Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer derart ausgestalteten Vorrichtung zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten bei Tieren.

Stand der Technik

Die Aufzeichnung von Muskelaktivitäten in Form eines Elektromyogramms (EMG) stellt in der Medizin ein lange bekanntes sowie bewährtes Standardverfahren zur nichtinvasiven Diagnostik und Beurteilung von Muskelerkrankungen beim Menschen dar. Neben Erkrankungen können auch Aussagen über den Erregungs- und Stoffwechselzustand bestimmter Muskelgruppen gemacht werden, so dass

sich entsprechende Messverfahren beispielsweise auch zur Beurteilung des Trainingszustandes und der Evaluation von Grenzbelastungen im Leistungssport etabliert haben.

Eine Sonderform des EMG ist die Aufzeichnung der elektrischen Aktivität des Herzmuskels, welche als Elektrokardiogramm (EKG) bezeichnet wird. Die autonome Erregungsausbreitung über den gesamten Herzmuskel kann elektrisch als dreidimensionale Wanderung eines Dipols über eine im Rhythmus der Herzfrequenz perio- disch wiederkehrende Zeitachse betrachtet werden. Über empfindliche Messableitungen an den Extremitäten kann die Spannungsdifferenz des wandernden Dipols als zweidimensionale Projektion des Spannungsverlaufes über die Zeit aufgezeichnet werden. Zeichnet man mehrere Ableitungen zwischen verschiedenen Extre- mitäten und gegebenenfalls im Bezug zu einer Brustwandelektrode auf, lässt sich aus diesen zweidimensionalen Ableitungen unter verschiedenen Projektionsrichtungen der dreidimensionale Verlauf des wandernden Dipols rekonstruieren.

Seit Norman J. Holter (1961) sind auch Magnetaufzeichnungs-EKG- Geräte zur Langzeitüberwachung bekannt, die den Kurvenverlauf über mehrere Stunden bis Tage aufzeichnen und anschließend vom Arzt ausgewertet werden können. Bei dem nach ihm benannten HoI- ter-EKG wurden zunächst Magnetbänder als Speichermedium ge- nutzt, während sich heute digitale Flash-Speicher wie bei Digitalfotoapparaten durchgesetzt haben.

Neben der reinen Speicherung sind bei den modernsten Geräten inzwischen auch Infrarotschnittstellen integriert. Diese dienen aber lediglich der Funktionskontrolle direkt nach dem Anlegen der Elektroden und dem Auslesen der Daten nach Abschluss der Untersuchung. Ein auftretender Fehler während der Untersuchung bleibt unerkannt. Prinzipiell können diese Verfahren auch bei

Tieren angewendet werden. Die im Vergleich zum Menschen abweichende Lage der Extremitätenansätze gegenüber der dreidimensionalen Orientierung des Herzdipols im Körper des Tieres machen jedoch eine abweichende Platzierung der Elektroden erforder- lieh. Dennoch lassen sich beispielsweise in der Kardiologie aussagekräftige Spannungsverlaufe des Herzmuskels selbst unter Belastungsbedingungen erheben bzw. aufzeichnen.

Aus der DE 10 2004 020 515 Al ist eine Vorrichtung nebst Ver- fahren bekannt, bei dem die telemetrische Aufzeichnung von e- lektrischen Muskelaktivitäten so weit miniaturisiert werden konnte, dass beispielsweise die Datenerhebung am Tier ohne jegliche Beeinträchtigung des natürlichen Lebensraumes oder Einschränkung der Bewegungsmöglichkeit durchgeführt werden kann. Am Tier selbst erfolgt nur die empfindliche Verstärkung der a- nalogen Spannungsverlaufe sowie deren Digitalisierung und Datenübertragung an eine entfernt stehende Auswertungs- und Aufzeichnungseinheit .

Die messtechnische Erfassung des zeitlichen Verlaufs von Muskelaktivitäten und der EKG-Ableitungen ermöglichen sowohl beim Menschen als auch beim Tier eine hochgenaue und spezifische Aussage über den Trainings- und Belastungszustand insbesondere bei Höchstleistungen unter Wettkämpfbedingungen bzw. deren Si- mulation vor dem eigentlichen Wettkampf.

CJm in die Bewegungsmöglichkeit nicht einzuschränken, ist man auf miniaturisierte Ableitungsverstärker angewiesen, welche die erhobenen Daten direkt speichern, wie beim Holter-EKG, oder, wie beim telemetrischen Verfahren, an eine externe Aufzeichnungsstation übertragen.

