Der Nachweis von CO2 erfolgt beispielsweise mittels eines ISFETs, dessen ionen¬ sensitive Membran eine wassergetränkte Schicht beinhaltet. Das in die wasser¬ getränkte Schicht diffundierende CO2 führt hierbei zu einer chemischen Reaktion mit einer pH- Verschiebung. Die Impedanz- oder Spannungsmessung, z.B. für die EKG- oder EEG-Signale, erfolgt mittels Meßverstärker, bestehend aus Differenzoperationsverstärkern (mit eingebauten Filtern). Prinzipiell können in einer Elektrode auch 3 und mehr Abgriffspunkte (im folgenden als Elektrodenpins bezeichnet) angeordnet sein. Ein Elektrodenpin kann dabei für den Referenzwert herangezogen werden.

Zur Messung von Potentialdifferenzen bzw. Impedanzen muß zwischen den einzelnen Abgriffspunkten eine galvanische Verbindung vorliegen. Ohne galvanische Verbin¬ dung können deshalb nur die Impedanzwerte zwischen den einzelnen Elektrodenpins in einer Elektrode bestimmt werden. Da der Abstand dieser Elektrodenpins relativ klein gewählt werden kann (bis zu ca. lern, idealerweise 3-5cτw), lassen sich auf diese Weise die Aktionsspannungen in kleinen Regionen überwachen, da nur über eine ge¬ ringe Distanz gemittelt wird, wodurch empfindlichere Messungen möglich sind. Um Impedanzen bzw. Aktionspotentiale über größere Distanzen, d.h. zum Beispiel zwi¬ schen zwei Elektroden, zu bestimmen, werden diese mittels einer vorgesehenen Steckverbindung galvanisch miteinander verbunden. (Die galvanisch angekoppelten Elektroden brauchen hierzu nur mit den benötigten Elektrodenpins und gegebenenfalls Meßverstärkern ausgestattet sein und müssen nicht über eigene Sende-, Empfangs, Energieversorgungseinheiten etc. verfügen).

Die Integration zweier oder mehrerer Elektrodenpins in eine Elektrode vereinfacht die Handhabung wesentlich. Zudem ermöglicht die Anordnung durch die Integration von Kontrollsensoren eine wesentlich bessere Fehlerdiagnose, wie z.B. bei falscher Befe¬ stigung. Vorzugsweise weist der Sensor eine längliche Gestalt (bei zwei Elektroden¬ pins) oder Kleeblattform (bei 3 oder 4 Elektrodenpins) auf, wodurch gewährleistet ist, daß bei kleiner Elektrodenfläche die einzelnen Elektrodenpins bzw. Abgriffspunkte keinen zu kleinen Abstand aufweisen, was insbesondere bei hohem Haut-Elektroden Übergangswiderstand zu Meßfehlern führen würde. Beim elektrischen Übergang zwischen den (EKG/EEG-) Elektrodenpins und der Haut des Patienten findet der Übergang von der Ionenleitung des Körpers zur Elektronen¬ leitung der (EKG/EEG-) Anschlüsse statt. Dadurch entsteht eine galvanoelektrische Gleichspannung, die wegen Ungleichheiten der Haut verschiedene Werte annehmen kann und zwischen zwei (EKG/EEG-) Elektrodenpins eine galvanoelektrische Gleich¬ spannung bewirkt. Diese ist bei der Signalverarbeitung zu unterdrücken, weil sie be¬ deutend größer ist als das Nutzsignal. Weiterhin soll über die (EKG/EEG-) Elektro¬ denpins möglichst wenig Strom fließen, weil diese die chemische Zusammensetzung der Haut verändert und Polarisationsspannungen hervorruft, die zeitlich stark schwanken können. Die Eingangsströme müssen deshalb klein und der Eingangsver¬ stärker hohe Eingangsimpedanz aufweisen. Diese Bedingungen werden von Operati¬ onsverstärkern oder darauf basierenden Meß verstärken in idealem Maß erfüllt.

Erwähnenswert im Zusammenhang mit Impedanz und Spannungsmessungen ist, daß herkömmliche Multiplexer nicht in der Lage sind, Signale im /w -Bereich mit einem hohen Gleichspannungsanteil gut zu verarbeiten. Zur Verarbeitung der Signale wird deshalb mittels Filter eine Gleichspannungsunterdrückung vorgenommen. Die Multi- plexierung der Sensorsignale erfolgt dann nach der Eingangsverstärkung. Die Mes¬ sung der Aktionsspannungen mittels Meßverstärker hat den Vorteil, daß eine Gleich¬ spannungsunterdrückung durch Filter (Hochpaß-, oder Bandpaßfilter) bereits direkt im Meßverstärker vorgenommen werden kann.

Zur Temperaturmessung können, neben den bereits oben erwähnten Sensoren, auch Ausbreitungswiderstands-Sensoren, Polysilizium-Temperatursensoren (vorzugsweise in Dünnschichttechnik) und grundsätzlich auch Thermoelemente herangezogen wer¬ den. Prinzipiell kann auch eine berührungslose Temperaturmessung der Haut¬ oberfläche, z.B. über die emittierte Wärmestrahlung (Infrarot/Ferninfrarot) des Kör¬ pers detektiert werden. Bei Ausbreitungswiderstands-Sensoren, die eme hohe Lang¬ zeitstabilität aufweisen, wird der spezifische Widerstand von Halbleitern nach der Ein- Spitzen-Methode gemessen. Der Ausbreitungswiderstand besteht vorzugsweise aus einem monokristallinen Si-Kristall (z.B. mit einer Seitenkantenlänge / von etwa 0.5mm und einer Dicke h von 0.2mm) und weist auf der Oberseite ein geätztes Kon¬ taktloch mit einem Durchmesser d («A, I) von etwa 20μw auf, aus dem durch eine starke Dotierung (n⁺) und Aufbringen von Metallisierungsschichten ein Kontakt er¬ zeugt wird. Der Widerstand R zwischen einem rückwärtigen Metallkontakt und dem Metallisierungskontakt hängt dann nur noch vom temperaturabhängigen spezifischen

Halbleiterwiderstand p des (n-) dotierten Siliziums ab (R = — -).

1d

Lagesensoren zur Bestimmung der (Schlaf-) Position des Patienten (beispielsweise Bauch-, Rücken- oder Seitenlage) sind vorzugsweise durch Magnetfeldsensoren rea¬ lisiert. Magnetfeldsensoren beinhalten z.B. ein Hallelement aus einem (dünnen, lang¬ gestreckten) Metallplättchen oder Silizium- bzw. GaAs-Halbleiterplättchen. Zur Lage¬ bestimmung wird dem Hallelement ein konstanter Strom eingeprägt und die Hallspan¬ nung als Funktion des magnetischen Flußes bzw. der senkrechten Komponente des äußeren Erdmagnetfeldes ausgewertet. Durch die Anordnung dreier, senkrecht zuein¬ ander angeordneter Hallelemente im Sensor bzw. der Elektrode läßt sich dann die genaue Lage des Patienten (Bauch-, Rücken- oder Seitenlage) angeben.

Eine Alternative besteht in der Verwendung von Neigungssensoren, die vielfach nach dem kapazitiven Meßprinzip arbeiten. Kapazitive Neigungssensoren bestehen aus ei¬ ner mikrostrukturierten Meßzelle, die mit Flüssigkeit und einem inertem Gas gefüllt sind. Die zwei Platten eines Kondensators (oder mehrerer Kondensatoren) werden dabei, je nach Neigung, mehr oder weniger vom flüssigen Dielektrikum bedeckt. Durch Drehen des Sensors ergibt sich eine winkelproportionale Kapazitätsänderung. Prinzipiell kann eine Lagebestimmung auch über mikromechanische Sensoren erfol¬ gen.

Kontrollsensoren kommen insbesondere zur Vermeidung von Fehlalarmen oder ver¬ fälschten Meßwerten zum Einsatz. Diese können beispielsweise durch Abstands¬ sensoren (Ultraschall- oder Strahlungsemitter und -Sender zur Bestimmung der Di¬ stanz Elektrode-Haut ), Impedanzsensoren (Messung des Übergangswiderstandes Elektrode-Haut), Temperatursensoren (Sensor mißt Temperatur von >36°C, wenn die Elektrode geeignet aufgebracht ist), Feuchtigkeitssensoren oder Referenzsensoren realisiert sein.

Die Bestimmung des Wertes der Sauerstoffsättigung (O2-) im Blut erfolgt durch Transmissions- bzw. Reflexionsmessungen. Für diese Messungen werden vor¬ zugsweise IR-Strahlungsemitter und -Empfänger (Dioden) herangezogen. IR-Emitter und -Empfänger sind dabei auf der gleichen oder gegenüberliegenden Seiten von stark durchbluteten (bei Transmission auch dünnen) Körperpartien (Finger, Zeh, Handflä¬ che bzw. Handrücken) angeordnet.

Feuchtigkeitssensoren sind vorzugsweise durch Impedanzsensoren (Operations¬ verstärker) oder ISFETs realisiert, die den Schweißgehalt bzw. den pH-Wert (Ionenkonzentration von NaCl) auf der Haut bestimmen.

Sinnvollerweise beinhaltet die Auswertestation eine Eicheinheit (mit Speicher) für die Sensoren, insbesondere für die Temperatur-, Gas-, ionensensitiven und Hallsensoren. Prinzipiell kann diese Eicheinheit auch in den jeweiligen Elektroden angeordnet sein.

Die Funkübertragung der digitalisierten und codierten Sensordaten erfolgt durch die digitale Modulation (Umtasten) eines sinusförmigen Trägersignals, bei der zwischen diskreten (z.B. zwei oder vier) Wellenformen umgeschaltet wird, oder mittels diskre¬ ter Pulsmodulationsverfahren. Die Modulation bzw. Demodulation kann dabei direkt erfolgen (d.h. bei der Sendefrequenz) oder auch indirekt (bei einer Zwischenfre¬ quenz), wobei dann aber eine Umsetzung (über Mischer) auf die Sendefrequenz not¬ wendig ist.

