DE102004032410A1 - Sensorisches Bekleidungsteil - Google Patents

Abstract

Bekleidungsteil mit Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorischen Elemente als fadenförmige Elemente ein Bestandteil der die Fläche bildenden Fadensysteme sind und mit Hilfe von einer geeigneten Bindungs- bzw. einer geeigneten Maschenkonstruktion partiell so angeordnet sind, dass an ausgewählten Stellen bestimmte Signale aufgenommen werden können, während an anderen Stellen keine Signalerfassung stattfindet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Bekleidungsteil, das sensorische Elemente enthält zur Erfassung verschiedener Signale nach Anspruch 1.
• In Deutschland erleiden 270.000 Menschen pro Jahr einen Herzinfarkt, davon enden 174.000 mit tödlichem Ausgang [Quelle: Statistisches Bundesamt]. Meist kündigt sich ein Herzinfarkt schon geraume Zeit vorher an. Eine frühzeitig eingeleitete Therapie kann die Heilungschancen daher stark verbessern. Ein großer Teil der Patienten trägt darüber hinaus das Risiko, einen erneuten Infarkt zu erleiden. Die Kosten für die Betreuung und für die Rehabilitation sind hoch. Durch eine Langzeit-EKG-Messung dieser Risikopatienten kann das erneute Auftreten eines Herzinfarkts frühzeitig erkannt und die erforderliche Therapie eingeleitet werden.
• Bisher werden für 24-Stunden-EKG-Ableitungen normale Silber/Silberchlorid-Gel-Elektroden benutzt, die an definierte Positionen geklebt werden müssen. Dies muß vom behandelnden Arzt durchgeführt werden, was zeit- und kostenaufwendig ist. Die verwendeten Gele zur Verbesserung des Kontakts zwischen Elektrode und Haut können bei längerer Anwendung zu Hautreizungen führen. Gerade bei älteren Patienten können die Elektroden leicht verrutschen und damit zu unbrauchbaren Ableitungen führen.
• Mehrere bereits am Markt befindliche Produkte wie z.B. das „Lifeshirt" der Firma Vivometrics versuchen diese Probleme durch eine angepasste Konfektionsbekleidung in Form einer Weste zu lösen. Allerdings sind bei diesen Entwicklungen die Elektroden und Sensoren nicht aus textilen Materialien aufgebaut. Die Elektroden zur EKG Messungen sind vielmehr Standardelektroden, die von der Weste an der richtigen Stelle positioniert werden
• Eine andere Lösung besteht aus gestrickten Sensoren, die mit metallischen Garnmaterialien als Elektroden fungieren:
• De Rossi, D., F Carpi, F. Lorussi, A. Mazzoldi, R. Paradiso, E. P. Scilingo, A. Tognetti, Electroactive fabrics and wearable biomonitoring devices, AUTEX Research Journal, Vol. 3, No 4, Dez (2003)
• Paradiso, R., A. Gemignani, E. P. Scilingo, D. De Rossi, Knitted bioclothes for cardiopulmonary monitoring, 25th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Societ, Sep. (2003) [3,4].
• Der Einsatz von metallischen Garnen berücksichtigt allerdings nicht die auftretenden Hautreizungen bei Langzeiteinsätzen über mehrere Tage oder Wochen.
• Weiterhin ist nicht erkennbar, wie ein permanenter Hautkontakt sichergestellt werden soll. Während einer Langzeitmessung soll sich die untersuchte Person wie gewöhnlich in ihrem Lebensumfeld bewegen. Die dabei üblichen Bewegungen führen zwangsläufig immer wieder zu Kontaktunterbrechungen der Sensoren. Die o.g. Vorschläge bieten hierzu keine Lösungen an.
• Schließlich ist im o.g. Vorschlag vorgesehen, die Textilie an ein handelsübliches 24h-EKG anzuschließen. Für eine über einen deutlich längeren Zeitraum andauernde Messung sind solche 24h-EKG's aber zu groß, zu unhandlich und zu schwer.
• Zusammenfassend muss festgestellt werden, dass der Tragekomfort der bisher vorhandenen Lösungsvorschläge für deutlich über 24 Stunden hinaus andauernde Messungen, z.B. eine wochen- oder monatelange Datenerfassung, viel zu gering ausfällt um in der Praxis für diese Zwecke eingesetzt zu werden.
• Das erfindungsgemäße Sensor-Shirt mit eingearbeiteten textilen Sensoren wie z.B. EKG-Elektroden vermeidet diese Probleme.
• Gemäß Anspruch 1 werden die Sensoren durch ein leitfähiges, z.B. elektrisch leitendes fadenförmiges Element aufgebaut, das als Fadensystem in die Flächenkonstruktion integriert wurde. Beispielsweise kann bei einer Webware ein Schussfadensystem als Sensorelement zusammen mit einem anderen, nicht-sensorischen Schussfadensystem verarbeitet worden sein. Auch in einer Maschenware kann z.B. ein sensorischer Strickfaden zur Flächenbildung im Wechsel mit nicht-sensorischen Strickfäden verarbeitet werden. Diese fadenförmigen Sensoren sind damit nicht zusätzlich auf die textile Fläche aufgebracht worden, sondern erfüllen neben ihrer sensorischen Funktion auch Aufgaben zur Bildung der textilen Fläche. Um Signale an ausgewählten Stellen zu erfassen, sind nach Anspruch 1 diese fadenförmigen Sensoren teils von Messsignalen isoliert und teils zur Aufnahme von Signalen angeordnet. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Sensoren an den Messstellen direkt auf der Haut liegen, während sie außerhalb der Messstellen durch die nichtsensorischen Fäden abgeschirmt werden (Anspruch 2). So kann ein gewebter Sensorfaden an der Messstelle mit einer schussseitigen Atlasbindung und an allen anderen Stellen mit einer kettseitigen Atlasbindung gewebt werden.