Nachteilig ist, dass telemetrische Verfahren insbesondere bei

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der hierzu erforderlichen komplexen Datenübertragung und der notwendigerweise limitierten Sendeleistung keine beliebig großen Reichweiten überbrücken können. Gerat beispielsweise ein Langstreckenläufer oder ein Rennpferd in einer Arena außerhalb des Empfangbereiches, ist eine Messung oder auch nur eine annähernde Aussage über den Belastungszustand nicht mehr möglich.

Es können daher bei Sportaktivitäten außerhalb der Reichweite eines telemetrischen Verfahrens letztlich nur Geräte mit integ- rierter Datenaufzeichnung im Ableitungsverstärker eingesetzt werden.

Diese haben den Nachteil, dass eine Auswertung der erhobenen Daten erst nach Abschluss der Trainingseinheit erfolgen kann. Insbesondere beim Training oder Wettkampf am Belastungslimit hat der Trainer keine Möglichkeit, gesundheitsschädliche Überlastungssituationen zeitnah zu erkennen und durch Leistungsverminderung schützend einzugreifen.

Zur Erfassung der myografischen Spannungsverlaufe müssen Elektroden an der Körperoberfläche angebracht werden. Gerade beim Erbringen von körperlichen Höchstleistungen können diese verrutschen oder sogar verloren gehen. Eine Aufzeichnung ist dann nicht mehr möglich.

Sollte dieses beispielsweise bei der Durchführung einer Höchstleistungsanalyse vorkommen, für die unter Umständen mehrere Wochen Trainingsvorbereitungen in Form von ausgeklügelter Abwechslung von Belastungs- und Entspannungssituationen erforder- lieh waren, und erst nach Beendigung der Höchstbelastung dieser Fehler detektiert werden, so erfüllt diese Methode nicht mehr die gestellten Anforderungen.

Bei der Übertragung von EKG-Daten über einen telemetrischen Kanal kann es u.a. auch zu Störungen durch Interferenzen oder Reichweitenüberschreitungen kommen. Solche Störungen können zu Fehlinterpretationen der empfangenen EKG-Daten führen. Daten, die beispielsweise aufgrund einer temporären Reichweitenüberschreitung verloren gehen, können als Arrhythmie fehlinterpretiert werden. Fehlinterpretationen aufgrund von Verletzungen der Datenintegrität müssen daher vermieden werden. Da die bekannten telemetrischen EKG-Systeme in der Regel mit einer ana- logen Datenübertragung arbeiten, werden Integritätsverletzungen dem Benutzer nicht angezeigt, und Fehlinterpretationen der Messdaten sind nicht auszuschließen.

Die sogenannten Holter EKG-Geräte zeichnen EKG-Daten auf loka- len Speichermedien auf. Moderne Geräte verwenden dabei häufig Wechselspeichermedien auf Flash Basis. Hierzu gehören Compact Flash Karten und SD-Karten. Die Karten werden dabei in der Regel mit einem computerlesbaren PC-lesbaren Dateisystem formatiert. Üblicherweise wird im Falle von Compact Flash und SD- Karten hierbei ein FAT File System verwendet.

Das FAT-File-System (File Allocation Table) ) ist ein Dateisystem für DOS, das beispielsweise in der Version FAT-lβ mit einer 16-Bit-Adressierung arbeitet und eine Datenmenge von 2,048 GB verwalten kann.

Ein Nachteil beim Formatieren einer Flash Karte ist, dass deren Dateninhalte in der Regel nicht gelöscht werden. Die Formatierung beschränkt sich auf Löschung des Verzeichnisses und der FAT. Es ist daher bei der Benutzung einer formatierten, jedoch schon vorbenutzten, SD-Karte nicht ausgeschlossen, dass EKG- Fragmente, deren Datenpakete für sich genommen bestimmten Integritätsbedingungen genügen, schon auf der Karte vorhanden

sind. Eine strenge Prüfsummen gestützte Integritätssicherung würde zwar verhindern, das EKG-Fragmente einer älteren Aufzeichnung mit einer neuen Aufzeichnung vermischt würden. Eine derart strenge Prüfung hätte jedoch den Nachteil, dass eine EKG-Datei beispielsweise wegen eines einzelnen Fehlers nicht mehr lesbar wäre. Dies wäre einem Datenverlust gleichzusetzen.

