Vorrichtung zur Messung von Parametern des Kόrperinneren sowie zur telemetrischen Weiterleitung von Daten

Hintergrund der Erfindung

Physiologische Parameter sind wichtig zur Beurteilung des Gesundheitszustandes eines Individuums. Eine stressfreie, kontinuierliche oder häufige (mindestens stündliche) Erhebung verschiedener Parameter ermöglicht die Bewertung und Erforschung physiologischer Ablaufe und Rhythmen wie z.B. des Geschlechtszyklus bei Saugetieren als auch beim Menschen, sowie die Fruherkennung und den Verlauf von Erkrankungen. Im Gegensatz zur Oberflachentemperatur ist insbesondere die Korperinnentemperatur dazu bestens geeignet. Bislang wird jedoch selbst in Krankheitsfallen kaum bzw. zu selten davon Gebrauch gemacht, da die konventionelle rektale oder vaginale Messung mit Aufwand (ggf. Fangen, Fixieren, Messen, Saubern) verbunden und bei bestimmten Tieren (z.B. aggressive oder scheue Wild- und Zootiere) oder Haltungsformen auch mit Risiko behaftet ist. Zudem sind in der Literatur stressbedingte Messschwankungen beschrieben. Deshalb bleibt die Erhebung der Korperinnentemperatur häufig auf Notfalle beschrankt.

Die zunehmende Tierhaltung m Grossbestanden verstärkt die Bestrebungen zur automatisierten Messung und Verarbeitung dieser Werte, um das Herdenmanagement zu erleichtern und Verluste zu verringern (beschrieben, zum Beispiel, in US- Patent 3,534,728 und US-Patent 3,297,020). In der weiteren Entwicklung der Technologie machen sich diese Bestrebungen Erfindungen aus anderen Bereichen zu Nutze, so zum Beispiel RFID (radio frequence identification) (US-Patent 5,526,772) und RFID-ahnliche (US-Patent 5,682,149) Transponder zu

eigen, um bei allumfassenden 'Universalansprüchen' (zum Beispiel US-Patentanmeldung 2003/0137431 Al) zu enden.

Das bislang größte nicht wirtschaftlich gelöste Problem hierzu sind die Ausgestaltung/Einbringung des Sensors (US- Patent 5,105,763) . Die bisherigen Lösungen beziehen sich auf:

1. Die Ohrmuschel oder den Gehörgang (zum Beispiel US- Patent 4,854,328,, US-Patent 4,510,495, US-Patent 3.781.837, US 4,651,750) sowie einem subfaszialen Hohlraum hinter dem Ohr (US-Patent 4,083,364) Nachteile sind:

- Messungen an oder in der Ohrmuschel sind stark von der Umgebungstemperatur abhängig (beschrieben in US- Patent 4,387,742) und spiegeln nicht die Körperinnentemperatur wider;

- Sensoren werden im Gehörgang per Reflex schlecht geduldet und sie können das Trommelfell beschädigen;

- die Verlustrate ist in der Praxis hoch;

- der subfasziale Hohlraum mit Zugang an der höchsten Stelle ist prädestiniert für Infektionen und damit ungeeignet.

2. Die Vagina (zum Beispiel US-Patent 4,387,724). Die reflektorische Ausstoßung des Sensors bzw. Transmitters soll mittels eines speziellen Ankers, der sich in die Schleimhaut vor dem Muttermund einkrallt, verhindert werden. Nachteile sind:

- die Methode ist naturgemäß nicht bei männlichen und sehr jungen Individuen einsetzbar;

- das Gerät stört bei einer Besamung/Behandlung und muss zur Geburt entfernt werden;

- es treten Schleimhautreizungen auf. Möglicherweise empfiehlt der Autor deshalb nur einen Einsatz über

maximal 50 Tage;

- die vorhandenen dicken Muskelschichten bedingen bei gleichem Sendeaufkommen stärkere Sendeleistungen mit erhöhtem Energieverbrauch oder, bei passiven Transpon- dern, größere Feldstärken, was entweder die Sendedauer oder die Reichweite - zum Teil entscheidend - verringert .