• Noch effektiver ist nach Anspruch 3 der Einsatz von Bindungen oder Maschenanordnungen, die dreidimensional angeordnete Fadenlagen verursachen wie z.B. die Waffelbindungen oder Mehrlagenbindungen. Hier sind die Sensorfäden auf der Innenseite, etwa für einen Hautkontakt, mit langer Flottung an der Messstelle angeordnet, während sie außerhalb auf der Außenseite in den Bereichen mit kurzen Flottungslängen geführt werden. Die Isolation der Sensorfäden außerhalb der Messstelle wird dabei nicht nur durch bindungstechnischen Seitenwechsel erreicht, sondern durch den dreidimensionalen Fadenaufbau, der die Sensorfäden auf eine größere Distanz zur Oberfläche bringt und die dazwischenliegende Luft zur Isolation nutzt.
• Nach Anspruch 4 sollen in dreidimensionalen Fadenanordnungen nichtsensorische Fäden in Richtung der Gewebedicke zwischen den sensorischen Fäden und der signalgebenden Oberfläche liegen.
• Auch bei Maschenwaren sind dreidimensionale Flächenkonstruktionen möglich. Hier lässt sich das Fadenmaterial ebenfalls durch geeignete Anordnungen von Maschen, Henkeln und weiteren Bindungselementen in eine z.B. wabenähnliche oder aufwerfende Anordnung bringen. Erfindungsgemäß werden diese in Dickenrichtung vergrößerten Fadenkonstruktionen eingesetzt, um einen größeren Abstand der Sensorfäden zur signalgebenden Oberfläche zu erreichen oder auch um nichtsensorisches Material zwischen Oberfläche und Sensorfäden einzubauen.
• In Anspruch 5 wird eine Lösung vorgeschlagen, um Hautreizungen durch sensorische Fäden entgegenzuwirken. Die üblichen Sensoren sind an den Messstellen in dichter Anordnung auf eine relativ kleine Fläche konzentriert. An solchen Stellen ist die Haut sehr hoch durch das meist wenig verträgliche Sensormaterial belastet. Nach Anspruch 5 werden die Sensorfäden auf eine größere Fläche verteilt, wobei die Kontaktpunkte zwischen den Sensorfäden und der signalgebenden Oberfläche größere Abstände erhalten. Vorzugsweise bleibt die Gesamtkontaktfläche des Sensormaterials dabei gleich, d.h. die Vergrößerung der Kontaktpunktabstände verläuft dann proportional zur Vergrößerung der Messstelle. Diese Kontaktpunktdichte lässt sich z.B. durch Bindungswechsel oder durch geänderte Maschenkonstruktionen realisieren.
• Für alle Messungen, die einen direkten und permanenten Kontakt der Sensoren zur Hautoberfläche erfordern, sind Kontaktunterbrechungen bzw. Ablösungen z.B. infolge von Bewegungen ein großes Problem. Schon die in Anspruch 4 vorgeschlagene Vergrößerung der Messfläche wirkt der Gefahr entgegen, da die Wahrscheinlichkeit, dass sich nicht alle Kontaktpunkte ablösen sondern nur ein Teil davon, erhöht.
• Nach Anspruch 6 soll das sensorische Bekleidungsteil, welches Sensoren enthält, entweder vollständig oder zumindest an einigen geeigneten Stellen elastisch sein. Dazu kann entweder die Fläche mit Hinzunahme von elastischen Fäden ganz oder partiell gebildet werden oder die Fadenkonstruktionen von wenig elastischen zu mehr elastischen Ausführung gewechselt werden. Auch das Einnähen von elastischen Bändern oder Flächestücken ist eine Ausführungsmöglichkeit. Als Folge dieser Elastizität ergibt sich ein enger Sitz der Textilien an den Messstellen, der Bewegungen durch die Elastizität ausgleicht und permanenten Kontakt gewährleistet.
• Alternativ ist in Anspruch 7 eine Schnittkonstruktion vorgeschlagen, die so ausgeführt ist, dass an den Messstellen ein permanenter Andruck der Sensoren an die Hautoberfläche trotz Bewegungen des Trägers herrscht. Dies kann z.B. durch eine besonders eng anliegende Passform im Bereich der Messstellen erfolgen.
• Gemäß Anspruch 8 werden die sensorischen Fäden so in das Textil eingebracht, dass sie ohne Unterbrechung bis zu einer Datenerfassungseinheit laufen. Die Leitfähigkeit des Sensorfadens wird dabei außerhalb der Messstellen zur Weiterleitung von Signalen genutzt. Beispielsweise kann ein elektrisch leitfähiges Fadensystem auch die an den Messstellen erfassten Spannungssignale weiterleiten. Ein zusätzliches, nur zur Signalübertragung dienendes Element kann dadurch entfallen.
• Anspruch 9 beinhaltet die Art, wie die Sensorfäden zu einer Messfläche angeordnet vorliegen können. Vorgeschlagen ist, die Sensorfäden nicht über die gesamte Breite der textilen Fläche zu führen, sondern auf einer begrenzten Breite den sensorischen Faden immer wieder umkehren zu lassen und damit ein Feld innerhalb der textilen Fläche aus ein- und demselbnen Faden aufzubauen. Die Herstellung kann z.B. mit einer Schützenwebmaschine mit Mehrfarbeinrichtung erfolgen, die eine gobelinähnliche Aufteilung von sensorischen und nichtsensorischen Fäden aufbaut.
• Nach Anspruch 10 sollen die Sensoren nicht nur einen einzigen Signaltyp erfassen. Mit den gleiche Sensoren sollen mehrere Messungen wie EKG-Signale, Pulsmessung, Temperatur, Feuchtigkeit und andere Signalarten erfolgen.
• Figuren und Ziffern

