DE60215924T2

DE60215924T2 - Hautpflaster mit temperatursensor

Info

Publication number: DE60215924T2
Application number: DE60215924T
Authority: DE
Inventors: Donna K. Bend BARTON; Florian G Bend BELL; Jesse S. Bend LAIRD; Thomas Clifton Bend MEYER
Original assignee: Mini Mitter Co Inc
Current assignee: Mini Mitter Co Inc
Priority date: 2001-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2022-02-09
Also published as: US20040215098A1; WO2002063260A2; EP1379161A2; US6814706B2; EP1379161A4; WO2002063260A3; EP1379161B1; US20020107436A1; JP3927495B2; DE60215924D1; JP2004523289A

Description

RECHTE DER REGIERUNG DER VEREINIGTEN STAATEN
Diese Erfindung wurde zusammen mit dem "United States Government Support" unter der Vertragsnummer DAMD 17-01-C-0022 gemacht, welcher Vertrag durch das "Department of the Army" geschlossen wurde. Die Regierung der Vereinigten Staaten hat bestimmte Rechte an der Erfindung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Hautpflaster mit einem Telesensor, und insbesondere ein Hautpflaster, das einen Temperatursensor aufweist.
Die hierin verwendete Bezeichnung "Telesensor" bedeutet eine Vorrichtung, die die Überwachung eines physiologischen Parameters in einem Abstand erlaubt, und "Temperatursensor" steht für einen Telesensor, bei dem die physiologische Quantität für die Körpertemperatur steht. Ein Temperatursensor umfasst ein Element, dessen Verhalten im Wesentlichen von der Temperatur des Elements abhängt und das ein Signal abgibt, aus dem die Temperatur des Elements entnommen werden kann.
Hautpflaster werden für verschiedene Zwecke eingesetzt. Ein Typ eines Hautpflasters wurde verwendet, um kleine Mengen Schweiß in einem Absorber-Pad aufzunehmen. Nach der Überwachungsdauer kann das Pflaster von der Haut der Person entfernt und der von dem Absorber-Pad gewonnene Schweiß entnommen werden. Mittels einer Analyse des Schweißes können das Vorliegen und der Anteil verschiedener chemischer Substanzen bestimmt werden. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 4,329,999 (Philips) ein Hautpflaster, das für die Feststellung von Drogen oder Alkohol nützlich ist. Es sind ebenso Hautpflaster vorgeschlagen worden, in denen chemisch aktive Streifen anstelle von Absorber-Pads eingesetzt sind. Die Streifen reagieren auf bestimmte interessierende Chemikalien. Beispielsweise zeigt das US-Patent 4,444,193 (Fogt et al) ein Hautpflaster, bei dem zwei konzentrisch kreisförmi ge Reaktionsflächen von chemisch behandeltem Absorber-Papier, das auf Chlorid in dem Schweiß reagiert, verwendet werden, um zystische Fibrosen anzuzeigen. Das US-Patent 4,732,153 (Philips) offenbart ein Hautpflaster, das ein Aktivmedium, wie beispielsweise Kohle umfasst, das den Schweiß aufnimmt und diesen während der Überwachungsdauer hält. Nachfolgend der Überwachung wird das Aktivmedium entnommen und hinsichtlich dem Vorliegen und der Menge des interessierenden chemischen Stoffes analysiert. Es sind ferner Hautpflaster vorgeschlagen worden, die mehrere Testzonen mit verschiedenen, jeweiligen Aktivmedien aufweisen, um verschiedene chemische Stoffe zu sammeln und zu detektieren. Ein Hautpflaster, das alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 umfasst, ist aus der EP-A-0417274 bekannt.
