WO2005094673A1 - Medical chest belt - Google Patents

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WO2005094673A1
WO2005094673A1 PCT/EP2005/002995 EP2005002995W WO2005094673A1 WO 2005094673 A1 WO2005094673 A1 WO 2005094673A1 EP 2005002995 W EP2005002995 W EP 2005002995W WO 2005094673 A1 WO2005094673 A1 WO 2005094673A1
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WO
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medical
reference electrode
electrodes
belt
chest belt
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/002995
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German (de)
French (fr)
Inventor
Gerold Schwarz
Marc Weitl
Original Assignee
Energy-Lab Technologies Gmbh
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Publication date
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    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/68Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient
    • A61B5/6801Arrangements of detecting, measuring or recording means, e.g. sensors, in relation to patient specially adapted to be attached to or worn on the body surface
    • A61B5/683Means for maintaining contact with the body
    • A61B5/6831Straps, bands or harnesses
    • AHUMAN NECESSITIES
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    • A61B2560/00Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/04Constructional details of apparatus
    • A61B2560/0406Constructional details of apparatus specially shaped apparatus housings
    • A61B2560/0412Low-profile patch shaped housings
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    • A61B5/72Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes
    • A61B5/7203Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal
    • A61B5/7207Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts

Definitions

  • the present invention relates to a medical chest strap for detecting electrical signals on a body surface.
  • Electrical signals on a surface of the body indicate the electrical spread of stimuli in the heart and its stress and health status.
  • the electrical voltages on the body surface are recorded by a series of electrodes on the chest as well as on the arms and legs.
  • An electrocardiogram is then the temporal registration of the time-varying electrical vector from the heart on the surface of the body. Characteristic voltage levels or depths of an electrocardiogram are identified by letters. The absolute levels of these tensions, their time intervals, as well as their steepness and duration play a decisive role for medical interpretation. Many pathological changes in the heart can be diagnosed from these parameters and also, e.g. during exercise, strain on the heart.
  • the electrical signal curve allows an analysis of the heart rate variability. This can also be done
  • an electrode belt is known from EP 1 090 583 A1, by means of which the heartbeat rate can be detected, the detection of more complex electrical signals on a body surface is not possible. Accordingly, an electrode belt is provided, which is worn around the chest of the athlete and has two electrodes.
  • the particular difficulty lies in achieving good contact between the body surface and the electrode and at the same time not significantly restricting the movement of the athlete and thus creating a high level of comfort.
  • the signal quality In order to be able to determine real stress states or stress states of the test person, the signal quality must also be consistently high even during intensive sporting movement.
  • US 4,122,843 discloses a belt with three disc-shaped rubber electrodes, which can be used to record electrocardiograms.
  • One of the three electrodes is provided as a reference electrode.
  • Good contact between body and surface and electrodes is achieved here by a particularly high pressure with which the electrodes are pressed onto the surface of the body, which can impair comfort.
  • the chest strap should also be extremely comfortable to wear and can be used in a variety of ways.
  • the object is achieved by a medical chest strap according to claim 1.
  • a medical chest strap is provided with a signal detection device for detecting electrical signals on a body surface, which has two breast-side electrodes, preferably with a high input resistance, and a back-side reference electrode.
  • the electrodes on the breast side are non-adhesive and have a reinforcing layer with an electrical conductivity on the side facing the body, the reinforcing layer being capable of absorbing and releasing water.
  • the reference electrode is of such a large and flexible design that moisture emitted by the body accumulates between the reference electrode and the body and thus one creates low contact resistance between the body and the reference electrode.
  • the idea on which the invention is based is to largely suppress interference and noise in the electrical signals by means of the reference electrode on the back.
  • the combination according to the invention of the two breast-side electrodes, which have a high input resistance, with the back-side reference electrode allows the detection of complete heart excitation curves of the belt wearer.
  • the use of the breast-side electrodes has the advantage that when the wearer of the medical chest belt moves, the reinforcement layer releases water or moisture and thus suppresses a triboelectric effect. This considerably improves the signal quality, since interference due to electrical charging caused by the movement or friction between electrodes, chest strap material, wearing clothes and / or the body is greatly reduced.
  • the back-side reference electrode has a large area and is flexible and has conductive material. Due to the flexible design, the reference electrode on the back hugs the body of the wearer and thus ensures improved wearing comfort. As a result, it can have a large area, and it can easily be inserted into the medical chest strap according to the invention during the production process.
  • the embodiment of the reference electrode according to the invention has the advantage that, even in the case of clothing between the chest strap and the body surface, moisture between the reference electrode trode and the body arises, which increases the conductivity of the path between the reference electrode and the electrical signals on the body surface and thus creates better signal quality.
  • the reference electrode has carbon-impregnated silicone.
  • the chest strap has neoprene.
  • Neoprene is a versatile material used in the fitness area, which is easy to work with, is water-repellent and offers a high level of comfort.
  • the electrodes on the breast side can be plugged onto the chest belt. This makes it easy to remove and replace the breast electrodes if they are defective or to be replaced by electrodes from other manufacturers.
  • the chest strap according to the invention can thus also be used with adhesive electrodes.
  • the electrodes in the medical chest strap according to the invention are arranged in such a way that, when the chest strap is attached to the body, the breast electrodes on the left and right of the breastbone (sternum) rest on the lower costal arches, and the back reference electrode lies at least on one of the back muscles Spine.
  • This arrangement according to the invention has the decisive advantage that, particularly in the case of female wearers, the wearing comfort is particularly high because the chest area is not covered by the belt.
  • the position of the reference electrode on a muscle strand that offers a soft contact surface is advantageous because so the reference electrode is particularly well nestled and thus creates a particularly low contact resistance between the body and the reference electrode.
  • the signal detection device has a differential amplifier which outputs an electrical voltage between the two breast-side electrodes, the potential of the back-side reference electrode serving as the reference potential.
  • the use of the potential of the rear reference electrode as a so-called virtual ground largely eliminates interference from interference fields and increases the signal quality.
  • the signal detection device has an analog-digital converter for digitizing the electrical voltage and for outputting digital data.
  • an evaluation device for analyzing the digital data is advantageously provided, the evaluation device providing an evaluation result.
  • the evaluation device particularly advantageously creates a heart portrait.
  • a heart portrait is a colored three-dimensional representation of an electrocardiogram and signals the condition of the heart muscle and the intensity of the stress load on the heart being tested.
  • a transceiver for wireless transmission of the digital data or the evaluation result to an external receiving device.
  • This transceiver is advantageously a Bluetooth transceiver.
  • the evaluation device is advantageous coupled to the transceiver and executes external commands received from the transceiver.
  • the differential amplifier, analog-digital converter, transceiver and / or the evaluation device are preferably arranged between the breast-side electrodes.
  • the breast-side electrodes are arranged symmetrically around the signal detection device resting on the breastbone and are coupled to the differential amplifier via lines of the same length in each case. This symmetrical placement minimizes the distance to the respective breast-side electrode and is less prone to errors. Since the back-side reference electrode is used as a virtual ground, a longer connection path to it does not significantly interfere.
  • the chest strap has a diagonal shoulder strap which is fastened at a point adjacent to the front of the body and at a point adjacent to the back of the body on the circumference of the chest strap.
  • a diagonal strap improves wearing comfort and, at the same time, provides better protection against slipping and rubbing on the body surface for increased signal quality.
  • the chest belt circumference is advantageously composed of at least two modules which can be connected to one another.
  • parts, in particular modules, which carry the detection device or electrodes can be exchanged.
  • Figure 1 is an exemplary representation of the chest strap.
  • Fig. 3 is a block diagram of a signal detection device
  • Fig. 6 shows another embodiment of the chest strap.
  • a medical chest strap 1 which is made, for example, of neoprene, has a width of about 3 cm and has the length of a typical chest circumference.
  • a buckle 8 is provided for width adjustment.
  • further buckles for width adjustment for example on the side of the body, can also be provided.
  • the belt can also be made of very elastic material, so that the advantageous positions are achieved by "distorting" the belt.
  • Particularly preferred embodiments have a belt material that is multi-layered and enables wiring between the layers to be protected against external influences for evaluation. lead electronics.
  • a "double" version of the belt material has the advantage that parts of the signal detection device can be inserted in a pocket.
  • the belt is widened on the front side of the medical chest belt 1, that is to say the side which lies against the wearer's chest, in order to accommodate parts of the signal detection device 20.
  • the widened area 21 lies on the breastbone of the wearer.
  • two breast-side non-adhesive electrodes 2, 3 are provided, which are arranged approximately 12.5 cm from the widened area 21.
  • the chest electrodes 2, 3 lie on the lower rib arches of the wearer when the chest belt 1 is put on. These are non-adhesive electrodes that have a particularly high input resistance.
  • the widened locations 21 are preferably designed as a pocket that enables the signal detection device 20 to be removed easily.
  • the two breast electrodes are circular with a diameter of approx. 30 mm and have a male push button half on the side facing away from the body surface, which is spherically shaped.
  • the chest strap is made of two layers and has a 22mm slot at the points for the chest electrodes, which opens into a circular recess or opening of 8mm diameter. The slots are made parallel to the length of the belt.
  • the position of the chest strap material which forms the outside, i.e. does not rest on the body surface, indicates the sitions of the breast-side electrodes 2, 3, where the circular openings of the inner layer of the belt are, each have a female push-button half, which couples with the male push-button half of the respective electrode and establishes an electrical connection. Cables 19 are attached to the push buttons for connection to the signal detection device 20.
  • the electrodes are easy to replace and yet their arrangement is fixed to the chest strap by the push button positions.
  • the electrical connection via push buttons is also robust and easy to manufacture.
  • the rear-side reference electrode 4 which is preferably made of carbon-impregnated silicone, is arranged opposite the widened point 21.
  • the reference electrode is about 2.5 cm wide, about the width of the belt, and about 10 cm long. This large-area carbon-impregnated silicone reference electrode 4 lies with the chest strap on the back of the wearer on the muscle strands on the left and right of the spine.
  • the reference electrode 4 and the two chest electrodes 2, 3 are each connected to the signal detection device 20 with a shielded cable 17, 18, 19 with a line cross section of approximately 0.2 mm 2 .
