DE602004010380T2

DE602004010380T2 - Integrierte struktur zum nachweis von physiologischen signalen

Info

Publication number: DE602004010380T2
Application number: DE602004010380T
Authority: DE
Inventors: Marco Di Rienzo; Luca Piccini; Paolo Castiglioni; Guiseppe Andreoni; Antonio Pedotti
Original assignee: Fond Don Carlo Gnocchi Onlus; FONDAZIONE DON CARLO GNOCCHI - ONLUS
Current assignee: Fond Don Carlo Gnocchi Onlus; FONDAZIONE DON CARLO GNOCCHI - ONLUS
Priority date: 2003-04-01
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: WO2004086968A1; AU2004226794B2; ITMI20030649A1; PL1610677T3; ES2298740T3; DE602004010380D1; EP1610677B1; AU2004226794A1; EP1610677A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Erfassung von Signalen, die zum Überwachen physiologischer Aktivitäten eines menschlichen Wesens oder, im Allgemeinen, eines Säugetiers signifikant sind.
Stand der Technik
Die Erfassung und Überwachung physiologischer Signale sind in vielen Zusammenhängen nützlich und oft notwendig, und zwar meistens auf dem sportlichen oder dem medizinischen Gebiet. Im ersten Fall sind typische Beispiele für ein Überwachen physiologischer Signale, die mit Lebensfunktionen bzw. Lebenskraft verbunden sind, eine Elektrokardiografie, die zulässt, eine Verfolgung der Herzaktivität zu erzeugen, und eine Elektromyografie, die zulässt, die Muskelfunktionen zu überwachen. Die von diesen Erfassungen abgeleitete Information ist wesentlich, um die Gesundheit des Subjekts oder Patienten zu bewerten.
Bezüglich des sportlichen Gebiets ist es oft wichtig, die Herzschlagrate eines Athleten zu überwachen, und zwar sowohl aus Sicherheitsgründen, wie beispielsweise in dem Fall ausgedehnter Workouts oder Belastungstests, als auch zum Optimieren der Ergiebigkeit einer physikalischen Aktivität.
Ein Problem, das die Verwendung von Instrumenten zum Überwachen physiologischer Signale oft beschränkt, ist die Notwendigkeit, geeignete Elektroden mit den entsprechenden Verbindungen zu der Signalsammelvorrichtung direkt an den Körper des Anwenders mit offensichtlicher Unbequemheit für den Anwender anzulegen. Darüber hinaus nehmen herkömmliche Überwachungssysteme, um eine adäquate Qualität des Signals während der gesamten Periode einer Erfassung sicherzustellen, Zuflucht zu Gels oder Cremes, die die Leitfähigkeit der Haut/Elektroden-Schnittstelle erhöhen, und zu kleinen Ansaugeinheiten, Clips, Klebstreifen, elastischen Bandagen und Bändern, um die Elektroden bei der richtigen Position zu halten, was zu einer weiteren Unbequemlichkeit für den Anwender führt.
Daher werden gegenwärtig in Fällen, in welchen es die Notwendigkeit zum Überwachen des Verhaltens biologischer Signale über einen gesamten Tag hinweg gibt, Aufzeichnungsvorrichtungen verwendet, die die Daten speichern, die von Elektroden ankommen, die geeignet an dem Körper des menschlichen Wesens positioniert sind, wie es in dem Fall des sogenannten Holter-Tests erfolgt, aber dies zwingt den Patienten zu einer andauernden und unbequemen Koexistenz mit an seinen Körper angelegten Sensoren, Anschlussdrähten und der Daten-Aufzeichnungsvorrichtung.
Die oben angegebenen Probleme können die Verwendung von Überwachungen biologischer Signale selbst in Fällen beachtlich beschränken, in welchen eine konstante Verifizierung der physikalischen Zustände des Subjekts nützlich wären. Es ist daher im Stand der Technik ein Versuch durchgeführt worden, um freundlichere Verfahren zum Detektieren physiologischer Signale zu finden, um eine komfortablere Verwendung von Systemen zum Überwachen von Lebensfunktionen zuzulassen.
In diesem Zusammenhang offenbart die PCT-Veröffentlichung WO 01/02052 einen durch Einspinnen von leitenden Fasern erhaltenen Typ eines Sensors, welcher mit einem Element einer Kleidung gekoppelt ist, die von dem Anwender getragen werden kann. Dieser Sensor lässt dann, wenn er einmal in Kontakt mit der Haut des Anwenders versetzt ist, zu, die erfassten physiologischen Signale zu einer Daten sammelvorrichtung mittels einer Anzahl von Anschlüssen zu transferieren, die innerhalb des Elements der Kleidung bzw. des Gewebes vorgesehen sind, um dadurch die Unbequemlichkeit einer direkten Positionierung einer herkömmlichen Elektrode auf der Haut zu eliminieren.
Gleichermaßen offenbart die PCT-Veröffentlichung WO 02/40091 im Namen der Georgia Tech die Verwendung von Sensoren, die an ein Element von Kleidung bzw. Gewebe angelegt sind, welche mit einem Gitter von leitenden Elementen verbunden sind, die das Signal zu einer Signalsammelstelle innerhalb des Elements der Kleidung tragen.
Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen lassen daher zu, dass das menschliche Wesen ein Element eines Gewebes bzw. einer Kleidung trägt, das mit Sensoren versehen ist, die an das Gewebe genäht oder angelegt sind, um dadurch die Unbequemlichkeit teilweise zu reduzieren, die sich während der Erfassung physiologischer Signale auf den Anwender auswirkt: jedoch leiden selbst diese Lösungen an wichtigen Problemen, die ihre potentielle Verwendung beachtlich einschränken.
Spezifisch können diese Lösungen die Erfassung eines physiologischen Signals nicht auf eine ausreichend starke und stabile Weise sicherstellen. Während eines Überwachens, und zwar insbesondere dann, wenn es für eine ausgedehnte Zeit an Anwendern durchgeführt wird, die sich frei bewegen können, können die Elektroden tatsächlich nicht perfekt in Kontakt mit der Haut bleiben. Darüber hinaus können aufgrund der unvermeidbaren relativen Bewegungen zwischen dem Element der Kleidung und dem Körper des Anwenders die Elektroden, die fest mit dem Element der Kleidung gekoppelt sind, bezüglich Positionen versetzt werden, die nicht für die Erfassung eines gegebenen biologischen Signals geeignet sind. In diesen Fällen gibt es eine Qualitätsverschlechterung oder sogar einen Verlust des Signals, was offensichtlich den Informationsgehalt des Überwachungsprozesses kompromittiert.
Offenbarung der Erfindung
Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen einer Struktur, die sogar ein ausgedehntes Überwachen physiologischer Signale zulässt und die im Stand der Technik beobachteten Probleme überwindet.