Bei der digitalen Trägerfrequenztechnik wird entweder die Amplitude, vorzugsweise jedoch die Frequenz (FSK =frequency shift keying) oder die Phase (PSK) - wie ins¬ besondere beim GMSK = Gaussian minimum shift keying - variiert (moduliert), oder eine Kombination aus den drei Verfahren herangezogen. Für die diskreter Pulsmodulation (Basisband-Übertragung) kommen insbesondere das PCM- (Puls-Code-Modulation) oder DM- (Delta-Modulation) Verfahren in Betracht. Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei der optischen Übertragung der Daten einge¬ setzt (z.B. im IR-Bereich mittels Halbleiterdioden). Hierbei erfolgt durch eine Abta¬ stung mit quantisierten Amplituden eine Umsetzung von analogen (Sensor-)Signalen in codierte digitale Signale und zwar meist in Folgen von binären Impulsen mit den Werten 0 oder 1. Es sind 8 - beispielsweise mit Kompandierung - als auch 10- oder höherstellige (lineare) Codewörter, mit einem oder mehreren Paritätsbits möglich. Die Codierung erfolgt z.B. nach dem Manchester- Verfahren.

Zur besseren Ausnutzung der Übertragungskanäle, d.h. um die Sensordaten sowie die Daten der Auswertestation unabhängig und gleichzeitig übertragen zu können, wer¬ den die einzelnen Signale der Elektroden bzw. der Sensoren und der Auswertestation vorzugsweise vor der Übertragung zusätzlich von einem Multiplexer aufgearbeitet (Leitungsvermittlung). Bei den Multiplexverfahren sind insbesondere das TDMA- (time division multiple access), FDMA- (frequency division MA) und CDMA- (code division MA) Verfahren von Interesse.

Beim TDMA werden die Nachrichtensignale in zyklischer Folge, zeitlich nacheinander verschachtelt. Dies ist beispielsweise beim PCM deshalb möglich, da die Impulse von kurzer Dauer sind und somit in die Zwischenräumen noch Abtastproben von anderen Eingangssignalen eingeschoben werden können.

Beim FDMA wird das Übertragungsmedium in N gleichgroße Frequenzbänder aufge¬ teilt (z.B. bei N oder N/2 Sendern). Durch Modulation mit gestaffelten Träger¬ frequenzen werden die Basisbänder der Primärsignale so in höhere Frequenzlagen geschoben, daß sie auf der Frequenzskala nebeneinander zu liegen kommen.

Beim CDMA kann hierbei zwischen dem "Frequency Hopping" und der "Direct- Sequenz "-Codierung unterschieden werden. Beim Frequency Hopping stehen zur Übertragung mehrere Frequenz- (Teil-) Bänder zur Verfügung. Die zu übermittelnde Nachricht wird in Pakete gleicher Länge aufgeteilt, welche nacheinander auf verschie¬ denen Teilbändern gesendet werden. Auf diese Weise kann ein Störsender nicht alle Frequenzen simultan stören, so daß nur einige Pakete von ihm gestört werden. Durch genügend große Redundanz erreicht die ganze Nachricht dann trotz der Störung den Empfänger in guter Qualität. Bei der Direct-Sequenz- oder auch Psoido-Noise-Co- dierung wird die Nachricht vor der Sendung bitweise zeitlich stark gestreckt und mit einer pseudo-zufälligen Binärfolge moduliert. Ein Empfänger kann bei Kenntnis der Binärfolge das Nutzsignal wieder aus dem Pseudorauschen extrahieren. Die Trennung der Signale ist durch die Wahl orthogonaler Codefolgen gewährleistet. Dadurch ist zum einen eine Parallelübertragung verschiedener Nachrichten auf einem Band mög¬ lich, zum anderen ist dieses Verfahren relativ unempfindlich gegenüber Breit- und Schmalbandinterferenzen.

Eine weitere Möglichkeit zur Datenübertragung bildet das Raummultiplexverfahren. Hierbei ist die Auswertestation mit mehreren Sende/Empfangsantennen ausgerüstet, die jeweils auf verschiedene, zu überwachende Patienten gerichtet sind. Dieses Ver¬ fahren hat auch den Vorteil, daß die Antennen relativ nahe am Patienten (z.B. direkt über dessen Bett) angeordnet werden können, wodurch die Sendeleistung reduzierbar ist. Insbesondere bei Richtantennen, kann die Antenne mit einer zusätzlichen Steue¬ rungseinheit und einem Antriebsmotor ausgestattet sein, die die Antenne derart aus¬ richten bzw. nachregeln, daß immer die optimale Sende/Empfangs-Einstellung vor¬ liegt. Prinzipiell läßt sich dieses Verfahren auch bei einer Vielzahl von am Patienten angebrachten Elektroden anwenden. Speziell können bei sehr großen Systemen (beispielsweise in Krankenhäusern) mehrere Auswertestationen mit jeweils mehreren Antennen per Kabel oder Funk miteinander verknüpft werden. Die einzelnen Elektro¬ densätze sprechen dabei immer nur die geeignetste AS bzw. Antenne (z.B. die am benachbartesten) an und werden bei einer Bewegung des Patienten gegebenenfalls zur nächsten AS weitervermittelt (Hand-over). Zur Reduzierung von Störungen werden die einzelnen AS vorzugsweise auf verschiedenen Frequenzbändern betrieben. Je nach Komplexität der Datenübertragungsverfahren sind in den Elektroden Vermitt- lungssteuerungseinheiten angeordnet. Vorzugsweise verfügt die Auswertestation über eine Master- Vermittlungssteuerungsemheit und steuert über Signalisierungsdaten (Synchronisation) die Vermittlungssteuerungseinheiten der Elektroden an. Die Aus¬ wertestation verhindert auf diese Weise Kollisionen in der Datenübertragung ver¬ schiedener Elektroden.

Damit bei der Datenübertragung der Empfänger die empfangenen Signale zu den rich¬ tigen Zeitpunkten abtasten kann - um die einzelnen Bits richtig erkennen zu können - ist Gleichlauf zwischen Sender und Empfänger sinnvoll bzw. notwendig (synchrone Datenübertragung). Die Auswertestation beinhaltet dazu vorzugsweise eine Synchro¬ nisationseinheit die als Bezugstaktgeber mittels Synchronisationszeichen und/oder über eine Bezugstaktfrequenz die Taktgeber aller Knoten des Netzes, d.h. der Elek¬ troden, steuert - beispielsweise nach dem Master-Slave- Verfahren - und so die Fre¬ quenz-, Takt-, Phasen- und/oder Rahmensynchronisation (TDMA) gewährleistet. Ins¬ besondere kann als Bezugstaktfrequenz die HF für die Energieversorgung herange¬ zogen werden. Unter anderem kann auch das demodulierte Signal zur Taktrückge¬ winnung herangezogen werden.

Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit daß die Takte der einzelnen Elektroden mit dem der Auswertestation (AS) nicht übereinstimmen (asynchroner Betrieb), bzw. vom Takt der AS kleine Abweichungen innerhalb vorgegebener Grenzwerte aufweisen (plesiochroner Betrieb). Hat eine Elektrode z.B. eine wenig höhere Taktfrequenz als die Auswertestation, so wird es dann gelegentlich vorkommen, das die AS ein Bit nicht lesen kann; in umgekehrter Richtung wird die Elektrode gelegentlich ein Bit doppelt lesen. Dieser Fehler kann zum Beispiel durch Stopfverfahren, d.h. durch die Verwendung von Bits, die keine Nutzinformation tragen, ausgeglichen werden. Eine Alternative besteht darin, daß das System einen gelegentlichen Schlupf in Kauf nimmt. Durch den Einsatz von Schlupfsteuerungen in den Empfängern kann insbesondere erreicht werden, daß das System trotz Schlupf seine Rahmensynchronisation nicht verliert, z.B. indem ein Versatz um einen ganzen Rahmen und nicht nur um eine Bit- breite erfolgt. An die Synchronisation zwischen Elektrode und Auswertestation kön¬ nen daher vergleichsweise geringe Anforderungen gestellt werden.

Für die Übermittlung bietet sich insbesondere auch die Unterteilung der zu vermit¬ telnden Signale in Pakete an, wobei jedes Paket mit geeigneter Adressierung, Codesi¬ cherung etc. versehen ist (Paketvermittlung). Ein Paket umfaßt z.B. Start-, Stop-, Kontroll- und Synchronisationsbits, die Adresse des Senders und Empfängers, gege¬ benenfalls einen Testcode sowie die Nutzinformation.

Im einfachsten Fall erfolgt die Datenübertragung im Simplexverfahren, d.h. von den Elektroden zur Auswertestation und ohne Rückmeldung und Empfangsbestätigung. Vorzugsweise wird bei der Datenübertragung jedoch der Halb-Doublex- (in beide Richtungen, aber nicht gleichzeitig) oder der Voll-Doublex-Betrieb angewandt. Bei den beiden letztgenannten Verfahren kann die Auswertestation sowohl den Empfang der Daten bestätigen als auch Befehlssequenzen an die einzelnen Elektroden schicken.

Für den Kanalzugriff stehen prinzipiell zufallsorientierte- als auch Reservierungs¬ verfahren zur Verfügung. Zu den zufallsbasierten Verfahren zählen insbesondere ALOHA-, CSMA- (carrier sense multiple access) und CSMA-CD- (CSMA with col- lision detection) Verfahren, auf die hier nicht genauer eingegangen werden soll, da sie von untergeordneter Bedeutung für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind. Bei den Reservierungsverfahren erfolgt die Aufteilung des physikalischen Kanals nach einem Zeitraum (TDMA), einer Frequenz (FDMA) oder einem Code (CDMA). Der Kanal¬ zugriff kann auch prioritätsorientiert erfolgen, d.h. nach einer vorgegebenen Rang¬ stufe der einzelnen Elektroden. Die feste Zuweisung von Senderechten ist nur bei Kenntnis der Anzahl der Elektroden bzw. Elektrodensätzen möglich, die gleichzeitig senden dürfen.

