DE102010005551A1

DE102010005551A1 - Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper sowie Kopf-Sensorsystem

Info

Publication number: DE102010005551A1
Application number: DE102010005551A
Authority: DE
Inventors: Yakob Badower
Original assignee: Badower Yakob Dipl-Ing
Current assignee: Nielsen Consumer LLC
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2011-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem sowie ein Kopf-Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper. Beim Sensorsystem sind vorgesehen: eine Anordnung von Messelektroden, die jeweils als eine Trockenelektrode ausgeführt sind, eine Verarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, von den Messelektroden empfangene Signale zu verarbeiten, eine Kopplungseinrichtung, die konfiguriert ist, die Messelektroden zum Übertragen von Signalen an die Verarbeitungseinrichtung zu koppeln, eine die Anordnung von Messelektroden, die Kopplungseinrichtung und die Verarbeitungseinrichtung gegen äußere elektromagnetische Störfeldern gemeinsam abschirmende Abschirmungseinrichtung und eine Körperkontaktelektrode, die als Trockenelektrode ausgeführt, an die Abschirmungseinrichtung gekoppelt und konfiguriert ist, Körperstörsignale am Körper eines Nutzers zu erfassen und auf die Abschirmungseinrichtung zu geben.

Description

Die Erfindung betrifft Technologien zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs im menschlichen Körper.
Hintergrund der Erfindung
Sensorsysteme zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper werden insbesondere benutzt, um so genannte EKG-Signale (EKG – Elektrokardiogramm) oder EEG-Signale (EEG – Elektroenzephalografie) zu erfassen. Als Messverfahren werden insbesondere kapazitive Messverfahren mit hierfür ausgestalteten Messelektroden sowie galvanische Messverfahren mit hierfür geeigneten galvanischen Messelektroden genutzt. Gemeinsam ist beiden Messmethoden, dass elektromagnetische Signale erfasst werden, indem am Körper des jeweiligen Probanden Messelektroden angeordnet werden.
Ein Sensorsystem zur kapazitiven Messung elektromagnetischer Signale biologischen Ursprungs mit einer kapazitiven Elektrodeneinrichtung ist beispielsweise aus dem Dokument DE 10 2004 063 249 A1 bekannt. Bei dem bekannten Sensorsystem verfügen die kapazitiven Messelektroden über zusätzliche Abschirmmittel zum Abschirmen externer elektromagnetischer Störfelder. Die Abschirmmittel sind zusätzlich zu einem Elektroden-Abschirmelement vorgesehen.
Das Dokument WO 2008/067839 offenbart eine Trockenelektrodenanordnung zum galvanischen Messen von EEG-Signalen.
Weiterhin offenbart das Dokument US 2003/0036691 A1 ein Sensorsystem zum Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, verbesserte Technologien für ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper anzugeben, mit denen optimierte Nutzungseigenschaften erreicht sind. Insbesondere ist es Ziel, den Einfluss äußerer elektromagnetischer Störfelder auf die Signalerfassung zu minimieren. Auch sollen die Trageeigenschaften für das Sensorsystem am menschlichen Körper, insbesondere am Kopf, verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper nach dem unabhängigen Anspruch 1 sowie ein Kopf-Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper nach dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper mit folgenden Merkmalen geschaffen: eine Anordnung von Messelektroden, die jeweils als eine Trockenelektrode ausgeführt sind, eine Verarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, von den Messelektroden empfangene Signale zu verarbeiten, eine Kopplungseinrichtung, die konfiguriert ist, die