Innerhalb dieses Ziels besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen einer integrierten Struktur zum Erfassen physiologischer Signale, die zulässt, physiologische Signale auf eine Weise zu erfassen, die insbesondere komfortabel für den Anwender ist und gleichzeitig die Signale zuverlässiger als der Stand der Technik erfassen kann, während der Anwender seine normalen Aktivitäten durchführt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Systems, das vielseitig ist und zulässt, verschiedene Arten physiologischer Signale gemäß den Anforderungen zu erfassen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Systems, das eine Echtzeitverarbeitung oder eine Nachverarbeitung der während der Signalüberwachungsperiode erfassten Daten zulässt.
Dieses Ziel und diese und andere Aufgaben, die hierin nachfolgend klarer werden, werden durch eine integrierte Struktur zum Erfassen physiologischer Signale erreicht, die ein Gewebe aufweist, das aus leitenden Fasern und nichtleitenden Fasern zusammengesetzt ist, eine Vielzahl von Elektroden, die mittels leitender Fasern zur Verfügung gestellt sind, eine Vielzahl von leitenden Elementen zur Verbindung zwischen den Elektroden und den Eingängen einer Steuervorrichtung und der Steuervorrichtung selbst, welche wiederum eine Einrichtung zum selektiven Verarbeiten elektrischer Signale, insbesondere biologischer oder physiologischer Signale, aufweist, die von den Elektroden kommen. Die leitenden Elemente sind voneinander isoliert und mittels eines lokal entfernbaren Materials isoliert, um eine elektrische Kopplung zwischen zwei oder mehreren der leitenden Elemente und zwischen den leitenden Elementen und der Haut des Anwenders zuzulassen.
Angenehmerweise weist die integrierte Struktur eine Einrichtung zum selektiven Senden elektrischer Signale zu den Elektroden auf.
Die Verbindungselemente sind vorzugsweise mittels leitender Fasern vorgesehen, die in das Gewebe gesponnen sind oder an dem Gewebe durch Befestigen von ihnen beispielsweise durch Kleben, Sticken oder Nähen positioniert sind.
Vorteilhafterweise können die leitenden Fasern durch unterschiedliche leitende Materialien gebildet sein, wie beispielsweise unterschiedliche Metalle, um die physikalischen Eigenschaften von Verbindungen bzw. Übergängen zwischen diesen Materialien zur Verwendung als Thermokoppler unter Verwendung der Prinzipien und Verfahren, die im Stand der Technik wohlbekannt sind, verwenden zu können.
Darüber hinaus kann jede Elektrode dazu geeignet sein, eine Vielzahl von Signalen von unterschiedlichen Typen zu detektieren und zu senden, kann sogar dynamisch innerhalb einer breiteren Gruppe verfügbarer Elektroden ausgewählt werden und kann sogar dynamisch konfiguriert sein, so dass sie Signale eines unterschiedlichen Typs erfassen und senden kann. Jede Elektrode kann darüber hinaus nicht nur direkt in Kontakt mit der Haut des Anwenders angeordnet sein, sondern auch alternativ in Kontakt mit der leitenden Oberfläche einer herkömmlichen Elektrode, die wiederum in Kontakt mit der Haut des Anwenders angeordnet ist.
Angenehmerweise weist die Steuervorrichtung eine Einrichtung zum Durchführen von Operationen zum Konfigurieren und Auswählen der Elektroden sowohl autonom gemäß voreingestellter Programme, als auch unter einer externen Steuerung, die durch den Anwender durch direktes Wirken auf die Steuervorrichtung oder mittels einer verdrahteten oder einer drahtlosen Verbindung, wie beispielsweise unter Verwendung von Funkfrequenzen oder Infrarotstrahlen, zwischen der Steuervorrichtung und externen Systemen, die mit unabhängiger Intelligenz versehen sind, auf.
Vorteilhafterweise ist das Gewebe der integrierten Struktur in der Form eines Elements einer Kleidung oder von irgendeinem Gewebe, das in der Umgebung platziert ist und mit welchem das Subjekt während seiner Aktivität einen Kontakt herstellen kann, versehen. Beispielsweise kann es ein (Bett-)Laken, ein Tischtuch, ein Sofabezug, eine Gelenkstütze für einen Computer und so weiter sein.
Darüber hinaus kann die integrierte Struktur auch Elektroden zum Erfassen von Signalen eines nichtphysiologischen Typs und/oder Verbindungen zu Sensoren, Wandlern und Vorrichtungen, die nicht mit dem Gewebe integriert sind, aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung besser offensichtlich werden, die anhand eines nicht beschränkenden Beispiels angegeben ist und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
1 eine schematische Ansicht eines Gewebes ist, das leitende Elemente und nichtleitende Elemente gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 ein Blockdiagramm ist, das schematisch die Komponenten einer Steuervorrichtung und eines Datensammel- und Nachverarbeitungssystems darstellt;
3 ein funktionelles Diagramm der gesamten Schaltung eines beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiels der Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Sammlung von zwei biologischen Signalen, d.h. des Elektrokardiogramms (EKG) und der elektrodermatischen Aktivität (EDA), ist;
4 ein Ablaufdiagramm ist, das die Grundoperation der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ein Ablaufdiagramm ist, das die Schritte zum Erkennen eines gültigen Kontakts zwischen einer Elektrode und der Haut des Anwenders gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt;
6 ein Ablaufdiagramm ist, das die Schritte zum Erkennen eines gültigen Signals gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt.
Arten zum Ausführen der Erfindung
1 ist eine schematische Ansicht der Elemente, die die integrierte Struktur 1 gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, und stellt ein Gewebe 2 dar, das in der Form eines Elements einer Kleidung, insbesondere in der Form eines Unterhemds, gezeigt ist, an welches Elektroden 5 angelegt sind. Jede Elektrode ist wenigstens mit einem ersten Ende von wenigstens einem leitenden Medium 6 verbunden, von welchem das zweite Ende wiederum mit einem Kommunikationsanschluss 11, der in 2 schematisch gezeigt ist, einer Steuervorrichtung 10 verbunden ist. Die Elektroden 5 sind hauptsächlich Sensoren, die ein physiologisches Signal erfassen können, das von dem Objekt entsteht, dessen Haut in Kontakt mit ihnen ist. Jedoch können sie auch Aktivierungselektroden sein, die beispielsweise Strom oder Mikrostrom zu der Haut des Subjekts tragen können. Bei der vorliegenden Beschreibung soll daher der Ausdruck Elektrode allgemein als Element verstanden werden, das in beiden Richtungen arbeiten kann, nämlich Signale von dem Patienten zu der Steuervorrichtung 10 und von der Steuervorrichtung zu dem Patienten tragen kann. In Abhängigkeit von den Umständen ist es für den Fachmann offensichtlich, zu verstehen, ob die Elektrode 5 als Sensor oder als Stellglied bzw. Aktuator handelt. Die Elektroden 5 können von irgendeiner Art sein, sind aber bevorzugt durch Weben, Spinnen oder Nähen von leitenden Fasern in das Substrat des Gewebes erhalten, um mit dem Gewebe 2 monolithisch zu sein, in welches sie eingefügt sind, oder sind in jedem Fall aus leitendem Material zusammengesetzt, wenn auch von einem unterschiedlichen Typ. Die Elektroden können natürlich auch von einem herkömmlichen Typ sein und können an das Element einer Kleidung durch Befestigen von ihnen beispielsweise mittels eines Klebemittels oder Velcro angelegt werden, solange sie mit dem Ende eines leitenden Mediums 6 zum Anschluss an die Steuervorrichtung 10 verbunden sind.