1

Sensorisches Bekleidungsteil mit einem funktionalen Schnitt zur Unterstützung eines permanenten Sensorfeldkontaktes

2

Sensorischer Faden, zur Aufnahme von Signalen auf eine Meßzone konzentriert angeordnet (z.B. Elektrode zur EKG-Erfassung)

3

Sensorischer Faden, zur Aufnahme von Signalen auf eine Meßzone konzentriert angeordnet (z.B. Referenz-Elektrode zur EKG-Erfassung)

4

Elastischer Bereich zur Sicherstellung eines permanenten Elektrodenkontaktes

5

Elektronikbaustein zur Aufnahme, Speicherung, Verarbeitung der Signalen mit integrierter Sendeeinheit

6

kleine Messzone, die aus einem fadenförmigen Sensorelement gebildet ist, wobei die Messpunkte bzw. die Messstrecken relativ dicht zusammen liegen

7

große Messzone, die aus einem fadenförmigen Sensorelement gebildet ist, wobei die Messpunkte bzw. die Messstrecken weiter auseinander liegen

8

fadenförmiges Sensorelement

9

nicht-sensorisches Fadensystem

10

dreidimensionale Anordnung nicht-sensorischer Fäden

• 1 (Sensorisches Bekleidungsteil) zeigt eine Gesamtansicht des sensorischen Bekleidungsteiles (1) mit fadenförmigen Sensoren, die an gewünschten Stellen zu Messflächen (2 und 3) angeordnet sind, mit elastischen Zonen (4), die einen permanenten Andruck der Messflächen an die Oberfläche, z.B. die Haut eines Trägers gewährleisten und mit einem miniaturisierten und sehr leichten Elektronikbaustein (5) zur Aufnahme, Verarbeitung und Speicherung bzw. zum Senden der Messdaten.
• 2 (Vergrößerung der sensorischen Zone durch verteilte Sensorpunkte mit vergrößerten Abständen) zeigt eine relativ kleine Messzone mit sehr dichten und konzentrierten Kontaktpunkten (6) im Vergleich zu einer vergrößerten Messzone mit größeren Abständen der Kontaktpunkte zueinander (7).
• 3 (Aufbau einer sensorischen Messzone aus einem einzigen fadenförmigen Sensorelement) zeigt ein Beispiel, wie ein fadenförmiger Sensor (8) im Textil zwischen nichtsensorischen Fäden (9) angeordnet werden kann, um aus einem einzigen Sensorfaden eine größere Messfläche zu erhalten.
• 4 (Dreidimensionale nicht-sensorische Fadenanordnung zur Erzeugung eines Abstandes zwischen Sensor und signalgebender Oberfläche an Stellen außerhalb der Meßzonen) zeigt idealisiert eine dreidimensionale Fadenanordnung (10), z.B. eine mehrlagige Textilie oder eine musterähnlich wiederkehrende Ausformung (z.B. eine gewebten Waffelbindung) an einer Stelle außerhalb der Messflächen. Die sensorischen Fäden sind zur Isolation auf der Außen- bzw. der Oberseite des Textils angeordnet und weisen dadurch eine erheblich größere Distanz zur signalgebenden Oberfläche auf.