  • the wiring 17, 18, 19 can also be done with a simple and preferably shielded microphone cable.
  • the large-area reference electrode 4 is firmly sewn to the material of the chest strap, for example neoprene or another fabric.
  • the breast-side electrodes 2, 3 are arranged on push buttons, which can simultaneously establish an electrical connection with the wiring 18, 19.
  • Fig. 2 shows the operation of the back-side reference electrode 4. Due to the flexible and large-scale design of the reference electrode 4, which rests on a body surface 6 of a body 7, moisture 5, for example by perspiration of the wearer during athletic movement, between the electrode and the Body accumulates.
  • the reference diode 4 is made of a water-impermeable plastic, for example silicone
  • the moisture 5 which is emitted by the body through the body surface 6 collects and leads to a particularly low contact resistance between the body 7 and the reference diode 4.
  • Carbon which is introduced into the plastic, is particularly suitable.
  • the reference electrode is alternatively composed of several parts, for example two carbon-impregnated silicone electrodes of about 80x40mm, which are attached to the belt so that they rest on the corresponding muscle strands.
  • an electrode made of carbon fabric can be used, which is itself integrated in the belt structure.
  • a strip of about 250x40mm is then placed on the back of the belt between the ends of the remaining belt terials sewn, riveted or otherwise attached.
  • the rivets can advantageously also serve as a connecting element between the electrode material (for example carbon fiber fabric or the aforementioned silicone electrode) and the wiring. Contact through riveting is particularly hard-wearing.
  • FIG. 3 shows a block diagram of a preferred embodiment of the signal detection device 20.
  • the signal detection device 20 has a differential amplifier 9, to which the breast-side electrodes 2, 3 are coupled, the potential of the reference electrode 4 serving as a so-called virtual ground as the reference potential.
  • the differential amplifier 9 supplies an amplified electrical voltage to an analog-digital converter 10, which digitizes the electrical voltage and outputs it as digital data 11 to an evaluation device 12.
  • the evaluation device 12 is coupled to a memory 22, which can be a flash RAM, for example.
  • the evaluation device 12 supplies an evaluation result 13, which is transmitted wirelessly 15 to an external reception device 16 via a transceiver 14.
  • the differential amplifier 9 receives the very weak electrical signals from the breast-side electrodes 2, which are referenced to the potential of the reference electrode 4, amplifies them and forwards them to the analog-digital converter 10.
  • the input signals are typically in the range of less than one millivolt.
  • the differential amplifier 9 raises these signals to a level of approximately one volt, so that these can be processed by the analog-digital converter 10.
  • the analog-to-digital converter 10 digitizes the data supplied by the differential amplifier 9, preferably with a resolution of 12 bits and a sampling rate of approximately 500 to 1000 samples per second. In order for these data to be considered reliable, the sampling rate should be at least 200 times the respective heartbeat rate. From about 120 samples per heartbeat, an analysis of the heights and the course of the heart stimulation curve is possible.
  • the digitized data 11 are processed by the evaluation device 12 and, if appropriate, stored in a buffer 22. Since the evaluation device 12 is coupled to the transceiver 14, it can also execute external commands which were transmitted wirelessly to the transceiver 14 by an external receiving device 16.
  • the evaluation device 12 can for example be designed as a digital signal processor or have a programmable processor.
  • the evaluation device 12 delivers a so-called heart portrait or the corresponding digital data as the evaluation result 13.
  • a heart portrait visualizes the
  • the evaluation device 12 can be designed as a digital signal processor that receives the digital data 11 first filters and carries out noise discrimination.
  • the ECG signal obtained in this way can now also be transmitted wirelessly directly to an external receiving device 16 by means of the transceiver 14, or can already be evaluated in the form of the aforementioned heart portrait in the signal detection device 20 and then transmitted to an external receiving device 16 via the transceiver 14 become.
  • commands can also be sent from the outside wirelessly via the transceiver 14 to the evaluation device 12, which then provides, for example, only the raw ECG data or pre-evaluated data. The transmission of data is therefore bidirectional.
  • the determination and evaluation of stress parameters requires a particularly high signal quality or quality of the electrocardiogram data. Therefore, the combination according to the invention of the breast-side electrodes 2, 3 and the back-side reference electrode 4 is particularly critical.
  • the chest strap can also be equipped with other commercially available chest electrodes.
  • an input amplifier or differential amplifier with a particularly high input resistance compensates for a poorer contact resistance between the respective electrode and the body surface.
  • a ratio of over about 20: 1 of input wi- the state of the differential amplifier on the contact resistance of the breast electrodes in a chest belt according to the invention provides signals of heart excitation curves which are suitable for further processing according to the invention.
  • a typical input resistance is approx. 70 megohms.
  • FIG. 4 shows a heart excitation curve of a test person (4A: resting test person, 4B: test person in motion), the curves being recorded on dry skin with two breast-side Hi-Q bioelectrodes and a reference electrode made of carbon-impregnated silicone.
  • FIG. 5 shows a heart excitation curve of a test person with damp skin (5A: resting test person: 5B: test person in motion), which was recorded with the same electrode combination as in FIG. 4.
  • the use of the Hi-Q bioelectrodes reduces interference with the signals due to the triboelectric or frictional electrical effect that occurs when electrodes are applied to the body surface. and slip and at the same time there is a high contact resistance.
  • This is suppressed in the use of the Hi-Q bioelectrodes according to the invention in that the corresponding breast-side electrodes 2, 4 have a reinforcement layer with an electrical conductivity on the side facing the body, the reinforcement layer being capable of absorbing water and giving off water. When the electrodes and thus also the reinforcement layer move, water is released towards the body surface 7 and good contact is established between the body 7 and the electrode 4.
  • the medical chest strap according to the invention has non-adhesive electrodes, use in the fitness area in particular is only possible.
  • the chest strap according to the invention can also be worn over sports clothing with a high degree of wearing comfort and yet detects electrical signals with sufficiently reliable quality, as a result of which the stress level or stress level of the heart or the athlete during the training of an athlete can be assessed overall.
  • Compared with commercially available heart rate monitor belts of the inventive medical chest strap allows an improved control and monitoring of the Ge ⁇ sundheitsShes of the carrier.
  • FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the chest belt according to the invention.
  • a diagonal shoulder strap D is provided, which is attached to a point D1 adjacent to the front of the body and to a point D2 adjacent to the back of the body of the chest strap.
  • the diagonal strap is more comfortable because it is stretched over one of the wearer's two shoulders and tells the wearer that the belt cannot slide down.
  • the diagonal strap is sewn on, interwoven or connected to the base belt with any fastener that clings to the circumference of the body.
  • the base belt consists of three modules A, B, C, which can be connected to one another and thus form the circumference of the chest belt.
  • a first module carries the signal detection device 20 with the corresponding electronics or the transmission device, transceiver, analog-digital converter, evaluation device and differential amplifier as well as the appropriate power supply.
  • a second module B carries a first breast electrode 3 and the large-area reference electrode 4 with appropriate wiring.
  • the transition Y or the link Y (not explicitly shown here) between the modules A, B can, for example, as can happen with a push-button combination, ⁇ tall inconvenience snaps me the electrical connection Zvi ⁇ rule electrodes 3, 4 and the wiring and the signal detection apparatus 20 in the module A be produced.
  • Other usual plug connections are also possible.
  • the belt carrier material can be connected with Velcro fasteners or other conventional buckles or connecting means.
  • the second breast electrode 2 is provided in or on or on the third module C.
  • a connection X, Y, Z between the modules A, B, C is indicated schematically here by a dashed line. Snap fasteners, Velcro fasteners, buckles or buttons are only examples of possible connection means.
  • the medical chest strap is not limited to the dimensions shown in FIG. 1.
  • the use of a chest strap according to the invention is not limited to the human medical field, but can also be used in animals whose stress or fitness or state of health is to be monitored.
  • the chest strap according to the invention does not have to have the Hi-Q bioelectrodes mentioned.
  • Any type of non-stick electrodes can be used which has a sufficient electrical property, namely a frictional electrical one Effect suppresses and provides a good contact property with the body surface.
  • the breast electrodes can also consist of sensors with extremely high input resistances that detect an electrical potential even up to a few cm from the body, as described in "Remote detection of human electro-cephalograms and ultrahigh input impedance electric potential sensors" by CJ Harland, T.D. Clark, R.J. Prance in Applied Physics letters volume 81 (2002), pp. 3284 is reported.
  • the transmission technology of the transceiver is not limited to Bluetooth, but numerous other methods for wireless data transmission, such as ZigBee and radio frequency carriers are possible.
  • the analysis of the ECG data does not have to be in the form of a heart portrait, but other methods for determining stress parameters, for example from the analysis of the heart rate variability, are also conceivable.
  • modules of the chest strap in the modular embodiment can be adapted to any desired division.

Abstract

The invention relates to a medical chest belt comprising a signal detection unit for detecting electrical signals on a body surface, two electrodes which face the chest, are non-adhesive, and are provided with a reinforcement layer that is electrically conductive on the side facing the body and is capable of absorbing and eliminating water, as well as a reference electrode located on the rear face. Said reference electrode is embodied so as to cover a large area and in a flexible manner such that moisture eliminated by the body accumulates between the reference electrode and the body while creating low transition resistance between the body and the reference electrode.

Description

Beschreibungdescription
Medizinischer BrustgurtMedical chest strap
Die vorliegende Erfindung betrifft einen medizinischen Brustgurt zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche .The present invention relates to a medical chest strap for detecting electrical signals on a body surface.
Elektrische Signale auf einer Körperoberfläche, insbesondere des menschlichen Körpers, lassen auf die elektrische Reizausbreitung im Herzen und dessen Belastungs- und Gesundheitszustand schließen. Im klinischen Bereich werden die elektrischen Spannungen auf der Körperoberfläche von einer Reihe von Elektroden auf dem Brustkorb sowie an den Armen und Beinen erfasst.Electrical signals on a surface of the body, especially the human body, indicate the electrical spread of stimuli in the heart and its stress and health status. In the clinical area, the electrical voltages on the body surface are recorded by a series of electrodes on the chest as well as on the arms and legs.