Es sind ferner Hautpflaster vorgeschlagen worden, die Chemikalien über die Haut abgeben. Hautpflaster sind entwickelt worden, um Medikamente gegen Schmerz, sowie für hormonelle und andere Ersatztherapien zu verabreichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung ist ein Hautpflaster vorgeschlagen, das eine erste Materiallage umfasst, wobei die erste Lage eine erste und eine zweite Hauptseite, die einander gegenüberliegen, hat, und die erste Hauptseite mit einer Beschichtung eines hautverträglichen adhäsiven Materials versehen ist, sowie eine zweite Materiallage, die mit einer ersten und einer zweiten Hauptseite, die einander gegenüberliegen, versehen ist, und die erste Hauptseite der zweiten Lage in konfrontierender Beziehung zur zweiten Hauptseite der ersten Lage steht, sowie ein Telesensor zum Abgeben eines Signals, das einen physiologischen Parameter darstellt, der durch den Telesensor aufgenommen wird, wobei der Telesensor zwischen der ersten und zweiten Lage sandwichartig aufgenommen ist, wobei die erste und zweite Lage aus für Wasserdampf permeablen Materialien an deren ersten Seiten gefertigt sind und die zweite Lage für flüssiges Wasserexponat an ihrer zweiten Seite undurchlässig ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der Erfindung und zum Veranschaulichen der Wirkungsweise derselben wird nun Bezug auf die beispielhaften, beigefügten Zeichnungen genommen, in denen
1 eine Draufsicht auf ein erstes Hautpflaster gemäß der vorliegenden Erfindung ist; der Telesensor ist ein Temperatursensor und 1 zeigt das Pflaster mit der abgenommenen Abdeckschicht und veranschaulicht das Layout der Bestandteile des Temperatursensors,
2 ist eine schematische Schnittansicht des Hautpflasters gemäß 1,
3 ist ein schematisches Blockdiagramm des Temperatursensors, der in dem Hautpflaster gemäß 1 aufgenommen ist, und
4 ist eine schematische Schnittansicht eines zweiten Hautpflasters gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Das in den 1–3 gezeigte Hautpflaster umfasst zwei integrierte Schaltkreis-Chips 2, 4, zwei Knopfzellbatterien 6, die an zwei Energieversorgungsterminals des Chips 2 angeschlossen sind, sowie eine Antenne 8, die an ein Ausgangsterminal des Chips 2 angeschlossen ist. Der integrierte Schaltkreis-Chip 4 ist an einem Thermistor 12 (3) und verschiedene passive Komponenten (nicht gezeigt) angeschlossen. Der elektrische Widerstand des Thermistors 12 hängt hauptsächlich von seiner Temperatur ab.
Die Knopfzellen 6 sind klein und haben ein relativ kleines Profil und sind von dem Typ, die herkömmlich für Hörhilfen verwendet werden. Die integrierten Schaltkreis-Chips 2, 4 und damit verbundene Bestandteile, die Knopfzellbatterien 6 und die Antenne 8 bilden einen Temperatursensor. Der Temperatursensor misst – wenn dieser aktiv ist – periodisch die Temperatur des Thermistors und überträgt dann die Messinformation via einer RF-Verbindung. Eine Aufnahmeeinheit nimmt die Übertragung auf und ermittelt die Temperatur.
Die Chips 2, 4, die Batterien 6 und die Antenne 8 sind an einem elektrisch isolierten flexiblen Schaltkreis-Substrat 14 befestigt, wie das auch für alle anderen elektrischen Bestandteile des Sensors gilt. Das flexible Schaltkreis-Substrat ist auf seiner Unterseite mit einer Be schichtung 16 eines adhäsiven Materials versehen. Eine abnehmbare Schutzschicht 20 aus Papier haftet an der adhäsiven Beschichtung 16. Das Hautpflaster umfasst ferner eine obere oder äußere Schutzschicht 22 aus thermisch isolierendem Material über dem Temperatursensor und ist adhäsiv an der Außengrenze des flexiblen Schaltkreissubstrats 14 festgelegt.
Bei der Verwendung des Hautpflasters wird die Papierschicht 20 entfernt, um die adhäsive Beschichtung 16 freizugeben, und das Pflaster wird auf die Haut der Person aufgetragen. Die Thermistor-Temperatur steht im Gleichgewicht mit der Hauttemperatur der Person. Wenn der Temperatursensor aktiviert ist, misst dieser die Temperatur des Thermistors und überträgt die Temperaturinformation.