Für Sicherung der Übertragungsqualität ist es weiterhin vorteilhaft die Übertragung nach dem (codeunabhängigen) HDLC- Verfahren "high level data link control" vorzu¬ nehmen. Bei diesem Verfahren wird nicht mehr jeder Block nach seiner Übertragung einzeln quittiert, sondern mehrere Blöcke in einer Richtung hintereinander übertragen. Die Quittierung kann der Empfänger (z.B. die Auswertestation) in eigene Datenblök- ke einfügen, die in umgekehrte Richtung (z.B. an die entsprechenden Elektroden) übertragen werden.

Zur Reduzierung von Übertragungsfehlern kann zusätzliche Redundanz in die zu übertragende Nachrichtenfolge eingebaut werden (Kanalcodierung). Hierbei können deterministiesche Codes (wie z.B. Blockcodes, rekkurrente Codes) als auch stocha- stische Codes herangezogen werden. Eine Fehlerkorrektureinheit in der Auswerte¬ station und/oder den Elektroden nimmt dann z.B. eine direkte Fehlerkorrektur bei 1 Bit-Übertragungsfehlern vor (FEC, forward error correctiori), wodurch auf eine Wiederholungsanforderung für die Datenübertragung verzichtet werden kann.

Für besondere Anwendungen können die zu übertragenden Daten durch einen Ge¬ heimcode verschlüsselt werden. Dazu sind die Signalaufbearbeitungseinheiten der Elektroden und der Auswertestation mit Verschlüsselungs- bzw. Entschlüsselungsein¬ heiten ausgestattet. Vorzugsweise sind diese Einheiten in den Codierern bzw. Deco- dierern angeordnet.

Zur Erhöhung der Datenübertragungssicherheit können insbesondere in den Elektro¬ den und/oder der Auswertestation Trainingssequenzeinheiten bzw. Equalizer (Egalisator) angeordnet sein. Eine Trainingssequenzeinheit in der Elektrode erzeugt einen Testcode (Zeichensequenz), der zwischen Sender und Empfänger vereinbart ist, und übermittelt diesen zu gewissen Zeiten an die Auswertestation. Der Testcode kann beispielsweise auch aus dem Identifikationscode der einzelnen Elektroden bestehen oder diesen beinhalten. Bei Paket- bzw. Time-Slot-Betrieb ist der Testcode vorzugs¬ weise in der Mitte jedes Pakets bzw. jedes Time-Slots angeordnet. Der Equalizer in der Auswertestation vergleicht den empfangenen Testcode mit dem vereinbarten und bestimmt den Algorithmus zur Rückgewinnung der übermittelten Daten. Bei Verzer¬ rungen bzw. Störungen, wie infolge Mehrfachreflexionen, Beugung und Interferenzen, durch nichtvorhandenen Sichtkontakt zwischen der Empfangsantenne der Auswerte- station und den Elektroden (Patient abgewendet, angezogen oder unter Bettdecke), kann der Empfänger dann die Übertragung entzerren. Equalizer und Trainingsse¬ quenzeinheit können alternativ oder zusätzlich auch in den Elektroden bzw. der Aus¬ wertestation angeordnet sein. Die Verwendung von Testcodes ist insbesondere bei größeren Übertragungsentfernungen oder sehr hohen Übertragungsfrequenzen bzw. Bitraten sinnvoll.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung besteht in der Verwendung von Ver-/Ent- Schachtelungseinheiten. Dazu werden einzelnen Bits eines Datenblocks zeitlich ver¬ schachtelt (scrambling) und auf mehrere Subblöcke aufgeteilt. Insbesondere beim TDMA- Verfahren können diese Subblöcke auf verschiedene Datenbursts aufgeteilt werden. Auf der Empfangsseite führen Burst-Fehler zu 1 Bit-Fehlern der entschach¬ telten Daten und können durch die Fehlerkorrektureinheit behoben und somit Daten¬ übertragungsfehlern reduziert werden.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: einen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2a: Aufsichts- und Querschnittsdarstellung für eine Elektrode mit mehreren Sen¬ soren, gemäß Figur 1,

Fig. 2b: Aufsichts- und Querschnittsdarstellung für eine alternative Elektrode mit mehreren Sensoren,

Fig. 2c Aufsichts- und Querschnittsdarstellung für eine weitere alternative Elektrode mit mehreren Sensoren,

Fig.3: eine Anordnung der Elektroden am Patienten,

Fig. 4: Elektrode zur Absorptionsmessung mit einer Meßkurve,

Fig. 5: eine transkutane Sauerstoff- (tcpθ2) und Kohlendioxid- (tcpC02) Elektrode.

Fig. 6: eine Handelektrode für einen Säugling. Fig. 7a: eine Schaltung zur Messung der Bio-Potentiale, insbesondere der EKG- und

EEG-Aktionsspannungen und Fig. 7b: eine Schaltung zur Messung der Bio-Potentiale, insbesondere der EKG- und

EEG-Aktionsspannungen.

Abbildung 1 zeigt den prinzipiellen schematischen Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung beinhaltet als Komponenten eine Auswertestation (1) sowie eine oder mehrere Elektroden (2a,..., 2f), die .an einem (oder mehreren) Patien¬ ten (3) angeordnet sind. Bei dem hier beschriebenen Beispiel sollen die Daten zwi¬ schen der Auswertestation und den verschiedenen Elektroden nach dem TDMA- Ver¬ fahren mit PSK-Modulation ausgetauscht werden. Ohne Einschränkung des allgemei¬ nen Erfindungsgedankens sollen zudem die einzelnen Elektroden innerhalb eines Elektrodensatzes (d.h. für einen bestimmten Patienten) die selben Übertragungsfre¬ quenzen aufweisen, wobei die Übertragung im Doublex-Betrieb mit zwei getrennten Frequenzbändern im 1GHz Bereich erfolgen soll. (Bei weniger komplexen Systemen, z.B. zur Heimüberwachung von Säuglingen, mit stark eingeschränkter bzw. vorgege¬ bener Elektrodenanzahl kann auch das Frequenzmultiplexverfahren zum Einsatz kommen).

Beim Vielfachzugriff im Zeitmultiplex senden die und die Auswertestation, periodisch Impulsbündel (Bursts) aus. Zur Synchronisation sind die Bursts zu Rahmen zusam¬ mengefaßt. Die Sendezeitpunkte der von den verschiedenen Elektrodenn abgeschick¬ ten Impulsbündel (z.B. Datenbursts) sind zeitlich so gegeneinander verschoben, daß sich die Bursts am Eingang der verschiedenen Empfänger (z.B. der Auswertestation) möglichst lückenlos aneinander anreihen, ohne sich jedoch gegenseitig zu überlappen. Dies wird z.B. dadurch erreicht, daß jede Elektrode seinen Burst in Bezug zu einem Referenzburst absendet, der von der Auswertestation ausgesendet wird, und die Sen¬ dephase mit Hilfe des Referenzbursts kontrolliert und korrigiert. Insbesondere kann bei größeren Entfernungen auch die Laufzeit der Signale zwischen der Elektrode und der Auswertestation bei der Sendephase der Elektrode berücksichtigt werden. Jeder Datenburst enthält neben den übertragenen Sensor- bzw. Nutzdaten noch eine Präam- bel, bestehen aus Synchronisiervorlauf, Burstbeginnkennzeichen, gegebenenfalls Ab¬ senderadressen und eventuell weitere systeminterne Signalisierungsdaten. Der Syn¬ chronisiervorlaufist eine vorgegebene Codefolge, mit der eine schnelle Träger-, Takt- und Rahmensynchronisierung ermöglicht wird (eine zusätzliche Synchronisation kann über gesonderte Synchronisationbursts erfolgen). Die Burstbeginnzeichen geben an, an welcher Stelle des Vorlaufs der Empfänger synchronisiert hat. Dummy-Bursts kommen zum Einsatz, wenn keine Nutzdaten übertragen werden. Der Erstzugriff er¬ folgt vorzugsweise nach zufallsorientierten (z.B. ALOHA) oder auch nach priorität- sorientierten Verfahren.

Die hier dargestellte Auswertestation (1) ist ausgerüstet mit einer Empfangs- und Sendeantenne (4a), einer Empfangs/Sende-Weiche (Antennenweiche, Frequenzwei¬ che, Brückenweiche) (4), einer Regelungseinheit (4b) - zur Ermittlung/Regelung der Sendeleistung -, einer Empfangseinheit (5), einer Sendeeinheit (6) sowie einer Daten- verarbeitungs- bzw. Auswerteeinheit (7) mit dazugehörenden Display- (8a), Schrei¬ ber- (8b), Speicher- (8c) und Alarmeinheiten (10). Weitere Komponenten sind die Frequenzerzeugungseinheit (11) sowie die Vermittlungssteuerungseinheh (7a) mit der Ablaufsteuerung (7b). Die Auswerteeinheit (7) enthält eine Statuseinheit (7c), die die Auswahl des Patienten, der Elektroden, sowie der darin enthaltenen Sensoren steuert. Nach dieser Auswahl ist festgelegt, an welchen Sensor ein anschließender Befehl ge¬ richtet ist. Zur Erkennung und Minimierung von Übertragungsfehlern ist in der Aus¬ wertestation (7) eine Fehlerdiagnose- und Korrektureinheit (7d) vorgesehen. Diese verwendet redundante Informationen in der Übertragung, um Fehler beseitigen zu können. Um eine einfache Kalibrierung der Sensoren (40a, ...49i) der Elektrode (2) zu ermöglichen, ist eine Eicheinheit (7e) vorgesehen. :Die Elektrode wierd einer festge¬ legten Normbedingung ausgesetzt, von der die zu erwartenden Signale der Sensoren (40a, 40i) bekannt sind. Die Eicheinheit (7e) verstellt interne Parameter der Elek¬ trode (2) wie z.B. Verstärkungsfaktoren oder Offsets soweit, daß die Sensoren (40a, ...40i) die erwarteten Signale liefern. Die Empfangseinheit (5) bzw. die Sendeeinheit (6) besteht im wesentlichen aus einer Signalumsetzungseinheit (12-16 bzw. 26-29) sowie einer Signalaufbearbeitungseinheh (17-20 bzw. 21-25) (analoges gilt für die Elektroden).

