Kabellose Datenübertragung am menschlichen Körper - neuartige Prinzipien für body area networks (BANs):
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin
Logos-Verl.
2006
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| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | VI, 165 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
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|---|---|
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Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis v
1 Einleitung 1
1.1 Telemedizinische Gesundheitsüberwachung 1
1.2 Stand der Technik und Vorstellung der Übertragungsverfahren 2
1.2.1 Körperstromverfahren 3
1.2.2 Kapazitive Übertragung 3
1.2.3 Induktive Übertragung 4
1.2.4 Ultraschallübertragung 5
1.3 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 5
2 Systemkonzept und Methodik 7
2.1 Body Area Networks (BANs) zur Überwachung von Vitalfunktionen 7
2.1.1 Medizinische Anwendungen und Spezifikation 9
2.2 Methodik zur Untersuchung der Verfahren 12
2.2.1 Kanalkapazität 12
2.2.2 Systemtheoretische Beschreibung des Kanals 13
2.2.3 Vereinfachte Abschätzung der Energieeffizienz des Kanals 16
2.2.4 RauscheinHüsse 16
2.2.5 Vereinfachte Berechnung der Kanalkapazität bei frequenzunabhängiger Über¬
tragungsfunktion 18
3 Theorie der Übertragungsverfahren 19
3.1 Körperstromverfahren 19
3.1.1 Elektrische Eigenschaften von Körpergewebe und Elektroden 19
3.1.2 Laplace-Gleichung 22
3.1.3 Analytische Lösung 23
3.1.4 Numerische Lösung 28
3.1.5 Berechnung der Kanalkapazität 38
3.2 Kapazitive Signalübertragung 40
3.2.1 Grundlagen 40
3.2.2 Elektrisches Ersatzschaltbild 42
3.2.3 Analyse der Teilkapazitäten 43
3.2.4 Ein- und Ausgangsimpedanz 49
3.2.5 Berechnung der Kanalkapazität 50
i
Inhaltsverzeichnis
3.3 Induktive Signalübertragung 53
3.3.1 Ersatzschaltbild einer Magnetspule 53
3.3.2 Verlustmechanismen, Kapazitäten 54
3.3.3 Selbstinduktivität 55
3.3.4 Gegeninduktivität 56
3.3.5 Ersatzschaltbild des Übertragungssystems 60
3.3.6 Berechnung der Kanalkapazität 61
3.4 Akustische Signalübertragung 67
3.4.1 Grundlagen 67
3.4.2 Ultraschallwandler 68
3.4.3 Schallausbreitung im Körper, Wellengleichung 74
3.4.4 Berechnung der Kanalkapazität 78
3.5 Zusammenfassung 81
4 Messsystem 83
4.1 Technische Aspekte 83
4.1.1 Ersatzschaltbild des Körperstromverfahrens, diskrete Impedanzen 83
4.1.2 Kapazitive Kopplung 85
4.1.3 Galvanische Verbindung 86
4.1.4 Maßnahmen zur Minimierung parasitärer Signale 87
4.1.5 Rauschminderung 87
4.2 Aspekte der Probandensicherheit 88
4.2.1 Körperstromverfahren 89
4.2.2 Kapazitive Übertragung 90
4.2.3 Induktive Übertragung 90
4.2.4 Ultraschallübertragung 91
4.3 Zusammenfassung der Anforderungen an das System 91
4.4 Hardware 92
4.4.1 Sender 92
4.4.2 Empfänger 94
4.4.3 RS232-Transceiver 96
4.5 Software 96
4.5.1 Steuerungsprogramm 96
4.5.2 Datenauswertung 96
4.6 Charakterisierung 99
4.6.1 Amplitudeufrequenzgang 99
4.6.2 Reproduzierbarkeit 99
4.6.3 Mittelungseffekte 101
5 Modellmessungen 103
5.1 Körperstromverfahren 103
5.1.1 Signaldämpfung 103
5.1.2 Rauschspektrum 105
5.2 Kapazitives Verfahren 105
ii
Inhaltsverzeichnis
5.2.1 Rauschspektrum 110
5.3 Induktives Verfahren 110
5.3.1 Spulenimpedanz 110
5.3.2 Signaldämpfung 111
5.3.3 Rauschspektrum 112
5.3.4 Reale Kanalkapazität 112
5.4 Ultraschallverfahren 113
5.4.1 Wandlerimpedanz 113
5.4.2 Signaldämpfung 114
5.4.3 Rauschspektrum 115
5.5 Zusammenfassung 117
6 Probandenmessungen 119
6.1 Individuelle Messungen 119
6.1.1 Körperstromverfahren . 119
6.1.2 Kapazitives Verfahren 125
6.1.3 Ultraschallverfahren 128
6.2 Klinische Studie 132
6.2.1 Studienablauf 132
6.2.2 Messergebnisse Körperstromverfahren 134
6.2.3 Messergebnisse Kapazitives Verfahren 139
6.2.4 Messergebnisse Induktives Verfahren 142