Ein Elektro-Kardiogramm ist dann die zeitliche Registrierung des vom Herzen ausgehenden zeitlich veränderlichen elektrischen Vektors auf der Körperoberfläche. Charakteristische Spannungshöhen bzw. -Tiefen eines Elektro-Kardiogramms sind mit Buchstaben bezeichnet. Für die ärztliche Interpretation spielen dabei die absoluten Höhen dieser Spannungen, ihre zeitlichen Abstände zueinander, sowie ihre Steilheit und Dauer die entscheidende Rolle. Aus diesen Parametern lassen sich viele krankhafte Veränderungen des Herzens diagnostizieren und auch, z.B. während sportlicher Betätigung, die Belastung des Herzens.An electrocardiogram is then the temporal registration of the time-varying electrical vector from the heart on the surface of the body. Characteristic voltage levels or depths of an electrocardiogram are identified by letters. The absolute levels of these tensions, their time intervals, as well as their steepness and duration play a decisive role for medical interpretation. Many pathological changes in the heart can be diagnosed from these parameters and also, e.g. during exercise, strain on the heart.
Ferner lässt die elektrische Signalverlaufskurve eine Analyse der Herzfrequenzvariabilität zu. Auch daraus lassen sichFurthermore, the electrical signal curve allows an analysis of the heart rate variability. This can also be done
Stresszustände bzw. die allgemeine Kondition des Herzens oder Körpers erkennen. Besonders im Fitnessbereich, z.B. um eine Trainingssituation anzupassen, ist eine Erfassung der Stresssituation für das Herz bzw. für den Körper des Sportlers erwünscht.Recognize stressful conditions or the general condition of the heart or body. Particularly in the fitness area, for example to adapt a training situation, it is desirable to record the stress situation for the heart or for the body of the athlete.
Allerdings sind stehende medizinische Anordnungen zur Erfassung von elektrischen Signalen auf der Körper- bzw. Sportleroberfläche eher ungeeignet. Sie erfordern eine aufwendige Verkabelung und das Anbringen geeigneter, meist haftender, Elektroden am Körper. Dadurch ist jedoch die Bewegung teil- weise eingeschränkt und somit die sportliche Betätigung beeinträchtigt. Daher sind derartige Anordnungen im Bereich des breiten Sports ungeeignet.However, standing medical arrangements for detecting electrical signals on the body or athlete's surface are rather unsuitable. They require complex wiring and the attachment of suitable, mostly adhesive electrodes on the body. As a result, however, movement is sometimes restricted and sporting activities are impaired. Such arrangements are therefore unsuitable in the field of wide sports.
Aus der EP 1 090 583 AI ist zwar ein Elektrodengurt bekannt, mittels dessen die Herzschlagrate erfasst werden kann, die Erfassung von komplexeren elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche ist jedoch nicht möglich. Demgemäß ist ein Elektrodengurt vorgesehen, der dem Sportler um die Brust herum angelegt wird und zwei Elektroden aufweist.Although an electrode belt is known from EP 1 090 583 A1, by means of which the heartbeat rate can be detected, the detection of more complex electrical signals on a body surface is not possible. Accordingly, an electrode belt is provided, which is worn around the chest of the athlete and has two electrodes.
Bei in Brustgurten angeordneten Elektroden besteht die besondere Schwierigkeit darin, einen guten Kontakt zwischen der Körperoberfläche und der Elektrode zu erreichen und gleichzeitig die Bewegung des Sportlers nicht wesentlich einzu- schränken und so einen hohen Tragekomfort zu schaffen. Um echte Stresszustände bzw. Belastungszustände des Probanden feststellen zu können, muss zudem die Signalqualität auch während der intensiven sportlichen Bewegung gleichbleibend hoch sein.With electrodes arranged in chest straps, the particular difficulty lies in achieving good contact between the body surface and the electrode and at the same time not significantly restricting the movement of the athlete and thus creating a high level of comfort. In order to be able to determine real stress states or stress states of the test person, the signal quality must also be consistently high even during intensive sporting movement.
Das Dokument US 4,122,843 offenbart einen Gurt mit drei scheibenförmigen Gummielektroden, welcher zur Aufnahme von Elektrokardiogrammen verwendet werden kann. Dabei ist eine der drei Elektroden als Referenzelektrode vorgesehen. Ein guter Kontakt zwischen Körper und Oberfläche und Elektroden wird hier durch einen besonders hohen Druck erreicht, mit dem die Elektroden auf die Körperoberfläche gepresst werden, was den Tragekomfort beeinträchtigen kann.US 4,122,843 discloses a belt with three disc-shaped rubber electrodes, which can be used to record electrocardiograms. One of the three electrodes is provided as a reference electrode. Good contact between body and surface and electrodes is achieved here by a particularly high pressure with which the electrodes are pressed onto the surface of the body, which can impair comfort.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen medi- zinischen Brustgurt zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche zu schaffen, wobei die Signalqualität über einen weiten Bereich von Anwendungsbedingungen, insbesondere bei sportlicher Betätigung des Anwenders, genügend hoch ist, um eine Herzerregungskurve zu bestimmen. Fer- ner soll der Brustgurt einen hohen Tragekomfort aufweisen und vielfältig einsetzbar sein.It is therefore an object of the present invention to provide a medical chest strap for detecting electrical signals on a body surface, the signal quality being sufficiently high over a wide range of application conditions, in particular when the user is exercising, to determine a heart stimulation curve , The chest strap should also be extremely comfortable to wear and can be used in a variety of ways.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen medizinischen Brustgurt nach Anspruch 1 gelöst.According to the invention the object is achieved by a medical chest strap according to claim 1.
Demgemäß ist ein medizinischer Brustgurt mit einer Signalerfassungseinrichtung zur Erfassung von elektrischen Signalen auf einer Körperoberfläche vorgesehen, welche zwei brustsei- tige Elektroden, vorzugsweise mit hohem Eingangswiderstand, und eine rückenseitige Referenzelektrode aufweist. Die brustseitigen Elektroden sind nichthaftend ausgeführt und weisen auf der dem Körper zugewandten Seite eine Verstärkungsschicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahme- und wasserabgabefähig ist. Die Referenzelektrode ist derart großflächig und flexibel ausgeführt, dass sich von dem Körper abgegebene Feuchte zwischen der Referenzelektrode und dem Körper akkumuliert und so einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper und der Referenzelektrode schafft.Accordingly, a medical chest strap is provided with a signal detection device for detecting electrical signals on a body surface, which has two breast-side electrodes, preferably with a high input resistance, and a back-side reference electrode. The electrodes on the breast side are non-adhesive and have a reinforcing layer with an electrical conductivity on the side facing the body, the reinforcing layer being capable of absorbing and releasing water. The reference electrode is of such a large and flexible design that moisture emitted by the body accumulates between the reference electrode and the body and thus one creates low contact resistance between the body and the reference electrode.
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, mit- tels der rückenseitigen Referenzelektrode Störungen und Rauschen in den elektrischen Signalen weitestgehend zu unterdrücken. Die erfindungsgemäße Kombination der zwei brustseitigen Elektroden, die einen hohen Eingangswiderstand aufweisen, mit der rückenseitigen Referenzelektrode erlaubt das Er- fassen von vollständigen Herzerregungskurven des Gurtträgers.The idea on which the invention is based is to largely suppress interference and noise in the electrical signals by means of the reference electrode on the back. The combination according to the invention of the two breast-side electrodes, which have a high input resistance, with the back-side reference electrode allows the detection of complete heart excitation curves of the belt wearer.
Die Verwendung der brustseitigen Elektroden hat den Vorteil, dass bei Bewegung des Trägers des medizinischen Brustgurtes die Verstärkungsschicht Wasser bzw. Feuchtigkeit abgibt und so einen triboelektrischen Effekt unterdrückt. Dadurch wird die Signalqualität erheblich verbessert, da Störungen aufgrund von elektrischer Aufladung durch die Bewegung bzw. Reibung zwischen Elektroden, Brustgurtmaterial, angelegter Kleidung und/oder dem Körper stark vermindert wird.The use of the breast-side electrodes has the advantage that when the wearer of the medical chest belt moves, the reinforcement layer releases water or moisture and thus suppresses a triboelectric effect. This considerably improves the signal quality, since interference due to electrical charging caused by the movement or friction between electrodes, chest strap material, wearing clothes and / or the body is greatly reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die rückenseitige Referenzelektrode großflächig und flexibel ausgeführt und weist leitfähiges Material auf. Durch die flexible Ausführung schmiegt sich die rückenseitige Referenzelektrode gut an den Körper des Trägers an und sorgt dadurch für einen verbesserten Tragekomfort. Dadurch kann sie großflächig ausgeführt sein, und sie lässt sich im Produktionsprozess des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes leicht in diesen einfügen.According to an advantageous embodiment, the back-side reference electrode has a large area and is flexible and has conductive material. Due to the flexible design, the reference electrode on the back hugs the body of the wearer and thus ensures improved wearing comfort. As a result, it can have a large area, and it can easily be inserted into the medical chest strap according to the invention during the production process.
Die erfindungsgemäße Ausführung der Referenzelektrode hat den Vorteil, dass selbst bei Kleidung zwischen dem Brustgurt und der Körperoberfläche Feuchtigkeit zwischen der Referenzelek- trode und dem Körper entsteht, die die Leitfähigkeit der Strecke zwischen Referenzelektrode und den elektrischen Signalen auf der Körperoberfläche erhöht und somit eine bessere Signalqualität schafft. In einer besonders bevorzugten Aus- führungsform weist die Referenzelektrode kohlenstoffimprägniertes Silikon auf.The embodiment of the reference electrode according to the invention has the advantage that, even in the case of clothing between the chest strap and the body surface, moisture between the reference electrode trode and the body arises, which increases the conductivity of the path between the reference electrode and the electrical signals on the body surface and thus creates better signal quality. In a particularly preferred embodiment, the reference electrode has carbon-impregnated silicone.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des medizinischen Brustgurtes weist der Brustgurt Neopren auf. Neopren ist ein im Fitnessbereich vielseitig eingesetztes Material, welches leicht zu verarbeiten ist, wasserabweisend ist und einen hohen Tragekomfort bietet.In a further advantageous embodiment of the medical chest strap, the chest strap has neoprene. Neoprene is a versatile material used in the fitness area, which is easy to work with, is water-repellent and offers a high level of comfort.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die brustseitigen Elektroden auf den Brustgurt aufsteckbar. Dadurch lassen sich die brustseitigen Elektroden leicht entfernen und austauschen, falls diese mangelhaft sind, oder durch Elektroden anderer Hersteller ausgetauscht werden sollen. Der erfindungsgemäße Brustgurt lässt sich so auch mit haftenden Elek- troden verwenden.In a preferred embodiment, the electrodes on the breast side can be plugged onto the chest belt. This makes it easy to remove and replace the breast electrodes if they are defective or to be replaced by electrodes from other manufacturers. The chest strap according to the invention can thus also be used with adhesive electrodes.