Messelektroden zum Übertragen von Signalen an die Verarbeitungseinrichtung zu koppeln, eine die Anordnung von Messelektroden, die Kopplungseinrichtung und die Verarbeitungseinrichtung gegen äußere elektromagnetische Störfelder gemeinsam abschirmenden Abschirmungseinrichtung und eine Körperkontaktelektrode, die als Trockenelektrode ausgeführt, an die Abschirmungseinrichtung gekoppelt und konfiguriert ist, Körperstörsignale am Körper eines Nutzers zu erfassen und auf die Abschirmungseinrichtung zu geben. Die vorgeschlagene Konfiguration der Abschirmung ist insbesondere für Systeme geeignet, die lediglich über den menchlichen Körper geerdet sind, was zum Beispiel mit Hilfe der Nutzung einer drahtlosen Signalübermittlung von den Sensorsystem auf äußere Geräte realisierbar ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kopf-Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper mit den folgenden Merkmalen geschaffen: ein Gehäuse, ein an dem Gehäuse gebildeter Seitenarm, welcher an einem distalen Ende ein seitliches und oberhalb des Ohres anzuordnendes Kopfauflageteil aufweist, an einer Gehäusevorder- und/oder einer Gehäuserückseite gebildete Tragarme, die elastisch federnd ausgeführt sind und an einem distalen Ende jeweils wenigstens eine Trockenelektrode tragen und an dem distalen Ende des Seitenarmes gebildete weitere Tragarme, die elastisch federnd ausgeführt sind und an einem distalen Ende jeweils wenigstens eine Trockenelektrode tragen. Mittels der Tragarme und dem seitlichen Kopfauflageteil wird das Kopf-Sensorsystem am Kopf des Trägers gehalten, wobei mit der Anlage des seitlichen Kopfauflageteils ein Art Dreh- oder Schwenkpunkt gebildet ist, was es erlaubt, die die distalen Enden der Tragarme mit den Trockenelektroden in eine gewünschte Messposition auf dem Kopf zu bringen. Dieses ist insbesondere in Verbindung mit dem Erfassen von EEG-Signalen von Vorteil, da diese Messmethode das Erfassen von Signalen in bestimmten Kopfbereichen erfordert.
Mit der Erfindung sind Technologien für ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper geschaffen, mit denen die Nutzungseigenschaften der Sensorsysteme im Prozess der Signalerfassung und -verarbeitung verbessert sind. Die Optimierung erfolgt hinsichtlich der störungsfreien Signalerfassung und -verarbeitung und/oder der Trage- und Einsatzeigenschaften des Sensorsystems am Kopf des Probanden. Die mit Hilfe des Sensorsystems erfassten und verarbeiteten Signale biologischen Ursprungs können anschließend einer beliebigen Signalverwertung zugeführt werden.
Zur verbesserten Abschirmung gegen äußere elektromagnetische Störfelder ist die Körperkontaktelektrode vorgesehen, mit deren Hilfe das körpereigene Potential des Probanden erfassbar und auf die Abschirmungseinrichtung koppelbar ist, wodurch der Einfluss dieses Störpotentials eliminiert werden kann. Es wurde überraschend gefunden, dass mittels der Körperkontaktelektrode und deren Kopplung an die Abschirmungseinrichtung eine wesentlich verbesserte Signalerfassung und -verarbeitung erreicht ist. Die Abschirmungseinrichtung bildet eine gemeinsame Abschirmung mindestens für die Messelektroden, die Kopplungseinrichtung, welche die Messelektroden an die Verarbeitungseinrichtung koppelt, sowie die Verarbeitungseinrichtung selbst, mit der die von den Messelektroden empfangenen Signale verarbeitet werden. Die Messelektroden sowie die Körperkontaktelektrode sind als Trockenelektroden für eine nicht-invasive Signalerfassung ausgeführt. Es ist somit nicht notwendig, die Elektroden bei der Nutzung mit Hilfe eines Kontaktmittels, zum Beispiel einem Gel, am Körper zu kontaktieren.