Einen Bolus im Pansen (zum Beispiel 6,012,415, US- Patent 5,697,384, US-Patent 5,634,432, US-Patentanmeldung 2004/0155782 Al. US-Patentanmeldung 2005/0228223 Al weitet dies auf den Menschen aus) . Nachteile sind:

- der Einsatz ist auf ruminierende Wiederkäuer beschränkt, also selbst für Kälber ungeeignet, da hier der Pansen noch nicht entwickelt ist;

- die Temperatur des Panseninhaltes wird von der jeweiligen Pansenflora (Bakterien und Infusorien) mitbestimmt und sinkt naturgemäß bei jeder Futter- und Wasseraufnähme;

- auch hier sind große Schichtdicken zu überbrücken mit dem oben erwähnten Problem hohen Energieaufwandes für Sendeleistung bzw. hohen Feldstärken.

Die komplett subkutane Implantation einer aktiven Sensor/Transmitter-Einheit (ähnlich einem Herzschrittmacher) , die relativ aufwändig ist und sich deshalb im Grossen und Ganzen auf den Menschen beschränkt. Unter Praxisverhältnissen im Stall ist mit Infektionen zu rechnen. Zudem stellt die Operation einen Eingriff gemäss Tierschutzgesetz dar.

Die subkutane Injektion von passiven Transpondern, die vor allem zur Identifizierung von Tieren weit verbreitet ist. Derartige Transponder können auch mit Sensoren ausgerüstet werden

Nachteile sind:

- der nötige geringe Abstand zum Lesegerät, das heißt die Daten können nur ausgelesen werden, wenn ein Lesegerät direkt über den Transponder gehalten wird oder das Individuum zum Beispiel durch ein schmales Antennenportal geht. Da dies nur in größeren und/oder unregelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt, ist vor allem eine Erkennung des östrus bei weiblichen Tieren nicht möglich

- es ist bekannt, dass ein nicht unbeträchtlicher Anteil der injizierten Transponder "wandert" wobei unter Umständen wenige Zentimeter es unmöglich machen, Daten zu lesen. In der Praxis sind viele Transponder nicht mehr auffindbar ist, was insbesondere bei Fleisch liefernden Tieren Probleme mit sich bringt.

Weitere nicht hinreichend gelöste Probleme, wie das genügend häufige Auslesen der Daten über relevante Strecken sowie deren schnelle Verfügbarkeit, die Energieversorgung etc. ergeben sich größtenteils aus diesen unbefriedigenden Applikationsmethoden .

Neben den oben aufgeführten spezifischen Nachteilen bietet keine der oben zitierten Patente, beziehungsweise Patentanmeldungen, eine Basis für eine automatische telemetrische Weitersendung der Messwerte unter Praxisbedingen im Stall (mindestens 100 m) . Sie erreichen eine Reichweite von maximal 1 Meter (US-Patent 5,526,772), müssen mit Kabeln weitergeleitet werden (US-Patentanmeldung 2004/0155782 Al; US-Patent 5,322,034), müssen am Tier herunter geladen werden (US-Patentanmeldung 2003/0137431 Al), oder brauchen ein männliches Tier zur Erkennung des weiblichen östrus (US- Patent 4,503,808; US-Patentanmeldung 2003/0137431 Al).

Aufgabe der Erfindung

Das Kernproblem ist die praxisgerechte und dauerhafte Einbringung von Sensor/en in das Körperinnere, bei gleichzeitiger Datenweiterleitung vorzugsweise von der Körperoberfläche aus.

Im Mittelpunkt steht deshalb die Anbringung/Befestigung einer Vorrichtung zur (Verlaufs-) Messung von zuverlässigen physiologischen Daten aus dem Körperinneren von Individuen - insbesondere Nutztieren- und deren Weiterleitung. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Körperinnentemperatur, je nach Bedarf aber auch um andere Parameter- auch außen zu messende - wie z.B. Puls, Bewegung, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit etc..

Die (sterilisierbare) Vorrichtung soll möglichst ohne größeren Aufwand und Infektionsgefahr, auch in nicht steriler Umgebung komplikationslos dauerhaft anzubringen, körperverträglich sein und nicht wandern. Die Vorrichtung muss eine unverwechselbare individuelle Kennung ermöglichen, Entfernung oder Beschädigung löst gegebenenfalls einen (Remote-) Alarm aus. Die Datenübertragung soll vorzugsweise automatisch und mindestens stündlich, vorzugsweise (zusätzlich) auch auf Anforderung, in Echtzeit und aus praxisrelevanter Distanz (min. 100m) erfolgen können, um zeitnahe Verlaufsmessungen zu ermöglichen.

Die beim Datentransfer abgegebene/aufgewandte Energie soll ebenso wie Datenverluste bzw. -kollisionen minimal sein. Die Vorrichtung soll robust sein, eine geringe Verlustrate aufweisen und möglichst über 6 bis 8 Jahre wartungsfrei funktionstüchtig bleiben.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Diese Aufgaben werden durch eine Vorrichtung des Anspruchs 1 gelöst .

Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Messung und Weiterleitung physiologisch relevanter Parameter von Lebewesen bereit, die mindestens einen Sensor (2), eine Funkeinheit (6), eine zum übertragen der Meßwerte geeignete Verbindung (4) zwischen dem mindestens einen Sensor (2) und der Funkeinheit (6) sowie ein Mittel (16) zum Befestigen der Vorrichtung als Semiimplantat aufweist, wobei die Vorrichtung so ausgestaltet ist, daß sie als Semiimplantat eingesetzt werden kann, bei dem der Sensor (2) sich im Körperinneren und die Funkeinheit (6) auf der Körperoberfläche befindet.

Eingehende Beschreibung der Erfindung

Die neu entwickelte Vorrichtung ist als biokompatibles Semiimplantat (d.h. ein Teil ist im Gewebe versenkt, der andere bleibt sichtbar, vorzugsweise auf der Außenhaut) zum dauerhaften bzw. permanenten Verbleib ausgestaltet -vergleichbar einem Piercing beim Menschen oder z.B. einem Nasenring beim Tier. Das heißt, die Anbringung setzt Perforationen) der Außen- und/oder Schleimhaut (1) voraus.

Die Vorrichtung enthält einen oder mehrere Messfühler (2) zur Ermittlung physiologisch relevanter Informationen eines Individuums aus dem Inneren seines Körpers, insbesondere der Körperinnentemperatur und/oder auch von der Körperoberfläche (3) . Der mindestens eine zusätzliche Sensor (3) ist über die Verbindung (5) mit der Funkeinheit (6) verbunden, wobei der mindestens eine Sensor (3) zur Messung von Feuchtigkeit, Umgebungstemperatur, Bewegung oder Leitfähigkeit geeignet ist. Durch die Art der Implantation steht der oder stehen die Messfühler im Inneren des Körpers in Kontakt mit dem

nötigen Gewebe z.B. zum Unterhautbinde- oder Muskelgewebe, in einer Variation aber auch z.B. in der Mund- oder Nasenhöhle.

Wie vom Piercing bekannt, heilen bei Einhaltung gewisser Hygienestandards doppelte Perforationen an geeigneten Stellen relativ schnell ab, da ein einfacher Sekretabfluss möglich ist. Das mit Wunden in Berührung kommende Material ist biokompatibel: es ist entweder glatt und inert oder auch rau und zum Einwachsen anregend.

Der oder die Sensoren besitzen vorzugsweise eine direkte Verbindung (4, 5) mit der Funkeinheit (6), bestehend aus einem Microcontroller (7), einer Sendeeinheit oder besser einer Sende/Empfangseinheit (8) nebst Energieversorgung (9) und, wenn nötig, Messwertumwandler (10) (Fig. 1). Der entscheidende Vorteil hierbei ist, dass auf diese Weise kein Lesegerät benötigt wird, damit verbundener hoher Energieverbrauch bzw. hohe Feldstärken können vermieden werden und eine wartungsfreie Lebensdauer von 6-10 Jahren realistisch ist.

Die Energieversorgung kann mittels einer Batterie, Solarzelle oder „energy harvesting" (z. B. Bewegung, Temperaturgradienten) erfolgen.

Die direkte Verbindung (4) zur Datenübertragung ist vorzugsweise zumindest teilweise in dem Mittel (16) zum Befestigen der Vorrichtung integriert. Das Mittel (16) zum Befestigen der Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, daß es die Haut des Lebewesens durchdringt. Somit ist es vorteilhaft, wenn das Mittel (16) zum Befestigen der Vorrichtung biokompatibel ist. Desweiteren ist es vorzugsweise inert oder regt zum Einwachsen an. Das Mittel (16) ist vorzugsweise in der Form eines Bügels oder Hakens.

Die Funkeinheit befindet sich vorzugsweise im extrakorporalen Gehäuseteil (11), dadurch ist mit minimaler Energie

Sendung bzw. Empfang (12) über mindestens 100 m zu einem Receiver (Basisstation, 13) möglich, bei übermittlung via GPRS ohne ähnlich wirkenden Systemen überall. Schnittstellen für weitere Anwendungen sind optional vorhanden.

In einer Variation ist die Vorrichtung bei Bedarf (auch) mit einem integrierten Lesegerät zur Auslesung eines in der Nähe implantierten, mit Sensoren bestückten Transponders versehen.

