DE102008004523B4

DE102008004523B4 - Vorrichtung zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person

Info

Publication number: DE102008004523B4
Application number: DE102008004523.3A
Authority: DE
Inventors: Harald Zellmer; Jan Faust; Dirk Pieper; Heiko Hinrichs
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2028-01-16
Also published as: DE102008004523A1

Abstract

Vorrichtung zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person, umfassend ein im Bereich des Brustkorbs anzulegendes Gurtband (11), eine an dem Gurtband (11) mindestens im Bereich des Brustkorbs befestigte Messeinrichtung und eine Steuereinheit (19), die zur Steuerung der Messeinrichtung und zum periodischen Abnehmen des von der Messeinrichtung übermittelten Signals programmiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen mit einem Bragg-Gitter (22) versehenen optischen Leiter (20) umfasst, zur Messung der Wellenlängenänderung aufgrund der von der Brustkorbaktivität verursachten Änderung des Gitterflächenabstands des Bragg-Gitters (22), und dass die Steuereinheit (19) zur periodischen Durchführung der Messung mit einer im Hinblick auf periodische Brustkorbaktivität ausreichenden Messdauer und Messrate eingerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
DE 10 2004 016 191 A1 offenbart eine Vorrichtung für ein Fahrzeugrückhaltesystem mit einem Beschleunigungssensor als Messeinrichtung. Der Beschleunigungssensor wird jedoch aufgrund der Anordnung im Bereich des Brustkorbs oder der Bauchdecke vom Insassen als störend wahrgenommen. Um dem entgegenzuwirken, wird vorgeschlagen, den Beschleunigungssensor flächig auszubilden, was jedoch mit hohem Aufwand verbunden ist. Zudem befindet sich der optimale Erfassungsbereich des Insassen je nach Körpergröße und -umfang an unterschiedlichen Gurtpositionen. Der Beschleunigungssensor soll daher entlang des Gurtes verschiebbar sein. Dies verursacht einerseits einen erheblichen Zusatzaufwand und stellt andererseits ein Sicherheitsrisiko dar, wenn beispielsweise der Insasse vergisst, den Beschleunigungssensor in den optimalen Bereich zu verschieben.
WO 2007/112 874 A1 betrifft ein Rückhaltesystem mit einem Gurtband und einem damit verbundenen Lichtleiter zur statischen Messung der Gurtauszugslänge und der während eines Unfalls im Gurtband herrschenden Zugkraft.
DE 10 2006 027 414 A1 zeigt ein Rückhaltegurtsystem mit einer veränderlichen freien Gurtlänge und im Besonderen eine Rückhaltegurtsystem mit einer regelbaren Rückhaltekraft.
DE 60 2004 012 994 T2 bezieht sich auf ein Notfallmeldesystem für einen sitzenden Fahrzeuginsassen und ein Verfahren zur Meldung einer Notlage.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das mit verhältnismäßig geringem Aufwand eine zuverlässige Messung der Brustkorbaktivität unabhängig von Körpergröße und -umfang der Person erlaubt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Mitteln von Anspruch 1. Ein optischer Leiter wird von der Person aufgrund des geringen Querschnitts nicht wahrgenommen und daher nicht als störend empfunden. Mittels eines sich in der Längsrichtung des Gurts erstreckenden optischen Leiters kann problemlos der Bereich des Brustkorbs für sämtliche Körpergrößen und -umfänge erfasst werden. Die Verwendung mindestens eines Bragg-Gitters erlaubt eine präzise Erfassung der Brustkorbaktivität durch Messung der Wellenlängenänderung aufgrund der von der Brustkorbaktivität verursachten Änderung des Gitterflächenabstands des Bragg-Gitters.
Es ist für die Erfindung wesentlich, dass die Steuereinheit zur periodischen Durchführung der Messung mit einer im Hinblick auf periodische Brustkorbaktivität ausreichenden Messdauer und Messrate eingerichtet ist. Dadurch unterscheidet sich die Erfindung von statischen Messsystemen beispielsweise gemäß WO 2007/112 874 A1 . Die Messrate beträgt im Hinblick auf die Atmungsrate bzw. die Herzschlagrate vorzugsweise mindestens 2 Hz, weiter vorzugsweise mindestens 10 Hz. Die Messdauer beträgt vorzugsweise mindestens 10 s, weiter vorzugsweise mindestens 50 s.
Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung betrifft ein Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug. In einer diesbezüglichen Anwendung kann nach der Detektierung eines Unfalls mittels eines fahrzeugsensitiven Verzögerungssensors die Messung der Brustkorbaktivität ausgelöst werden, insbesondere um daraus extrahierte Information, beispielsweise die Herzschlagfrequenz und/oder die Atmungsfrequenz, für Rettungspersonal bereitzustellen. Diese Information kann insbesondere im Rahmen einer automatischen Unfallmeldung an eine Rettungsleitstelle übermittelt werden.
In einer anderen Anwendung wird die Brustkorbaktivität während der Fahrt kontinuierlich oder regelmäßig überwacht, um die Fitness des Fahrers und Abweichungen vom Normalzustand erfassen zu können. Beispielsweise kann bei einer detektierten abgesenkten Herzschlag- und/oder Atmungsfrequenz, vorzugsweise in Kombination, infolge von Müdigkeit des Fahrers ein optisches, akustisches oder haptisches Warnsignal ausgegeben werden.
Die Erfindung ist nicht auf Rückhaltesysteme für Kraftfahrzeuge beschränkt. Auch medizinisch-diagnostische Anwendungen sind beispielsweise denkbar.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1: eine Anwendung der Erfindung in einem Fahrzeugrückhaltesystem;
2: eine Ausführungsform eines Bragg-Gitters in dem optischen Leiter; und
3: eine medizinisch-diagnostische Anwendung der Erfindung.
Das Rückhaltesystem 10 gemäß 1 umfasst folgende Elemente: Gurtband 11, Umlenker 12, Aufroller 13, Gurtzunge 14, Endbeschlag 15, Gurtschloss 16. Das Rückhaltesystem 10 umfasst weiterhin eine Messvorrichtung 17 mit einer optischen Sender/Empfänger-Einheit 18, einer Steuereinheit 19, einem in das Gurtband 11 eingebrachten optischen Leiter 20 und einem absorbierenden Element 21.
Die optische Sender/Empfänger-Einheit 18 umfasst eine an den optischen Leiter 20 gekoppelte Lichtquelle 26 zur Einstrahlung von Licht in den optischen Leiter 20 und einen an den optischen Leiter 20 gekoppelten optischen Empfänger 27 zum Detektieren von aus dem optischen Leiter 20 austretendem Licht. Die Lichtquelle 26 und der optische Empfänger 27 können auch separat ausgeführt sein. Die Begriffe optisch und Licht sind nicht auf das sichtbare Spektrum beschränkt, es kann sich beispielsweise auch um Infrarot- oder UV-Strahlung handeln.
Die optische Sender/Empfänger-Einheit 18 wird von der Steuereinheit 19 angesteuert, die zweckmäßigerweise an den Fahrzeugdatenbus angeschlossen ist. Die programmierbare bzw. programmierte Steuereinheit 19 kann insbesondere in der elektronischen Steuereinheit ECU des Fahrzeugs realisiert sein. Die Steuereinheit 19 umfasst eine Steuereinrichtung 28 und Auswerteeinrichtung 29. Diese können auch separat ausgeführt sein.
Der optische Leiter 20 weist mindestens ein Bragg-Gitter 22 auf, das bei angelegtem Gurt im Bereich zwischen dem Umlenker 12 und dem Gurtschloss 16 positioniert ist. Das Bragg-Gitter 22 ist eine periodische optische Struktur mit senkrecht zu der Achse des optischen Leiters 20 verlaufenden Gitterflächen, die auftreffendes Licht je nach Verhältnis von Wellenlänge zu der Periodizität des Bragg-Gitters 22 reflektiert bzw. transmittiert. Maximale Reflexion tritt bei monochromatischem Licht mit einer Wellenlänge gleich zweimal der Periodizität d des Bragg-Gitters 22 auf.
In der Ausführungsform gemäß 2 wird das Bragg-Gitter 22 beispielsweise von einer Mehrzahl von semi-reflektiven bzw. semi-transparenten Oberflächen 24 gebildet, die senkrecht zu der Achse des optischen Leiters 20 in einem regelmäßigen Abstand d zueinander angeordnet sind. Die Oberflächen 24 können beispielsweise durch chemische Beeinflussung infolge senkrechter Einstrahlung von Laserstrahlung erzeugt werden. Allgemeiner handelt es sich um Grenzflächen zwischen Bereichen mit unterschiedlichem Brechungsindex.