Die Elektroden 5 sind an dem Gewebe 2 bei vordefinierten Positionen in Abhängigkeit von dem schließlichen Zielort der integrierten Struktur 1, von dem Verfahren eines Kontakts zwischen dem Gewebe und der Haut des Anwenders und von der typischen Aktivität des Anwenders angeordnet.
1 stellt weiterhin externe Sensoren (und/oder Wandler) 7 dar, die auf eine feste oder lösbare Weise mit einem Ende der leitenden Medien 6 verbunden sind. Solche externen Elemente sind Sensoren und/oder Wandler von einem allgemeinen Typ, die dazu geeignet sind, Signale verschiedener Arten zu erfassen, wie beispielsweise Temperatursensoren, Mikrofone und Beschleunigungsmesser. Anstelle der externen Sensoren 7 ist es auch möglich, an die leitenden Medien 6 komplexere biomedizinische Vorrichtungen anzuschließen, die dann ihre Information zu der Steuervor richtung 10 senden und durch die Vorrichtung aktiviert und gesteuert werden können.
Die leitenden Medien 6 zur Verbindung zwischen den Elektroden 5 und der Steuervorrichtung 10 sind auch vorzugsweise durch Spinnen, Nähen oder Weben in das Gewebe 2 vorgesehen und sind aus leitendem Material hergestellt. Die leitenden Medien 6 sind weiterhin bevorzugt voneinander isoliert und verbinden jede Elektrode 5 mit einem anderen Kommunikationsanschluss 11 der Steuervorrichtung 10.
Darüber hinaus sind die leitenden Elemente mittels lokal entfernbaren Materials isoliert, wie beispielsweise isolierender Farbe oder Emaille, so dass es durch Entfernen des isolierenden Materials der leitenden Elemente bei spezifischen Bereichen bei diesen Stellen möglich wird, Signale zu erfassen und eine elektrische Kopplung mit anderen leitenden Elementen zu schaffen.
Die Steuervorrichtung 10, die in 2 schematisch gezeigt ist, weist somit eine Vielzahl von Kommunikationsanschlüssen in dem Block 11, eine Einrichtung 13 zum Vorverarbeiten der an den Eingängen der Kommunikationsanschlüsse 11 empfangenen Signale, eine Verarbeitungseinrichtung 16 und einen Transceiver 18 zur Kommunikation mit externen Einheiten 20 auf. Die Vorrichtung 10 kann weiterhin eine Einrichtung 17 zum lokalen Speichern von Daten und eine Schnittstelleneinrichtung 19, wie beispielsweise in der Form von Tasten, zum Empfangen von Befehlen vom Anwender aufweisen.
Die Steuervorrichtung 10 ist vorzugsweise, aber nicht ausschließlich, an dem Gewebe 2 durch Nähen oder durch ein permanentes oder ein semipermanentes Anlegen angeordnet, um die integrierte Struktur 1 zu vervollständigen.
Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 10 vollständig oder teilweise mit dem Gewebe integriert sein und mittels herkömmlicher Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, wasserfest gemacht sein.
Eine Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist so, wie es folgt. Der Anwender trägt die integrierte Struktur oder versetzt sie in Abhängigkeit von dem Ausführungsbeispiel auf andere Weise selbst in Kontakt mit ihm, so dass wenigstens einige der Elektroden 5, die an dem Gewebe 2 angeordnet sind, einen Kontakt mit seiner Haut bei voreingestellten Stellen herstellen. Die Elektroden 5 sind redundant und das Signal, das von jeder Elektrode ankommt, die in diesem Fall als Sensor verwendet wird, kann in Abhängigkeit von der Qualität des Kontakts und von der Position schwächer oder stärker sein. Unterschiedliche Signale, die jeweils von einem anderen Sensor kommen, erreichen die Kommunikationsanschlüsse 11 der Steuervorrichtung 10, die bestimmt, welche der empfangenen Signale zu verwenden sind, um die Qualität und die Zuverlässigkeit der Erfassung zu optimieren. Zu diesem Zweck verwendet die Steuervorrichtung 10 anfangs die Vorverarbeitungseinrichtung 13 und die Konfigurationseinrichtung 12, die eine Vielzahl von Kanälen für eine Vorkonditionierung des Signals aufweisen, welche zulassen, die Signale zu filtern, um demgemäß nur einem Teil der Information zu erlauben, die Verarbeitungseinrichtung 16 zu erreichen. Die Vorverarbeitungseinrichtung, die anfangs auf der Basis von Vorgabeeinstellungen handelt, modifiziert ihr Verhalten unter der Anleitung der Verarbeitungseinrichtung 16, deren Intelligenz ein Erfassungs-Steuersystem aufweist. Die Information, die zum Antreiben und geeigneten erneuten Abbilden der Signale bei einer Eingabe zu den Kommunikationsanschlüssen 11 erforderlich ist, um das beabsichtigte Ziel zu erreichen, werden zu der Vorverarbeitungseinrichtung 13 und der Rekonfigurations-einrichtung 12 gesendet. Eine Redundanz der Eingangssignale wird durch eine verteilte Anordnung von Sensoren und Wandlern 5 (auch redundant) an dem Gewebe 2 der integrierten Struktur 1 erreicht.
Die Verarbeitungsvorrichtung 16 treibt die Rekonfiguration der Vorverarbeitungseinrichtung 13 gemäß dreier unterschiedlichen Moden an.
Der erste Mode bezieht sich auf die Möglichkeit, selbst autonom auf der Basis einer vorverdrahteten Intelligenz an Bord auszuwählen, welche Signale unter den Signalen aufzuzeichnen oder auf andere Weise zu verwenden sind, die von den Elektroden 5 ankommen, um ein selektives Überwachen von nur den biologischen Werten von Interesse, wie beispielsweise Herzsignale, zuzulassen.
Der zweite Mode bezieht sich auf die Charakterisierung und die Auswahl der am besten geeigneten Sensoren zum Aufzeichnen der ausgewählten Signale, die von den Elektroden 5 ankommen. Wenn beispielsweise angenommen wird, dass drei Sensoren nahe dem Herz des Anwenders angeordnet worden sind, wird es möglich, die Signale zu ignorieren, die nicht qualitativ gültig sind, wenn einer oder mehrere der Sensoren 5 nicht ein Signal von ausreichender Qualität oder Intensität erfassen.
Der dritte Mode bezieht sich auf die Möglichkeit, die Signalerfassungseinstellungen während einer Operation sowohl lokal durch die Intervention des Anwenders an der Steuervorrichtung 10, als auch entfernt mit Anweisungen, die von den externen Einheiten 20 ankommen, zu modifizieren.