Vorteilhafterweise sind die Elektroden in dem erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurt so angeordnet, dass bei einem an den Körper angelegten Brustgurt die brustseitigen Elektroden jeweils links und rechts des Brustbeins (Sternum) auf den unteren Rippenbögen anliegen, und die rückenseitige Referenzelektrode liegt zumindest auf einem der Rückenmuskulaturstränge seitlich der Wirbelsäule an. Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den entscheidenden Vorteil, dass insbesondere bei weiblichen Trägern der Tragekomfort besonders hoch ist, weil die Brustpartie von dem Gurt nicht überdeckt ist. Zudem ist die Position der Referenzelektrode auf einem Muskelstrang, der eine weiche Auflagefläche bietet, von Vorteil, da so die Referenzelektrode besonders gut anschmiegbar ist und so einen besonders niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper und der Referenzelektrode schafft. In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes weist die Signalerfassungseinrichtung einen Differenzverstärker auf, der eine elektrische Spannung zwischen den beiden brustseitigen Elektroden verstärkt ausgibt, wobei das Potential der rückenseitigen Referenzelektro- de als Referenzpotential dient. Das Nutzen des Potentials der rückenseitigen Referenzelektrode als sogenannte virtuelle Masse schaltet Störungen durch Störfelder weitestgehend aus und erhöht die Signalqualität.Advantageously, the electrodes in the medical chest strap according to the invention are arranged in such a way that, when the chest strap is attached to the body, the breast electrodes on the left and right of the breastbone (sternum) rest on the lower costal arches, and the back reference electrode lies at least on one of the back muscles Spine. This arrangement according to the invention has the decisive advantage that, particularly in the case of female wearers, the wearing comfort is particularly high because the chest area is not covered by the belt. In addition, the position of the reference electrode on a muscle strand that offers a soft contact surface is advantageous because so the reference electrode is particularly well nestled and thus creates a particularly low contact resistance between the body and the reference electrode. In a preferred development of the medical chest strap according to the invention, the signal detection device has a differential amplifier which outputs an electrical voltage between the two breast-side electrodes, the potential of the back-side reference electrode serving as the reference potential. The use of the potential of the rear reference electrode as a so-called virtual ground largely eliminates interference from interference fields and increases the signal quality.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen medizinischen Brustgurtes weist die Ξignalerfassungs- einrichtung einen Analog-Digital-Wandler zum Digitalisieren der elektrischen Spannung und zur Ausgabe digitaler Daten auf. Ferner ist vorteilhaft eine Auswerteeinrichtung zur Ana- lyse der digitalen Daten vorgesehen, wobei die Auswerteeinrichtung ein Auswerteergebnis liefert. Besonders vorteilhafterweise erstellt die Auswerteeinrichtung ein Herzportrait . Ein Herzportrait ist eine farbige dreidimensionale Darstellung eines Elektro-Kardiogrammes und signalisiert den Zustand des Herzmuskels sowie die Intensität der Stressbelastung des getesteten Herzens.In a further advantageous development of the medical chest strap according to the invention, the signal detection device has an analog-digital converter for digitizing the electrical voltage and for outputting digital data. Furthermore, an evaluation device for analyzing the digital data is advantageously provided, the evaluation device providing an evaluation result. The evaluation device particularly advantageously creates a heart portrait. A heart portrait is a colored three-dimensional representation of an electrocardiogram and signals the condition of the heart muscle and the intensity of the stress load on the heart being tested.
In noch einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des medizinischen Brustgurtes gemäß der Erfindung ist ein Transceiver zum drahtlosen Übertragen der digitalen Daten oder des Auswerteergebnisses an eine externe Empfangseinrichtung vorgesehen. Dieser Transceiver ist vorteilhafterweise ein Bluetooth- Transceiver. Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhafterweise an den Transceiver gekoppelt und führt von dem Transceiver empfangene externe Kommandos aus. Bevorzugt sind der Differenzverstärker, Analog-Digital-Wandler, Transceiver und/oder die Auswerteeinrichtung zwischen den brustseitigen Elektroden angeordnet.In yet another advantageous development of the medical chest strap according to the invention, a transceiver for wireless transmission of the digital data or the evaluation result to an external receiving device is provided. This transceiver is advantageously a Bluetooth transceiver. The evaluation device is advantageous coupled to the transceiver and executes external commands received from the transceiver. The differential amplifier, analog-digital converter, transceiver and / or the evaluation device are preferably arranged between the breast-side electrodes.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die brustseitigen Elektroden symmetrisch um die auf dem Brustbein aufliegende Signalerfassungseinrichtung angeordnet sind und über jeweils gleich lange Leitungen an den Differenzverstärker gekoppelt sind. Durch diese symmetrische Platzierung ist der Abstand zur jeweiligen brustseitigen Elektrode minimiert und weniger fehleranfällig. Da die rückenseitige Referenzelektrode als virtuelle Masse eingesetzt ist stört ein längerer Verbin- dungsweg dorthin nicht wesentlich.It is particularly advantageous if the breast-side electrodes are arranged symmetrically around the signal detection device resting on the breastbone and are coupled to the differential amplifier via lines of the same length in each case. This symmetrical placement minimizes the distance to the respective breast-side electrode and is less prone to errors. Since the back-side reference electrode is used as a virtual ground, a longer connection path to it does not significantly interfere.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Brustgurt einen diagonalen Schultertrageriemen auf, der an einer der Körpervorderseite anliegenden Stelle und an einer der Körperrücken- seite anliegenden Stelle am Umfang des Brustgurtes befestigt ist. Ein derartiger Diagonalriemen verbessert den Tragekomfort und gleichzeitig durch eine bessere Sicherung gegen Verrutschen und Reiben auf der Körperoberfläche für eine erhöhte Signalqualität .In a further embodiment, the chest strap has a diagonal shoulder strap which is fastened at a point adjacent to the front of the body and at a point adjacent to the back of the body on the circumference of the chest strap. Such a diagonal strap improves wearing comfort and, at the same time, provides better protection against slipping and rubbing on the body surface for increased signal quality.
Vorteilhafter Weise ist der Brustgurtumfang aus mindestens zwei Modulen, die aneinander verbindbar sind, zusammengesetzt. Dadurch können Teile, insbesondere Module, die die Erfassungseinrichtung oder Elektroden tragen ausgetauscht wer- den. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.The chest belt circumference is advantageously composed of at least two modules which can be connected to one another. As a result, parts, in particular modules, which carry the detection device or electrodes can be exchanged. Further advantageous refinements and developments of the invention are the subject of the dependent claims and the description with reference to the drawings.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt dabei:The invention is explained below with reference to the exemplary embodiments given in the schematic figures. It shows:
Fig. 1 eine beispielhafte Darstellung des Brustgurtes;Figure 1 is an exemplary representation of the chest strap.
Fig. 2 eine Referenzelektrode auf einem Körper;2 shows a reference electrode on a body;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Signalerfassungseinrichtung;Fig. 3 is a block diagram of a signal detection device;
Fig. 4-5 Spannungsverläufe, die mit verschiedenen Elektrodenkombinationen aufgenommen sind; undFig. 4-5 voltage curves, which are recorded with different electrode combinations; and
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform des Brustgurtes.Fig. 6 shows another embodiment of the chest strap.
Die Fig. 1 zeigt einen medizinischen Brustgurt 1, der beispielsweise aus Neopren gefertigt ist, eine Breite von etwa 3 cm aufweist und die Länge eines typischen Brustumfangs hat Zur Weitenverstellung ist eine Schnalle 8 vorgesehen. Um die bevorzugten Positionen der Elektroden am Brustumfang des Trägers, wie oben beschrieben, zu erreichen sind auch weitere Schnallen zur Weitenverstellung, beispielsweise an der Körperseite, vorhaltbar. Der Gurt kann auch aus sehr elastischem Material fertigbar sein, so dass die vorteilhaften Po- sitionen durch ein "verzerren" des Gurtes erreicht wird. Besonders bevorzugte Ausführungsformen weisen ein Gurtmaterial auf, das mehrlagig ist, und ermöglicht, zwischen den Lagen eine Verdrahtung gegen äußere Einflüsse geschützt zur Auswer- teelektronik zu führen. Zudem bietet beispielsweise eine "doppelte" Ausführung des Gurtmaterials den Vorteil, dass Teile der Signalerfassungseinrichtung in einer Tasche einsteckbar sind.1 shows a medical chest strap 1, which is made, for example, of neoprene, has a width of about 3 cm and has the length of a typical chest circumference. A buckle 8 is provided for width adjustment. In order to achieve the preferred positions of the electrodes on the circumference of the wearer's chest, as described above, further buckles for width adjustment, for example on the side of the body, can also be provided. The belt can also be made of very elastic material, so that the advantageous positions are achieved by "distorting" the belt. Particularly preferred embodiments have a belt material that is multi-layered and enables wiring between the layers to be protected against external influences for evaluation. lead electronics. In addition, for example, a "double" version of the belt material has the advantage that parts of the signal detection device can be inserted in a pocket.
