Vital-Sign-Watch - Mobile Aufnahme von Vitalparametern

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 wristworn
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. 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.