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EP-3285643-B1 - BODY IMPEDANCE MEASURING DEVICE

EP3285643B1EP 3285643 B1EP3285643 B1EP 3285643B1EP-3285643-B1

Inventors

  • GLITZNER, Philipp

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20160310

Claims (16)

  1. Device (2) for impedance measurements on segments of a human or animal body, the impedance measurements preferably being a multi-frequency impedance measurements, wherein the device (2) comprises a current source (4), current changeover switches (3), current electrodes (8) placeable on segments of the human or animal body (6), voltage changeover switches (10) and measuring electrodes (14), wherein each output of the current source (4) is connected to an input of a current changeover switch (3), wherein each current changeover switch (3) has a plurality of outputs and the input of the respective current changeover switch (3) is switchably interconnectable with one of its outputs, wherein the outputs of the current changeover switches (3) are connected to electric feed lines (5) of the current electrodes (8), wherein the measuring electrodes (14) detect voltage signals and the device (2) determines the impedances of the segments of the human or animal body (6) from the current supplied by the current source (4) and the detected voltage signals, wherein switching devices (7) are incorporated into the feed lines (5) near or directly at the current electrodes (8), with which switching devices (7) the current electrodes (8) may be connected to or disconnected from their feed lines (5), wherein the device (2) is configured to always open up only one measuring section via the voltage changeover switch (10) and respectively connect only two current electrodes (8) to the current source (4) by switching the current changeover switches (3) and the switching devices (7), and to disconnect all other current electrodes (8) from the feed line (5) by switching the switching device (7), and to disconnect the feed line (5) from the current source (4) by switching the current changeover switches (3) wherein signal lines (19) of the measuring electrodes (14) are connected to inputs of voltage switches (10).
  2. Device according to claim 1, characterized in that voltage amplifiers (9) or voltage followers with a high input resistance (9) are integrated into the signal lines (19) near or directly at the measuring electrodes (14).
  3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the switching devices (7) are switchable by the device (2).
  4. Device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the voltage changeover switches (10) each have an output that is interconnectable with an input of the voltage changeover switch (10).
  5. Device according to claim 4, characterized in that the outputs of the voltage changeover switches (10) are connected to inputs of a differential amplifier (11), which, based on the voltage signals applied to its inputs, determines a differential voltage (Udiff), which the device (2) uses for the determination of impedance.
  6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a compensating current may be applied to at least one of the current electrodes (8) or an additional electrode (8a) via a resistor (12), wherein the connection of the resistor (12) to the current electrode (8) is positioned between the switching device (7) and the current electrode (8).
  7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a compensating current electrode (8a) is provided, to which a compensating current may be applied via a resistor (12a).
  8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that one current electrode (8) and one measuring electrode (14), respectively, are arranged on a common electrode carrier grouped into a combined electrode region (1), wherein current feeding always takes place with two current electrodes (8) that are respectively grouped in a combined electrode region (1), wherein, however, not more than one measuring electrode (14) is used at a time, which is positioned on one of the two combined electrode regions (1).
  9. Device according to claim 8, characterized in that the device (2) interconnects the current electrode (8) of no more than one combined electrode region (1) with the current source (4) and uses the measuring electrode (14) for voltage measurements.
  10. Device according to one of the claims 8 or 9, characterized in that combined electrode regions (1) are selectable for attachment to peripheral body segments and central body segments, wherein preferably a further combined electrode region (1) is selectable for attachment to a body region where the chest wall electrodes V1 to V6, preferably V4 to V6, of an ECG are placed.
  11. Device according to any of the preceding claims, characterized in that a pressure sensor for pulse measurement is arranged on the common electrode carrier, in particular a liquid-filled balloon communicating with a pressure transducer, wherein the liquid-filled balloon is pressable against a body part, advantageously by means of a controlled, hydraulic- or electric motor-driven pressing device.
  12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it determines the impedance and impedance changes with the heartbeat of at least two body segments, the segments being defined a) on the one hand, with regard to feeding by two combined electrode regions (1) positionable on a central (Z) body part and a peripheral (P) body part, and with regard to voltage measurements by a combined electrode region (1) positionable on a central (Z) body part and a centrally positioned single electrode (20); b) on the other hand, regarding current feeding by two electrode regions (1) positionable on peripheral (P) body parts, and with regard to voltage measurements by the peripheral (P) combined electrode region (1) and a central measuring electrode, either as single electrode (20) or as measuring electrode (14) of a central (Z) combined electrode region; wherein c) alternatively to b), the second body segment is also defined with regard to current feeding by a central (Z) and a peripheral combined electrode region (1), and with regard to voltage measurements by two peripheral (P) combined electrode regions, one of which does not carry any current.
  13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that an ECG device (21) is integrated into the device (2), wherein the ECG device (21) has at least extremities electrodes, preferably also chest wall electrodes.
  14. Device according to claim 13, characterized in that the measuring electrodes (14) are implemented as ECG electrodes by providing branch lines (22) of the signal lines (19) of the measuring electrodes (14) to the ECG device (21).
  15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the current electrodes (8) and/or the measuring electrodes (14) are implemented as transducers/generators (17, 17a) for acceleration values.
  16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that it has a CPU (23) that, by means of multiple regression equations or mathematical models, determines parameters of body functions and compositions, such as cardiac performance, biochemical parameters thereof, for the physical maximum performance, for the aerobic and anaerobic thresholds, for the circulation of body parts, for arterial and venous functions, e.g. the ankle brachial index, arterial and venous thromboses or arterial embolisms, the body compartments, whole-body water, extracellular space, muscle mass, fat mass, ratio between extracellular space and intracellular space or total-body water in the whole body and in individual body parts and their deviations from the norm.