Die Vorrichtung bietet die technische Grundlage einer wirtschaftlichen telemetrischen Weiterleitung von Messwerten aus dem Körperinneren.

Die Vorrichtung verfügt über eine einmalige individuelle Kennung, ein entsprechend gestalteter Verschluss (14) ist gleichzeitig Fixierung und Schutz vor Ausreißen der Vorrichtung. Der Verschluß ist vorzugsweise ein Einmalverschluß, stärker bevorzugt eine Plombe.

Bei Verlust oder Entfernung der Vorrichtung sistiert die

Datenübertragung und zieht einen Alarm auf der Basisstation

(13) oder dem Server (15) automatisch nach sich.

Diese Kombination ist technische Grundlage für die weit gehend betrugssichere Kennzeichnung und überwachung von

Lebewesen.

Eine weitere mögliche Ausbildung für den dauerhaften bzw. vorübergehenden (Stunden bis Tage) Einsatz: Die Vorrichtung quasi als Mandrin einer handelsüblichen Venenverweilkanüle und mit entsprechendem Verschluss (vorzugsweise Luer-Lock) befestigt, die angeschlossene Funkeinheit kommt außen zu liegen.

Im folgenden werden mögliche Anwendungen der vorliegenden Erfindung genannt, wobei die Körpertemperatur des Lebewesens gemessen wird und die erhaltenen Werte gegebenenfalls mit

anderen Parametern (insbesondere Bewegung) kombiniert werden:

1. Fruchtbarkeitsüberwachung beim Rind, evtl. auch andere Species, insbesondere a) Bestimmung des Ovulations- bzw. Besamungszeitpunktes, Brunsterkennung b) Trächtigkeitsdiagnose bzw. Abortanzeige c) Geburtsanzeige d) Zyklusüberwachung bzw. Früherkennung von Störungen

2. Herdenmanagement, Gesundheitsüberwachung, insbesondere Früherkennung individueller Erkrankungen, Stress Früherkennung von Bestandserkrankungen

Außerdem sind folgende Weiterentwicklungen denkbar:

Schnittstelle für Patientenakte: noch zu entwickelnden Palm bzw. Handheld für Tierärzte bzw. Landwirte zur Dokumentation vor Ort von Befunden und Behandlungen, Leistungsdaten incl. einzulesender Medikamenten-Chargen- Nr., per RFID, Barcode etc. Somit werden folgende Anwendungen ermöglicht:

Dokumentation/Zugriff auf individuelle Anamnese bzw. Krankengeschichte,

Ersatz für Arzneimittelabgabebeleg,

Erleichterte Rechnungsstellung,

Forensische Dokumentation

„Hoheitliche" überwachung

-Freiwillig: Dokumentation bzw. Weiterleitung der Daten an Zertifizierungsbehörden bzw. Gütesiegel, -angeordnet: Einsatz in der staatlichen Lebensmittelkontrolle z.B. gezielte Rückstandsuntersuchungen bei Fieber-

tieren, Einhaltung der Wartezeit bei Schlachttieren sowie Monitoring in der staatlichen Tierseuchenbekämpfung. Unverwechselbare Tierkennzeichnung

Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erhaltenen Daten sind weitgehend fälschungssicher, da individueller Temperaturverlauf bei Entfernung der Vorrichtung oder Tod des Tiers kaum nachahmbar ist. Dadurch wird eine überwachung des Tierverkehrs (automatisches, aktuelles Bestandsbuch,. Ortung von Individuen) ermöglicht.

Schließlich kann die vorliegende Erfindung auf andere Spezies ausgedehnt werden, insbesondere nach weiterer Miniaturisierung, z. B. auf Zootiere, Pferde, Schweine, aber auch auf den Menschen (z.B. Kinderwunschdiagnostik) .

Die Zeichnungen sind nur beispielhaft für mögliche Ausführungen .

Bezugszeichenliste:

(1) Außen- und/oder Schleimhaut

(2) Messfühler

(3) Messfühler

(4) Verbindung zum übertragen der Meßwerte

(5) Verbindung zum übertragen der Meßwerte

(6) Funkeinheit

(7) Microcontroller

(8) Sende-/Empfangseinheit

(9) Energieversorgung

(10) Messwertumwandler

(11) extrakorporales Gehäuseteil

(12) Funksignal

(13) Basisstation

(14) Verschluss

(15) Server

(16) Mittel zum Befestigen der Vorrichtung als Semiimplantat