Aufgabe

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten anzugeben, die eine sichere Erfassung, Speicherung und telemetrische Übertragung von biologischen Messdaten gewähr- leistet sowie die Verwendung einer derartigen Vorrichtung bei Tieren.

Lösung

Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindung umfasst auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Messung, Aufzeich- nung und Übertragung von biologischen Daten. Dazu verfügt sie über die Mittel, dass die Aufzeichnung der biologischen Daten über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung befindliches Speichermedium erfolgt, und gleichzeitig

eine telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger realisiert wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt die Vorrichtung über die Mittel, damit die Messung, Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten digital erfolgt.

Die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten erfolgt vorzugsweise in Datenpaketen.

Ein Datenpaket ist eine der Dateneinheiten, die über ein Übertragungssystem, beispielsweise für die biologischen die Messdaten, verschickt werden. Der größte Teil der Datenpakete besteht aus den zu verschickenden Informationen. Außerdem enthält es jedoch auch wichtige Adressierungs- und Verwaltungsinformationen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung auch die Mittel, die es ermöglichen, die digitale Auf- Zeichnung und/oder Übertragung der Datenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel zu versehen, der die Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.

Vorteilhafterweise besitzt die Vorrichtung Mittel, um den

Schlüssel aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen zu ermitteln.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise auch derart ausgestaltet, dass die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt werden.

Bei den physikalischen Zufallsgrößen handelt es sich vorzugsweise um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode selbst, die aktuelle Batteriespannung, die digitalisierten biologischen Daten zu Beginn ei- ner Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besitzt die Vorrichtung auch die Mittel, die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens zu codieren. Bei diesem mathematischen Verfahren handelt es sich beispiels- weiseum ein Cyclic Redundancy Check Verfahren. Weitere ggf. alternative Verfahren sind dem Fachmann bekannt.

Die zyklische Redundanzprüfung (engl, cyclic redundancy check, CRC) ist ein Verfahren aus der Informationstechnik zur Bestimmung eines Prüfwerts für Daten (z. B. Datenübertragung in Rechnernetzen oder eine Datei) , um Fehler bei der Übertragung oder Duplizierung von Daten erkennen zu können. Vor Beginn der Übertragung bzw. Kopie eines Blocks der Daten wird ein CRC-Wert be- rechnet. Nach Abschluss der Transaktion wird der CRC-Wert erneut berechnet. Anschließend werden diese beiden Prüfwerte verglichen. CRC ist so ausgelegt, dass Fehler bei der Übertragung der Daten, wie sie beispielsweise durch Rauschen auf der Leitung verursacht werden könnten, fast immer entdeckt werden.

Die Vorrichtung weist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform auch die Mittel auf, die zu übertragenden Datenpakete mit einer Nummer zu versehen, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.

Auch besitzt die Vorrichtung vorteilhafterweise die Mittel, dass bei einer Darstellung der übertragenen Messdaten fehlende und/oder nicht integere Datenpakete durch ein geeignetes Dar-

Stellungsmittel markiert werden. Ein geeignetes Mittel kann die graphische Hervorhebung des entsprechenden Teiles der Aufzeichnungskurve beispielsweise durch unterschiedliche Farbgebung und/oder der Darstellung eines besonderen Markierungszeichens sein. So kann bei Echtzeit Darstellung von biologischen Daten wie z.B. eines EKG Signals ein Integritätsindikator enthalten sein. Dieser wird bei Aufzeichnung des Signals mit abgespeichert und steht bei späteren Auswertungen zur Verfügung.

Bei den biologischen Daten, die durch die Vorrichtung gemessen werden, handelt es sich vorzugsweise um Daten eines Elektromyogramm (EMG) , insbesondere ein Elektrokardiogramm (EKG) .

Vorteilhafterweise handelt es sich bei dem in der Vorrichtung verwendeten Speichermedium um ein Wechselspeichermedium auf

Flash-Basis, wie eine Compact-Flash-Card und/oder eine SD-Card.

Compact Flash (CF) ist ein Schnittstellenstandard in der IT- Technik, unter anderem für digitale Speichermedien. Bei digita- len Speichermedien wurde in den letzten Jahren die Compact- Flash-Card durch die Secure Digital Card (SD-Card) abgelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung auch mit Mitteln ausgestattet, die die Anwendung einer Compact- Flash-Card und/oder SD-Card gewährleistet, die mit einem FAT- File-System formatiert ist.

Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung auch derart gestaltet, dass die telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten nach dem Bluetooth-Standard erfolgt. Hierbei erfolgt die Übertragung der biologischen Daten digital per Funk. Dazu wird ein Übertragungsprotokoll verwendet, welches das sogenannte Serial Port Profile des Bluetooth-Standards nutzt. Alternativ

(oder ergänzend) dazu kann auch das PAN Profil (Personal Area Networking Profile) als Übertragungsprotokoll genutzt werden.

Bluetooth ist ein Standard für die In-House-Kommunikation mit- tels Funk. Der Bluetooth-Standard hat das Ziel, die Kurzstrecken-Kommunikation zwischen Endgeräten, wie beispielsweise Notebooks o. ä., zu unterstützen.

Die Vorrichtung besitzt auch vorzugsweise die Mittel, die Mess- daten an einen Empfänger zu übertragen, an dem eine Auswerteeinheit angeschlossen ist.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass zwischen der Vorrichtung und dem Empfänger ein Rückkanal für eine Be- fehlsübertragung von der Auswerteeinheit besteht.

In einer • weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung mindestens einen Elektrodenstecker mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode auf.

An oder in dem Elektrodenstecker kann dabei ein Ein- /Ausschalter integriert sein.

Hierbei kann jeder der Messelektroden mindestens ein Messkanal zugewiesen werden.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die auf die SD-Karte geschriebenen Datenpakete mit einem Schlüssel versehen, der für eine Sitzung, beispielsweise einer EKG-Sitzung, eindeutig ist. Neben den Prüfsummenverfahren und der Nummerie- rung der Datenpakete steht somit ein Kriterium zur Verfügung, welches einen Datensatz eindeutig einer z.B. EKG-Sitzung zuordnet .

Ein sitzungseindeutiger Schlüssel wird hierzu aus physikalischen Zufallsgrößen ermittelt. In einer sinnvollen Ausgestaltung werden beispielsweise die ersten Sekunden einer EKG Auf- Zeichnung zur Ermittlung eines zufälligen Schlüssels verwendet. Weitere physikalische Größen, wie die Dauer der Messungsperiode selbst, die Nachkorranastellen der aktuellen Batteriespannung, der Temperatur des Prozessorchips etc. eignen sich zur Ermittlung einer zufälligen Ausgangsgröße.

Mit einem geeigneten mathematischen Verfahren werden die zufälligen physikalischen Werte auf einen neuen Zahlenraum abgebildet. Hierdurch wird erreicht, dass Eingansgrößen, die sich nur gering unterscheiden, im Abbildungsraum weit auseinander lie- gen. Das Cyclic Redundancy Check Verfahren ist hierzu geeignet. Alle Datenpakete sind somit bezüglich ihrer Zugehörigkeit zu einer EKG Sitzung überprüfbar. Eine Vermischung älterer EKG Fragmente mit neueren EKG-Daten kann hierdurch ausgeschlossen werden, obwohl die Tolerierung einzelner Fehler vorgesehen ist. Fehler, die die Integrität der Daten stören, werden behandelt wie Integritätsstörungen der telemetrischen Daten.

Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zur Messung, Aufzeichnung und Übertragung von biologischen Daten.

Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.

Die Aufzeichnung von biologischen Daten erfolgt über mindestens einen Messkanal auf mindestens ein in der Vorrichtung befindliches Speichermedium. Gleichzeitig wird dabei eine telemetrische

Übertragung der gemessenen biologischen Daten zu einem Empfänger realisiert.

Die Messung, Aufzeichnung und/ oder Übertragung der biologi- sehen Daten erfolgt bei dem Verfahren vorzugsweise digital. Dabei wird die digitale Aufzeichnung und/oder Übertragung der biologischen Daten vorzugsweise in Datenpaketen realisiert.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die digi- tale Aufzeichnung und/oder Übertragung der Datenpakete zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung mit mindestens einem Schlüssel versehen, der die Datenpakete eindeutig einer definierten Messungsperiode zuordnet.

Der Schlüssel kann aus mindestens einer, vorzugsweise mehreren, physikalischen Zufallsgrößen ermittelt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die physikalischen Zufallsgrößen zu Beginn jeder Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten ermittelt. Dabei handelt es sich bei den physikalischen Zufallsgrößen vorzugsweise um die Zeit unmittelbar nach Beginn der Messungsperiode, die Dauer der Messungsperiode selbst, die aktuelle Batteriespannung, die digitalisierten biologischen Daten zu Beginn einer Messungsperiode und/oder die Prozessor-Chip-Temperatur.

