Die Erfindung bezieht sich auf ein System und Verfahren zum Erfassen von Herzschlag-Daten eines Tieres, insbesondere eines Hundes, sowie seine Verwendung im Training von Tieren.

Es sind Geräte kommerziell erhältlich, die den Herzschlag eines Menschen erfassen und an eine Speicher- und Anzeigevorrichtung übermitteln. Die Detektor- und die Senderkomponente dieser Geräte werden üblicherweise an einem um die Brust des Menschen befestigten Gurt getragen, während die Empfänger-, die Speicher- und die Anzeigekomponente nach Art einer Armbanduhr getragen werden. Wegen dieser Trageweise ist auch der Ausdruck "Pulsuhr" gebräuchlich. Zweck solcher Geräte ist das kontinuierliche Anzeigen ("Monitoring") der Herzschlagfrequenz, um dem Benutzer beispielsweise zu erleichtern, beim Training einen besonders günstigen oder für günstig gehaltenen Belastungsgrad aufrechtzuerhalten.

Solche Geräte können ihren Zweck daher nur erfüllen, wenn der Benutzer die Anzeige vor Augen hat, versteht und sein Trainingsverhalten danach ausrichtet.

Bei Tieren sind solche Herzschlag-Erfassungs-Geräte daher nur anwendbar, wenn ein menschlicher Begleiter die Speicher- und Anzeigekomponente trägt. Außerdem muss sich diese Person ständig in nächster Umgebung des Tieres befinden, damit die Datenübertragung gewährleistet bleibt.

Diese Bedingungen sind praktisch nicht erfüllbar, insoweit Hunde betroffen sind, die ein Trainingsprogramm absolvieren ("Agility"). Gerade Hunde als häufiger Sozialpartner des Menschen haben einen artgemäßen Trainings- und Bewegungsbedarf, dem kaum ein Mensch auf Dauer folgen kann. Daher besteht das Problem, ein System bereitzustellen, mit dem auch bei Hunden oder anderen Tieren mit einem hohen Bewegungsdrang der Herzschlag erfasst und angezeigt werden kann, um daraus Hinweise für ein optimiertes Training zu erhalten.

Die Erfindung schlägt hierzu unter einem ersten Aspekt ein System nach dem Anspruch 1, unter einem zweiten Aspekt ein Verfahren gemäß Anspruch 14, und unter einem dritten Aspekt eine Verwendung gemäß Anspruch 27 vor.

Das erfindungsgemäße System umfasst einen Detektor, einen Datenspeicher, ein den Detektor und den Datenspeicher tragendes Geschirr, sowie eine separate Anzeigevorrichtung. Damit ist es ermöglicht, dass die detektierten Signale in dem gleichfalls von dem Geschirr gehalterten Datenspeicher zwischengespeichert werden, und erst später ausgelesen und von der Anzeige dargestellt werden. Damit entfällt die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Datenübertragung.

In einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt eine Schaltung nach der Erfassung einer Herzschlag-Periodendauer eine Klassifizierung an Hand von vorgegebenen Schwellwerten durch, und zählt lediglich einen der betreffenden Klasse zugeordneten Index hoch. Damit braucht der Datenspeicher nur eine der Zahl der vorgegebenen Schwellwerte plus Eins entsprechende Zahl von Werten zu speichern. Nach Beendigung des Trainingsprogramms oder einzelner Trainingseinheiten werden dann die gespeicherten Werte ausgelesen und von der Anzeige numerisch oder grafisch dargestellt. Der begleitende Mensch kann dann aus der Verteilung der Werte schließen, welchen Trainingserfolg das abgeleistete Programm gehabt hat oder welchen Belastungen das Tier ausgesetzt war.

In einer weiter bevorzugten Ausführung wird bei Unterschreiten und Überschreiten einer vorgegebenen kritischen Periodendauer ein akustisches, optisches oder telefonisches Alarmsignal ausgelöst, um den menschlichen Begleiter sofort von dieser Unterschreitung oder Überschreitung zu unterrichten, damit dieser die Übung abbrechen kann. Ebenso kann die Variation der Periodendauern gesondert erfasst werden, um bei zu schnellem Verkürzen der Perioden gleichfalls den Alarm auszulösen. Mit diesen Vorkehrungen ist es ermöglicht, sowohl bei zu großer Belastung wie auch bei zu schnellem Ansteigen der Belastung einen Übungsabbruch durchzuführen.