Die konstruktive Ausgestaltung des Kopf-Sensorsystems ermöglicht ein leichtes Auf- und Absetzten des Sensorsystems am Kopf des Probanden. Weiterhin ist das Kopf-Sensorsystem geeignet, von Probanden mit sehr unterschiedlichen Kopfgrößen und -formen getragen zu werden, wobei stets ein ausreichender Kontakt der Elektroden mit dem Körper des Probanden gewährleistet ist. Die dreh-/schwenkbare Ausgestaltung des Kopf-Sensorsystems mittels des seitlichen Kopfauflageteils oberhalb des Ohres unterstützt eine gute Positionierbarkeit der Elektroden in gewünschten Bereichen der Kopfoberfläche.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Anordnung von Messelektroden eine Anordnung von galvanischen Messelektroden ist. Die galvanischen Messelektroden sind für eine galvanische Kopplung am Körper des Probanden gebildet und zeichnen sich dadurch aus, dass bei hochohmiger Elektrodenübergangsimpedanz (elektrischer Widerstand zwischen Elektrodeneinrichtung und Haut) eine störungsfreie Signalerfassung ermöglicht ist. Es handelt sich also um Messelektroden hoher Impedanz. Die galvanischen Messelektroden sind beispielsweise konfiguriert, EEG-Signale zu erfassen, was am Kopf des Probanden erfolgt. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die galvanischen Messelektroden einer EEG-Messanordnung entsprechend angeordnet sind, was bedeutet, dass die Messelektroden einer räumlichen Verteilung entsprechend angeordnet sind, mit der Signale in den für die EEG-Messung notwendigen Bereiche der Kopfoberfläche bei der Signalerfassung einbezogen werden. In einer Ausführungsform sind die galvanischen Messelektroden ausgeführt, Signale im Bereich von etwa 0,5 bis etwa 100 μV zu erfassen. Wegen der Ausgestaltung als Trockenelektroden ist es nicht notwendig, die Messelektroden auf den Körper des Probanden mit einem Koppelmittel aufzusetzen, zum Beispiel einer elektrolytischen Flüssigkeit oder einem Gel. Vielmehr wird ein Trockenkontakt zur Haut ausgebildet. In einer anderen Ausführungsform sind die galvanischen Messelektroden konfiguriert, EKG-Signale zu erfassen.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Anordnung von Messelektroden eine Anordnung von kapazitiven Messelektroden ist. Die kapazitiven Messelektroden können konfiguriert sein, EEG- oder EKG-Signale zu erfassen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Abschirmungseinrichtung ein Gehäuse umfasst, in welchem die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist. Das Gehäuse ist vorzugsweise mit einem mittleren Kopfauflageteil des Sensorsystems ausgeführt, wenn dieses zum Aufsetzten auf einen Kopf des Probanden ausgelegt ist. In einer Weiterbildung kann dann an dem Gehäuse ein Seitenarm mit einem seitlichen Kopfauflageteil gebildet sein, welches beim Tragen oberhalb des Ohres am Kopf aufliegt. Das Gehäuse nimmt die Verarbeitungseinrichtung teilweise oder vollständig auf.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Abschirmungseinrichtung den Messelektroden zugeordnete Tragarme umfasst, in welchen die Kopplungseinrichtung angeordnet ist. Wenigstens eine jeweils zugeordnete Messelektrode ist am Tragarm angeordnet, vorzugsweise an dessen distalem Ende. Am Tragarm verläuft dann die Kopplungseinrichtung, welche die wenigstens eine Messelektrode an die Verarbeitungseinrichtung koppelt. Beispielsweise weist die Kopplungseinrichtung ein die wenigstens eine Elektrode und die Verarbeitungseinrichtung verbindende Kabelleitung auf. Es kann sich in einer Ausführungsform um ein Kabel mit einer Abschirmung gegen elektromagnetische Störfelder handeln. Alternativ oder ergänzend ist ein Tragarmgehäuse Teil der Abschirmungseinrichtung. Bevorzugt verfügen die Messelektroden über eine eigene Abschirmung gegen äußere elektromagnetische Störfelder. Letztere ist dann zweckmäßig als Teil der Abschirmungseinrichtung ausgeführt. In einer Ausgestaltung sind die Tragarme als elastisch federnde Tragarme gebildet, die über eine mechanische Vorspannung verfügen, sodass die Elektroden beim Anbringen des Sensorsystems am Körper des Probanden, insbesondere auf dem Kopf, gegen die Hautoberfläche gedrückt werden. Bevorzugt sind die Tragarme in einer Ausgestaltung in einer oder mehreren