Claims (15)

1. Bekleidungsteil mit Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorischen Elemente als fadenförmige Elemente ein Bestandteil der die Fläche bildenden Fadensysteme sind und mit Hilfe von einer geeigneten Bindungs- bzw. einer geeigneten Maschenkonstruktion partiell so angeordnet sind, dass an ausgewählten Stellen bestimmte Signale aufgenommen werden können, während an anderen Stellen keine Signalerfassung stattfindet.
2. Bekleidungsteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fadenförmigen Sensoren an solchen Stellen, an denen Signale erfasst werden sollen, auf einer Seite der Fläche konzentriert werden, während sie an andern Stellen im Inneren der textilen Fläche oder auf der anderen Seite der Fläche angeordnet werden.
3. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der sensorischen Fäden von z.B. einer signalgebenden Oberfläche außerhalb der eigentlichen Messstellen eine dreidimensionale Fadenanordnung eingesetzt wird, wie z.B. eine Waffelbindung oder eine Mehrlagenbindung, durch welche die sensorischen Fäden eine größere Distanz zur signalgebenden Oberfläche erhalten.
4. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trennung der sensorischen Fäden von z.B. einer signalgebenden Oberfläche außerhalb der eigentlichen Messstellen eine dreidimensionale Fadenanordnung eingesetzt wird, die nichtsensorisches Fadenmaterial zwischen Oberfläche und Sensorfäden anordnen kann.
5. Bekleidungsteil mit fadenförmigen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die fadenförmigen Sensoren nicht wie üblich über einer kleineren Fläche konzentriert werden sondern auf einer größeren Fläche verteilt und z.B. durch bindungstechnische Anordnung an dieser Messfläche vorzugsweise proportional zur Flächenvergrößerung weniger konzentriert angeordnet sind.
6. Bekleidungsteil mit fadenförmigen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die textile Fläche wenigstens teilweise elastisch so ausgeführt ist, dass ein permanenter Kontakt zwischen dem sensorischen Element, insbesondere der Stelle, welche die Signale erfasst, und dem Träger, z.B. seiner Hautoberfläche, entsteht.
7. Bekleidungsteil mit fadenförmigen Sensoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittkonstruktion so gestaltet ist, dass ein permanenter Kontakt zwischen dem sensorischen Element, insbesondere der Stelle, welche die Signale erfasst, und dem Träger, z.B. seiner Hautoberfläche, entsteht.
8. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fadenförmigen Sensoren an bestimmten Stellen Signale erfasse, während sie an anderen Stellen als Signalleiter fungieren.
9. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziges fadenförmiges Signalelement auf einer begrenzten Fläche immer hin und hergeführt wird und damit eine Messfläche aufbaut, z.B. in einer gewebten Oberfläche als Schützen-Schussfaden nur über eine begrenzten Zone bzw. Breite des Gewebes und über mehrere Schüsse eingetragen ist, während in den angrenzenden Bereichen andere und nicht signalerfassende Schussfäden vorliegen.
10. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die gleichen Signalelemente mehrere Signalarten wie z.B. EKG-Signale, Puls, Atmung, Schweiß oder Temperatur gleichzeitig oder nacheinander erfasst werden.
11. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zur Messung der Atmung die Materialdehnung des Kleidungsstückes während des Atemvorganges erfasst.
12. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorischen Fäden eine Beschichtung erhalten, die an den Kontaktstellen mit der Hautoberfläche eine salzige, feuchte oder auf andere Weise leitende Verbindung hervorrufen oder unterstützen.
13. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessenen Signale wie z.B. das EKG in einem Elektronikbaustein, der vorzugsweise auswechselbar ist, verarbeitet und ausgewertet werden.
14. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der angeschlossene Elektronikbaustein so programmiert ist, dass kritische Signalgrößen oder Kombinationen zu einem automatischen Notrufsignal des eingebauten Senders führen.
15. Bekleidungsteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der angeschlossene Elektronikbaustein kontinuierlich bestimmte Messdaten an ein externes Empfangsgerät sendet, um eine Fernüberwachung, eine Ferndiagnose oder eine zeitgleiche Darstellung sportlicher Leistungen auch von mehreren Trägern zu ermöglichen.