Eine automatische Rekonfiguration mittels der elektronischen Systeme der Steuervorrichtung 10 der Eingänge 11 lässt zu, die Redundanz der Elektroden 5 effizient zu nutzen. Die Rekonfigurierbarkeit wird daher als Möglichkeit zum Modifizieren von sowohl dem Typ einer Erfassung, wie beispielsweise von unipolar mit neutraler Bezugnahme auf Differenzial, als auch von den Erfassungsstellen, z.B. den Sensoren, für einen identischen Erfassungsmode, sowie der Funktion der Elektrode verstanden.
Daher arbeitet bezüglich der Rekonfigurierbarkeit des Systems die gesamte Steuervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung gemäß zweier unterschiedlicher Moden, die jedoch wechselseitig integriert sein können.
Die Signale, die am besten zum Überwachen eines gegebenen biologischen Werts geeignet sind, wie beispielsweise vom Herztyp, werden durch dynamisches Identifizieren der am besten geeigneten Sensoren auf der Basis des erforderlichen Überwachungsmodes und als Funktion des Zustands des Subjekts ausgewählt. Gleichzeitig mit dieser Auswahl wird die Information, die von den Elektroden ankommt, die zu dem Moment nicht verwendet werden, da sie für eine Erfassung nicht nützlich sind, automatisch ausgeschlossen, d.h. sie wird stromaufwärts von der Verarbeitungseinrichtung gefiltert, um zu verhindern, dass die Sensoren als Rauschsammelelemente oder als Artefaktgeneratoren wirken.
Detaillierter ist die Verarbeitungsschaltung 16, wie sie in 2 gezeigt ist, intern mit einer Mikrosteuerung, DSP, FPGA und allgemeinen programmierbaren Vorrichtungen oder einer Kombination davon versehen, die die internen Verbindungen zwischen den Kommunikationsanschlüssen 11 und der Verarbeitungseinrichtung modifizieren können, die stromab angeordnet ist, und zwar mittels der Auswahlblöcke 12 und 14 auf der Basis von Parametern, die sowohl von den physiologischen Signalen als auch von den Signalen, die die Qualität des Kontakts anzeigen, erhalten werden.
Insbesondere stellt die 2 einen Block 12 dar, der als Multiplexer wirkt und die am Eingang von den Anschlüssen 11 empfangenen verschiedenen Signale auswählt und zu der bereits angegebenen Vorverarbeitungseinrichtung 13 trägt, welche die Signale eliminiert, die nicht spezifisch von Interesse sind, und zu einem zusätzlichen Block 14, der als Multiplexer wirkt und einen Datenstrom erzeugt, der frei von Signalen ist, die nicht von spezifischem Interesse für die gegenwärtige Anwendung sind. Das Signal wird dann am Eingang zu dem Block 15 geführt, der im Wesentlichen einen A/D-Wandler zum Umwandeln des Signals von analog zu digital aufweist. Das Signal ist somit bereit, durch die Verarbeitungseinrichtung 16 gemanagt zu werden, die weiterhin die Intelligenz zum Durchführen einer autonomen Rekonfiguration des Systems enthält. Das Signal wird dann mittels des Transceivers 18 zu externen Einheiten gesendet, die elektronische Computer, Plotter, Drucker und irgendeine Vorrichtung zur Verarbeitung, Speicherung oder zum Drucken von Daten sein können. Alternativ oder gleichzeitig können die Signale in der Speichereinrichtung 17 gespeichert und zu einer späteren Zeit verwendet, gedruckt oder zu externen Einheiten transferiert werden.
Die Intelligenz des Systems kann mit herkömmlichen Verfahren und Techniken mit zwei unterschiedlichen Zwecken programmiert werden: der erste Zweck besteht im Rekonfigurieren des Erfassungssystems, um die maximal mögliche Menge an Information zu erhalten, d.h. so viele Signale wie möglich unter denjenigen zu empfangen, die beim Eingang zu den Kommunikationsanschlüssen 11 verfügbar sind; der zweite Zweck besteht im Rekonfigurieren des Erfassungssystems, um die längstmögliche optimale Stabilität und Qualität eines einzigen Signals oder in jedem Fall von einer reduzierten Gruppe von Signalen zu erreichen.
Demgemäß sorgt das erste Kriterium für eine Auswahl unter den verschiedenen Sensoren, um zu versuchen, die größtmögliche Anzahl von unterschiedlichen Signalen gemäß den Beschränkungen der Qualität und der Dauer des Signals in einem nützlichen Teil beizubehalten.
Das zweite Kriterium kann für eine gleiche Anzahl von Sensoren, die verwendet werden, zu dem Bereitstellen eines einzigen nützlichen Signals führen, oder in jedem Fall von einer reduzierten Gruppe von Signalen, am Ausgang von der Erfassungs- und Vorverarbeitungskette. Die übrigen Signale am Eingang zu den Kommunikationsanschlüssen 11 können in diesem Fall dazu verwendet werden, die Stabilität und Qualität des Kontakts zwischen dem Sensor, der das nützliche Signal empfängt, oder den Sensoren, die die verschiedenen nützlichen Signale empfangen, und der Haut des Anwenders zu bewerten. Alle Rekonfigurierbarkeitsressourcen können daher zu einem einzigen Signal oder zu einer reduzierten Gruppe von Signalen unter den verfügbaren Signalen bestimmt werden, um die Verwendung der integrierten Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung selbst für die Erfassung von spezifischen und kritischen bzw. entscheidenden Signalen zu optimieren.
Ein Grund dafür, warum die Steuervorrichtung eine Rekonfiguration des Vektors der Signale beim Eingang zu den Kommunikationsanschlüssen 11 steuert, besteht in der Möglichkeit, die Multifunktionalität der Sensoren zu nutzen, die sowohl zum Erfassen physiologischer Signale eines unterschiedlichen Typs als auch zum Erfassen von Information in Bezug auf den Kontakt zwischen der Haut des Anwenders und den Bereichen eines Gewebes, insbesondere der Sensoren, die in den Bereichen angeordnet sind, und schließlich zum Detektieren von Rauschen und einer Interferenz, die durch die aktuelle Aktivität des Anwenders eingeführt werden, verwendet werden kann.
Daher kann in Abhängigkeit von dem Typ eines Signals, das man zu erfassen wünscht, die Steuervorrichtung 10 im Wesentlichen durch Modifizieren der Parameter der Filter, der Vorkonditionierungsstruktur in der Vorverarbeitungseinrichtung 13 und der Verarbeitung des Blocks 16 die Operation ihres Verarbeitungsnetzwerks modifizieren. Das elektrische Signal, das von den Sensoren 5 ankommt, kann tatsächlich entlang unterschiedlicher Pfade in Abhängigkeit von der zu extrahierenden physiologischen Information geführt werden. Die Verfahren zum Steuern und Rekonfigurieren der Signale, um diese Ziele zu erreichen, werden autonom durch die Steuervorrichtung 10 gemanagt, die den Ablauf und die Auswahl der Eingangs- und Ausgangssignale sowohl gemäß voreingestellter Regeln als auch gemäß Regeln, die an den Typ einer Intelligenz, die verwendet wird, angepasst werden können, wie beispielsweise einer Fuzzy-Logik oder neuronaler Netzwerke von einem Typ, der im Stand der Technik bekannt ist, modifizieren kann. Der Ausdruck "Intelligenz" wird daher als eine Gruppe von Algorithmen verstanden, die auf der Basis von Schwellen, Fuzzy-Gruppen oder von irgendeinem anderen herkömmlichen Interpretationsmodell, sogar von dem Selbstlerntyp, Informationen analysieren und entscheiden können, welche Aktionen durchzuführen sind.