Um das Hautpflaster mit der Person physiologisch kompatibel zu machen, sollte das Material der adhäsiven Beschichtung ein solches sein, das mit der Haut für eine längere Zeitdauer in Kontakt stehen kann, beispielsweise vier bis fünf Tage, ohne hierbei eine unakzeptable Reaktion hervorzurufen.
Für ein normales Aktivitätsmaß wird durch die Haut einer menschlichen Person ein Feuchtigkeitsgehalt mit einer Feuchtigkeitsdampftransmissionsrate (MVTR) von ca. 425 g/m² pro 24 Stunden transpiriert. Lebhafte Verhaltensweisen produzieren eine höhere MVTR, wohingegen eine ruhige, sitzende Stellung in einem niedrigeren MVTR resultiert. Feuchtigkeit, die durch die Haut einer menschlichen Person abgegeben wird, kann die elektrischen Komponenten des Hautpflasters negativ beeinträchtigen, wie beispielsweise die integrierten Schaltkreis-Chips, die Knopfzellen und die Antenne, und demgemäß ist es wünschenswert, diese Bestandteile vor einem Kontakt mit der Feuchtigkeit zu schützen. Das flexible Schaltkreissubstrat hat im Allgemeinen eine sehr niedrige MVTR-Kapazität, so dass Feuchtigkeit nicht durch das Substrat hindurch dringt und die elektrischen Komponenten beeinflusst, wenn das flexible Schaltkreissubstrat unperforiert ist. Es ist jedoch nicht wünschenswert, dass Feuchtigkeit in Kontakt mit der Haut festgehalten wird, womit das Hautpflaster eine ausreichende MVTR-Kapazität für normale Aktivität vorsehen muss. Dieser Bedarf macht es erforderlich, dass jede Schicht des Hautpflasters eine MVTR-Kapazität von mindestens 425 g/m² pro 24 Stunden aufweist. Überdies muss die obere Lage zusätzlich für flüssiges Wasser undurchlässig sein. Eine Anzahl kommerziell erhältlicher Materialien haben eine ausreichende MVTR-Kapazität und sind gegen flüssiges Wasser widerstandsfähig.
Bezug nehmend auf 1 ist das Pflaster ausreichend groß, und die elektrischen Komponenten sind ausreichend klein, so dass ein wesentlicher Anteil der Fläche des flexiblen Schaltkreissubstrats 14 nicht mit elektrischen Bestandteilen besetzt ist. Mehrere Löcher 24 im Substrat erlauben den Durchgang von Feuchtigkeit durch das Substrat. Die Löcher 24 können von den eher empfindlichen elektrischen Bestandteilen beabstandet sein.
Feuchtigkeit, die durch die Löcher 24 in dem Substrat hindurchtritt und die obere Schicht 22 erreicht, tendiert dazu, durch die gesamte obere Schicht hindurch zu treten. Eine konforme Beschichtung 28 aus Polyurethan oder Epoxy-Material ist über den elektrischen Bestandteilen vorgesehen, um diese vor einer Korrosion und Feuchtigkeitsauswirkungen aufgrund der in der oberen Schicht vorliegenden Feuchtigkeit zu schützen.
Mit Bezug auf 3 ist in dem integrierten Schaltkreis-Chip 4 ein Timer 32 implementiert, wobei der Timer 32, der Thermistor 12 und passive Komponenten einen Oszillator 30 bilden. Der Oszillator 30 generiert ein periodisches Ausgangssignal in der Form einer Rechteckwelle mit einem Arbeitszyklus, der vom Widerstand des Thermistors 12 abhängt. Das Ausgangssignal des Oszillators 30 wird an einen Mikrokontroller 34 gegeben, der in dem integrierten Schaltkreis-Chip 2 implementiert ist. Der Mikrokontroller umfasst einen Zähler 36, der ein durch einen Oszillator 38 generiertes Zeitsignal nutzt, um die Länge der Zeit in jedem Zyklus des Ausgangssignals des Oszillators zu messen, für das das Ausgangssignal im Logik-Hochzustand ist, und die Zeitlänge, für das das Ausgangssignal in dem Logik-Tiefzustand ist, wobei dieser das Verhältnis dieser Zeiten berechnet. Da der Arbeitszyklus des Ausgangssignals von der Temperatur des Thermistors 12 abhängt, hängt dieses Verhältnis ebenso von der Temperatur des Thermistors ab. Das Verhältnis wird mittels eines Codierers 40 codiert, der einen Bestandteil eines digitalen Übertragungs-Datenpaketes darstellt. Der Codierer überträgt das digitale Transmissionsdatenpaket an einen Funktransmitter 42, der ebenso in dem Chip 2 implementiert ist, wobei das Datenübertragungspaket verwendet wird, um einen Träger zu modulieren, wobei der modulierte Träger die Antenne 8 zur Funkübertragung des Signals steuert.