An der Vorderseite des medizinischen Brustgurtes 1, also der Seite, welche auf der Brust des Trägers anliegt, ist der Gurt verbreitert, um Teile der Signalerfassungseinrichtung 20 aufzunehmen. Bei angelegtem Brustgurt 1 liegt die verbreiterte Stelle 21 auf dem Brustbein des Trägers an. Links und rechts der verbreiterten Stelle 21, die im folgenden als Referenz verwendet sei, sind zwei brustseitige nichthaftende Elektroden 2, 3 vorgesehen, die etwa 12,5 cm von der verbreiterten Stelle 21 entfernt angeordnet sind. Die brustseitigen Elek- troden 2, 3 liegen bei angelegtem Brustgurt 1 auf den unteren Rippenbögen des Trägers an. Es handelt sich um nicht nichthaftende Elektroden, die einen besonders hohen Eingangswiderstand aufweisen.The belt is widened on the front side of the medical chest belt 1, that is to say the side which lies against the wearer's chest, in order to accommodate parts of the signal detection device 20. When the chest belt 1 is worn, the widened area 21 lies on the breastbone of the wearer. To the left and right of the widened area 21, which is used below as a reference, two breast-side non-adhesive electrodes 2, 3 are provided, which are arranged approximately 12.5 cm from the widened area 21. The chest electrodes 2, 3 lie on the lower rib arches of the wearer when the chest belt 1 is put on. These are non-adhesive electrodes that have a particularly high input resistance.
Die verbreiterte Stellen 21 ist bevorzugt als Tasche ausgeführt, die eine leichte Entnahme der Signalerfassungseinrichtung 20 ermöglicht.The widened locations 21 are preferably designed as a pocket that enables the signal detection device 20 to be removed easily.
Die beiden brustseitigen Elektroden sind kreisförmig mit ei- nem Durchmesser von ca. 30mm ausgeführt und haben auf der der Körperoberfläche abgewandten Seite eine männliche Druckknopfhälfte, die kugelförmig geformt ist. Der Brustgurt ist zwei- lagig gefertigt und weist an den Stellen für die brustseitigen Elektroden einen Schlitz von 22mm auf, der in eine kreis- förmige Aussparung bzw. Öffnung von 8mm Durchmesser mündet. Die Schlitze sind parallel zur Länge des Gurtes ausgeführt. Die Lage des Brustgurtmaterials, die die Außenseite bildet, also nicht auf der Körperoberfläche anliegt, weist an den Po- sitionen der brustseitigen Elektroden 2, 3, wo die kreisförmigen Öffnungen der Innenlage des Gurtes sind, jeweils eine weibliche Druckknopfhälfte auf, die mit der männlichen Druckknopfhälfte der jeweiligen Elektrode koppelt und eine elek- trische Verbindung herstellt. An die Druckknöpfe sind Kabel 19 zum Verbinden mit der Signalerfassungseinrichtung 20 befestigt. So sind die Elektroden einfach austauschbar und dennoch deren Anordnung durch die Druckknopfpositionen am Brustgurt fixiert. Die elektrische Verbindung über Druckknöpfe ist außerdem robust und einfach zu fertigen.The two breast electrodes are circular with a diameter of approx. 30 mm and have a male push button half on the side facing away from the body surface, which is spherically shaped. The chest strap is made of two layers and has a 22mm slot at the points for the chest electrodes, which opens into a circular recess or opening of 8mm diameter. The slots are made parallel to the length of the belt. The position of the chest strap material, which forms the outside, i.e. does not rest on the body surface, indicates the sitions of the breast-side electrodes 2, 3, where the circular openings of the inner layer of the belt are, each have a female push-button half, which couples with the male push-button half of the respective electrode and establishes an electrical connection. Cables 19 are attached to the push buttons for connection to the signal detection device 20. The electrodes are easy to replace and yet their arrangement is fixed to the chest strap by the push button positions. The electrical connection via push buttons is also robust and easy to manufacture.
Die rückenseitige Referenzelektrode 4, welche vorzugsweise aus kohlenstoffimprägniertem Silikon gefertigt ist, ist der verbreiterten Stelle 21 gegenüber angeordnet. Die Referenz- elektrode ist etwa 2,5 cm breit, also etwa so breit wie der Gurt, und ca. 10 cm lang. Diese großflächige kohlenstoffimprägnierte Silikon-Referenzelektrode 4 liegt bei angelegtem Brustgurt auf dem Rücken des Trägers auf den Muskelsträngen links und rechts der Wirbelsäule an.The rear-side reference electrode 4, which is preferably made of carbon-impregnated silicone, is arranged opposite the widened point 21. The reference electrode is about 2.5 cm wide, about the width of the belt, and about 10 cm long. This large-area carbon-impregnated silicone reference electrode 4 lies with the chest strap on the back of the wearer on the muscle strands on the left and right of the spine.
Die Referenzelektrode 4 sowie die zwei brustseitigen Elektroden 2, 3 sind jeweils mit einem abgeschirmten Kabel 17, 18, 19 mit einem Leitungsquerschnitt von etwa 0,2 mm2 an die Signalerfassungseinrichtung 20 verbunden. Die Verdrahtung 17, 18, 19 kann auch mit einfachem und vorzugsweise abgeschirmten Mikrofonkabel geschehen.The reference electrode 4 and the two chest electrodes 2, 3 are each connected to the signal detection device 20 with a shielded cable 17, 18, 19 with a line cross section of approximately 0.2 mm 2 . The wiring 17, 18, 19 can also be done with a simple and preferably shielded microphone cable.
Die großflächige Referenzelektrode 4 ist fest mit dem Material des Brustgurtes, beispielsweise Neopren oder einem anderen Gewebe, vernäht. Die brustseitigen Elektroden 2, 3 sind auf Druckknöpfen angeordnet, die gleichzeitig eine elektrische Verbindung mit der Verdrahtung 18, 19 herstellen können. Die Fig. 2 zeigt die Funktionsweise der rückenseitigen Referenzelektrode 4. Durch die flexible und großflächige Ausführung der Referenzelektrode 4, welche an einer Körperoberfläche 6 eines Körpers 7 anliegt, wird Feuchtigkeit 5, beispielsweise durch Schweißabsonderung des Trägers bei sportlicher Bewegung, zwischen der Elektrode und dem Körper akkumuliert. Insbesondere wenn die Referenzdiode 4 aus einem wasserundurchlässigen Kunststoff, z.B. Silikon, gefertigt ist, sammelt sich die Feuchtigkeit 5, welche von dem Körper durch die Körperoberfläche 6 abgegeben ist, und führt zu einem besonders niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper 7 und der Referenzdiode 4. Als in den Kunststoff eingebrachtes leitfähiges Material eignet sich insbesondere Kohlenstoff.The large-area reference electrode 4 is firmly sewn to the material of the chest strap, for example neoprene or another fabric. The breast-side electrodes 2, 3 are arranged on push buttons, which can simultaneously establish an electrical connection with the wiring 18, 19. Fig. 2 shows the operation of the back-side reference electrode 4. Due to the flexible and large-scale design of the reference electrode 4, which rests on a body surface 6 of a body 7, moisture 5, for example by perspiration of the wearer during athletic movement, between the electrode and the Body accumulates. In particular, if the reference diode 4 is made of a water-impermeable plastic, for example silicone, the moisture 5 which is emitted by the body through the body surface 6 collects and leads to a particularly low contact resistance between the body 7 and the reference diode 4. As Carbon, which is introduced into the plastic, is particularly suitable.
Während viele gebräuchliche Gurte oder Elektroden Kohlenfasern aufweisen, weil diese flexibel und in Gewebestrukturen einwebbar sind, wird der vermeintliche Nachteil von gummiartigen oder silikonaufweisenden kohlenstoffimprägnierten Elektroden vorteilhaft ausgenutzt. Die Feuchtigkeits- und Dampfundurchlässigkeit liefert gerade die benötigten elektrischen Eigenschaften des Systems aus Elektrode, Körperoberfläche, Feuchtigkeit und/oder dazwischenliegender Kleidung.While many common straps or electrodes have carbon fibers because they are flexible and can be woven into fabric structures, the supposed disadvantage of rubber-like or silicone-containing carbon-impregnated electrodes is advantageously used. The moisture and vapor impermeability provides the required electrical properties of the system of electrode, body surface, moisture and / or clothing in between.
Die Referenzelektrode ist alternativ aus mehreren Teilen zu- sammengesetzt, zum Beispiel aus zwei kohlenstoffimprägnierten Silikonelektroden von etwa 80x40mm, die so auf dem Gurt befestigt sind, dass sie auf den entsprechenden Muskelsträngen aufliegen.The reference electrode is alternatively composed of several parts, for example two carbon-impregnated silicone electrodes of about 80x40mm, which are attached to the belt so that they rest on the corresponding muscle strands.
Es ist auch alternativ eine Elektrode aus Karbongewebe einsetzbar, die selbst in die Gurtstruktur integriert ist. Ein Streifen von etwa 250x40mm wird dann als auf dem Rücken anliegender Gurtteil zwischen den Enden des restlichen Gurtmall terials angenäht, genietet oder auf sonstige Weise befestigt. Bei einer Vernietung können die Nieten vorteilhafterweise auch als Verbindungselement zwischen dem Elektrodenmaterial (Z.B. Kohlefasergewebe oder die vorgenannte Silikonelektrode) und der Verdrahtung dienen. Ein Kontakt durch Vernietung ist besonders strapazierfähig.Alternatively, an electrode made of carbon fabric can be used, which is itself integrated in the belt structure. A strip of about 250x40mm is then placed on the back of the belt between the ends of the remaining belt terials sewn, riveted or otherwise attached. In the case of riveting, the rivets can advantageously also serve as a connecting element between the electrode material (for example carbon fiber fabric or the aforementioned silicone electrode) and the wiring. Contact through riveting is particularly hard-wearing.
Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform der Signalerfassungseinrichtung 20.3 shows a block diagram of a preferred embodiment of the signal detection device 20.
Die Signalerfassungseinrichtung 20 weist einen Differenzverstärker 9 auf, an den die brustseitigen Elektroden 2, 3 gekoppelt sind, wobei das Potential der Referenzelektrode 4 als sogenannte virtuelle Masse als Referenzpotential dient.The signal detection device 20 has a differential amplifier 9, to which the breast-side electrodes 2, 3 are coupled, the potential of the reference electrode 4 serving as a so-called virtual ground as the reference potential.