Bezüglich der Festsetzung der Qualität des Kontakts zwischen dem Sensor und der Haut des Anwenders und des am Eingang zu dem entsprechenden Kommunikationsanschluss 11 gesendeten Signals verwendet die Steuervorrichtung im Wesentlichen zwei Arten von Kriterien. Ein erstes Kriterium verwendet die Multifunktionalität der Sensoren 5 und verwendet daher die Sensoren beispielsweise zum Detektieren des Elektroden/Haut-Kopplungswiderstands mittels einer Verarbeitung, die in Bezug auf die Verarbeitung zum Erfassen des physiologischen Signals unterschiedlich ist. Das zweite Kriterium besteht im Analysieren des empfangenen Signals in Echtzeit, während es mit erwarteten oder bekannten Verhaltensweisen verglichen wird.
Im ersten Fall kann das Signal, das zum Steuern der Qualität des Kontakts verwendet wird, auch seinen eigenen Informationsgehalt haben, wie beispielsweise EDA (elektrodermatische Aktivität). Diese Messung kann mit einem Abrufen von Operationen durch Modifizieren der Konfiguration der Sensoren für kurze Perioden durchgeführt werden oder kann anderen Signalen überlagert werden.
Das Vorverarbeitungssystem oder direkt das Verarbeitungssystem 16 liefert in diesem Fall eine Bandtrennung der verschiedenen Signale in Abhängigkeit von ihrem Inhalt, um die Information, die in das Ausgangssignal gemischt ist, zu identifizieren und richtig zu verwenden.
Wenn das Steuersystem mittels der Intelligenz, die im Block 16 vorhanden ist, auf der Basis voreingestellter Regeln oder externer Befehle, die beispielsweise von externen Einheiten 20 entstehen, verifiziert, dass es einen Kontakt gibt, der ausreichend ist, um die beabsichtigten Signale zu erfassen, treibt die Verarbeitungseinrichtung 16 das Schalten des Netzwerks an, um die Operation des Systems in den zweiten Typ von angegebenen Verfahren zu versetzen und daher zu einer Echtzeitsteuerung des erfassten Signals oder der erfassten Signale zu schalten.
Das Signal am Eingang kann auf unterschiedliche Weisen verwendet werden, die im Stand der Technik wohlbekannt sind, um die Qualität des Elektroden/Haut-Kontakts zu steuern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Operation mittels Tests an der absoluten Schwelle und an der Ableitung des Eingangssignals durchgeführt. Dieses Verfahren lässt zu, die Qualität des physikalischen Kontakts zwischen den Elektroden 5 und der Haut des Anwenders sogar durch Verwenden einer einfachen und unkomplizierten Mikrosteuerung zu bilden. Bei einem anderen Ausfüh rungsbeispiel wird stattdessen die Form des Signals am Eingang mittels eines DSP ausgewertet.
Wie es zuvor angegeben ist, kann die Auswahl der Parameter zum Überwachen auch entfernt mittels Befehlen gesteuert werden, die von außerhalb zugeteilt werden. Insbesondere kann eine entfernte Rekonfigurierbarkeit eine Modifikation durch den Arzt, den Physiotherapeuten oder den Anwender selbst der zu erfassenden physiologischen Signale und der Zeitintervalle für ihre Überwachung enthalten.
Der Fachmann auf dem Gebiet versteht ohne weiteres, dass ein geeignet vorgesehener Kommunikationskanal zur Rekonfiguration verwendet werden kann und dass es stattdessen möglich ist, nicht bestimmte Kanäle durch Verwenden der Verfahren, die im Stand der Technik bekannt sind, zur Kommunikation zwischen Systemen zu verwenden.
Das System kann entfernt vorzugsweise mittels Abrufoperationen rekonfiguriert werden, die in regelmäßigen Intervallen durchgeführt werden, in Richtung zu einer oder mehreren externen Einheiten 20, die mit einem geeigneten Empfänger versehen sind, der die Anfrage erkennt und einen neue Konfiguration sendet, oder mittels irgendeiner alternativen Form von Kommunikation, die zu dem Zweck geeignet ist, wie beispielsweise mittels Transpondern. Der Transceiver 18 kann auch das Senden von Rekonfigurationsdaten durch Senden von einem oder mehreren Zeichen oder einer Reihe von Zeichen, die durch die externe Einheit 20 als Rekonfigurationsanfrage identifiziert werden, veranlassen oder anfragen.
Die Steuervorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung stellt die elektrische Isolation des nicht nützlichen Bruchteils der Elektroden mittels herkömmlicher Systeme, wie beispielsweise analoger Multiplexer oder Puffer, sicher, und kann daher die nicht verwendeten Elektroden auf eine hohe Impedanz einstellen, was auch die entsprechenden elektronischen Komponenten deaktiviert, wenn es nötig ist.
Angesichts der Art der behandelten Signale und der Anwender, die überwacht werden, erfordern die Schaltoperationen darüber hinaus keine Zeiten, die bezüglich elektronischer Ausdrücke besonders schnell sind. Das menschliche System hat tatsächlich eine sehr langsame dynamische Verhaltensweise unter dem Gesichtspunkt elektronischer Schaltungen in der Größenordnung von zehnfachen oder hundertfa chen von Millisekunden; daher erfordert ein solches dynamisches Verhalten keine besonders hohe Leistungsfähigkeit und keine besonders teuren elektronischen Schaltungen, was daher zulässt, ein ökonomisch vorteilhaftes Produkt zu erhalten. Darüber hinaus lässt die biologischen Systemen innewohnende Langsamkeit im Allgemeinen zu, einem Redundanzmanagement und einer Steuerung des Signals mehr Zeit zu widmen. Das System, das einen herkömmlichen Typ von "Intelligenz" hat, wie es oben angegeben ist, kann tatsächlich detektieren, ob die empfangenen Signale von einer nicht "physiologischen" Art, und daher überflüssig, sind, und korrigiert sie durch unterschiedliches Rekonfigurieren des Signalerfassungssystems.
Der zentrale Kern einer Rekonfigurierbarkeit ist die Möglichkeit, den Kontakt und seine Qualität zu erfassen, um dann die analogen Multiplexer zu steuern, wie sie oben beschrieben sind, oder äquivalente Systeme.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine Anzahl biologischer Werte gleichzeitig durch dieselben Elektroden gemessen werden (beispielsweise EKG und EDA). Die Information, die sich auf einen jeweiligen Wert bezieht, wird dann durch Filtern des Signals, das von den Elektroden ankommt, in die verschiedenen Bänder der Signale extrahiert, indem sie beispielsweise, aber nicht notwendigerweise, in die Intervalle 0–0,5 Hz für EDA und 0,5–125 Hz für EKG geteilt werden.