Die Signalumsetzungseinheit für die Empfangseinheit (5) beinhaltet einen Hochfre¬ quenzverstärker (12) mit abstimmbaren Bandpaß-Filtern (zur Vorselektion der Über¬ tragungsfrequenz der einzelnen Elektroden), eine Mischereinheit (13), einen Nieder¬ frequenz (NF)- Verstärker mit Filtern (14) sowie einen Demodulator (15). Die Mi¬ schereinheit (13) kann dabei mehrere Zwischenfrequenz-Mischstufen (mit den ent¬ sprechenden Filter- und Verstärkerstufen) umfassen und setzt über einen (mehrere) Oszillatoren) im Frequenzgenerator (11) (Frequenzsynthesizer) die empfangenen Hochfrequenz-Signale (im GHz-Bereich) in das Basisband (oder ein Zwischenfre¬ quenzband) um. Im Demodulator (15) - vorzugsweise einem Quadratur-Modulator - werden die Signale abschließend PSK-demoduliert sowie eventuell nochmals verstärkt (nicht dargestellt). Ein zugeschalteter Equalizer (16) sorgt für eine Entzerrung der Signale. Die demodulierten Signale werden abschließend durch den Burst- Demultiplexer (17), der die TDMA-Entrahmung vornimmt, die Entschachtelungs- einheit (18) sowie die Decodiereinheit (19) aufbearbeitet und die digitalen Signale an die Auswerteeinheit (7) weitervermittelt. Die Decodiereinheit (19) setzt die empfan¬ genen Signale in Binärsignale um und führt eine Fehlerkorrektur durch. Mittels der spezifischen Identifikationscodes, die z.B. in der Auswerteeinheit (7) oder einer sepa¬ raten Identifikationseinheit gespeichert sind, können die einzelnen Daten den ent¬ sprechenden Patienten, Elektroden oder Sensoren zugewiesen werden. Durch einen Demultiplexer (20) kann dann z.B. eine Zuweisung der verschiedenen Elektroden¬ daten an die entsprechenden Auswerteuntereinheiten erfolgen.

Die Sendeeinheit (6) umfaßt den digitalen Multiplexer (21), die Codiereinheit (22), eine Trainingssequenzeinheit (23), die Verschachtelungseinheit (24), den Burst- Multiplexer (25) für die TDMA-Rahmung, den (PSK)-Modulator (26), einen Nieder¬ frequenzverstärker (27), den Mischer (28) sowie abschließend den HF- Sendeverstärker (29) mit eingebauten Bandpässen. Die Steuerungseinheit (7a) dient zur Vermittlungssteuerung zwischen Auswerte¬ station und Elektroden sowie zur Kontrolle der Frequenzerzeugungseinheit (11) und der Ablaufsteuerungseinheit (7b). Die Frequenzerzeugungseinheit (11) umfaßt insbe¬ sondere auch eine Takteinheit, die die verschiedenen Systemtakte zur Verfügung stellt, insbesondere für den Auswerteprozessor (7) und die TDMA-Rahmenstruktur. Diese Einheit dient insbesondere auch zur Frequenz- und Taktsynchronisation der Elektroden mit der Auswertestation. Hierzu werden den einzelnen Elektroden von der Auswertestation über Synchronisationsburst die Trägerfrequenzen und der Systemtakt übermittelt. (Unter anderm kann z.B. auch direkt das empfangene Hochfrequenzfeld zur Energieversorgung für die Übermittlung der Trägerfrequenz herangezogen wer¬ den.)

Die Frequenzerzeugungseinheit (11) umfaßt z.B. einen oder mehrere PLL (Phase- Locked-Loop) -Synthesizer, die die verschiedenen Trägerfrequenzen im Bereich um 1GHz generiert. Die Frequenzerzeugungseinheit (11) stellt insbesondere die verschie¬ denen Oszillatorfrequenzen (sowie die Trägerfrequenzen) für die Mischer und Modu¬ latoren als auch eine Referenzfrequenz, aus der die einzelnen Oszillatorfrequenzen ge¬ neriert werden, zur Verfügung. Die Referenzfrequenz kann dabei mittels (temperaturkompensierter) Quarzoszillatoren oder abstimmbarere Oszillatoren er¬ zeugt werden.

Die Anpassung der Auswertestation an den Burstbetrieb erfolgt über die Ablaufsteu¬ erung (7b), die die Burst-(De)-Multiplexer (16,22), die (De-)Modulatoren (15,26), etc. ansteuert. Für die TDMA-(Ent-)Rahmung werden die Daten Zwischenspeichern zugeführt (nicht eingezeichnet) und zu den richtigen Zeitpunkten mit der Systembitra¬ te ein- und ausgelesen.

Für den Einsatz von mehreren Elektrodensätzen (mit verschiedenen Trägerfre¬ quenzen), z.B. zur simultanen Überwachung von mehreren Patienten, sind hierzu mehrere Empfangs- (5) und Sendeeinheiten (6) oder eine Empfangs- und Sendeeinheit mit einer Vielzahl von (De-)Multiplexern, (De-)Modulatoren, Verstärkern, Band¬ pässen, etc. für die einzelnen Trägerfrequenzen notwendig (hier nicht eingezeichnet).

Für andere Übermittlungsverfahren, wie z.B. CDMA-Übertragung oder TDMA mit Frequency-Hopping sind in den Empfängern und Sendern - d.h. der Auswertestation und den Elektroden - zusätzliche Synchronisationsstufen sowie Codegeneratoren und/oder Frequenzsynthesizer für die Code- bzw. Frequenzumtastung zu integrieren.

Die Stromversorgung der Auswertestation kann dabei über einen Netztransformator und/oder über Akkus (9) erfolgen. Vorzugsweise beinhaltet die Auswertestation ein herausnehmbares kleines tragbares Modul (la), was die wesentlichen Funktions¬ einheiten, wie -Antenneneinheit (4a), Sende- (6) und Empfangseinheit (5), Auswerte- (7), Vermittlungssteuerungs- (7a), Frequenzerzeugungs- (11), Akku- (9) und Alar¬ meinheit (10) (mit akkustischen und/oder optischen Warnsignalen), beinhaltet. Die Vorrichtung kann dann somit auch außerhalb des Hauses zur Überwachung von Säuglingen, z.B. während der Autofahrt oder dem Spaziergang, eingesetzt werden.

Die Elektroden (2) beinhalten jeweils eine Energieversorgungseinheit (37), die Emp¬ fangs- und Sendeantenne (36a) - mit einer Antennenweiche (36) für den Sende- und Empfangsbetrieb -, eine Sendeeinheit (31), eine Empfangseinheit (30) (z.B. zur Syn¬ chronisation, Mitteilung der Sendeleistung, Protokollübermittlung, Fehlerkorrektur, Programmierung und Ansteuerung), eine Sensoreinheit (32), eine Sensor¬ steuerungseinheit (33) (z.B. zur Ansteuerung des Analog-Multiplexers (42)), die Vermittlungssteuerungseinheh (34) sowie eine Frequenzerzeugungseinheit (35).

Die Frequenzerzeugungseinheit (35) umfaßt insbesondere auch eine Takteinheit, für die verschiedenen Systemtakte. Die Frequenzerzeugungseinheit (35) stellt die ver¬ schiedenen Oszillatorfrequenzen (sowie die Trägerfrequenzen) für die Mischer und Modulatoren als auch eine Referenzfrequenz, aus der die einzelnen Oszillatorfre¬ quenzen generiert werden, zur Verfügung. Die Referenzfrequenz wird vorzugsweise mittels eines VCXO (voltage controlled crystall oscillator, spannungsgesteuerter Kri- stall-Oszillator) -Referenzgenerators erzeugt, der sehr präzise nachstimmbar ist, um die benötigte Frequenzgenauigkeit mit der Auswertestation zu gewährleisten. Zur Spannungs Frequenzumsetzung kann z.B. eine Kapazitätsdiode herangezogen wer¬ den.

Die elektrischen Signale der einzelnen Elementarsensoren (40a-i) werden durch die Vorverstärker (41a-i) verstärkt und gefiltert. Vorzugsweise sind die empfindlichen Eingangsverstärker (41a-i) zur Vermeidung von Übersteuerungen - z.B. infolge hoch¬ frequenter Einstreuung - mit Schutzvorrichtungen versehen, z.B. mit einer Zenerdi- odenschaltung zur Signalbegrenzung (hier nicht dargestellt). Die verstärkten und gefil¬ terten (geglätteten) Signale werden dann an einen schnellen Analogmultiplexer (42) angelegt, der von der Sensorsteuerungseinheit (33) angesteuert ist. Die Sensorsteue¬ rungseinheit (33) erhält die Steuerbefehle von einer Speichereinheit (33 a) oder direkt über Funk von der Auswertestation (1). Zum Erkennen und Korrigieren von Übertra¬ gungsfehlern besitzt auch die Elektrode (2) eine Fehlerdiagnose- und Korrektureinheit (33b), die in gleicher Weise wie bei der Auswertestation (1) arbeitet. Die Signale am Ausgang des Analog-Multiplexers (42) werden dann gegebenenfalls nochmals sensor¬ selektiv von einem Verstärker (43) verstärkt und dann an den Analog/Digital- Wandler (44) angelegt. Die Codiereinheit (45) wandelt mittels der Identifikationseinheit (45a) die Analogsignale dann in den elektroden- oder sensorcharakteristischen, digitalen Code um. Die codierten Elektrodensignale sowie die Trainingssequenz (Testcode) der Trainingssequenzeinheit (46) werden dann an die Verschachtelungseinheit (47) ange¬ legt. (Der bereits angesprochene Equalizer (16) in der Empfangseinheit (5) der Aus¬ wertestation (1) verwendet die Trainingssequenz für die Entzerrung der Daten.) Die verschachtelten, codierten Sensordaten werden dann über den Burst-Multiplexer (48) an die TDMA-Rahmung angepaßt und zur Modulation in die (PSK)-Modulatoreinheh (49) eingespeist. Zur Verstärkung und Umsetzung auf die Trägerfrequenz werden die Signale über den NF-Verstärker (50) an die Mischereinheit (51) angelegt. Der ab¬ schließende Hochfrequenzverstärker (Leistungsverstärker) (52) mit Bandpässen ver¬ stärkt die Sendesignale und führt sie über die Sende/Empfangsweiche (36) der Anten- ne (36a) zu. Vorzugsweise steuert die Ablaufsteuerung (34a) den Hochfrequenz¬ verstärker (52) an, um die geeignete Sendeleistung einzustellen.