Der Differenzverstärker 9 liefert eine verstärkte elektrische Spannung an einen Analog-Digital-Wandler 10, welcher die elektrische Spannung digitalisiert und als digitale Daten 11 an eine Auswerteeinrichtung 12 ausgibt.The differential amplifier 9 supplies an amplified electrical voltage to an analog-digital converter 10, which digitizes the electrical voltage and outputs it as digital data 11 to an evaluation device 12.
Die Auswerteeinrichtung 12 ist an einen Speicher 22 gekoppelt, der beispielsweise ein Flash-RAM sein kann. Die Auswerteeinrichtung 12 liefert ein Auswerteergebnis 13, welches über einen Transceiver 14 drahtlos 15 an eine externe Emp- fangseinrichtung 16 gesendet wird.The evaluation device 12 is coupled to a memory 22, which can be a flash RAM, for example. The evaluation device 12 supplies an evaluation result 13, which is transmitted wirelessly 15 to an external reception device 16 via a transceiver 14.
Der Differenzverstärker 9 nimmt die sehr schwachen elektrischen Signale von den brustseitigen Elektroden 2, welche auf das Potential der Referenzelektrode 4 referenziert sind, auf, verstärkt sie und leitet sie an den Analog-Digital-Wandler 10 weiter. Die Eingangssignale liegen typischerweise in einem Bereich von unter einem Millivolt. Der Differenzverstärker 9 hebt diese Signale auf ein Niveau auf etwa ein Volt an, so dass diese von dem Analog-Digital-Wandler 10 verarbeitet werden können.The differential amplifier 9 receives the very weak electrical signals from the breast-side electrodes 2, which are referenced to the potential of the reference electrode 4, amplifies them and forwards them to the analog-digital converter 10. The input signals are typically in the range of less than one millivolt. The differential amplifier 9 raises these signals to a level of approximately one volt, so that these can be processed by the analog-digital converter 10.
Der Analog-Digital-Wandler 10 digitalisiert die vom Diffe- renzverstärker 9 gelieferten Daten vorzugsweise bei einer Auflösung von 12 Bit und einer Abtastrate von etwa 500 bis 1000 Abtastungen pro Sekunde. Damit diese Daten als zuverlässig gelten können, sollte die Abtastrate mindestens das 200- fache der jeweiligen Herzschlagrate aufweisen. Ab etwa 120 Abtastungen pro Herzschlag ist eine Analyse der Höhen und des Verlaufs der Herzerregungskurve möglich.The analog-to-digital converter 10 digitizes the data supplied by the differential amplifier 9, preferably with a resolution of 12 bits and a sampling rate of approximately 500 to 1000 samples per second. In order for these data to be considered reliable, the sampling rate should be at least 200 times the respective heartbeat rate. From about 120 samples per heartbeat, an analysis of the heights and the course of the heart stimulation curve is possible.
Die digitalisierten Daten 11 werden von der Auswerteeinrichtung 12 verarbeitet und gegebenenfalls in einem Zwischenspei- eher 22 abgelegt. Da die Auswerteeinrichtung 12 an den Transceiver 14 gekoppelt ist, kann diese auch externe Kommandos, welche von einer externen Empfangseinrichtung 16 drahtlos an den Transceiver 14 übermittelt wurden, ausführen. Die Auswerteeinrichtung 12 kann beispielsweise als ein digitaler Si- gnalprozessor ausgeführt sein oder einen programmierbaren Prozessor aufweisen.The digitized data 11 are processed by the evaluation device 12 and, if appropriate, stored in a buffer 22. Since the evaluation device 12 is coupled to the transceiver 14, it can also execute external commands which were transmitted wirelessly to the transceiver 14 by an external receiving device 16. The evaluation device 12 can for example be designed as a digital signal processor or have a programmable processor.
Zum Beispiel liefert die Auswerteeinrichtung 12 als Auswerteergebnis 13 ein sogenanntes Herzportrait bzw. die entspre- chenden digitalen Daten. Ein Herzportrait visualisiert dieFor example, the evaluation device 12 delivers a so-called heart portrait or the corresponding digital data as the evaluation result 13. A heart portrait visualizes the
Erregungsleitung des Herzmuskels in Form einer dreidimensionalen farbigen Animation. Das entsprechende Verfahren zur Darstellung der elektrischen Signale bzw. des Elektro- Kardiogramms ist von der Anmelderin als europäisches Patent EP 1 047 987 Bl geschützt.Conduction of the heart muscle in the form of a three-dimensional colored animation. The corresponding method for displaying the electrical signals or the electrocardiogram is protected by the applicant as a European patent EP 1 047 987 B1.
Insbesondere kann die Auswerteeinrichtung 12 als ein digitaler Signalprozessor ausgeführt sein, der die digitalen Daten 11 zunächst filtert und eine Rauschdiskriminierung durchführt. Das so erhaltene EKG-Signal kann nun auch direkt mittels dem Transceiver 14 drahtlos an eine externe Empfangseinrichtung 16 gesendet werden oder aber auch beispielsweise in Form des vorgenannten Herzportraits bereits in der Signalerfassungseinrichtung 20 ausgewertet werden und dann über den Transceiver 14 an eine externe Empfangseinrichtung 16 übermittelt werden. Darüber hinaus können auch Kommandos von außen drahtlos über den Transceiver 14 an die Auswerteeinrich- tung 12 gesendet werden, die daraufhin beispielsweise lediglich die EKG-Rohdaten oder vorausgewertete Daten bereitstellt. Die Übermittlung von Daten erfolgt also bidirektional .In particular, the evaluation device 12 can be designed as a digital signal processor that receives the digital data 11 first filters and carries out noise discrimination. The ECG signal obtained in this way can now also be transmitted wirelessly directly to an external receiving device 16 by means of the transceiver 14, or can already be evaluated in the form of the aforementioned heart portrait in the signal detection device 20 and then transmitted to an external receiving device 16 via the transceiver 14 become. In addition, commands can also be sent from the outside wirelessly via the transceiver 14 to the evaluation device 12, which then provides, for example, only the raw ECG data or pre-evaluated data. The transmission of data is therefore bidirectional.
Die Ermittlung und Auswertung von Stressparametern erfordert eine besonders hohe Signalqualität bzw. Qualität der Elektro- Kardiogram -Daten. Daher ist die erfindungsgemäße Kombination der brustseitigen Elektroden 2, 3 und der rückenseitigen Referenzelektrode 4 besonders kritisch.The determination and evaluation of stress parameters requires a particularly high signal quality or quality of the electrocardiogram data. Therefore, the combination according to the invention of the breast-side electrodes 2, 3 and the back-side reference electrode 4 is particularly critical.
Bei Untersuchungen der Anmelderin hat sich eine Kombination von sogenannten Hi-Q-Bioelektroden des kanadischen Herstellers Advanced Bioelectric Corporation als brustseitige Elektroden 2, 3 und eine flexible großflächige kohlenstoffimprä- gnierte Silikon-Elektrode als rückenseitige Referenzelektrode 4 als besonders vorteilhaft erwiesen.In investigations by the applicant, a combination of so-called Hi-Q bioelectrodes from the Canadian manufacturer Advanced Bioelectric Corporation as breast-side electrodes 2, 3 and a flexible, large-area carbon-impregnated silicone electrode as rear-side reference electrode 4 have proven to be particularly advantageous.
Der Brustgurt kann jedoch auch mit anderen handelsüblichen Brustelektroden bestückt sein. Ein Eingangsverstärker bzw. Differenzverstärker mit besonders hohem Eingangswiderstand kompensiert erfindungsgemäß einen schlechteren Übergangswiderstand zwischen der jeweiligen Elektrode und der Körperoberfläche. Ein Verhältnis von über etwa 20:1 von Eingangswi- derstand des Differenzverstärkers zu Übergangswiderstand der Brustelektroden liefert in einem Brustgurt gemäß der Erfindung Signale von Herzerregungskurven, die sich zur weiteren erfindungsgemäßen Verarbeitung eignen. Ein typischer Ein- gangswiderstand beträgt ca. 70 Megaohm.However, the chest strap can also be equipped with other commercially available chest electrodes. According to the invention, an input amplifier or differential amplifier with a particularly high input resistance compensates for a poorer contact resistance between the respective electrode and the body surface. A ratio of over about 20: 1 of input wi- the state of the differential amplifier on the contact resistance of the breast electrodes in a chest belt according to the invention provides signals of heart excitation curves which are suitable for further processing according to the invention. A typical input resistance is approx. 70 megohms.
Die Fig. 4 zeigt eine Herzerregungskurve einer Testperson (4A: ruhende Testperson, 4B: Testperson in Bewegung), wobei die Kurven bei trockener Haut mit zwei brustseitigen Hi-Q- Bioelektroden und einer Referenzelektrode aus kohlenstoffimprägniertem Silikon aufgenommen wurden.FIG. 4 shows a heart excitation curve of a test person (4A: resting test person, 4B: test person in motion), the curves being recorded on dry skin with two breast-side Hi-Q bioelectrodes and a reference electrode made of carbon-impregnated silicone.
Die Fig. 5 zeigt eine Herzerregungskurve einer Testperson mit feuchter Haut (5A: ruhende Testperson: 5B: Testperson in Be- wegung) , die mit derselben Elektrodenkombination wie in Figur 4. erfasst wurde.FIG. 5 shows a heart excitation curve of a test person with damp skin (5A: resting test person: 5B: test person in motion), which was recorded with the same electrode combination as in FIG. 4.
Anhand von Fig. 4 und 5 ist erkennbar, dass der Signal-Rauschabstand bei feuchter Haut, z.B. durch den schwitzenden Träger bei sportlicher Betätigung bedingt, höher ist als im Ruhezustand der Testperson. Obwohl in beiden Fällen (Fig. 4A, 5A und Fig. 4B, 5B) durch die Bewegung zusätzliche Störsignale auftreten, die beispielsweise durch triboe- lektrischen Effekte oder die Wirkung des Körpers oder der Verdrahtung der Elektroden als Antenne für Störfelder, beispielsweise Mobilfunk, Radio oder andere Sender herrühren, ist die Signalqualität ausreichend, um die Charakteristika einer vollständigen Herzerregungskurve darzustellen.4 and 5 it can be seen that the signal-to-noise ratio when the skin is moist, e.g. due to the sweaty wearer during sporting activities, is higher than when the test person is at rest. Although in both cases (FIGS. 4A, 5A and 4B, 5B) additional interference signals occur due to the movement, for example due to triboelectric effects or the effect of the body or the wiring of the electrodes as an antenna for interference fields, for example mobile radio or radio or other transmitters, the signal quality is sufficient to represent the characteristics of a complete heart stimulation curve.