gespreizten Anordnung(en) angeordnet. Die Tragarme können unterschiedliche Tragarmlängen aufweisen, sodass eine optimierte Verteilung der Trockenelektroden auf der Hautoberfläche des Probanden erreicht wird. Auch kann in einer Ausführungsform, nämlich einem auf dem Kopf zu tragenden Sensorsystem, vorgesehen sein, dass ein Teil der Tragarme an dem Gehäuse und ein weiterer Teil der Tragarme an dem Kopfauflagenteil gebildet sind, welches seinerseits am Seitenarm angeordnet ist. In Verbindung mit einem Sensorsystem zum Erfassen von EEG-Signalen ermöglichen die beschriebenen Ausgestaltungen das Ausbilden einer Elektrodenanordnung, mit der die zur EEG-Signalerfassung relevanten Kopfoberflächenbereiche beim Messen einbezogen werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abschirmungseinrichtung den Messelektroden zugeordnete Elektrodengehäuse umfasst, in welchen die Messelektroden angeordnet sind. Mit Hilfe des jeweils zugeordneten Elektrodengehäuses ist in einer Ausgestaltung eine eigene Abschirmung gegen äußere elektromagnetische Störfelder gebildet, die eine oder mehrere Trockenelektroden zugeordnet ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass in dem Elektrodengehäuse eine der Messelektrode zugeordnete Signalvorverarbeitungseinrichtung gebildet ist. Auf diese Weise ist es ermöglicht, eine Signalvorverarbeitung in nächster Nähe zum Ort der Messsignalerfassung durchzuführen. Beispielsweise umfasst die Signalvorverarbeitungseinrichtung einen Impedanzwandler mit einem Operationsverstärker. Im Fall der galvanischen Messelektroden arbeitet die Signalvorverarbeitung im hochohmigen Bereich, insbesondere im Gigaohm-Bereich.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abschirmungseinrichtung wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Material besteht. In bevorzugten Ausführungsformen ist die Abschirmungseinrichtung wenigstens teilweise aus einem Material ausgewählt aus der folgenden Gruppe von Materialien: Metall wie zum Beispiel Aluminium, leitender Kunststoff und Carbon-Material.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abschirmungseinrichtung konfiguriert ist, in Benutzung zusammen mit dem Körper eines Benutzers einen Faradayschen Käfig zumindest für die Verarbeitungseinrichtung, die Messelektroden und die Kopplungseinrichtung zu bilden. Die an der Messsignalerfassung und -verarbeitung beteiligten Einrichtungen und Module werden auf diese Weise effizient gegen äußere elektromagnetische Störfelder abgeschirmt. Um die Abschirmungseinrichtung frei von äußerer Erdung, also frei von Erdkontakten zu halten, die über äußere Geräte entstehen, ist eine kabellose Signalübertragung zu den äußeren Geräten nutzbar.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verarbeitungseinrichtung einen Transceiver für eine kabellose Signalübertragung aufweist. Der Transceiver umfasst ein Sende-/Empfangsmodul zur drahtlosen Signalübertragung. Die mit der Verarbeitungseinrichtung aus den Messsignalen abgeleiteten Signale können auf diese Weise mittels einer kabellosen Signalübertragung auf beliebige äußere Geräte übertragen werden. Im Fall von erfassten EEG-Signalen können diese so zum Beispiel für die Steuerung einer so genannten Gehirn-Computer-Schnittstelle („Brain-Computer-Interface”) übertragen werden, wodurch das Sensorsystem an eine Computersteuerung koppelbar ist. Auf diese Weise ist beispielsweise eine Anbindung des Sensorsystems an eine Computerspiel-Konsole ermöglicht. Aber auch die Ankopplung des Sensorsystems an andere Auswerteeinrichtungen ist möglich, zum Beispiel eine medizinische Analyseeinrichtung. Die kabellose Signalübertragung ermöglicht eine Ausgestaltung des Sensorsystems frei von galvanischer Kopplung zu externen Geräten.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine Antenneneinrichtung des Transceivers außerhalb der Abschirmungseinrichtung angeordnet ist. In einer einfachen Ausführung ist die Antenneneinrichtung mittels eines außerhalb der Abschirmungseinrichtung angeordneten Drahtes gebildet. In einer Weiterbildung kann nicht nur die außerhalb der Abschirmungseinrichtung angeordnet sondern der gesamte Transceiver außerhalb der Abschirmungseinrichtung angeordnet sein.