Das Hautpflaster wird in Verbindung mit einer Aufnahmeeinheit (nicht gezeigt) verwendet, die eine Antenne zum Aufnehmen des durch die Übertragungsantenne 8 übertragenen Signals umfasst, mit einem Verstärker zum Verstärken des aufgenommenen Signals, einem Mikrokontroller zum Decodieren des aufgenommenen Signals und zum Wiedergewinnen des Verhältniswertes und zur Berechnung der auf dem Verhältniswert basierenden Temperatur, einem Speicher zum Speichern der berechneten Temperaturwerte und einer Auslesevorrichtung zum Ausgeben der berechneten Temperaturwerte.
Um die Lagerungszeit und Lebensdauer während des Einsatzes des Hautpflasters zu verlängern, kontrolliert der Mikrokontroller die Energiezufuhr an den Oszillator 30 und den Transmitter 42. Der Mikrokontroller 34 steuert überdies seinen eigenen Energieverbrauch mittels energiesparender Sleep- und Stand-by-Betriebsmodi.
Der Mikrokontroller 34 wird zunächst in seinen normalen aktiven Betriebsmodus durch Abgabe einer speziellen Signalsequenz an die Kontakt-Pads 54 aktiviert, die auf der Papierlage vorliegen und die mit dem Mikrokontroller mittels Durchkontaktierungen angeschlossen sind, die durch das flexible Schaltkreis-Substrat und die Papierlage 20 gehen. In dem normalen Modus sind der Oszillator und Transmitter mit Energie versorgt. In dem Stand-by-Modus des Mikrokontrollers sind der Oszillator und der Transmitter nicht mit Energie versorgt.
Wenn das Hautpflaster erstmals aufgetragen wird, wird der Mikrokontroller in einen Kalibriermodus gebracht, wonach er dann in einen energiesparenden "Schlaf"-Modus gebracht wird. In dem "Schlaf"-Modus sind der Oszillator und der Transmitter nicht mit Energie versorgt. Dieser Zeit der Aktivierung des Hautpflasters zur Folge betrifft der einzige Energiebedarf die Aufrechterhaltung des Mikrokontrollers in dem "Schlaf"-Modus. Wenn die Vorrichtung zur Anwendung eingesetzt wird, schafft eine Aktivatorschaltung, die in der Aufnahmeeinheit umfasst sein kann, eine Erregersignalfrequenz für die Kontakt-Pads 54. Wenn die richtige Erregersignalsequenz von dem Mikrokontroller festgestellt wird, wird der Mikrokontroller in den normalen Betriebsmodus überführt, bei dem dieser einen Betriebsstrom an den Oszillator und den Transmitter zum Messen der Temperatur und zum Übertragen der Temperaturinformation gibt. Der Aktivmodus wechselt mit dem Stand-by-Modus zur Energieeinsparung, wenn nicht gemessen oder übertragen wird.