In einem weiteren Schritt können die physikalischen Zufallsgrößen mit Hilfe eines geeigneten mathematischen Verfahrens codiert werden, wobei sich hierfür das Cyclic Redundancy Check Verfahren anbietet.

Vorteilhafterweise werden in einem weiteren Schritt die zu ü- bertragenden Datenpakete mit einer Nummer versehen werden, wodurch das Fehlen von Datenpaketen eindeutig erkannt wird.

Bei der Darstellung der übertragenen Messdaten werden fehlende Datenpakete vorzugsweise durch ein geeignetes Darstellungsmittel markiert.

Bei den biologischen Messdaten handelt es sich beispielsweise um Daten eines Elektromyogramms (EMG) , insbesondere ein Elektrokardiogramms (EKG) .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem im Verfahren verwendeten Speichermedium um ein Wechsel- speichermedium auf Flash-Basis, beispielsweise um eine Compact- Flash-Card und/oder eine SD-Card, die vorteilhafterweise mit einem FAT-File-System formatiert ist.

Die telemetrische Übertragung der gemessenen biologischen Daten erfolgt vorteilhafterweise in dem Verfahren nach dem Bluetooth- Standard.

Zur Durchführung des Verfahrens kann dabei an dem Empfänger eine Auswerteeinheit angeschlossen werden, wobei zwischen der Vorrichtung und dem Empfänger ein Rückkanal für eine Befehlsübertragung von der Auswerteeinheit bestehen kann.

Bei dem Verfahren weist die verwendete Vorrichtung vorzugsweise mindestens einen Elektrodenstecker mit mindestens einer dazugehörigen Messelektrode auf. Vorteilhafterweise ist dabei an o- der in dem Elektrodenstecker ein Ein-/Ausschalter integriert.

Verfahrensgemäß kann jeder Messelektrode mindestens ein Messkanal zugewiesen werden.

Die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt be- vorzugt zur Messung, Aufzeichnung und/oder Übertragung von biologischen Daten von Animalia (Tieren) , vorzugsweise Mammalia (Säugetieren) , insbesondere Herbivoren (Pflanzenfresser) . Bei der Erfindung ist es von Vorteil, dass die Validität in der am Individuum befestigten Vorrichtung integrierten Aufzeichnung elektrischer Muskelaktivitäten telemetrisch in Echtzeit überwacht werden kann. Auf Erfassungsfehler oder Überlastungssituationen kann sofort reagiert werden. Es ist damit sichergestellt, dass die Höchstleistung tatsächlich nur bei lückenloser Datenaufzeichnung abgerufen wird.

Die Messergebnisse werden nicht, wie bei den bekannten Langzeit-EKG-Geräten, nur aufgezeichnet und erst später einer Auswertung zugänglich gemacht, sondern durch die digitale Übertragung an eine im ausreichenden Abstand vom Probanten befindliche Empfangsstation einer sofortigen, evtl. sogar automatisierten Fehlerbeurteilung, unterzogen. Alle möglichen Mess- und Übertragungsfehler sowie Überlastungssituationen werden sofort erkannt und können ohne Zeitverlust als Kriterium für den Abbruch des Höchstleistungsversuches dienen.

Auch ist vorteilhaft, dass die Messvorrichtung trotz integrierter Aufzeichnung und telemetrischer Datenübermittlung so weit miniaturisiert bzw. so komfortabel gestaltet werden kann. Dabei ist es möglich, die Elektrodenanbringung so unauffällig vorzu- nehmen, dass ein Proband, beispielsweise ein Tier, in seiner natürlichen Bewegung und Wahrnehmung durch die Messapparatur möglichst wenig oder überhaupt nicht beeinflusst wird.

So ist es möglich, die zeitlichen Abläufe der elektrischen Muskelaktivität direkt während des natürlichen Verhaltens mit physiologischen Bewegungsabläufen in der gewohnten Umgebung oder in einer Trainingssituation des Tieres aussagekräftig auf- zuzeichnen und zeitgleich diagnostisch zu beurteilen.

