Vital-Sign-Watch - Mobile Aufnahme von Vitalparametern

Klingeberg, Timo Oliver

Das statistische Bundesamt zur Bevölkerungsentwicklung Deutschlands sagt einen Anstieg des mittleren Bevölkerungsalters in den kommenden Jahren voraus. Eine Entlastung des Fachpersonals für die größer werdende Anzahl pflegebedürftiger Menschen durch unterstützende Technik ist dabei ratsam. Mit dieser Thematik befasst sich der niedersächsische Forschungsverbund zur Gestaltung altersgerechter Lebenswelten, der es sich zur Aufgabe gemacht hat, interdisziplinär eine Alltagsunterstützung für den alternden Menschen zu finden. Neben der Betrachtung aus sozialer Sicht wurden ebenfalls technische Aspekte behandelt, die unter anderem die Grundlage der in dieser Arbeit entwickelten mobilen Vitalparameterüberwachung bilden. Als zu überwachende Parameter wurden Elektrokardiogramm, Blutdruck, Körpertemperatur, Bewegung und Blutsauerstoffsättigung gewählt, da diese Werte bereits eine grundsätzliche Einschätzung des Gesundheitszustands im Alter ermöglichen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Prototyp mit den notwendigen Sensoren und einer Mikrocontrolleransteuerung entworfen. Die sogenannte Vital-Sign-Watch wird mit einer Manschette am Handgelenk getragen und nutzt diese gleichzeitig zur Blutdruckbestimmung; die Sensorik für EKG, Temperatur und Sauerstoffsättigung des Bluts wird über Kabel mit dem Gerät verbunden. Interner Speicher und ein Bluetooth-Interface bilden die Grundlage zur Offline-Auswertung von Messdaten. Das Sensorsystem wurde in Betrieb genommen und die grundsätzliche Funktionalität wurde evaluiert. Der EKG-Sensor liefert ein störungsarmes Signal zur Auswertung der Herzfrequenz; mit der Blutdruckmessung können Werte ermittelt werden, die mit denen kommerzieller Geräte vergleichbar sind. Der Temperaturfühler bietet im axillaren Einsatz die Möglichkeit zur Messung der Körpertemperatur und mit Hilfe des Accelerometers kann die aktuelle Bewegungsart erkannt werden. Die Möglichkeit zur Aufnahme des Photoplethysmogramms mit zwei optischen Wellenlängen bildet die Grundlage zur Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung. Eine zeitsynchrone Aufnahme erlaubt eine Korrelation der Messdaten, wodurch diese fusioniert werden können. Dargestellt wird dieses anhand einer alternativen Blutdruckbestimmung aus den Sensordaten von EKG und Photoplethysmogramm.

The Federal Statistical Office in Germany predicts a constant increase in the average age of the German population. It seems to be advisable to use modern technology to support the expert staff to more effectively address the need for geriatric care. This issue is examined by The Lower Saxony Research Network Design of Environments for Aging which focuses on an interdisciplinary approach for the support of the elderly. Besides investigating the social aspect of increasing geriatric care the technical part will be explored. This establishes the basic concept for the developed device for this thesis. The targeted measurements of the vital signs are heart frequency, blood pressure, body temperature, movement, acceleration and blood oxygen saturation since these measurements result in valid assessment of the health status. The required sensors as well as the essential micro controller system have been built in the context of this thesis and a prototype has been launched. The Vital Sign Watch has been designed to use the body of a commercial wrist-worn blood pressure device and utilizes its cuff for its own pressure sensor. Other external sensors for ECG, temperature, and blood oxygen saturation are connected by cables. Internal memory and a bluetooth interface permits offline analysis of the readings. During this research the sensors and the micro controller system have been operated and basic measurements and data transmission have been evaluated. The ECG sensor delivers a low-noise signal for heart analysis, and with the blood pressure measurement it is possible to get readings comparable to commercial devices. The temperature sensor has been calibrated and indicates the possibility of body temperature measurement at an axilliary position. Acceleration measurement has the ability to perform movement analysis. Since the photoplethysmography sensor allows to record extinction for two optical wavelengths, this presents the basic concept for blood oxygen saturation measurement. All readings are recorded synchronously which allows the examination of all interrelated readings and thereby the extraction of further readings using data fusion. This is expressed by the quasi-continously recorded blood pressure measurement which is based on the pulse transition time calculated from ECG and photoplethysmography.

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Klingeberg, Timo: Vital-Sign-Watch - Mobile Aufnahme von Vitalparametern. 2015.

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