Die Erfindung umfasst auch die Verwendung eines Herzschlag-Erfassungssystems der beschriebenen Art in einem Verfahren zum Trainieren eines Tieres, nämlich insbesondere eines Hundes, aber auch beispielsweise eines Delfins. Besonders bestimmte Hunderassen eignen sich hervorragend als Leistungshunde, z.B. als Rettungshunde, Hütehunde usw. Diese Hunde werden gewerbsmäßig für Aufgaben eingesetzt, bei denen ihnen eine besondere körperliche Leistung abverlangt wird. Um diesen Anforderungen gerecht werden zu können, müssen solche Hunde entsprechend trainiert werden. Ein erfolgversprechendes Trainingsverfahren muss auf das individuelle, im Zeitverlauf womöglich Schwankungen unterliegende Leistungsvermögen des einzelnen Hundes abgestimmt sein. Dies stellt die Erfindung bereit.

Im Übrigen ist es im Rahmen der Erfindung ebenso vorgesehen, statt der Herzschlag-Periodendauer im Sinne eines R-R-Abstands im EKG (siehe 6) deren Kehrwert, also die Herzschlag-Rate zu erfassen und mit entsprechenden Schwellwerten zu vergleichen. In diesem Fall ist ein Auslösen des Alarms bei Überschreitung und Unterschreitung des jeweils kritischen Schwellwertes vorgesehen.

Wegen der besonders bei Hunden anzutreffenden, verschiedenen Herzachsenlagen trägt das Geschirr vorzugsweise drei oder vier Elektroden, die dreiecks- bzw. kreuzweise geschaltet sind und deren Potenzialdifferenzen z.B. quadratisch addiert werden, um die bei nur zwei Elektroden bestehende Möglichkeit einer ungünstigen Anordnungsrichtung zu vermeiden. Statt der Quadrate können auch die Beträge oder andere Funktionale der Potenzialdifferenzen gebildet werden, sofern die verschiedenen Beiträge der Elektrodenpaare sich nicht gegenseitig kompensieren, sondern die richtungsunabhängige Erfassung der Herzschläge ermöglichen.

Die Detektion der Polarisationsänderung erfolgt zweckmäßig jeweils an der vorderen Flanke der R-Welle, da diese Flanke besonders steil ist. In einer Variante werden Maxima detektiert.

Zum Auslesen der gespeicherten Daten wird die Anzeigekomponente hinreichend nahe an die Speicherkomponente gebracht, um eine Datenübertragung per Funk zu ermöglichen, oder aber die Datenübertragung wird über eine Drahtverbindung, z.B. in die Hundeleine integriert, oder über eine Steckverbindung wie bei einem Fahrrad-Tripcomputer vollzogen.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die erfassten Perioden-Werte in 10 bis 20 Klassen eingeteilt; z.B. Klasse 0 (Ruhe) >1,00 s, Klasse 1 < 1,00 s, Klasse 2 < 0,95 s, ..., Klasse A (Alarm) < 0,25 s. Nicht alle Hunde werden überhaupt Werte in allen diesen Klassen jemals erreichen, aber für jeden Hund dürfte eine Klassifizierung seiner beim Agility-Training auftretenden Perioden-Werte in diese Klassen eine Aussage über die Trainingsbelastung sowie mögliche Konsequenzen hinsichtlich der künftig abzuleistenden Trainingsübungen erlauben.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den nachfolgend beschriebenen Zeichnungen. Dabei zeigt:

1 ein Geschirr, wie es die Erfindung verwendet;

2 eine Elektrodenanordnung, wie sie die Erfindung verwendet;

3 eine Schemazeichnung der weiteren Komponenten des erfindungsgemäßen Systems;

4 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;

5 ein typisches Häufigkeitsdiagramm von während einer Agility-Übung mit dem erfindungsgemäßen System erhaltenen Herzschlag-Perioden eines Hundes; und

6 ein typisches EKG (Ableitung In eines Hundes zur Erläuterung der Erfindung.

Ein mit dem erfindungsgemäßen System zu verwendendes Geschirr 1 ist schematisch in 1 dargestellt. Es umfasst einen Brustgurt 3, ein Halsband 5, einen Nacken- 7 und einen Sternum-Steg 9 sowie eine linksseitige Halterung 11 für die Elektrodenanordnung und die Detektor-Einheit 15 und eine rechtsseitige Halterung 13 für Speichereinheit 17.

Als Elektroden 15 dienen Edelstahl-Plättchen, oder aber die aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 203 060 23 U1 bekannten Nadelkissen mit Nadeln, deren Länge an die Felldicke des Hundes angepasst ist, damit es auch bei Bewegung nicht zu Schmerzempfindungen kommt. Alternativ werden Krokodilklemmen geeigneter Federkraft oder Klebe-Elektroden, besonders mit vorheriger Rasur, verwendet.