Die Empfangseinheit (30), zum Empfang der Funk- und Steuerungsdaten der Auswer¬ testation, beinhaltet den Hochfrequenzverstärker (55) mit abstimmbaren Bandpässen, den Mischer (56), den NF- Verstärker (57), den Demodulator (58) mit Equalizer (59), den Burst-Demultiplexer (60) (für die TDMA-Entrahmung), die Ent- schachtelungseinheit (61) sowie den Decodierer (62). Die verstärkten Digitalsignale werden dann z.B. an die Speichereinheit (33a) oder die Sensorsteuerungseinheit (33) weitergeleitet. Die Ablaufsteuerung (34a) in der Vermittlungssteuerungseinheit (34) steuert insbesondere die Ver-/Entschachtelungseinheiten (47,61), die Burst(De- )Multiplexer (48,60) sowie die entsprechenden Zwischenspeicher (nicht dargestellt) für die TDMA-Rahmung bzw. TDMA-Entrahmung.

Die Vermittlungssteuerungseinheit (34) wird durch die Auswertestation (1) überwacht und bekommt bei Abweichungen von Sollwerten (z.B. von Sendeleistung) Kor¬ rekturanweisungen. Insbesondere ist die Vermittlungssteuerungseinheit (34) auch für die Frequenz- und Taktsynchronisation der Frequenzerzeugungseinheit (35) verant¬ wortlich. Vorzugsweise beinhalten die Vermittlungssteuerungseinhehen (7a, 34) oder die Ablaufsteuerung (7b, 34a) außerdem Synchronisationsstufen (nicht eingezeichnet), die zum einen den Eintrefipunkt der Bursts bestimmen und zum anderen eine Mes¬ sung der -Kanalverzerrung vornehmen um dem Equalizer die notwendige Information bereitzustellen. Diese Synchronisationsstufen können auch in den Empfängereinheiten (5,30) angeordnet sein. Eine Frequenz- und Taktsynchronisation kann insbesondere über den Testcode der AS erfolgen.

Die Energieversorgungseinheit (37) der Elektroden wandelt das von der Auswerte¬ station emittierte HF-Feld in die Versorgungsspannung um und speichert die über¬ schüssige Energie in einem Akkumulator (Akku) (38). Der Empfänger (5,30) der Auswertestation (1) sowie die der Elektroden (2) können prinzipiell als Geradeausempfänger, Überlagerungsempfänger und insbesondere als Synchron-, Quadraturempfänger und Superhet ausgebildet sein. Die in Abbildung 1 in nur einem Kästchen dargestellten Verstärker-, Abstimm- und Selektionsmittel der je¬ weiligen Sende- und Empfangseinheiten können insbesondere auf mehrere Ein¬ heiten/Stufen aufgeteilt werden. Die einzelnen Verstärkerelemente in den Emp¬ fangseinheiten der Auswertestation (1) und/oder der Elektroden (2) werden durch eine Verstärkungskontrolleinheit (AGC = automatic gain controlT) angesteuert und überwacht (nicht eingezeichnet). Die Sende- und Empfangseinheiten sind in der vor¬ liegenden Schrift so definiert, daß sie die Modulations- bzw. Demodulationskompo- nenten beinhalten.

Für eine digitale Ausführung der Empfängereinheiten (5,30) erfolgt die Umsetzung der Empfangssignale in digitale Signale bei Zwischenfrequenzen («100MHz) oder im Basisband. Dazu sind entweder in den Misch- (13,56) oder den Demodulatoreinhehen (15,58) Digital/Analog- Wandler integriert. Analoges gilt für die Sendeeinheiten (6 und 31). Die Steuerung der Elektrodeneinheiten und der Auswertestation erfolgt dann durch digitale Mikroprozessoren. Für die monolithische Integration des ganzen Emp¬ fängers bietet speziell der Homodynempfänger Vorteile, weil hier die Selektion in das Basisband verlegt ist.

Abbildung 2a und 2b zeigen zwei typische Ausführungsbeispiele für die Gestaltung der Elektroden im Maßstab von etwa 2:1. Ohne Einschränkung des erfinderischen Grundgedankens sind die einzelnen elektronischen Komponenten der Elektroden, d.h. die Elementarsensoren, Sensorsteuerungs-, Sende/Empfangs-, Vermittlungs¬ steuerungseinheit, etc. in einem einzigen Halbleiterchip integriert.

Die Antenne (36a) ist bei den Elektroden als Spiralantenne ausgeführt und in der fle¬ xiblen Elektrodenumhüllung (71) angeordnet. Unterseitig weist die Antenne (36a) einen Reflektor (36b) auf, der die von der Antenne (36a) inRichtung Patient abge¬ strahlte HF-Leistung nach oben reflektiert. Vorzugsweise ist die Spiralantenne mit zwei oder vier Armen realisiert; hier ist zur besseren Übersicht nur ein Arm darge¬ stellt. Da die Abstrahlung in Körperrichtung, das heißt eine beidsehige Abstrahlung, unerwünscht ist, ist zwischen Antenne und der hautzugewandten Elektroden¬ umhüllung - vorzugsweise im Abstand λ/4 (λ=Wellenlänge) - ein ebener Reflektor angebracht (hier nicht eingezeichnet). Dies verbessert die Abstrahlung in die ge¬ wünschte Senderichtung, ist jedoch mit einer Verringerung der Bandbreite verbunden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Projektion der ebenen Spiralantenne auf die Oberfläche des Elektrodenkegels (konische Spiralantenne).

Die Elektroden werden vorzugsweise mittels austauschbarer doppelseitiger Klebe¬ bänder oder Kleberinge auf der Hautoberfläche befestigt.

Einige Elektrodenausführungen können prinzipiell auch in eng am Körper anliegenden Materialien, wie z.B. Armreifen, Kleidungsstücken oder gegebenenfalls Matratzen, angeordnet sein. Wesentlich ist nur, daß die Sensoren ausreichend nahen Kontakt zum Körper aufweisen.

Abbildung 2a zeigt eine mögliche Anordnung der einzelnen Halbleiterelemente, wie Elementarsensoren (40a bis 40i), der Sensoreinheit (32), einer Auswerteeinheit (74)), der Sensorsteuerungs- (33), der Vermittlungssteuerungs- (34), der Fre- quenzerzeugungs- (35) sowie der Sende/Empfangs- (31,30) und Energieversorgungs¬ einheit (37), des Elektrodenchips (70).

In Abbildung 2b ist eine Elektrode (2), mit der unter anderem auch EKG- und EEG- Messungen durchgeführt werden können dargestellt. Zur Ableitung der Aktionsspan- nungen sind in der Elektrode (2) zwei Elektrodenpins (76) angeordnet (vorzugsweise beschichtet mit Silber, Gold oder Sintermaterial), die über abgeschirmte Leitungen (77) die Aktions-Potentiale an den Eingang eines Meßverstärker (78) - siehe genauer dazu Abbildung 7 - anlegen. Zur Erzeugung eines guten Hautkontakts sind die Elek¬ trodenpins idealerweise rückwärtig mit mechanischen Federn (79) versehen. Zur Ver¬ hinderung von Feuchtigkeitsbrücken auf der Hautauflageseite sind die Elektrodenpins mit einer speziellen Isolierschicht (89) umrahmt. Zusätzlich sind im Elektrodenchip (70) eine Vielzahl weiterer Sensoren, wie Temperatur- (80), Hautfeuchtigkeit- (81), Bewegungssensor (82), Sauerstoffsättigungssensor (83), etc., angeordnet. Der Elek¬ trodenchip (70) ist dabei mittels Zweischichttechnik realisiert, d.h. die Elementarenso- ren (40a bis 40i) sind auf der hautzugewandten Seite des Chips angeordnet und z.B. die Sensorsteuerungseinheit (33), Sende/Empfangs- (30,31) und Frequenzerzeugungs¬ einheit (35), etc. auf der Rückseite. Der Akkumulator (38) (zur Energiespeicherung) ist bei dieser Ausführungsform oberhalb des Elektrodenchips (70) angeordnet.

Die Abbildung 2c zeigt eine Elektrode (2), deren Elektrodenpins (76) nadeiförmig ausgebildet sind. Diese Elektrodenpins (76) dringen in die Haut des Patienten ein und führen zu eine Verringerung des Übergangswiderstandes, was empfindlichere Mes¬ sungen ermöglicht.. Zur Reduktion der Größe der Elektrode (2) und zur besseren HF- Übertragung ist die Antenne (36a) in den Elektrodenchip (70) integriert.

Für Kombinationen von Sensoren in einer Elektrode kommen diverse Möglichkeiten in Frage, wie anhand Abbildung 3 für diverse Elektrodenanordnungen veranschaulicht ist:

Die Elektrode/en im Brustbereich (2a) umfassen EKG-Sensoren mit 2 bis 4 Abgriffs¬ punkten für die Aktionsspannungen (je nach Anzahl der Elektroden). Die Elektroden sind dabei je nach Anzahl der Abgriffspunkte z.B. oval oder kleeblatt-förmig gestaltet. Bei der Überwachung oder beim Monitoring von Säuglingen ist hierfür eine Elektrode ausreichend. Sinnvollerweise umfaßt die Elektrode zudem zur Kontrolle einen Impe¬ danzsensor zur Messung des Übergangswiderstands zwischen Elektrode und Haut. Der Übergangswiderstand ist wichtig für die Qualität der Signale und sollte Werte kleiner 5-10kΩ aufweisen. Zusätzlich wird der Übergangswiderstand zwischen den einzelnen Elektrodenpins einer Elektrode geprüft um einen möglichen Kurzschluß (z.B. durch zu hohe Hautfeuchtigkeit oder Kochsalzbrücke) auszuschließen - der Wi¬ derstand sollte, abhängig vom Abstand der Elektrodenpins, nicht wesentlich kleiner als ca. 500Ω sein. Vorzugsweise überprüft die Auswertestation ständig, ob diese Kontrollmeßwerte die vorgegebenen Ober- und Untergrenzen nicht über- bzw. unter¬ schreiten, insbesondere zur Vermeidung von Fehlalarmen. Außerdem ist in der Elek¬ trode vorzugsweise ein Beschleunigungssensor angeordnet, der zum einen ebenfalls die Herztätigkeit messen kann und zudem als Referenzmessung für die Atmung dient. Weitere sinnvolle Möglichkeiten bestehen in der Integration eines Lagesensors, eines Temperatursensors sowie einem Referenzsensor für die Feuchtigkeitsmessung.