Description

In jüngster Zeit hat sich bei der Entwicklung von medizinischen Körperimpedanz-Messgeräten eine Tendenz gebildet, die Vermessung von Körperkompartimenten mit Hilfe von Ganzkörperimpedanz zugunsten einer Vermessung der Körperkompartimente mit Hilfe von segmentalen Impedanzmessungen hintanzustellen. Bei der Ganzkörperimpedanz betrachtet man den menschlichen oder tierischen Körper als aus verschiedenen, elektrisch leitfähigen Körperteilen zusammengesetzt und versucht mittels mathematischer Modelle die unterschiedlichen Durchmesser und Längen dieser elektrischen Leiter (nämlich Arme, Beine und Rumpf) zu berücksichtigen. Da der Widerstand eines elektrischen Leiters abgesehen von seinem spezifischen Widerstand in erster Linie von dessen Länge und Querschnitt abhängt, muss man bei dieser Methode fixe Verhältnisse von Körpergröße zu den Durchmessern und Querschnitten von Rumpf und Extremitäten annehmen. Dazu werden üblicherweise Standardproportionen des menschlichen Körpers herangezogen, die z.B. aus Vermessungen an Personal der US Armee stammen. Diese Modelle und Annahmen bringen allerdings derartige Ungenauigkeiten in die Methode, dass diese zwar näherungsweise zur Untersuchung von gesunden Personen, nicht jedoch bei kranken Menschen anwendbar ist. Mit der segmentalen Impedanzmessung von Körperkompartimenten, speziell wenn diese bei mehreren unterschiedlichen Frequenzen durchgeführt wird, kann man die unterschiedlichen Dimensionen der Körperteile und deren Auswirkungen auf die Wechselstrom-Leitfähigkeit besser berücksichtigen. Mit der segmentalen Impedanzmessung wird besonders versucht, mit Hilfe von Mehrfrequenzmessungen zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Wasser zu unterscheiden. Trotz aller Fortschritte auf dem Gebiet ist es bis heute aber nicht gelungen, diese Methoden in die Routinebetreuung am Krankenbett einzuführen. Eine Ausnahme stellt die Messung von Lymphödem an einzelnen Extremitäten dar, bzw. der Versuch, Über- und Unterhydrierung von Dialysepatienten an einem Körperteil, nämlich dem Unterschenkel zu quantifizieren. Für die segmentale Impedanzanalyse wurden zahlreiche Patente angemeldet. Beispielsweise wird bei dem in der WO 2007/002991 (Chetham) und in der US 8781551 (Chetham) vorgeschlagenen Impedanzmessgerät der Mess-Strom gemessen und anschließend nachgeregelt, es sind keinerlei Umschaltmöglichkeiten vorgesehen. In der US 8594781 (Chetham) ist ein Impedanzmessgerät offenbart, bei dem Messelektroden weggeschaltet werden, um induktive Störungen zu beseitigen. Beim Impedanzmessgerät gemäß der US 2011/0087129 (Chetham) bestimmt ein erstes System die Impedanzprozedur, selektiert Anweisungen, ein zweites System generiert entsprechend diesen Anweisungen Kontrollsignale. Chatham in US 8548580 schlägt zwei Systeme vor, von denen das erste die Instruktionen für die Messung selektiert und diese Instruktionen zu einem zweiten System transferiert. In der Patentanmeldung US 2008/0009757 A1 (Tsoglin) ist ein Impedanzmessgerät offenbart, bei dem die Stromdistorsionen in nicht gemessenen Körpersektionen entsprechend einem elektrischen Modell berücksichtigt werden, bei dem es sich offensichtlich um die Kirchhoff Regeln handelt. Cha in US 8386028 untersucht zwei Segmente gleichzeitig bei zwei verschiedenen Frequenzen. In der US 2011/0046505 (Cornish) werden zwei verschiedene Körpersegmente mit einander verglichen. Die WO 2008/031030 (Bartnik) offenbart die Gewinnung systolischer Zeitintervalle, indem von einer ersten Kurvenform, welche aus einem Impedanzsignal stammt, eine zweite Kurvenform subtrahiert wird, die aus Echokardiographie oder aus der Pulswelle oder dem Pulsoximeter gewonnen wird. Die WO 2006/063255A2 (Bernstein) offenbart, aus dem Impedanzsignal über dem Thorax oder über der Brachialarterie das Schlagvolumen zu bestimmen. Die US 2013/0096448 (Brooks) beschreibt eine kombinierte ECG-(Elektrokardiographie-), ICG- (Impedanzkardiographie-) und Phonoelektrode auf einem gemeinsamen Träger mit akustischer Kammer. Die Schriften US 8521264 und US 2010/0324404 beschreiben die Verwendung von maximal drei kombinierten ECG-ICG-Elektroden, die alle am Thorax platziert sind. Die US 6339722 (Heethaar) schlägt vor, den Thorax als ein Segment bei zwei Frequenzen und mit zwei verschiedenen Messdistanzen zu vermessen, um Information über die Herztätigkeit zu gewinnen. Die Schriften WO2014/128237 A1, EP 1 731 092 A1 und US 6,321,112 B1 offenbaren weitere Vorrichtungen zur Impedanzmessung an Segmenten eines menschlichen oder tierischen Körpers. Für eine rasche und wenig umständliche Durchführung einer multisegmentalen Mehrfrequenzimpedanzanalyse ist es notwendig, automatisch und zweckmäßig ohne Zutun des Anwenders zahlreiche Körpersegmente zu vermessen. Dafür ist üblicherweise ein Multiplexer vorgesehen, der in das Gerät eingebaut ist. Multiplexer für die Impedanzmessung werden teilweise bei den oben zitierten Impedanzmessgeräten eingesetzt, um an verschiedenen Stellen des Körpers Strom einzuspeisen und andererseit