Das EDA-Signal kann auch dazu verwendet werden, die Qualität des Kontakts zu verifizieren. In diesem Fall kann bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel das EDA-Signal auch durch Invertieren für einige Millisekunden der Sensoren, die zum Erfassen des EKG-Signals verwendet werden, gemessen werden.
Eine Operation der Steuervorrichtung 10 und ihrer Komponenten wird nun detaillierter bei einem beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiel beschrieben, das dem Fachmann auf dem Gebiet einen klareren Überblick über die Verfahren des Ausführungsbeispiels der Erfindung liefert. Dieses Ausführungsbeispiel ist derart zu verstehen, dass es lediglich anhand einer Illustration ohne irgendeine Beschränkung zur Verfügung gestellt wird. Es ist tatsächlich für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich, zu verstehen, dass die verwendeten Komponenten auf einfache Weise durch andere Äquivalente ersetzt werden können, von welchen alle innerhalb des Schutzumfangs des erfinderischen Konzepts gemäß der Erfindung sind.
3 ist daher eine Ansicht eines beispielhaft gezeigten Ausführungsbeispiels des gesamten Systems, wobei das Diagramm des Sendemoduls 18 und des Speicherblocks 19 der Klarheit halb weggelassen worden ist. Insbesondere lässt die dargestellte Vorrichtung 10 zu, EKG und EDA zu messen.
Die Steuer- und Erfassungseinheit ist im Wesentlichen durch eine Mikrosteuerung 30 gebildet, die das Management des gesamten Systems handhabt, und zwar insbesondere mit der Auswahl der verschiedenen Kombinationen möglicher Elektroden unter den verfügbaren. Angesichts des begrenzten Frequenzbandes der erfassten Signale ist es daher möglich, relativ niedrige Abtastfrequenzen für jeden Kanal zu verwenden, und daher ist es beispielsweise möglich, einen seriellen ADC, optional mit einer Pipeline-Bildung, für eine Signalerfassung zu verwenden.
Die durch die in Bezug auf die Mikrosteuerung 30 intern oder extern vorgesehenen ADCs erfassten Signale, die mittels der EDA-Vorverarbeitungsschaltung 32 und der EKG-Vorverarbeitungsschaltung 34 vorverarbeitet sind, werden durch die Mikrosteuerung analysiert, welche mittels einer Steuerung basierend auf der Ableitung und der Amplitude der Signale, die bekannte Verhaltensweisen in physiologischen Signalen von guter Qualität haben, auf einfache Weise kritische Situationen identifizieren kann.
Weiterhin liefert das EDA-Signal selbst eine direkte Anzeige der Qualität des Kontakts zwischen der Elektrode und der Haut.
Es ist möglich, eine EDA-Messung gleichzeitig mit dem EKG-Signal durch Verwenden derselben Elektroden und durch Konfigurieren der Vorverarbeitungsschaltungen 32 und 34 gemäß typischer Parameter mittels der geeignet zur Verfügung gestellten Strukturen der Blöcke 33 und 35, die in den oben beschriebenen Vorverarbeitungsschaltungen vorgesehen sind, durchzuführen.
Es gibt einige Fälle, in welchen diese Operation nicht durchgeführt werden kann oder darf. Insbesondere kann tatsächlich bei dem Umstand, in welchem gemeint wird, dass das Signal von Interesse von guter Qualität ist, das System diese Steuerung automatisch sperren.
Darüber hinaus stellt 3 stabilisierte Stromquellen 39 zum Messen von EDA dar. Durch Erhöhen des injizierten Stroms um einige μA immer innerhalb der Sicherheitsgrenzen für den Anwender ist es somit möglich, das gemessene Signal zu verstärken.
Dank der EDA-Erfassungsschaltung ist es auch möglich, das Rauschen zu erfassen, um zu versuchen, Systemdriften und Systemrauschen sowohl bei einer niedrigen Frequenz als auch bei Frequenzen innerhalb des Bandes des EKG-Signals zu kompensieren.
Andere Signale, die von Sensoren und Wandlern 7 von einem anderen Typ ankommen, wie beispielsweise Beschleunigungsmessern, die beim Eingang von dem System zu dem Block 38 empfangen werden, werden zu der Steuereinheit über einen ADC oder direkt in digitaler Form geführt, wenn das Signal bereits in dieser Form zur Verfügung gestellt ist, und können gemäß der ausgewählten Konfiguration aktiviert oder deaktiviert werden. Insbesondere hat die Vorrichtung einen Rekonfigurationsblock 36 und einen Rausch- und Kontakt-Steuerblock 37, deren Operation, die bereits beschrieben ist, in der Beschreibung, die folgt, noch weiter geklärt wird.
Die Information, die von anderen Sensoren und Wandlern ankommt, welche daher nicht zu der Gruppe von Elektroden gehören, die das Signal tragen, das zum Auswerten von EDA und EKG verwendet wird, kann auch dazu verwendet werden, Situationen einer potenziellen Instabilität zu identifizieren. Beispielsweise kann die Information, die von den Beschleunigungsmessern ankommt, Anzeigen bezüglich einer irgendeiner physikalischen Aktivität liefern, die durch den Anwender durchgeführt wird, und daher das System bezüglich eines höheren Risikos einer Instabilität bezüglich eines Elektroden/Haut-Kontakts alarmieren.
Unter Bezugnahme auf die 4, 5 und 6 wird nun die Operation des Systems weiterhin unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes und nicht beschränkendes beispielhaft gezeigtes Ausführungsbeispiel beschrieben, welches das erfinderische Konzept weiter klärt, auf welchem die vorliegende Erfindung basiert.
Insbesondere wird unter Bezugnahme auf 4 in einem Schritt 410 die Vorrichtung 10 zu einer Anfangskonfiguration initialisiert. Die Anfangskonfiguration besteht im Wesentlichen aus einer Auswahl, die durch einen Bediener, wie beispielsweise einen Arzt oder den Anwender selbst, der das Element einer Kleidung trägt, durchgeführt wird. Um mit dem Beispiel des Elektrokardiogramms fortzufahren, kann der Arzt eine Konfiguration einstellen, die erfordert, dass das System fünf Elektroden, wie beispielsweise drei auf der linken Seite und zwei auf der rechten Seite des Körpers des Patienten, automatisch auswählt.
In einem Schritt 415 wird eine Sequenz zum Steuern der Elektroden/Haut-Kontakte durchgeführt, um eine gültige Konfiguration zu identifizieren, d.h. eine Konfiguration, bei welcher fünf Elektroden, die innerhalb der Gruppe ausgewählt sind, die an den Körper des Patienten angelegt ist, einen guten Kontakt mit der Haut des Patienten sicherstellen.
Das System wählt dann einen erstes n-Faches von Elektroden aus und verifiziert die Qualität der Kontakte jeder Elektrode. Wenn das Ergebnis dieses Tests, der im Schritt 420 durchgeführt wird, negativ ist, d.h. nicht alle Elektroden des n-Fachen erfüllen die Anforderungen, werden Rekonfigurationsoperationen durchgeführt (Schritt 425) und nimmt der Zyklus die Analyse des nächsten n-Fachen wieder auf.