Wenn der Mikrokontroller die richtige Erregersignalsequenz detektiert, wird auch der Oszillator und der Transmitter mit Energie versorgt, um die Temperatur zu messen, wie sie durch den Thermistor detektiert wird, und um eine kurze wiederholte Sequenz von Messdaten zu senden, die einen speziellen Identifizierer für den Temperatursensor umfassen. Diese mittels der Antenne 8 übertragenen Daten werden von der Aufnahmeeinheit gelesen, womit der Anwender ein Anzeichen erhält, dass eine erfolgreiche Aktivierung vollzogen worden ist. Der Anwender kann dann das Hautpflaster von dem Aktivierungskreis lösen. Dann wird die Papierlage entfernt, womit ebenso die Kontakt-Pads 54 entfernt werden und die Aktivierungsterminals des Mikrokontrollers unzugänglich gemacht werden. Nun ist das Pflaster für eine Anwendung auf der Haut der Person fertig.
Nach dem Übertragen der Mess- und Identifizierungsdaten nimmt der Mikrokontroller die Energieversorgung von dem Oszillator und dem Transmitter 42 und kehrt in den Stand-by-Modus zurück. Während des Stand-by-Modus überwacht ein Timer 58 in dem Mikrokontroller kontinuierlich Zeitschaltfunktionen, wobei nach einem vorbestimmten Intervall der Mikrokontroller in den Aktivmodus geweckt wird. Der Mikrokontroller aktiviert die Schaltkreise nach Anfrage und führt die Operationen aus, wie sie oben in Verbindung mit einem Messen des Verhältnisses und dem Übertragen der codierten Daten beschrieben wurden. Der Mikrokontroller unterbricht dann die Energieversorgung, kehrt in den Stand-by-Modus zurück, und wiederholt den Zyklus. Weitere Details hinsichtlich des Betriebs des Temperatursensors sind in der parallelen anhängigen Patentanmeldung Nr. 10/017,098 aufgezeigt, die am 12.12.2001 eingereicht wurde.
4 veranschaulicht eine Modifikation des mit Bezug auf die 1–3 beschriebenen Hautpflasters. Gemäß 4 ist die Beschichtung des physiologisch kompatiblen adhäsiven Materials an der Unterseite des flexiblen Schaltkreissubstrats nicht vorgesehen. Das Hautpflaster umfasst eine zusätzliche Schicht 60, die adhäsiv an der Unterseite des flexiblen Schaltkreissubstrats 14 festgelegt ist, wobei die adhäsive Schicht 16 auf der Unterfläche der Schicht 60 vorgesehen ist. Die Schicht 60 ist aus einem Material gefertigt, das eine MVTR-Kapazität von mindestens 425 g/m² pro 24 Stunden hat.
Es wird davon ausgegangen, dass die Erfindung nicht auf die besondere Ausführungsform beschränkt ist, die beschrieben wurde, und dass Variationen gefolgt werden kann, ohne sich vom Umfang der Erfindung zu entfernen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und Äquivalenten hiervon definiert ist. Beispielsweise kann in einer alternativen Ausführungsform der Mikrokontroller durch Übertragen der Erregersignalsequenz anstelle der elektrischen von der optischen Aktiviereinheit aktiviert werden. Ferner wäre es möglich, einen ausreichenden Speicher im Temperatursensor vorzusehen, um die Temperaturmessungen über mehrere Tage aufzunehmen, in welchem Fall die gespeicherten Daten nachfolgend der Messperiode gewonnen werden könnten und es wäre nicht notwendig, einen Transmitter und eine Antenne in dem Temperatursensor einzubeziehen. Obwohl die Erfindung mit Bezug auf einen Temperatursensor beschrieben worden ist, kann die Erfindung auch auf andere Telesensoren angewendet werden, beispielsweise Telesensoren, die Signale repräsentativ für den Herzschlag, ein Herzschlag-Zwischenschlag-Intervall, ein Aktivitäts-Level einschließlich eines Aktivitätslevel an der Sensorlokalisation oder den Blutsauerstofflevel wiedergeben. Sollte dies der Kontext nicht anders wiedergeben, soll ein Bezug in einem Anspruch auf die Anzahl der Instanzen eines Elements, sei es eine Bezugnahme auf eine Instanz oder mehr als eine Instanz, erfordern, dass zumindest die genannte Anzahl an Instanzen des Elements umfasst sind, ohne aus dem Umfang des Anspruchs eine Struktur oder ein Verfahren mit mehr Instanzen dieses Elements auszuschließen, wie es genannt ist.