Im in 2 dargestellten Beispiel einer Elektrodenanordnung sind vier Elektroden 151, 152, 153, 154 im Rechteck angeordnet (oder alternativ in einer anderen Viereck-Anordnung), und kreuzweise zu Elektrodenpaaren 15' und 15'' verschaltet. Sowohl das Teilsignal des Elektrodenpaars 15' als auch das Teilsignal des Elektrodenpaars 15'' wird in dem Quadrierglied 19 gleichgerichtet, und die beiden Teilsignale werden dann einander additiv überlagert.

Alternativ sind drei Elektroden vorgesehen (ohne Darstellung), zwischen denen paarweise die Potenzialdifferenzen als Teilsignale erfasst, gleichgerichtet und additiv zu einem Summensignal überlagert werden: Bei nichtlinearer Anordnung der drei Elektroden, insbesondere im gleichseitigen Dreieck, kann nur höchstens ein Paar der Elektroden zufällig in ungünstiger Ausrichtung zur elektrischen Herzachse des Hundes liegen, so dass das Teilsignal dieses Paars sehr klein ist; die anderen beiden Paarungen liefern dann aber verarbeitbare Teilsignale.

Die Detektoreinheit kann in die Elektrodenanordnung integriert sein.

In 3 und 4 sind die Komponenten des erfindungsgemäßen Systems und ihre Funktionen schematisch dargestellt: Der Detektor 17' empfängt Signale von der Elektrodenanordnung 15, bildet quadrierte Teilsignale und addiert diese Teilsignale. Der Detektor 17' umfasst dazu ein Quadrierglied 19 und ein Summierglied 21.

Das Summensignal wird einem Flankentrigger 23 zugeführt, welcher bei Auftreten einer Signalflanke mit einer vorgebbaren Mindeststeilheit ein Triggersignal ausgibt. Die Abfolge der Triggersignale wird einem Zeiterfassungsglied 25, also einer Uhr zugeführt, welche bei Eintreffen jedes Triggersignals die seit dem Eintreffen des letzten Triggersignals verflossene Zeit an eine Klassifiziereinheit 27 ausgibt, und außerdem ihre Uhr zurücksetzt. Die Klassifiziereinheit 27 vergleicht den von der Uhr 25 übermittelten Zeitwert mit voreingestellten Schwellwerten, ermittelt so die Klassenzugehörigkeit des übermittelten Zeitwerts, und zählt dann den dieser Klasse entsprechenden Index um eine Einheit hoch.

Auf diese Weise enthält der Datenspeicher (Speichereinheit) 17'' z.B. 17 Indices für die Periodendauern länger als 1 s, 0,95-1,00 s, ..., kürzer als 0,25 s, deren Summe gerade die Anzahl der Herzschläge des Hundes seit dem letzten Zurücksetzen des Datenspeichers beträgt. Bei einer halbstündigen Übung, und einer mittleren Herzschlag-Frequenz von 120 min^–1 entprechend 2 Hz kommen etwa 3600 Schläge zusammen, deren Periodendauern sich auf die 17 Klassen verteilen, so dass die Indexwerte im Mittel etwa 210 betragen. Da die Klassifizierungen im statistischen Sinne Zufallsereignisse sind, beträgt die statistische Unsicherheit der Indexwerte dann etwa 210^–S ≈7%. Nebenbei bemerkt ergibt die Summe der Produkte hinreichend vieler Indices mit der mittleren Dauer, für die diese Indices jeweils stehen, in etwa die Dauer der Übung.

Nach einer sehr anstrengenden Übung sind die für kurze Periodendauern repräsentativen Indices hohe Zahlen, und die für lange Periodendauern, also etwa für Periodendauern > 0,5 s stehenden Indices sind kleine Zahlen. Umgekehrt sind bei einem gut trainierten Hund nach einer leichten Übung die letzteren Indices eher hohe Zahlen, und die für kurze Periodendauern stehenden Indices sind kleine Zahlen. Nach einer Übung mit abwechselnden Belastungs- und Erholungsphasen sind die für kurze Periodendauern (< 0,5 s) und die für lange Periodendauern stehenden Indices ähnlich hohe Zahlen.

Die Häufigkeitsverteilung (5) ist also bei einer abwechslungsreichen Übung breit, bei einer anstrengenden Übung (oder einem untrainierten Hund) schmal mit einem Maximum bei den für kurze Perioden stehenden Indices, bei einer leichten Übung (oder einem trainierten Hund) schmal mit einem Maximum bei den für lange Perioden stehenden Indices. Letztere Fälle sind hinsichtlich des Trainingseffekts weniger erfolgversprechend, so dass die Begleitperson auf Grund dieser Analyse der Häufigkeitsverteilung das nächste Trainingsprogramm an das Leistungsvermögen des Hundes individuell anpassen kann. Diese Beurteilung des Häufigkeitsdiagramms ist vorteilhaft, weil eine eintönige Übung, die zu einer mittleren Belastung des Hundes führt, zwar zu einem ähnlichen Mittelwert der Herzschlag-Periodendauer führt wie eine abwechslungsreiche Übung mit Phasen großer Belastung und dazwischenliegenden Erholungsphasen (Intervall-Training), jedoch keinen vergleichbar guten Trainingseffekt bewirkt. Die Bereitstellung eines Häufigkeitsdiagramms, oder wenigstens eines Streuungsmaßes (z.B. der Varianz) der Indexwerte, ist daher einer der Vorteile der vorliegenden Erfindung, in einer ihrer bevorzugten Ausführungsformen.