Insbesondere die Verwendung der Hi-Q-Bioelektroden (siehe auch WO 02/065905 AI) vermindert eine Störung der Signale durch den triboelektrischen bzw. reibungselektrischen Effekt, der auftritt, wenn Elektroden auf der Körperoberfläche hin- und herrutschen und gleichzeitig ein hoher Übergangswiderstand besteht. Dies wird in der erfindungsgemäßen Verwendung der Hi-Q-Bioelektroden dadurch unterdrückt, dass die entsprechenden brustseitigen Elektroden 2, 4 eine Verstärkungs- schicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf der dem Körper zugewandten Seite aufweisen, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahmefähig und wasserabgabefähig ist. Bei einer Bewegung der Elektroden und somit auch der Verstärkungsschicht wird so Wasser zur Körperoberfläche 7 hin abge- geben und ein guter Kontakt zwischen Körper 7 und Elektrode 4 hergestellt .In particular, the use of the Hi-Q bioelectrodes (see also WO 02/065905 AI) reduces interference with the signals due to the triboelectric or frictional electrical effect that occurs when electrodes are applied to the body surface. and slip and at the same time there is a high contact resistance. This is suppressed in the use of the Hi-Q bioelectrodes according to the invention in that the corresponding breast-side electrodes 2, 4 have a reinforcement layer with an electrical conductivity on the side facing the body, the reinforcement layer being capable of absorbing water and giving off water. When the electrodes and thus also the reinforcement layer move, water is released towards the body surface 7 and good contact is established between the body 7 and the electrode 4.
Weiterhin ist die Benutzung der rückenseitigen Referenzelektrode 4, welche ebenfalls einen triboelektrischen Effekt ver- hindert, da sich zwischen der Elektrode 4 und dem Körper 7 eine Feuchtigkeitsschicht 5 bildet, signalverbessernd.Furthermore, the use of the back-side reference electrode 4, which likewise prevents a triboelectric effect, since a moisture layer 5 forms between the electrode 4 and the body 7, improves the signal.
Nur aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung und Auswahl von Elektroden mit hohem Eingangswiderstand sowie die Nutzung ei- ner Referenzelektrode auf dem Rücken ist die Erfassung von elektrischen Signalen auf der Körperoberfläche möglich, die eine vollständige Herzerregungskurve liefern.It is only because of the arrangement and selection of electrodes with a high input resistance and the use of a reference electrode on the back that electrical signals can be recorded on the body surface that provide a complete heart stimulation curve.
Bislang war die Aufnahme von derartigen EKG-Daten nur mittels haftender Elektroden, die umständlich am Körper befestigt werden mussten, möglich. Da jedoch der erfindungsgemäße medizinische Brustgurt nichthaftende Elektroden aufweist, wird die Anwendung insbesondere im Fitnessbereich erst möglich. Der erfindungsgemäße Brustgurt kann bei hohem Tragekomfort auch über Sportbekleidung getragen werden und erfasst dennoch elektrische Signale mit ausreichend zuverlässiger Qualität, wodurch während des Trainings eines Sportlers der Belastungszustand oder Stresszustand des Herzens bzw. des Sportlers insgesamt bewertet werden kann. Gegenüber handelsüblichen Pulsmessgurten ermöglicht der erfindungsgemaße medizinische Brustgurt eine verbesserte Kontrolle und Überwachung des Ge¬ sundheitszustandes des Tragers.Until now, such ECG data could only be recorded using adhesive electrodes, which had to be attached to the body with great difficulty. However, since the medical chest strap according to the invention has non-adhesive electrodes, use in the fitness area in particular is only possible. The chest strap according to the invention can also be worn over sports clothing with a high degree of wearing comfort and yet detects electrical signals with sufficiently reliable quality, as a result of which the stress level or stress level of the heart or the athlete during the training of an athlete can be assessed overall. Compared with commercially available heart rate monitor belts of the inventive medical chest strap allows an improved control and monitoring of the Ge ¬ sundheitszustandes of the carrier.
Die Figur 6 zeigt eine weitere bevorzugte Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Brustgurtes.FIG. 6 shows a further preferred embodiment of the chest belt according to the invention.
Es ist ein diagonalen Schultertrageriemen D vorgesehen, der an einer der Korpervorderseite anliegenden Stelle Dl und an einer der Korperruckenseite anliegenden Stelle D2 des Brustgurtes befestigt ist. Der Diagonalriemen dient einem höheren Tragekomfort, weil der über eine der beiden Schultern des Tragers gespannt ist und dem Trager vermittelt, dass der Gurt nicht nach unten rutschen kann. Der Diagonalriemen ist angenaht, verwoben oder mit einem beliebigen Befestigungsmittel an den Basisgurt, der sich um den Korperumfang anschmiegt, verbunden.A diagonal shoulder strap D is provided, which is attached to a point D1 adjacent to the front of the body and to a point D2 adjacent to the back of the body of the chest strap. The diagonal strap is more comfortable because it is stretched over one of the wearer's two shoulders and tells the wearer that the belt cannot slide down. The diagonal strap is sewn on, interwoven or connected to the base belt with any fastener that clings to the circumference of the body.
Der Basisgurt besteht in der bevorzugten Ausfuhrungsform aus drei Modulen A, B, C, die aneinander verbindbar sind und so den Brustgurtumfang bilden.In the preferred embodiment, the base belt consists of three modules A, B, C, which can be connected to one another and thus form the circumference of the chest belt.
Ein erstes Modul tragt die Signalerfassungseinrichtung 20 mit der entsprechenden Elektronik bzw. der Ubertragungseinrich- tung, Transceiver, Analog-Digital-Wandler, Auswerteeinrichtung und Differenzverstarker sowie die passende Stromversorgung.A first module carries the signal detection device 20 with the corresponding electronics or the transmission device, transceiver, analog-digital converter, evaluation device and differential amplifier as well as the appropriate power supply.
Ein zweites Modul B tragt eine erste Brustelektrode 3 und die großflächige Referenzelektrode 4 mit entsprechender Verdrahtung. Der Übergang Y bzw. die Verknüpfung Y (hier nicht explizit dargestellt) zwischen den Modulen A, B kann beispiels- weise mit einer Druckknopfkombination geschehen, wobei me¬ tallhaltige Druckknöpfe auch die elektrische Verbindung zwi¬ schen Elektroden 3, 4 bzw. der Verdrahtung und der Signalerfassungsvorrichtung 20 im Modul A herstellen können. Auch andere übliche Steckverbindungen sind möglich. Ebenso kann eine Verbindung des Gurtträgermaterials mit Klettverschlüssen oder anderen üblichen Schnallen oder Verbindungsmittel erfolgen.A second module B carries a first breast electrode 3 and the large-area reference electrode 4 with appropriate wiring. The transition Y or the link Y (not explicitly shown here) between the modules A, B can, for example, as can happen with a push-button combination, ¬ tallhaltige snaps me the electrical connection Zvi ¬ rule electrodes 3, 4 and the wiring and the signal detection apparatus 20 in the module A be produced. Other usual plug connections are also possible. Likewise, the belt carrier material can be connected with Velcro fasteners or other conventional buckles or connecting means.
Ein drittes Modul C zwischen dem ersten Modul A und dem zweiten Modul B schließt den Gurt. In bzw. an oder auf dem dritten Modul C ist die zweite Brustelektrode 2 vorgesehen. Eine Verbindung X, Y, Z zwischen den Modulen A, B, C ist hier schematisch durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Nur beispielhaft seien Druckknöpfe, Klettverschlüsse, Schnallen oder Knöpfe als mögliche Verbindungsmittel genannt.A third module C between the first module A and the second module B closes the belt. The second breast electrode 2 is provided in or on or on the third module C. A connection X, Y, Z between the modules A, B, C is indicated schematically here by a dashed line. Snap fasteners, Velcro fasteners, buckles or buttons are only examples of possible connection means.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.Although the present invention has been described above on the basis of a preferred exemplary embodiment, it is not restricted to this but can be modified in a variety of ways.
So sei der medizinische Brustgurt nicht auf die in Fig. 1 angegebenen Abmessungen beschränkt. Die Anwendung eines erfin- dungsgemäßen Brustgurtes sei nicht auf den humanmedizinischen Bereich beschränkt, vielmehr ist auch eine Anwendung bei Tieren, deren Stress bzw. Fitness oder Gesundheitszustand überwacht werden soll, möglich.For example, the medical chest strap is not limited to the dimensions shown in FIG. 1. The use of a chest strap according to the invention is not limited to the human medical field, but can also be used in animals whose stress or fitness or state of health is to be monitored.
Der erfindungsgemäße Brustgurt muss nicht die erwähnten Hi-Q- Bioelektroden aufweisen. Es kann jede Art von nichthaftenden Elektroden verwendet werden, die eine ausreichende elektrische Eigenschaft aufweist, nämlich einen reibungselektrische Effekt unterbindet und eine gute Kontakteigenschaft mit der Körperoberfläche liefert.The chest strap according to the invention does not have to have the Hi-Q bioelectrodes mentioned. Any type of non-stick electrodes can be used which has a sufficient electrical property, namely a frictional electrical one Effect suppresses and provides a good contact property with the body surface.