Claims

Hautpflaster, aufweisend: eine erste Materialschicht (14), welche erste Schicht (14) eine erste und zweite Hauptseite, die einander gegenüberliegen, hat, und die erste Hauptseite eine Beschichtung (16) aus hautverträglichem adhäsiven Material aufweist, eine zweite Materialschicht (22), welche zweite Schicht (22) eine erste und eine zweite Hauptseite, die einander gegenüberliegen, hat, und die erste Hauptseite der zweiten Schicht in konfrontierender Beziehung zu der zweiten Hauptseite der ersten Schicht steht, einen Telesensor zum Emittieren eines Signals, das einen physiologischen Parameter darstellt, der durch den Telesensor gemessen wird, wobei der Telesensor sandwichartig zwischen der ersten (14) und zweiten (22) Schicht aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (14) aus einem Material gefertigt ist, das für den an ihrer ersten Seite vorliegenden Wasserdampf permeabel ist und die zweite Schicht (22) aus einem Material gefertigt ist, das für den an ihrer ersten Seite vorliegenden Wasserdampf permeabel und an ihrer zweiten Seite für flüssiges Wasserexponat widerstandsfähig ist.
Hautpflaster nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht (14) ein flexibles Schaltkreissubstrat aus elektrisch isolierendem Material ist und der Telesensor an dem flexiblen Schaltkreissubstrat festgelegt ist.
Hautpflaster nach Anspruch 2, wobei das flexible Schaltkreissubstrat mit Durchgangslöchern (24) versehen ist, die von dem Telesensor beabstandet sind.
Hautpflaster nach Anspruch 3, wobei der Telesensor mindestens eine elektrische Komponente aufweist, die an dem flexiblen Schaltkreissubstrat (14) festgelegt ist, und wobei die Löcher (24) von der elektrischen Komponente beabstandet sind.
Hautpflaster nach Anspruch 1, wobei der Telesensor ein Temperatursensor ist, der einen Oszillator (30) mit einem Thermistor (12) aufweist, wobei der Oszillator (30) ein Rechteckwellen-Ausgangssignal generiert, das einen Arbeitszyklus in Abhängigkeit von der Temperatur des Thermistors (12) hat, und der Temperatursensor überdies einen Mikrokontroller (34) hat, der das Ausgangssignal des Oszillators (30) aufnimmt und das Temperatursignal generiert.
Hautpflaster nach Anspruch 5, wobei der Temperatursensor ferner einen Funk-Transmitter (42) aufweist, der an dem Mikrokontroller (34) zum Aufnehmen des Temperatursignals angeschlossen ist und ein Trägersignal mit dem Temperatursignal codiert, sowie eine Antenne (8) zur Funkübertragung des codierten Trägersignals.
Hautpflaster nach Anspruch 6, wobei der Temperatursensor Mittel (40) umfasst, um das Trägersignal mit einer Identifikationsinformation zu codieren.
Hautpflaster nach Anspruch 1, aufweisend ein flexibles Schaltkreissubstrat (14) mit einer ersten und einer zweiten Hauptseite, die einander gegenüberliegen, wobei die erste Hauptseite des flexiblen Schaltkreissubstrats in konfrontierender Beziehung zu der zweiten Hauptseite der ersten Schicht und die zweite Hauptseite des flexiblen Schaltkreissubstrats in konfrontierender Beziehung mit der ersten Hauptseite der zweiten Schicht (22) steht, und wobei der Telesensor an dem flexiblen Schaltkreissubstrat (14) an der zweiten Hauptseite hiervon festgelegt ist.
Hautpflaster nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht (22) eine konforme Beschichtung über dem Telesensor ist.
Hautpflaster nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine konforme Beschichtung (28) aus elektrisch isolierendem und wasserundurchlässigem Material über dem Telesensor.
Hautpflaster nach Anspruch 1, wobei der Telesensor ein Temperatursensor ist und die zweite Schicht (22) aus thermisch isolierendem Material gefertigt ist.