Das Intensitätsspektrum der Lichtquelle 26 ist auf die Periodizität des Bragg-Gitters 22 abgestimmt und umfasst vorzugsweise einen bestimmten Wellenlängenbereich um eine der zweifachen Periodizität d des Bragg-Gitters 22 entsprechende Wellenlänge.
Mittels der Lichtquelle 26 wird ein Lichtsignal in den optischen Leiter 20 eingekoppelt. Das Lichtsignal wird teilweise von dem Bragg-Gitter 22 reflektiert. Der durch das Bragg-Gitter 22 transmittierte Anteil des Lichts wird in dem absorbierenden Element 21 absorbiert. Das reflektierte Licht läuft zu der optischen Sender/Empfänger-Einheit 18 zurück und wird von dem Empfänger 27 in ein elektrisches Messsignal umgewandelt und zu der Auswerteeinrichtung 29 geleitet.
Die Wellenlänge des reflektierten Lichts variiert je nach Wölbung des Gurtbands 11 im Bereich des Bragg-Gitters 22, weil eine stärkere Wölbung des Gurtbands 11 eine Erhöhung des mittleren Abstands zwischen den Linien des Bragg-Gitters 22 bewirkt. Zur Verstärkung dieses Effekts ist es vorteilhaft, wenn der optische Leiter 20 elastisch dehnbar ist.
Zur Messung der Aktivität des Brustkorbs aktiviert die Steuereinrichtung 28 die Lichtquelle 26 für eine ausreichende Messdauer, beispielsweise mindestens 50 s. Zur kontinuierlichen Überwachung während der Fahrt kann die Lichtquelle auch kontinuierlich betrieben werden. Die Steuereinheit 19 nimmt das von dem Empfänger 27 übermittelte Messsignal mit einer ausreichenden Messrate von beispielsweise mindestens 10 Hz, vorzugsweise mindestens 20 Hz ab. Die Taktung kann beispielsweise durch gepulste Ansteuerung der Lichtquelle 26 oder durch periodisches Auslesen des Signaleingangs der Steuereinheit 19 erzeugt werden. Die Auswerteeinrichtung 29 führt dann eine Spektralanalyse des Messsignals durch. Im Wellenlängenspektrum verschiebt sich das Intensitätsmaximum des reflektierten Lichts aufgrund der regelmäßigen Brustkorbaktivität entsprechend periodisch. Mittels einer Frequenzanalyse lässt sich daraus in der Auswerteeinrichtung 29 insbesondere die Atmungsfrequenz und/oder die Herzschlagfrequenz bestimmen.
Zweckmäßigerweise werden die während der letzten Messperiode erfassten Messwerte in der Steuereinheit 19 gespeichert. Bei einer Messung nach einem Unfall kann die Atmungsfrequenz und/oder die Herzschlagfrequenz mittels nicht einer nicht gezeigten Funksendeeinrichtung an eine Rettungsleitstelle übermittelt werden. Bei einer kontinuierlichen Überwachung während der Fahrt kann ein Warnsignal ausgegeben werden, wenn die Atmungsfrequenz und die Herzschlagfrequenz einzeln oder in Kombination unter ein bestimmtes Niveau absinken.
Um eine hohe Messsicherheit unabhängig von Körpergröße und -umfang der Person zu erreichen, kann in einer nicht gezeigten Ausführungsform eine Mehrzahl von Bragg-Gittern 22 über den Brustkorbbereich des Gurts verteilt vorgesehen sein. In diesem Fall können die Gitterflächenabstände für sämtliche Bragg-Gitter gleich sein. Vorzugsweise sind jedoch die Gitterflächenabstände der verschiedenen Bragg-Gitter unterschiedlich. In diesem Fall kann entweder eine breitbandige Lichtquelle 26 oder eine Mehrzahl von schmalbandigen Lichtquellen mit unterschiedlichen Farben bzw. Wellenlängenmaxima Verwendung finden.
3 zeigt eine insbesondere medizinisch-diagnostische Anwendung mit einem um die Brust zu legenden Gurtband 11, das beispielsweise mittels einer Klettverbindung 25 zu einer geschlossenen Schleife verbunden werden kann. In dieser Anwendung kann beispielsweise die Brustkorbaktivität fortlaufend auf einem in 3 nicht gezeigten Monitor dargestellt werden.