6.3 Zusammenfassung 145
7 Schlussbetrachtung und Ausblick 147
7.1 Abschliefender Vergleich der Verfahren 148
7.2 Ausblick 149
Literaturverzeichnis 151
A Anhang 157
A.l Beschreibung der 2D-FD-Matrix aus Abschnitt 3.1.4 157
A.2 Zusammenhang zwischen kontinuierlichem und diskreten Modell des Körperstromver-
fahrens 158
A.3 Herleitung von Gl. 4.9 159
A.4 Anthropologische Parameter 160
A.5 Veröffentlichungen 163
iii |
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
Symbolverzeichnis v
1 Einleitung 1
1.1 Telemedizinische Gesundheitsüberwachung 1
1.2 Stand der Technik und Vorstellung der Übertragungsverfahren 2
1.2.1 Körperstromverfahren 3
1.2.2 Kapazitive Übertragung 3
1.2.3 Induktive Übertragung 4
1.2.4 Ultraschallübertragung 5
1.3 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 5
2 Systemkonzept und Methodik 7
2.1 Body Area Networks (BANs) zur Überwachung von Vitalfunktionen 7
2.1.1 Medizinische Anwendungen und Spezifikation 9
2.2 Methodik zur Untersuchung der Verfahren 12
2.2.1 Kanalkapazität 12
2.2.2 Systemtheoretische Beschreibung des Kanals 13
2.2.3 Vereinfachte Abschätzung der Energieeffizienz des Kanals 16
2.2.4 RauscheinHüsse 16
2.2.5 Vereinfachte Berechnung der Kanalkapazität bei frequenzunabhängiger Über¬
tragungsfunktion 18
3 Theorie der Übertragungsverfahren 19
3.1 Körperstromverfahren 19
3.1.1 Elektrische Eigenschaften von Körpergewebe und Elektroden 19
3.1.2 Laplace-Gleichung 22
3.1.3 Analytische Lösung 23
3.1.4 Numerische Lösung 28
3.1.5 Berechnung der Kanalkapazität 38
3.2 Kapazitive Signalübertragung 40
3.2.1 Grundlagen 40
3.2.2 Elektrisches Ersatzschaltbild 42
3.2.3 Analyse der Teilkapazitäten 43
3.2.4 Ein- und Ausgangsimpedanz 49
3.2.5 Berechnung der Kanalkapazität 50
i
Inhaltsverzeichnis
3.3 Induktive Signalübertragung 53
3.3.1 Ersatzschaltbild einer Magnetspule 53
3.3.2 Verlustmechanismen, Kapazitäten 54
3.3.3 Selbstinduktivität 55
3.3.4 Gegeninduktivität 56
3.3.5 Ersatzschaltbild des Übertragungssystems 60
3.3.6 Berechnung der Kanalkapazität 61
3.4 Akustische Signalübertragung 67
3.4.1 Grundlagen 67
3.4.2 Ultraschallwandler 68
3.4.3 Schallausbreitung im Körper, Wellengleichung 74
3.4.4 Berechnung der Kanalkapazität 78
3.5 Zusammenfassung 81
4 Messsystem 83
4.1 Technische Aspekte 83
4.1.1 Ersatzschaltbild des Körperstromverfahrens, diskrete Impedanzen 83
4.1.2 Kapazitive Kopplung 85
4.1.3 Galvanische Verbindung 86
4.1.4 Maßnahmen zur Minimierung parasitärer Signale 87
4.1.5 Rauschminderung 87
4.2 Aspekte der Probandensicherheit 88
4.2.1 Körperstromverfahren 89
4.2.2 Kapazitive Übertragung 90
4.2.3 Induktive Übertragung 90
4.2.4 Ultraschallübertragung 91
4.3 Zusammenfassung der Anforderungen an das System 91
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4.6 Charakterisierung 99
4.6.1 Amplitudeufrequenzgang 99
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5 Modellmessungen 103
5.1 Körperstromverfahren 103
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Inhaltsverzeichnis
5.2.1 Rauschspektrum 110
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5.4 Ultraschallverfahren 113
5.4.1 Wandlerimpedanz 113
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5.5 Zusammenfassung 117
6 Probandenmessungen 119
6.1 Individuelle Messungen 119
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6.2.1 Studienablauf 132
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6.3 Zusammenfassung 145
7 Schlussbetrachtung und Ausblick 147
7.1 Abschliefender Vergleich der Verfahren 148
7.2 Ausblick 149
Literaturverzeichnis 151
A Anhang 157
A.l Beschreibung der 2D-FD-Matrix aus Abschnitt 3.1.4 157
A.2 Zusammenhang zwischen kontinuierlichem und diskreten Modell des Körperstromver-
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