Alle erhobenen Leistungsparameter werden sicher erfasst und können im weiteren Trainingsprogramm sofort Berücksichtigung finden, ohne wie bei fehlgeschlagener Datenerhebung den Hoch- leistungstest nach erneuter wochenlanger Vorbereitungszeit wiederholen zu müssen. Bei der Erfindung lässt sich neben der Aufzeichnung eine direkte zeitgleiche diagnostische Analyse von Überlastungssituationen vornehmen, die ein unverzügliches Eingreifen beim Auftreten bestimmter EKG-Veränderungen zwingend vorschreiben.

Gegenüber bisher bekannten sowohl technisch als auch finanziell mit erheblichem Aufwand verbundenen drahtlosen medizinischen Messsystemen können auf der Grundlage der Erfindung preiswert erhältliche Signalprozessoren eingesetzt werden, die eine geringe Größe haben und unmittelbar am Messobjekt eine digitale Aufbereitung der Daten direkt am Messort zulassen.

Die weitere digitale Übertragung der Daten geschieht mit redun- danter Speicherung der Daten, wobei Störungen oder auch längere Ausfälle beim Verlassen der Reichweite durch die permanente Speicherung der Daten direkt im Erfassungsgerät vollständig ü- berbrückt werden, so dass eine extrem hohe Erfassungssicherheit erreicht wird.

Weiterhin lassen sich mit dafür speziell zu erstellenden Computer-Algorithmen entsprechende Störungen oder Überlagerungen anderer Muskelaktivitäten herausrechnen, so dass erstmals eine

fehlerfreie Darstellung bisher am lebenden Tier nicht zu erhebender Befunde möglich ist und bereits geringste Überlastungsanzeichen frühzeitig detektiert werden können. Es lassen sich dabei mehrere der im einzelnen nur zweidimensional erfassten elektrischen Ableitungspotentiale auf digitalem Wege zu einer dreidimensionalen oder unter Berücksichtigung der Zeitachse sogar zu einer vierdimensionalen Darstellung der Messergebnisse aufbereiten, die beim derzeitigen Kenntnis ^' stand der Medizin bisher nicht mögliche diagnostische Aussagen zulassen könnten. Auch die Anwendung vorteilhafter Ausführungen der Erfindung in der Humanmedizin kann ein Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik sein.

Durch die direkte Kontrollmöglichkeit während der Messung und Aufzeichnung ließe sich eine immanente Fehlerquelle bei Abnahme eines Holter-EKGs eliminieren. Das Risiko, erst nach der Anlegekontrolle durch den Arzt beispielsweise eine Elektrode zu verlieren, würde sofort erkannt und der Untersuchungszeitraum müsste nicht ungenutzt verstreichen. Die Intensivüberwachung eines Patienten in seinem häuslichen Umfeld wäre sehr viel sicherer .

Durch Anwendung kostengünstiger digitaler Signalprozessoren schon während der Messwerterfassung ergibt sich neben der Über- tragungssicherheit eine wesentliche technische Vereinfachung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, die sich in einem deutlich geringeren Preis im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren zur drahtlosen EMG-Analyse und -Aufzeichnung auswirkt .

Das Verfahren eignet sich vorteilhafterweise zur sicheren Leistungsüberwachung und zur Optimierung von Höchstleistungen bei nahezu allen Sportarten von Mensch und Tier bei denen im Trai-

ning oder Wettkampf eine regelmäßige Wiederkehr in die Reichweite der telemetrischen Überragungseinheit sichergestellt ist, wie Rundenlauf im Stadion oder dem Pferderennsport auf einer Rennbahn.

Vorteilhaft ist, dass bei der Erfindung trotz zusätzlicher te- lemetrischer Kontrolle die Messvorrichtung so weit miniaturisiert bzw. ergonomisch gestaltet wird, dass das damit untersuchte Tier in seiner Wahrnehmung, in seinem Bewegungsablauf und in seinem natürlichen Umfeld nahezu unbeeinflusst bleibt.

Vorteilhafterweise kann dass das Messsignal sofort diagnostisch ausgewertet werden und es können daraus verzögerungsfrei Konsequenzen für die weitere Therapie bzw. den Trainingsverlauf ab- geleitet werden. Bei der Erfindung ist es auch von Vorteil, dass die Aufnahme des Messsignals, dessen Aufbereitung, Speicherung und Übertragung an eine im sicheren Abstand vom Tier befindliche Auswerteeinrichtung auf digitalem Wege erfolgt und die Speicherung auf handelsüblichen Flash-Karten basierend auf einem FAT-File-System erfolgt, so dass die Daten einem Standardformat der PC-Technologie entsprechen.