Die brustseitigen Elektroden können auch aus Sensoren mit ex- trem hohen Eingangswiderständen bestehen, die ein elektrisches Potential sogar bis zu einigen cm Abstand vom Körper detektieren, wie es in "Remote detection of human electroen- cephalograms usind ultrahigh input impedance electric poten- tial sensors" von C.J. Harland, T.D. Clark, R.J. Prance in Applied Physics letters volume 81 (2002), pp. 3284 berichtet ist .The breast electrodes can also consist of sensors with extremely high input resistances that detect an electrical potential even up to a few cm from the body, as described in "Remote detection of human electro-cephalograms and ultrahigh input impedance electric potential sensors" by CJ Harland, T.D. Clark, R.J. Prance in Applied Physics letters volume 81 (2002), pp. 3284 is reported.
Die Übertragungstechnologie des Transceivers sei nicht auf Bluetooth beschränkt, sondern zahlreiche andere Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung, wie z.B. ZigBee und Radiofrequenzträger, sind möglich.The transmission technology of the transceiver is not limited to Bluetooth, but numerous other methods for wireless data transmission, such as ZigBee and radio frequency carriers are possible.
Die Analyse der EKG-Daten muss nicht in Form eines Herzpor- traits geschehen, sondern auch andere Verfahren zur Ermitt- lung von Stressparametern, beispielsweise aus der Analyse der Herzfrequenzvariabilität, sind denkbar.The analysis of the ECG data does not have to be in the form of a heart portrait, but other methods for determining stress parameters, for example from the analysis of the heart rate variability, are also conceivable.
Ferner können die Module des Brustgurtes in der modularen Ausführungsform einer beliebig gewünschten Aufteilung ange- passt werden. Furthermore, the modules of the chest strap in the modular embodiment can be adapted to any desired division.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 medizinischer Brustgurt1 medical chest strap
2, 3 Elektrode2, 3 electrode
4 Referenzelektrode4 reference electrode
5 Feuchte5 moisture
6 Körperoberfläche 7 Körper6 body surface 7 body
8 Weitenverstellung8 width adjustment
9 Differenzverstärker9 differential amplifier
10 Analog-Digital-Wandler10 analog-to-digital converters
11 digitale Daten 12 Auswerteeinrichtung11 digital data 12 evaluation device
13 Auswerteergebnis13 Evaluation result
14 Transceiver14 transceivers
15 drahtlose Übertragung15 wireless transmission
16 Empfangseinrichtung 17, 18, 19 Verdrahtung16 receiving device 17, 18, 19 wiring
20 Signalerfassungseinrichtung20 signal detection device
21 Verbreiterung21 broadening
22 Speicher A, B, C Gurtmodule D Diagonalriemen22 Storage A, B, C belt modules D diagonal belt
X, Y, Z VerbindungX, Y, Z connection
Dl, D2 Anknüpfstellen Dl, D2 connection points

Claims

Patentansprüche claims
1. Medizinischer Brustgurt (1) mit einer Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) zur Erfassung von elektrischen Si- gnalen auf einer Körperoberfläche (6) mit: zwei brustseitigen Elektroden (2, 3), welche nichthaf- tend sind und eine Verstärkungsschicht mit einer elektrischen Leitfähigkeit auf der dem Körper zugewandten Seite aufweisen, wobei die Verstärkungsschicht wasseraufnahmefähig und wasserabgabefähig ist; einer rückseitigen Referenzelektrode (4), welche derart großflächig und flexibel ausgeführt ist, dass sich von dem Körper (7) abgegebene Feuchte (5) zwischen der Referenzelektrode (4) und dem Körper (7) akkumuliert und einen niedrigen Übergangswiderstand zwischen dem Körper (7) und der Referenzelektrode (4) schafft.1. Medical chest strap (1) with a signal detection device (2, 3, 4, 20) for detecting electrical signals on a body surface (6) with: two breast-side electrodes (2, 3), which are non-adhesive and one Have reinforcing layer with an electrical conductivity on the side facing the body, the reinforcing layer being water-absorbent and water-dispensing; a rear-side reference electrode (4), which is designed to be so large and flexible that moisture (5) emitted by the body (7) accumulates between the reference electrode (4) and the body (7) and a low contact resistance between the body (7 ) and the reference electrode (4) creates.
2. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Referenzelektrode (4) kohlenstoffimprägniertes Silikon aufweist.2. A medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, that the reference electrode (4) has carbon-impregnated silicone.
3. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt Neopren aufweist.3. A medical chest strap (1) according to one of the preceding claims, that the chest strap has neoprene.
4. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt ein Gewebe aufweist.4. Medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the chest strap has a fabric.
5. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die brustseitigen Elektroden (2, 3) auf den Brustgurt aufsteckbar sind.5. A medical chest strap (1) according to one of the preceding claims, that the breast electrodes (2, 3) can be plugged onto the chest strap.
6. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Referenzelektrode (4) mit dem Brustgurt vernäht ist.6. Medical chest strap (1) according to one of the preceding claims, because the reference electrode (4) is sewn to the chest strap.
7. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- Sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektroden (2, 3, 4) so angeordnet sind, dass bei einem an den Körper (7) angelegten Brustgurt (1) die brustseitigen Elektroden (2, 3) jeweils links und rechts des Brustbeins (Sternum) auf den unteren Rippenbögen anliegen und die rückenseitige Referenzelektrode (4) zumindest auf einem der Muskelstränge seitlich der Wirbelsäule anliegt.7. Medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (2, 3, 4) are arranged such that the breast-side electrodes (2 , 3) rest on the left and right of the sternum (sternum) on the lower costal arches and the back-side reference electrode (4) lies at least on one of the muscle strands to the side of the spine.
8. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Differenzverstärker (9) aufweist, der eine elektrische Spannung zwischen den beiden brustseitigen Elektroden (2, 3) verstärkt ausgibt, wobei das Potential der rückenseitige Referenzelektrode (4) als Referenzpotential dient.8. Medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the signal detection device (2, 3, 4, 20) has a differential amplifier (9) which has an electrical voltage between the two breast electrodes (2, 3) outputs increased, the potential of the back-side reference electrode (4) serves as a reference potential.
9. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Differenzverstärker (9) einen Eingangswiderstand aufweist, der mindestens das 20-fache eines Übergangswiderstandes zwischen einer brustseitigen Elektrode und der Kör- peroberflache aufweist.9. Medical chest belt (1) according to claim 8, characterized in that the differential amplifier (9) has an input resistance which is at least 20 times a contact resistance between a breast-side electrode and the body surface.
10. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Analog-Digital-Wandler (10) zum Digitalisieren der elektrischen Spannung und zur Ausgabe digitaler Daten (11) aufweist.10. Medical chest belt (1) according to claim 8 or 9, characterized in that the signal detection device (2, 3, 4, 20) has an analog-to-digital converter (10) for digitizing the electrical voltage and for outputting digital data (11) ,
11. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Analog-Digital-Wandler (10) die elektrische Spannung mit einer Abtastrate von mindestens dem 120-fachen einer Herzschlagfrequenz abtastet und wandelt.11. The medical chest strap (1) according to claim 10, which also means that the analog-to-digital converter (10) samples and converts the electrical voltage at a sampling rate of at least 120 times a heartbeat frequency.
12. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 10 oder 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) eine Auswerteeinrichtung (12) zur Analyse der digitalen Daten (11) aufweist und die Auswerteeinrichtung (12) ein Auswerteergebnis (13) liefert.12. A medical chest belt (1) according to claim 10 or 11, characterized in that the signal detection device (2, 3, 4, 20) has an evaluation device (12) for analyzing the digital data (11) and the evaluation device (12) has an evaluation result ( 13) supplies.
13. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinrichtung (12) ein Herzportrait erstellt.13. A medical chest belt (1) according to claim 12, that the evaluation device (12) creates a heart portrait.
14. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der Ansprüche 10 - 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Signalerfassungseinrichtung (2, 3, 4, 20) einen Transceiver (14) zum drahtlosen Übertragen der digitalen Daten (11) oder des Auswerteergebnisses (13) an eine externe Empfangseinrichtung (16) aufweist.14. Medical chest belt (1) according to any one of claims 10-13, characterized in that the signal detection device (2, 3, 4, 20) has a transceiver (14) for wireless transmission of the digital data (11) or the evaluation result (13) to an external receiving device (16).
15. Medizinischer Brustgurt (1) nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Transceiver (14) ein Bluetooth-Transceiver ist.15. Medical chest belt (1) according to claim 14, so that the transceiver (14) is a Bluetooth transceiver.
16. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der Ansprüche 10 - 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Differenzverstärker (9), Analog-Digital-Wandler (10), Transceiver (13) und/oder die Auswerteeinrichtung (12) zwischen den brustseitigen Elektroden (2, 3) angeordnet sind.16. Medical chest belt (1) according to any one of claims 10-15, characterized in that the differential amplifier (9), analog-digital converter (10), transceiver (13) and / or the evaluation device (12) between the breast electrodes ( 2, 3) are arranged.
17. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche 14 - 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Auswerteeinrichtung (12) an den Transceiver (14) gekoppelt ist und von dem Transceiver (14) empfangene externe Kommandos ausführt.17. A medical chest belt (1) according to one of the preceding claims 14-16, that the evaluation device (12) is coupled to the transceiver (14) and executes external commands received from the transceiver (14).
18. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen An- sprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die brustseitigen Elektroden (2, 3) symmetrisch um die Signalerfassungseinrichtung (20) angeordnet sind und über jeweils gleich lange Leitungen (18, 19) an den Differenzver- stärker (9) gekoppelt sind.18. Medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the breast-side electrodes (2, 3) are arranged symmetrically around the signal detection device (20) and via lines of the same length (18, 19) to the differential are more strongly (9) coupled.
19. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurt einen diagonalen Schultertrageriemen (D) aufweist, der an einer der Körpervorderseite anliegenden Stelle (Dl) und an einer der Körperrückenseite anliegenden Stelle (D2) des Brustgurtes befestigt ist.19. Medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the chest strap has a diagonal shoulder strap (D) which is attached to a point (D1) adjacent to the front of the body and to a point (D2) adjacent to the back of the body (D2) of the chest strap.
20. Medizinischer Brustgurt (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Brustgurtumfang aus mindestens zwei Modulen (A, B, C) , die aneinander verbindbar sind, zusammengesetzt ist. 20. A medical chest belt (1) according to one of the preceding claims, that the chest belt circumference is composed of at least two modules (A, B, C) that can be connected to one another.
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