Die Elektrode am Bauch (2b) beinhaltet einen Sensor zur Überwachung der Atmung (z.B. einen Beschleunigungssensor). Durch den Vergleich mit den Daten der Refe¬ renzsensoren (angeordnet z.B. bei 2a, 2e und/oder 2f) kann der Einfluß von Ganz- körperbewegungen, z.B. durch Erschütterungen im Kinderwagen oder beim Autofah¬ ren, kompensiert bzw. eliminiert werden.

Die Kopfelektrode/en (2c) - ähnlich in der Form wie die EKG-Elektroden gestaltet - beinhalten die EEG-Sensoren, die ebenfalls 2 bis 4 Abgriffspunkte für die Span¬ nungswerte umfassen. Bei der Überwachung oder beim Monitoring von Säuglingen ist hierfür eine kleine Elektrode mit zwei Abgriflfpunkten ausreichend. Aufgrund der klei¬ nen EEG-Signale (ca. Faktor 1000 kleiner als die EKG-Signale) umfassen die Kopfe¬ lektroden zur Kontrolle ebenfalls Impedanzsensoren zur Messung des Übergangswi¬ derstands. Zusätzlich kann z.B. auch ein Feuchtigkeitssensor zwischen den einzelnen Elektrodenpins der EEG-Ablehung angeordnet sein, um so einen Kurzschluß bzw. eine Datenverfälschung aufgrund zu hoher Feuchtigkeit festzustellen. Diese Vorge¬ hensweise ist natürlich auch bei der EKG- Ableitung möglich.

Eine weitere Möglichkeit zur Atmungskontrolle besteht in der Anordnung einer Elek¬ trode im Gesichtsbereich (2d), insbesondere zwischen Mund und Nase. Die Atmung kann bei dieser Elektrodenanordnung über einen Temperaturfühler gemessen werden. Eine Alternative besteht darin, die Konzentration des ausströmenden Cθ2-Gehalts

(prinzipiell auch des O2- Gehalts) über einen Gassensor zu überwachen. Außerdem kann die Atemtätigkeit auch mittels eines Feuchtigkehssensors durch eine Messung der Luftfeuchtigkeit erfolgen. Bei allen drei Verfahren kommt eine Atmungstätigkeit in Oszillationen der Umgebungstemperatur, des Cθ2-Gehalts und der Luftfeuchtigkeit in unmittelbarer Nähe von Nase und Mund zum Ausdruck.

Die Elektrode in der Handfläche (2e) - die prinzipiell auch an der Fußsohle angebracht werden kann - beinhaltet einen Spannungssensor (vorzugsweise einen Meßverstärker), einen Kapazitätssensor (Kapazitätsdiode) oder einen elektokalorischen Sensor (Oberflächenladung bewirkt Temperaturänderung) zur Messung der elektrodermalen Aktivitäten bzw. des SSR. Es hat sich in jüngster Zeit herausgestellt, daß bei Säuglin¬ gen in Situationen, die für den Körper Streß bedeuten, einfach zu erfassende elektri¬ sche Hautphänomene auftreten. Diese Phänomene sind aus der Lügendetektortechnik bekannt. Die Messung dieser Potentiale ermöglicht neue Möglichkeiten zu unterschei¬ den, welche Ereignisse (z.B. Atempausen, Verlangsamung der Herzfrequenz) für den Organismus bedeutungslos sind und welche als bedrohlich eingeschätzt werden müs¬ sen. Es zeigt sich, daß diese Signale an Handflächen und Fußsohlen besonders ausge¬ prägt sind und somit dort am besten registriert werden können. Zudem beinhaltet die Elektrode einen Feuchtigkeitssensor zur Messung der Hautfeuchtigkeit (Schwitzen), da man festgestellt hat, daß es parallel zum SSR in Streßsituationen zu einer Schwei߬ sekretion an Handflächen und Fußsohlen kommt. Ferner kann in der Elektroden ein Referenzsensor für die Atmung angeordnet sein.

Die Elektrode (2f) ist vorzugsweise als Fingerklipp (siehe Abbildung 4) ausgeführt - prinzipiell kann dieser auch an Zehen des Fußes oder auf dem Nasenrücken ange¬ bracht werden. Sie beinhaltet einen Sensor zur Messung der Sauerstoffsättigung im Blut (Pulsoximetrie). Die Pulsoximetrie erfolgt dabei entweder mittels Transmissi¬ onsmessung oder Reflexionsmessung mit optischen Wellenlängen zwischen 660/ww und 940ww. Die Bestimmung der Sauerstoffsättigung im Blut basiert auf der spektra¬ len Absorption von spezifischen Wellenlängen im Rotlicht- und Ferninfrarot-Bereich von Hämoglobin und Oxyhämoglobin wenn diese Strahlung Haut, Muskeln und Ge¬ webe durchdringt. Für diese Messungen wird mittels einer emittierenden Diode (z.B. Ga(Al,P)As- und In(Ga)P-LEDs) (85) Licht- oder IR-Licht (88) abgestrahlt, was die durchbluteten Körperpartien durchdringt und dann von einem sensitiven Detektor (z.B. GaAs-Diode) (86) registriert ist. Bei den empfindlicheren Transmissions¬ messungen sind Emitter und Detektor in separaten, etwa gegenüberliegenden Einhei¬ ten (wie beim vorliegenden Ausführungsbeispiel) angeordent. Pulsoximetrie mittels Reflexionsmessungen können prinzipiell an allen (geeignet durchbluteten) Körperpar¬ tien - z.B. auch im Brust-Bereich - durchgeführt werden, wobei Emitter und Detektor im gleichen Chip integrierbar sind. Da Pulsoximetriemessungen anfällig auf Bewe¬ gungen reagieren, ist vorzugsweise ein Beschleunigungssensor (87) im Fingerklipp integriert. Mit der Messung der Sauerstoffsättigung kann unter anderem auch der Puls überwacht werden. Dies wird anhand der Kurve (K) im Ausschnitt der Abbildung 4 veranschaulicht, die die Absorption (A) gegenüber der Zeit (T) darstellt.

Die Elektrode bei (2g) ist als Armband ausgeführt, vorzugsweise aus elastischem, flexiblen Material. Speziell zur Überwachung von Säuglingen kann dieses Armband ständig anbelassen werden, da es nicht störend ist. Mit diesem Armband läßt sich der Puls abgreifen, z.B. über Druck-Sensoren, und somit die Herztätigkeit überwachen. Eine Kombinationen bietet sich speziell mit Temperatur-, Feuchtigkeitssensoren bzw. ISFETs (Schwitzen) sowie Beschleunigungssensoren an.

Die Elektrode (2h), in Abbildung 5 genauer dargestellt, dient zur Überwachung des transkutanen Sauerstoff- (tcpθ2) und Kohlendioxidgehalts (tcpCÜ2) im Blut. Diese

Messungen, die insbesondere bei Neugeborenen sinnvoll sind, bieten kontinuierliche Informationen über die Fähigkeit des Körpers dem Gewebe Sauerstoff zuzuführen und Kohlendioxid über das kardiopulmonale System abzuführen. Der transkutane pθ2-Wert erlaubt Rückschlüsse auf die arterielle Sauerstoffkonzentration und mögli¬ che Änderungen des Herzminutenvolumens. tcpÜ2- und tcpC02-Messungen basieren auf der Tatsache, daß eine Erhöhung der Hauttemperatur (vorzugsweise Temperatu¬ ren zwischen 38°C und 45°C) eine Steigerung der Hautdurchblutung und des Sauer¬ stoff- und Kohlendioxidpartialdrucks bewirkt und die Haut für die Gasdifϊüsion durchlässig macht. Die einzelnen Sensoren, Sende-, Empfangseinheiten, etc. der Elektrode sind im vor¬ liegenden Ausführungsbeispiel nicht in einem Chip integriert. Zur Erwärmung be¬ stimmter Hautpartien ist auf der hautzugewandten Seite der Elektrode ein Heizele¬ ment (z.B. ein Heiz- Widerstand) oder vorzugsweise (zur Vermeidung von Verbren¬ nungen bei Langzeitanwendungen) ein Wärmestrahler (90) (z.B. eine IR-Diode) an¬ geordnet. Ein entsprechender Temperatur- bzw. Strahlungssensor (z.B. pyro- elektrischer Sensor) (91) sowie eine Regelungseinheit (92) dient zur Temperatur¬ regelung. Ein Sauerstoff- (93) sowie ein Kohlendioxidsensor (94) bestimmen dann die durch die Hautoberfläche (96) diffundierten Gaskonzentrationen (95). Die Elektrode (2h) ist derart gestaltet, daß die O2- und Cθ2-Moleküle direkt an den Gassensoren

(93,94) vorbeiströmen. Die Elektrode ist vorzugsweise oben geöffnet, da auf diese Weise eine Feuchtigkeitsbildung zwischen Haut und Elektrode leichter vermieden werden kann. Zur Erhöhung der Empfindlichkeit und zum Schutz der Sensoren kann die Elektrode oben und/oder unten durch eine gasdurchlässige Membran abge¬ schlossen werden (hier nicht dargestellt). Alternativ zu den bisher dargestellten Elek¬ troden (2) besitzt diese eine Sende- (98) und Empfangsdiode (97) zur optischen Übermittlung der Daten und Befehle von und zur Auswertestation (1).