Claims

Vorrichtung zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person, umfassend ein im Bereich des Brustkorbs anzulegendes Gurtband (11), eine an dem Gurtband (11) mindestens im Bereich des Brustkorbs befestigte Messeinrichtung und eine Steuereinheit (19), die zur Steuerung der Messeinrichtung und zum periodischen Abnehmen des von der Messeinrichtung übermittelten Signals programmiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen mit einem Bragg-Gitter (22) versehenen optischen Leiter (20) umfasst, zur Messung der Wellenlängenänderung aufgrund der von der Brustkorbaktivität verursachten Änderung des Gitterflächenabstands des Bragg-Gitters (22), und dass die Steuereinheit (19) zur periodischen Durchführung der Messung mit einer im Hinblick auf periodische Brustkorbaktivität ausreichenden Messdauer und Messrate eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung Teil eines Rückhaltesystems (10) für ein Kraftfahrzeug ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (19) zur Durchführung einer Messung nach der Detektierung eines Unfalls programmiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuereinheit (19) zum Senden von aus dem Messergebnis extrahierter Information an eine Rettungsleitstelle programmiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, wobei die Steuereinheit (19) zur Messung während der Fahrt programmiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuereinheit (19) zur Speicherung der Messwerte eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der optische Leiter (20) elastisch dehnbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der optische Leiter (20) in das Gurtband (11) eingewebt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Bragg-Gitter (22) von semitransparenten Oberflächen (24) in dem optischen Leiter (20) gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei Gitterflächen des Bragg-Gitters (22) im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des optischen Leiters (20) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (19) eine Auswerteeinrichtung (29) aufweist, die zum Analysieren des von der Messeinrichtung übermittelten Signals programmiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (19) zur Bestimmung der Herzrate aus dem Messsignal programmiert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (19) zur Bestimmung der Atmungsfrequenz aus dem Messsignal programmiert ist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person.
Verfahren zur nicht-invasiven, dynamischen Messung der Brustkorbaktivität einer Person, umfassend: Anlegen eines Gurtbands (11) im Bereich des Brustkorbs, Senden von Licht durch einen an dem Gurtband (11) im Bereich des Brustkorbs befestigten, mit einem Bragg-Gitter (22) versehenen optischen Leiter (20), Empfangen von aus dem optischen Leiter (20) austretendem Licht in einem Empfänger (27) und periodisches Abnehmen des von dem Empfänger (27) übermittelten Messsignals, gekennzeichnet durch Messung der Wellenlängenänderung aufgrund der von der Brustkorbaktivität verursachten Änderung des Gitterflächenabstands des Bragg-Gitters (22), und dass eine Steuereinheit (19) zur periodischen Durchführung der Messung mit einer im Hinblick auf periodische Brustkorbaktivität ausreichenden Messdauer und Messrate eingerichtet ist.