Wenn die Vorrichtung eine gültige Konfiguration identifiziert, wird die Prozedur zur Vorverarbeitung des Signals oder der Signale in einem Schritt 430 aktiviert, was die Qualität der physiologischen Werte verifiziert, die aus den beteiligten Elektroden extrahiert sind (Schritt 435). Das von jeder Elektrode erfasste Signal kann trotz des guten Elektroden/Haut-Kontakts tatsächlich durch das Rauschen gestört sein, das während seines Laufens zu den Kommunikationsanschlüssen gesammelt ist, die in dem Rekonfigurationssystem 36 vorgesehen sind, und durch andere physiologische Signale, die nicht von Interesse sind.
Wenn die beteiligten Signale nicht gültig sind, prüft die Vorrichtung in einem Schritt 440 die Möglichkeit zum weiteren Modifizieren des Typs einer Signalvorverarbeitung beispielsweise durch unterschiedliches Einstellen der Parameter von bestimmten Filtern. In diesem Fall werden in einem Schritt 445 die Vorverarbeitungsparameter modifiziert und wird eine Signalvorverarbeitung wieder durchgeführt (Schritt 430).
Wenn es stattdessen nicht möglich ist, eine weitere Verarbeitungsrekonfigurationsmöglichkeit zu identifizieren, wird es nötig, das System wieder zu rekonfigurieren, und daher springt ein Ablauf zurück zu dem Schritt 425. Wenn das Ergebnis des Tests in dem Block 435 positiv ist und das Signal oder die Signale, das oder die beteiligt sind, gültig ist oder sind, prüft ein Schritt 450, ob alle Signale von Interesse geprüft worden sind. Wenn das Ergebnis negativ ist, wird das nächste Signal oder werden die nächsten Signale ausgewählt (Schritt 460) und nimmt der Zyklus wieder den Vorverarbeitungsprozess im Schritt 430 auf.
Wenn einmal ein Prüfen aller beteiligten Signale beendet worden ist, werden die Signale gespeichert (Schritt 465) und/oder zu externen Einheiten gesendet (Schritt 470). Dann prüft die Vorrichtung in einem Schritt 475, ob es eine anhängige Anfrage zum Modifizieren der Erfassungsparameter gibt, die von außerhalb oder von dem Steuersystem entstehen. Wenn es eine gibt, werden die neuen Parameter in einem Schritt 480 modifiziert. Wenn es keine gibt, prüft das System in einem Block 485, ob der Erfassungsprozess fortgesetzt oder kurzzeitig unterbrochen werden muss, wie beispielsweise aufgrund einer anhängigen Anfrage für ein Abschalten, die von außerhalb oder unter der Steuerung eines Zeitgebers entsteht. In Abhängigkeit von den Umständen wird daher eine Aktivität ab dem Schritt 415 wieder aufgenommen oder endet sie.
Nimmt man Bezug auf den Schritt 415, der oben beschrieben ist, und auf den Block 37 der 3, sind die Schritte zum Erkennen eines gültigen Kontakts zwischen einer Elektrode und der Haut des Anwenders gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel detaillierter in 5 gezeigt.
In einem Schritt 510 wird ein erster Kontakt, der durch n-ple von Elektroden definiert ist, ausgewählt und wird der entsprechende Elektroden/Haut-Kontaktwiderstand erfasst. Wenn (Schritt 515) in einem Zeitschlitz T dieser Wert eine maximale Grenze R_max für eine signifikante Zeit übersteigt, bewegt sich die Steuerung zu einem Schritt 520, da der Kontakt nicht gültig ist. Sonst geht der Ablauf weiter zu dem Block 525. Ein Schritt 530 prüft, ob alle n-Fachen von Elektroden geprüft worden sind.
Wenn dies nicht so ist, wählt ein Schritt 535 den nächsten n-Fachen aus und wird der Zyklus ab dem Schritt 515 wieder aufgenommen; sonst endet eine Kontaktprüfung mit einem positiven Ergebnis.
Nimmt man Bezug auf den Block 435 der 4, wird ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zum Erkennen eines gültigen Signals gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel darstellt, in 6 gezeigt.
Ein Schritt 610 wählt ein erstes Signal aus, das als ein extrahierter biologischer Wert verstanden wird, erfasst seine Amplitude A und extrahiert die Ableitung A' davon in einem Zeitschlitz T, der ungefähr gemäß dem Typ eines zu erfassenden Signals bemaßt ist. Wenn die Amplitude, die in einem Schritt 615 geprüft wird, eine maximale Grenze A_max für eine signifikante Zeit übersteigt, wird das Signal in einem Schritt 630 zurückgewiesen, weil es nicht gültig ist. Ein Schritt 635 prüft, ob alle verfügbaren Signale bereits geprüft worden sind. Wenn es nicht so ist, wählt ein Schritt 640 das nächste Signal aus und wird der Zyklus ab dem Schritt 615 wiederaufgenommen.
Wenn im Schritt 615 das Signal gemäß den definierten Amplitudengrenzen ist, fährt ein Ablauf im Schritt 620 fort, in welchem die Ableitung und ihr Verhalten mit den Referenzwerten und mit den Werten, die bei demselben Signal in einem angenehmen vorherigen Zeitintervall erfasst sind, verglichen werden. Wenn die Ableitung nicht akzeptierbar ist, wird das Signal im Schritt 630 wieder als nicht gültig markiert. Sonst wird das Signal im Schritt 625 als gültig markiert. In beiden Fällen geht der Ablauf weiter zu dem Test 635 und wird der Zyklus wiederholt, bis alle Signale geprüft worden sind. Beim Ausgang vom Block 645 kennt daher die Vorrichtung gemäß der Erfindung den Gültigkeitszustand der aktuellen Konfiguration.
Optional ist es nach dem Schritt 620 und dann, wenn der erwartete Typ eines Signals eine erwartete Form in dem ausgewählten Zeitintervall hat, möglich, einen anderen Schritt vorzusehen, der prüft, ob die Form des erfassten Signals mit der erwarteten Form übereinstimmt. In diesem Fall wird das Signal dann, wenn der Test negativ ist, auch als nicht gültig markiert.
Wenn einmal die Elektroden, die einen gültigen Elektroden/Haut-Kontakt liefern, ausgewählt worden sind und die Gruppe von Signalen von ausreichender Qualität, die von den Elektroden abgeleitet sind, ausgewählt worden sind, ist es somit möglich, die durch die aktivierten Sensoren erfasste Information zu überwachen.
Wie es bereits angegeben ist, kann die erfasste Information mit Information integriert werden, die von externen Sensoren ankommt. Die Information, die von den externen Sensoren/Wandlern ankommt, kann unabhängige Information bilden, die zu überwachen und aufzuzeichnen ist. Diese Information kann auch dazu verwendet werden, die Signale zu verarbeiten, die von den integrierten Sensoren ankommen. Beispielsweise quantifizieren die Daten, die von einem Beschleunigungsmesser ankommen, die Bewegung des Anwenders. Diese Information kann zum Überwachen verwendet werden, aber, sie kann auch dazu verwendet werden, das System in Bezug auf das Risiko einer Instabilität bezüglich eines Haut/Elektroden-Kontakts zu alarmieren.