Eine weitere Überwachung der Atmung bietet die Elektrode (2i), die in der Nähe der Luftröhre angeordnet ist. Hierbei wird über ein miniaturisiertes Mikrophon das At- mungsströmungsgeräusch aufgezeichnet und derart der Luftstrom überwacht. Das Mikrophon kann auf vielfältige Weisen realisiert sein, vorzugsweise als Kondensator- Mikrophon oder piezoelektrisches Mikrophon.

Diese Elektrode (2i) ist vorzugsweise mit der Elektroden (2b) zur Überwachung der Zwergfellbewegung kombiniert. Derart läßt sich unterscheiden, ob eine zentrale Ap- noe (keine Zwergfellbewegung, kein Luftstrom) - die vom Atemzentrum im Hirn¬ stamm ausgeht - oder eine obstruktive Apnoe (Verlegungsapnoe, Zwergfellbewegung, kein Luftstrom) vorliegt. Zur Kontrolle sowie zur Vermeidung von Fehlalarmen können die einzelnen Elek¬ troden mit zusätzlichen Kontrollsensoren, z.B. Abstandssensoren, die die Entfernung Elektrode-Haut überwachen, ausgestattet sein.

Bei Säuglingen ist die Fingerklip- (2f) und Handflächenelektrode (2e) idealerweise in einer Elektrode zusammengefaßt. Die Messung erfolgt hierbei dann vorzugsweise quer über die Handfläche, wie in Abbildung 6 dargestellt.

Zur Messung von Potentialdifferenzen kann im Prinzip ein einzelner Operations¬ verstärker eingesetzt werden. Da jedoch die zu messenden Potentiale im Normalfall einen relativ hohen Innenwiderstand aufweisen, ist es sinnvoller, diese Potentiale nicht direkt an den Eingangwiderstand des Subtrahierers zu legen. Durch den Einsatz von Impedanzwandlern (Spannungsfolgern) wird die Funktionsweise des Subtrahierers unabhängig von den Innenwiderständen der Meßpotentiale. Abbildung 7a zeigt ein derartiges Ausführungsbeispiel für eine Operationsverstärkerschaltung (mit Eingangs¬ schutzschaltung (99)) zur Differenzbildung, Vorverstärkung und Filterung. Prinzipiell können vor dem Instrumenten- bzw. Meßverstärker (104) auch Hochpaßfilter bzw. Bandpaßfilter zur Unterdrückung der Gleichspannungsanteile angeordnet werden.

Die einzelnen EEG- oder EKG-Signal der Elektrodenpins werden über die nichtinver- tierenden Eingänge der Operationsverstärker bzw. Impedanzwandler (100 und 101) dem Operationsverstärker (102) zugeführt und verstärkt. Eine höhere Gleichtaktun¬ terdrückung ist durch eine teilweise Verlagerung der Spannungsverstärkung in die Impedanzwandler erreicht. Der Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß man durch Variation eines einzigen Widerstandes (103) die Differenzverstärkung einstellen kann. Bei dem Elektrometerverstärker (104) läßt sich gegebenenfalls ein Operationsverstär¬ ker einsparen, wenn man auf die Symmetrie der Schaltung verzichtet. Zur Gleichspannungstrennung sowie zur Unterdrückung niederfrequenter Störungen (<10Hz, z.B. infolge von Körperbewegungen) werden die verstärkten Signale dann an den Operationsverstärker (105), der als Hochpaßfilter erster Ordnung mit Impedan¬ zwandlung verschaltet ist, angelegt. Die Komponente (106) stellt ein aktives Tiefpaßfilter mit Einfachmitkopplung dar, mit dem die hochfrequenten redundanten Störanteile des Meßsignals (z.B. infolge von Störeinstreuungen) herausgefiltert werden. Die verstärkte und gefilterte Spannung kann abschließend zwischen den Potentialpunkten (120) und (121) abgegriffen wer¬ den. Das Bezugspotential (121) liegt dabei auf der Batterie-/Akkumasse (gekennzeichnet durch die "-"-Symbole) bzw. der Masse der Energiever¬ sorgungseinheit.

Bei weit auseinanderliegenden Elektrodenpins oder bei galvanischen Verbindungen zwischen den Elektroden sind die hochohmigen Eingangsleitungen (110, 111) zur Vermeidung von kapazitiven Störeinstreuungen abgeschirmt (112). Das vorliegende Ausführungsbeispiel beinhaltet dafür einen Operationsverstärker (113) in Addierer¬ schaltung (zur Mittelwertbildung der abgegriffenen Signale), an den die beiden Aus¬ gänge der Operationsverstärker (100 und 101) über je einen Widerstand angeschlos¬ sen sind. Da die Summenbildung am Operationsverstärker (113) invertierend ist, ist ein weiterer Operationsverstärker (114) nachgeschaltet, über den die gemittelten Si¬ gnale der Kabelabschirmung (112) zuführt werden.

Bei der Verwendung von 3 und mehr Elektrodenpins in einer Elektrode kommen weitere Impedanzwandler, Operationsverstärker sowie Hoch- und Tiefpässe zum Ein¬ satz. Der Anschluß (110) kann dann zum Beispiel als Referenzbezugspunkt verwendet werden. Eine Alternative besteht darin, daß ein Analog-Multiplexer (angeordnet z.B. zwischen den einzelnen Impedanzwandlern (100,101, ...) und dem Differenzoperati¬ onsverstärker (102)) der Reihe nach die einzelnen Bio-Potentiale abgreift.

Das Modul in Abbildung (104) kann auch durch die in Abbildung 7b dargestellte Schaltung ersetzt werden. Der Vorteil dieser Schaltung im Vergleich zu den Operati¬ onsverstärker-Subtrahierern besteht darin, daß die Höhe der Gleichtaktunterdrückung hier nicht von der Paarungstoleranz der einzelnen Spannungsteilern abhängig ist. Aus diesem Grund läßt sich die Schaltung ganz als monolithisch integrierte Schaltung her- stellen, während sonst die kritischen Widerstände in Dünnschichttechnik separat reali- sert werden müssen. Die Symbole (+) und (-) stehen dabei für Versorgungsspannun¬ gen, (125) für eine Konstantstromquelle.

Bezugszeichenliste

1 Auswertestation 10 Alarmeinheit la herausnehmbares Modul 11 Frequenzerzeugungseinheit

Elektrode 12 Hochfrequenzverstärker a Brustelektrode 13 Mischer b Bauchelektrode 14 Niederfrequenz Verstärker c Kopfelektrode 15 Demodulator d Gesichtselektrode 16 Equalizer e Handflächenelektrode 17 Burst-Demultiplexer f Fingerklipp-Elektrode 18 Entschachtelungseinheit g Armbandelektrode 19 Decodiereinheit h Elektrode 20 Demultiplexer i Hals-Elektrode 21 digitaler Multiplexer

Patient 22 Codiereinheit

Empfangs/Sende- Weiche 23 Trainingssequenzeinheit a Empfangs- und Sendeantenne 24 Verschachtelungseinheit b Regelungs-ZErmittlungseinheit 25 Burst-Multiplexer für Sendeleistung 26 Modulator

Empfangseinheit 27 Niederfrequenzverstärker

Sendeeinheit 28 Mischer

Auswerteeinheit 29 HF-Sendeverstärker a Vermittlungs-Steuerungseinheh 30 Empfangseinheit b Ablaufsteuerungseinheit 31 Sendeeinheit c Statuseinheit 32 Sensoreinheit d Fehlerdiagnoseeinheit 33 Sensorsteuerungseinheit e Eicheinheit 33a Speichereinheit a Displayeinheit 33b Fehlerdiagnose- und b Schreibereinheit Korrektureinheit c Speichereinheit 34 Vermittlungssteuerungseinheit

Akku 34a Ablaufsteuerungseinheit Frequenzerzeugungseinheit 76 Elektrodenpin Antennenweiche 77 Leitung a Empfangs- und Sendeantenne 77a Leitungen auch Chip b Reflektor (Zuführleitung) Energieversorgungseinheit 78 Meßverstärker Akkumulator/Akku 79 Feder a - 40i Elementarsensoren 80 Temperatursensor a - i Eingangsverstärker 81 Hautfeuchtigkeitsensor Analog-Multiplexer 82 Bewegungssensor sensorselektiver Verstärker 83 Sauerstoffsättigungssensor Analog/Digital-Wandler 85 LED Codiereinheit 86 Licht-sensitiver Detektor a Identifikationseinheit 87 Beschleunigungssensor Trainingssequenzeinheit 88 Licht- oder IR-Licht Verschachtelungseinheit 89 Isolierschicht Burst-Multiplexer 90 Wärmestrahler (PSK)-Modulatoreinheh 91 Temperatur- oder NF-Verstärker Strahlungssensor Mischereinheit 92 Temperatur-Regelungseinheit Hochfrequenzverstärker 93 Sauerstoff-Sensor Hochfrequenzverstärker 94 Kohlendioxid-Sensor Mischer 95 Blutgase NF-Verstärker 96 Hautoberfläche Demodulator 97 (LED/-Diode für Empfang Equalizer 98 (LEDΛDiode für Senden Burst-Demultiplexer (Sendediode) Entschachtelungseinheit 99 Eingangsschutzschaltung Decodierer 100 - 102 Operationsverstärker Elektrodenchip 103 Widerstand Elektrodenumhüllung 104 Instrumenten- bzw. Auswerteeinheit Meßverstärker 105, 106 Operationsverstärker

110, 111 hochohmiger Eingang

112 Abschirmung

113, 114 Operationsverstärker

120, 121 Potentialpunkt

121 Bezugspotential

125 Konstantstromquelle

(+), H

Versorgungsspannungen A Absorption K Kurve T Zeit

Claims

Patentansprüche

1. Medizinische Vorrichtung zur Meßdatenerfassung, insbesondere zur Überwachung von Körperfunktionen, bestehend aus mindestens einer an einem Patienten angebrach¬ ten Elektrode in Verbindung mit mindestens einer Auswertestation, wobei die Elek¬ trode eine Umhüllung und mindestens einen Sensor zur Erfassung einer elektrischen, physikalischen, chemischen oder biologischen Größe und deren Umwandlung in eine elektrische Größe aufweist, und innerhalb der Umhüllung mindestens ein Wandler vorgesehen ist, der die vom Sensor erzeugte elektrische Größe in einen Digitalwert umformt, wobei der Wandler mit mindestens einer innerhalb der Umhüllung vorgese¬ henen Sendeeinheit zur drahtlosen digitalen Datenübertragung in Wirkverbindung steht, und die Auswertestation mindestens eine Empfangseinheit zum Empfang der von der Elektrode gesendeten Daten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertestation (1) mindestens eine Sendeeinheit (6) zur drahtlosen digitalen Daten¬ übertragung aufweist, und die Elektrode (2a, ..., 2f) innerhalb der Umhüllung (71) mindestens eine Empfangseinheit (30) zum Empfang der von der Auswertestation (1) gesendeten Daten vorgesehen ist, wobei die von der Auswertestation (1) gesendeten Daten zumindest die Datenübertragung der Elektrode (2a,..., 2f) steuert und/oder die von der Elektrode gesendeten Daten manipuliert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertestation (1) eine oder mehrere Decodierereinhehen (19) beinhaltet und mindestens eine Elek¬ trode (2) mit mindestens einer Codierereinheit (45) ausgestattet ist.