Ein Häufigkeitsdiagramm kann im Prinzip, allerdings mit weitaus höherem Aufwand, auch erstellt werden, indem während der Dauer der Übung ein komplettes EKG aufgezeichnet wird. Die anschließende Analyse durch einen menschlichen Benutzer, die selbst mit speziellen Programmen leicht einige Minuten dauern kann, vermag unter anderem auch die jeweiligen R-R-Abstände zu liefern. Allerdings ist ein unverhältnismäßig viel größerer und schwererer, durch den Hund mitzuführender Elektronikteil erforderlich, der einen erheblich größeren Datenspeicher umfasst, um den gesamten Verlauf der erfassten Potenzialdifferenz zu dokumentieren. Zusätzlich wäre noch ein Laptop erforderlich, um die Analyse durchzuführen.

Andererseits ist es im Prinzip auch möglich, sämtliche erfassten Daten sofort zu übertragen, und die gesamte Datenverarbeitung und -Analyse entfernt vom Hund durchzuführen. Allerdings erfordert dies wegen der womöglich beträchtlichen Distanzen des Hundes zum begleitenden Menschen während der Übung eine leistungsfähige Sendeeinheit, deren Gewicht dem Hund auferliegt. Im Wortsinne besonders gravierend schlägt dabei das Gewicht der erforderlichen Batterie-Stromversorgung zu Buche. Außerdem werden Agility-Prüfungen meist mit mehreren Hunden gleichzeitig durchgeführt, deren Sendeeinheiten miteinander interferieren und dadurch gegenseitig den Daten-Empfang stören können.

Gleichwohl kann im Rahmen der Erfindung ein mitgeführtes, um den Lautsprecher und andere entbehrliche Teile erleichtertes und auch miniaturisiertes Mobil-Telefon in das Geschirr integriert werden. Ein Vorteil ist die Möglichkeit, bei Extrembelastungssituationen z.B per SMS ein Alarmsignal senden zu können (an eine vorprogrammierte Notruf-Nummer, zweckmäßig die Mobiltelefonnummer des menschlichen Begleiters); ein weiterer die Möglichkeit, in bestimmten Zeitabständen die bis dahin erfassten Herzschlag-Daten portionsweise zu übermitteln. Hierbei werden die 17 Indexwerte ebenfalls per SMS übermittelt. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichst eine diskontinuierliche Überwachung der Herzfunktion des Hundes während und nicht erst nach der Übung.

Extrembelastungssituationen werden einerseits erfasst, indem die Klassifiziereinheit 27 eine Unterschreitung eines vorgegebenen unteren Schwellwerts für die Periodendauer registriert. In diesem Fall wird alternativ oder zusätzlich zu der SMS an die Begleitperson durch eine LED ein Lichtsignal oder durch einen Piezo-Geber oder Hochton-Miniaturlautsprecher ein Schallsignal ausgesendet. Andererseits weist die Zeiterfassungseinheit 25 in einer Ausführungsform eine Speicherzelle für die letzte registrierte Herzschlagrate, sowie eine Speicherzelle für die Differenz der gerade registrierten Herzschlagrate zur letzten registrierten auf. Wenn diese Differenz positiv ist, bedeutet das eine Beschleunigung des Herzschlags, entsprechend einer Verkürzung der aufeinanderfolgenden Periodendauern, zurückzuführen auf einen Belastungsanstieg. Beispielsweise beträgt eine Ruhe-Rate etwa 1,5 Hz, eine Normalbelastungs-Rate etwa 3 Hz. Die Veränderung vom Ruhezustand bis zum Belastungszustand dauert etwa 60 Schläge, eine Raten-Beschleunigung beträgt also etwa 0,025 Hz pro Schlag. Ein erheblich größerer Beschleunigungswert deutet auf einen zu schnellen Übergang zum Hochbelastungszustand hin. Deshalb wird auch bei Überschreiten eines individuell vorgebbaren Beschleunigungs-Schwellwerts das Alarmsignal ausgelöst. Fällt die Herzrate plötzlich ab, kann dies auf einer Arrhythmie beruhen. Auch in diesem Fall wird der Alarm ausgelöst.