Auch ist es vorteilhaft , dass die Messeinheit mit weiteren Messkanälen und Speichermöglichkeiten aufrüstbar ist, so dass deren Signale simultan gespeichert und am entfernt stehenden

Auswertecomputer auch diese zusätzlichen Kanäle in Echtzeit beurteilt werden können, sowie über einen Rückkanal des digitalen Übertragungsweges die Messvorrichtung am Probanden jederzeit in einen Standby-Modus versetzt bzw. daraus wieder aktiviert wer- den kann, so dass trotz Batterieversorgung ergonomische Überwachungen über einen langen Zeitraum möglich sind.

Aufgrund der Kodierbarkeit des telemetrischen Übertragungsweges können mehrere Probanden z.B. in einem Trainingszentrum oder auf eine Beobachtungsstation gleichzeitig überwacht werden. Die am Tier angebrachte Speichereinheit mit telemetrischer Ü- bertragung ist vorteilhafterweise so miniaturisiert und ergonomisch gestaltet, dass diese möglichst unauffällig in die natürliche Lebens- bzw. Trainingssituation des Tieres integriert werden kann.

Ein wichtiger Vorteil ist, dass die digitale Speicherung der

Messkurven mit handelsüblichen Flash-Speichern erfolgt, die zur Verminderung des apparativen Aufwandes der miniaturisierten Messvorrichtung mit einer seriellen Schnittstelle angesteuert werden.

Vorteilhaft ist auch, dass die Anzahl der Mess- und Speicherkanäle aufgerüstet werden kann.

Zur Miniaturisierung und Begrenzung des finanziellen Aufwandes bei der Erfindung können kostengünstige digitale Signalprozessoren eingesetzt werden, wobei beispielsweise zur Miniaturisierung der Messvorrichtung (z.B. hochintegrierte) Multilay- erplatinen verwendet werden.

Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweili- gen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.

Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine Darstellung der äußeren Ansicht der Messvorrichtung, und Fig. 2 eine schematische Darstellung der Messvorrichtung.

Fig. 1 zeigt die Messvorrichtung 100. Die Messelektroden 102 werden im Kabel 104 zusammengeführt. An dem Ende des Kabels 104, welches mit der Messvorrichtung 100 verbunden wird, ist ein Elektrodenstecker 106 angebracht. In dem Elektrodenstecker 106 ist ein Ein-Aus-Schalter für die Messvorrichtung 100 integ- riert . Für die Aufzeichnung der Messdaten ist die SD-Card 108 vorgesehen. Die SD-Card 108 wird vor der Aufzeichnung in den entsprechenden Karten-Slot 110 eingesetzt. Durch den im Elektrodenstecker 106 integrierten Ein-/Aus-Schalter für die Messvorrichtung 100 wird neben dem erzielten Spritzwasserschutz ein unbeabsichtigtes Ein- oder auch Ausschalten der Messvorrichtung 100 vermieden.

In Figur 2 wird beispielhaft eine Ausführung der Messvorrichtung 100 schematisch dargestellt. Die Messvorrichtung 100 weist j e zu erfassendem Kanal einen Messverstärker 200 auf. Von den Messelektroden gelangt das Mess-Signal an den Eingang eines Messverstärkers 200. Vom Ausgang des Messverstärkers 200 wird das verstärkte Signal zum Multiplexer 202 übertragen. Dort werden die Kanäle von allen, entsprechend der Anzahl der Messkanä- len, vorhandenen Verstärkern 200 in einem Multiplexverfahren gebündelt und durch den Analog-Digital-Wandler 204 werden die zunächst analogen Signale digitalisiert und in einem Signalprozessor 206 digital verarbeitet und bereits hier werden mit

Hilfe geeigneter mathematischer Algorithmen und digitaler Signalfilter Störungen und Rauschanteile herausgerechnet. Das Ausgangssignal des Signalprozessors 206 wird auf einer in der Messvorrichtung befindlichen SD-Card 108 gespeichert. Gleich- zeitig werden- die im Signalprozessor 206 aufbereiteten digitalen Signale bereits als vollwertige EMG- bzw. EKG-Kurve 210 in digitalisierter Form zu einem Bluetooth-Modul 212 (digitaler Transceiver) übermittelt. Von dort erfolgt die drahtlose Übertragung 214 der digitalisierten biologischen Messdaten über die in der Messvorrichtung 100 integrierte Antenne 216 zu einem weiteren Bluetooth-Modul 218 (digitaler Empfänger) mit einer Antenne 220. Der digitale Empfänger 218 ist mit einer Auswerteeinheit 222 (Computer) verbunden. Hier können die empfangenen Daten zwischengespeichert oder nach entsprechender Aufbereitung durch ein speziell dafür erstelltes Computerprogramm direkt auf dem Monitor dargestellt bzw. als Hardcopy ausgedruckt werden.