Die Funktion der verschiedenen Elektroden 5 und 7 kann natürlich irgendeine sein und kann für die verschiedensten Zwecke verwendet werden, wo auch immer die Erfassung bestimmter biologischer Parameter des Anwenders Information liefern kann, die zum Bestimmen einer richtigen Überwachung ausreichend ist. Beispielsweise ist es möglich, die Herzschlagrate durch Anordnen von Kontaktelektroden bei den Stellen konstant zu überwachen, die normalerweise für diesen Zweck verwendet werden, und physikalische Prinzipien zu verwenden, die in dem hierin definierten erfinderischen Zusammenhang bekannt sind. Ein Beispiel wird durch das Betriebsprinzip von Thermokopplern gegeben. Durch Anlegen von zwei leitenden Elementen 6, die durch geeignete unterschiedliche Metalle gebildet sind und von dem Rest des Pfads isoliert sind, welche jeweils bei einem unterschiedlichen Eingang bei den Kommunikationsanschlüssen 11 enden, ist es möglich, die Potenzialdifferenz zwischen den zwei Eingangsstellen zu bestimmen und, mittels bekannter Prinzipien, die Temperatur der Haut in Kontakt mit der Verbindungsstelle der zwei leitenden Elemente zu bestimmen. Durch Verwenden einer Batterie von Thermokopplern, die so zur Verfügung gestellt sind, und durch Anordnen der Verbindungen bzw. Übergänge bei unterschiedlichen Stellen des Elements einer Kleidung ist es somit möglich, eine thermische Abbildung des Anwenders zu definieren.
Es ist somit gezeigt worden, dass die vorliegende Erfindung das beabsichtigte Ziel und die Aufgaben erreicht. Insbesondere ist es gezeigt worden, dass das Verfahren und das System, die beschrieben sind, zulassen, Funktionalitäten für eine Erfassung eines physiologischen Signals in Kleidungsstücken, Elementen einer Kleidung oder eines Gewands zu integrieren, die zulassen, ein Überwachen selbst für lange Zeitperioden durchzuführen, ohne die traditionellen Unannehmlichkeitsfaktoren bei Anwendern einzuführen, auf welche die integrierte Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird. Es ist auch gezeigt worden, dass durch die Redundanz der Sensoren, ihre Multifunktionalität und eine adäquate Steuerung und eine Ver arbeitungsvorrichtung es auch möglich ist, die integrierte Struktur adäquat zu rekonfigurieren, um eine Signalerfassung zu optimieren und um die Qualität des Kontakts zwischen der Elektrode und der Haut des Patienten zu festigen, indem in jedem Fall die Eingänge der Signale, die von unterschiedlichen Sensoren erfasst werden, die in dem Gewebe der integrierten Struktur angeordnet sind, aktiviert werden, was die beste Qualität der Überwachungsaktion sicherstellt.
Die Erfindung kann auch angenehmerweise ein integrierter Teil eines komplexeren Systems sein, das zulässt, externe Elemente für die Verwaltung oder die Aktivierung von Drogen bzw. Medikamenten zu den Patienten in verschiedenen Formen zu steuern, und zwar gemäß den Verwaltungs- oder Aktivierungstechniken, die typisch für eine vorgegebene Droge sind. Darüber hinaus ist es offensichtlich, dass sie auch zum Steuern von Systemen verwendet werden kann, die einen physikalischen Wert an den Anwender anlegen, wie beispielsweise zum Steuern eines Defibrillators.
Der Schutzumfang des Schutzes ist durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Integrierte Struktur (1) zum Erfassen physiologischer Signale, die ein Gewebe (2) aufweist, das aus leitenden Fasern und nichtleitenden Fasern besteht, mehrere Elektroden (5), die mittels der leitenden Fasern zur Verfügung gestellt sind; mehrere leitende Elemente (6), die voneinander isoliert sind, zur Verbindung zwischen den Elektroden (5) und Eingängen einer Steuervorrichtung (10), wobei die Steuervorrichtung (10) eine Einrichtung zum selektiven Verarbeiten elektrischer Signale aufweist, die von den Elektroden (5) entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Elemente (6) mittels lokal entfernbaren Materials isoliert sind, um eine elektrische Kopplung zwischen zwei oder mehreren der leitenden Elemente (6) und zwischen den leitenden Elementen (6) und der Haut eines Anwenders zuzulassen.
Integrierte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der elektrischen Signale von einer biologischen Art ist.
Integrierte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der elektrischen Signale von einer nicht biologischen Art ist.
Integrierte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl der leitenden Elemente (6) die Steuervorrichtung mit Sensoren, Stellgliedern oder externen Vorrichtungen verbindet.
Integrierte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (5) gleichermaßen an die Haut eines Anwenders oder an die leitende Oberfläche von herkömmlichen Elektroden, die wiederum an die Haut eines Anwenders angelegt sind, angelegt werden können.
Integrierte Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) weiterhin eine Einrichtung zum selektiven Senden elektrischer Signale zu den Elektroden (5) aufweist.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Elemente aus der Gruppe ausgewählt sind, die folgendes aufweist: – leitende Fasern, die innerhalb des Gewebes eingesponnen sind; – leitende Fasern, die an dem Gewebe durch Befestigen, vorzugsweise durch Kleben, Sticken, Nähen, angeordnet sind; – leitende Fasern, die innerhalb von Hüllen oder ähnlichen Strukturen eingefügt sind, die innerhalb des Gewebes oder mit dem Gewebe ausgebildet sind.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Elemente (6) durch leitende Materialien gebildet sind, die auch wechselseitig unterschiedlich sein können.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Elektrode (5) dazu geeignet ist, eine Vielzahl von Signalen eines unterschiedlichen Ursprungs zu detektieren und zu senden.
Integrierte Struktur nach den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Elektroden (5) aus einer breiteren Gruppe verfügbarer Elektroden, sogar dynamisch, ausgewählt werden kann; sogar dynamisch konfiguriert werden kann, um Signale unterschiedlicher Art erfassen und senden zu können.
Integrierte Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) eine Einrichtung zum Durchführen von Operationen zum Konfigurieren und Auswählen der Elektroden (5) autonom gemäß voreingestellter Programme aufweist.
Integrierte Struktur nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (10) eine extern angetriebene Einrichtung zum Durchführen von Operationen zum Konfigurieren und Auswählen der Elektroden (5) aufweist.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Form eines Elements einer Kleidung (2) konfiguriert ist.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Form eines allgemeinen Gewebes konfiguriert ist, das innerhalb der Umgebung angeordnet ist und mit welchem ein Anwender einen Kontakt herstellen kann.
Integrierte Struktur nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das allgemeine Gewebe ein Teil eines Lakens bzw. Betttuchs, eines Tischtuchs, einer Sofaabdeckung, einer Ruhestütze, einer Lenkradabdeckung ist.
Integrierte Struktur nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Elektroden (5) Elektroden zum Erfassen nicht biologischer Signale aufweist.