3. Vorrichtung nach Anpruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswer¬ testation (1) eine oder mehrere Codierereinheiten (22) beinhaltet und mindestens eine Elektrode (2) mit mindestens einer Decodierereinheit (62) ausgestattet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) mindestens eine Demultiplexereinheit (20) um- faßt, und daß mindestens eine Elektrode (2) mit mindestens einer Multiplexereinheit (44) ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) mindestens einen Multiplexer (21) und daß mindestens eine Elektrode (2) mindestens einen Demultiplexer (62) beinhaltet.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) mindestens eine Speichereinheit (8c) und/oder mindestens eine Displayeinheit (8a) und/oder eine oder mehrere -Alarmeinheiten (10) besitzt.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) und/oder mindestens eine Elektrode (2) min¬ destens einen elektromagnetischen Detektor (97) und/oder Emitter (98) aufweist, der als Halbleiterdiode ausgeführt ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Vermittlungssteuerungseinheit (7a) der Auswertestation (1) eine Synchronisationseinheit beinhaltet und daß die Synchronisationseinheit die Refe¬ renzfrequenzen, Oszillatorfrequenzen, Trägerfrequenzen, den Takt, die Phase und/oder die Zeitrahmen von mindestens einer Elektrode (2) synchronisiert.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Anprüche 1 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) und/oder mindestens eine Elektrode (2) eine Vermittlungssteuerungseinheit (7a, 34) umfaßt.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 ,dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Auswertestation (1) eine Statuseinheit (7c) beinhaltet, die die Wahl der anzusprechenden Elektrode (2) ermöglicht und/oder selbsständig erkennt, welche Elektrode (2) bei Beginn der Diagnose oder Überwachung am Körper angeschlossen und/oder richtig angeschlossen sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertestation (1) und/oder mindestens eine Elektrode (2) eine Fehlerdiagnose- und/oder -Korrektureinheit (7d) beinhaltet.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertestation (1) eine Regelungseinheit (4b) beinhaltet, die die abgestrahlte Sendeleistung der zu übertragenen Signale der Elektrode (2) und/oder der Auswertestation (1) immer auf einen minimalen Wert einstellt, welcher gerade notwendig ist, um die Schaltung und/oder den Sender (31) der Elektrode (2) noch zu betreiben, und daß gegebenenfalls, bei zu hoher benötigter Sendeleistung der Elektrode (2) und oder der Auswertestation (1), die entsprechende Elektrode (2) kei¬ ne Signale mehr an die Auswertestation (1) übermittelt und/oder von der Auswerte¬ station (1) übermittelt bekommt.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertestation (1) und/oder mindestens eine Elektrode (2) eine Eicheinheit (7c) beinhaltet.

14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Auswertestation (1) eine Verschachtelungseinheit (24) und/oder eine Entschachtelungseinheit (18) und mindestens eine Elektrode (2) eine Entschachtelungseinheit (61) und/oder eine Verschachtelungseinheit (47) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) an der Hautoberfläche (96) ange¬ bracht ist.

16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) mindestens einen in den Körper des Patienten eindringenden Elektrodenpin (76) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in mindestens einer Elektrode (2) eine Auswerteeinheit (74) und/oder eine Speichereinheit (33a) angeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in mindestens einer Elektrode (2) eine Sensorsteuerungseinheit (33) angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in mindestens einer Elektrode (2) eine Trainingssequenzeinheit (23, 46) zur Erzeugung eines Testcodes und in der Auswertestation (1) ein Equalizer (16, 59) vorhanden ist und/oder umgekehrt.

20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Energieversorgung der Elektrode (2) wenigstens teilweise durch ein von der Auswertestation (1) emittiertes Hochfrequenzfeld erfolgt und/oder daß mindestens eine Elektrode (2) einen oder mehrere Akkumulatoren (38) und/oder mindestens eine Batterie beinhaltet.

21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Elektrode (2) mindestens eine Antenne (36a) aufweist, zumin¬ dest teilweise in der Elektrodenumhüllung (71) angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antenne (36a) und der hautzugewandten Seite der Elektrodenumhüllung (71) ein Re¬ flektor (36b) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) eine Identifikationseinheit (45a) zur Übermittlung eines Identifikationscodes beinhaltet.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in den Elektroden (2) ein Referenzelement angeordet ist, welches zur Bestimmung der geeigneten Sende- und/oder Hochfrequenzleistung dient.

25. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Elektrode (2) zur Fehlererkennung einen oder mehrere Kon¬ trollsensoren beinhaltet.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die einzelnen elektronischen Komponenten der Elektrode (2) in einem einzigen Halbleiterchip (Elektrodenchip) (76) integriert sind

27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und/oder Empfangsantenne (36a) der Elektroden (2) im Elektrodenchip angeordnet ist/sind.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 27, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß mindestens ein Sensor (40a, 40i) einer Elektrode (2) auf dem

Feldeffekt-, Bipolartransistor-, Dioden-, Kondensator- oder AOW-Prinzip basiert.

29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Elektroden (2) ionensensitive, Gas-, Beschleunigungs-, Druck- , Spannungs-, Impedanz-, Strom-, Magnetfeld-, Temperatur-, Lage- und/oder Strah¬ lungssensoren (40a, 40i) beinhalten.

30. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 29, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß in mindestens einer Elektrode (2) zwei oder mehrere Elektroden- pins (76) bzw. Abgrißpunkte zur Messung der Bio-Potentiale (Spannungen, Ströme) integriert sind.

31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, zur Messung des 02-Gehalt und/oder Cθ2-Gehalt im Blut, dadurch gekennzeichnet, daß die Elek¬ trode (2) mindestens eine Licht- oder IR-Licht-emittierende Diode (85) beinhaltet, die in durchblutetes Gewebe abstrahlt, sowie einen oder mehrere strahlungsempfindliche Detektoren (86) umfaßt, der/die die vom Blut transmittierte und/oder reflektierte Strahlung nachweist/en.

32. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 31, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß die Elektrode (2) einen oder mehrere Impedanzsensoren und/oder mindestens einen ISFET zur Feuchtigkeitsmessung beinhaltet.

33. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 32 zur Kontrolle der Atmung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Elektroden (2) mit einem oder mehreren Beschleunigungssensoren und/oder Abstandssensoren ausgerüstet sind, wobei mindestens eine Elektrode (2b) im Bauchbereich und eine oder mehrere Elek¬ troden (2a, 2c 2i) außerhalb des Bauchbereichs angeordnet ist, die als Referenze- lektrode/en dient/en.

34. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 33, zur Kontrolle der Atmung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) einen oder mehrere Temperatur- und/oder Gas- und/oder Luftfeuchtigkeitssensoren beinhaltet, und daß die Elektrode (2d) in der Nähe der Nase und/oder des Mundes angebracht ist.

35. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 34 zur Kontrolle der Atmung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2d) ein oder mehrere miniaturisieter Mikrophone beinhaltet, daß die Elektrode (2d) die Atemge¬ räusche aufzeichnet und in der Nähe des Kehlkopfes oder der Luftröhre angeordnet ist.

36. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, zur Tem¬ peraturmessung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2) Dünnschicht- und/oder Dickschichtwiderstände und/ oder Kaltleiter und/oder Heißleiter und/oder Dioden und/oder Bipolartransistoren und/oder Thermistoren beinhaltet.

37. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36 zur Lage- oder Positionsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (2) Ma¬ gnetfeldsensoren und/oder Neigungssensoren und/oder mikromechanischer Sensoren beinhaltet.

38. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Datentransfer zwischen der Auswertestation und der/den Elektroden im Simplex- oder Halb- Doublex- oder Voll-Doublex-Betrieb erfolgt.

39. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten¬ übertragung nach dem ASK- und/oder PSK- und/oder FSK- Verfahren erfolgt.

40. Verfahren nach Anspruch 37 oder 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten¬ übertragung nach dem PCM- und/oder DM- Verfahren verläuft.

41. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 40, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Hochfrequenzübertragung zur Datenübertragung und/oder die Energieversorgung der Elektroden und/oder die Datenübertragung der Auswertestati¬ on auf unterschiedlichen Frequenzen erfolgt.

42. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 41, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kanalzugriff zufallsorientiert erfolgt, vorzugsweise nach dem ALOHA- oder CSMA- (carrier sense multiple access) oder CSMA-CD- (CSMA with collision detection) Verfahren.

43. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 42, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß der Kanalzugriff nach einem Reservierungsverfahren erfolgt, vorzugs¬ weise nach dem TDMA- (time division multiple access) und/oder FDMA- (frequency division MA) und/oder CDMA- (code division MA) und/oder Raummultiplex- Verfahren und/oder prioritätsorientierte Verfahren.

44. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 43, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß zur Datenübertragung das HDLC-Verfahren verwendet wird.

45. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 37 bis 44, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Datenübertragung mittels Pakete erfolgt, wobei die Pakete Start- und Stopbhs und/oder Synchronisationsbits und/oder Nutzinformation und/oder einen Testcode und/oder Senderadresse und/oder Empfängeradresse beinhalten.