Weiterhin ist zwischen der Auswerteeinheit 222 und der Messvorrichtung 100 ein Rückkanal vorgesehen, der eine Befehlsdaten- Übertragung 224 zur Messvorrichtung 100 gewährleistet. Die Befehlsdaten werden vom Bluetooth-Modul 212 der Messvorrichtung 100 empfangen und im Analog-Digital-Wandler 226 in analoge Schaltsignale für die Verstärker 200 umgewandelt werden. Auf diese Weise ist beispielsweise möglich, eine Umschaltung der Messvorrichtung 100 vom aktiven Modus in einen Standby-Modus und umgekehrt zu realisieren. Dadurch wird u.a. erreicht, dass trotz Batterie-Stromversorgung der Messvorrichtung 100 ergonomische Überwachungen über einen langen Zeitraum möglich sind.

Bei simultaner Erfassung mehrerer Ableitungen können diese im

Computer der Auswerteeinheit zwischengespeichert und nacheinander zur Darstellung gebracht oder über eine spezielle Software

miteinander verrechnet und als bisher noch nicht mögliche mehrdimensionale Darstellungen analysiert werden.

In vielen Anwendungsfällen kann eine einkanalige Aufzeichnung bereits ausreichend sein. Prinzipiell lässt sich jedoch die Messvorrichtung mit beliebig vielen Messverstärkern aus- bzw. aufrüsten.

Eine Aufbereitung der Daten bereits in der Messvorrichtung vor- zunehmen ist vorteilhaft, da hierdurch Daten für Kalibrati- onszwecke schon in der Messvorrichtung zur Verfügung stehen.

Vorteilhafterweise werden im Signalprozessor 206 der Messvorrichtung 100 Infinite Impuls Response Filter (IIR-Filter) ver- wendet. Der hierfür benötigte Speicherbedarf ist im Vergleich zur Verwendung von Finite Impulse Response Filtern geringer und kann mit geringem Aufwand von Single-Chip-Microcontrollern abgedeckt werden. Alternativ (oder ergänzend) dazu können die Filterfunktionen empfängerseitig ausgeführt werden, beispiels- weise in einem Notebook oder PC. Es können IIR-Filter und/oder FIR-Filter (Finite Impulse Filter) zur Anwendung kommen.

Für eine sichere Fixierung der Elektroden 102, beispielsweise beim Pferd, bietet sich die Integration der Messvorrichtung 100 in die ohnehin auf der Hautoberfläche getragen Bänder, Sattelbefestigung, Zaumzeug, Satteldecke und dergleichen an. Gegebenenfalls muss an den korrespondierenden Hautarealen kleinflächig das Fell zurückgeschnitten werden und ein geeignetes Leitgel aufgetragen werden.

Die Unterbringung der Messvorrichtung 100 muss so erfolgen, dass einerseits die Kabel 104 zu den Messelektroden 102 möglichst kurz und direkt verlegt werden können ohne das Tier in

seinem natürlichen Bewegungsablauf zu hindern und andererseits die Messvorrichtung selbst nicht alteriert wird, wenn sich das Pferd beispielsweise spielerisch im Sand wälzt. Hierfür bietet sich die Unterbringung in einer Brusttasche des Schulterschoners an. An diesem speziellen Ort direkt unterhalb des Halses ist die Messvorrichtung 100 auch bei extremsten Bewegungen des Tieres nur wenigen mechanischen Belastungen ausgesetzt.

Bezugszeichen

100 Messvorrichtung

102 Messelektroden

104 Kabel 106 Elektrodenstecker

108 SD-Card

110 Karten-Slot

200 Verstärker

202 Multiplexer 204 Analog-Digital-Wandler

206 Signalprozessor

210 EMG- oder EKG-Kurve (Symbolische Darstellung)

212 Bluetooth-Modul (digitaler Transceiver)

214 Messdatenübertragung 216 Antenne

218 Bluetooth-Modul (digitaler Empfänger)

220 Antenne

222 Auswerteeinheit

224 Befehlsdatenübertragung 226 Analog-Digital-Wandler