Bevorzugt sieht eine Fortbildung der Erfindung vor, dass die Verarbeitungseinrichtung konfiguriert ist, aus von den Messelektroden empfangenen analogen Messsignalen digitale Messsignale abzuleiten und für eine Signalübertragung bereitzustellen. Es ist auf diese Weise ein vor Ort Digitalisierung ermöglicht. Die Digitalisierung kann auf diese Weise innerhalb der Abschirmungseinrichtung durchgeführt werden.
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen des Kopf-Sensorsystems zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper erläutert.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass Trockenelektroden mehrere Messelektroden sowie eine Körperkontaktelektrode umfassen, die an eine Abschirmungseinrichtung gekoppelt und konfiguriert ist, Körperstörsignale am Körper eines Nutzers zu erfassen und auf die Abschirmungseinrichtung zu geben. In einer Ausgestaltung sind die Tragarme und/oder die weiteren Tragarme elastisch federnd ausgeführt, wodurch eine mechanische Vorspannung bereitgestellt ist, sodass beim Aufsetzen des Kopf-Sensorsystems auf den Kopf des Probanden die Trockenelektroden gegen den Kopf gedrückt werden.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die weiteren Tragarme noch oben in Richtung zum Gehäuse hin erstrecken. Die Tragarme und/oder die weiteren Tragarme verfügen über unterschiedliche Längen. Beispielsweise können alternierend kurze und lange Tragarme gebildet sein. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Trockenelektroden in einer jeweils zugeordneten Elektrodenaufnahme angeordnet, die von dem zugeordneten Tragarm zum Kopf hin abgewinkelt ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Tragarme und die weiteren Tragarme jeweils einer gespreizten Anordnung entsprechend angeordnet sind. Das seitliche Kopfauflagenteil ist vorzugsweise auf einer Innenseite des Seitenarms angeordnet. Mit Hilfe des Seitenarms wird so das seitliche Kopfauflageteil effizient gegen den Kopf gedrückt. In einer Ausführungsform sind die weiteren Tragarme am seitlichen Kopfauflageteil gebildet.
Eine Fortbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem Gehäuse dem Seitenarm gegenüberliegend ein weiterer Seitenarm angeordnet ist, welcher dem Seitenarm entsprechend ausgebildet ist. Hierdurch wird die mechanische Stabilität des Kopf-Sensorsystems beim Tragen verbessert. Die Möglichkeit zum Drehen/Schwenken um die Auflagepunkte der seitlichen Kopfauflageteile bleibt erhalten und wird weiter stabilisiert.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden Anhang von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs,
2 die Anordnung des Sensorsystems aus 1 auf dem Kopf eines Probanden,
3 eine schematische Blockdarstellung einer Signalverarbeitungseinrichtung für das Sensorsystem aus 1,
4 eine schematische Blockdarstellung von mehreren Elektroden mit einer zugeordneten Signalvorverarbeitungseinrichtung und
5 eine schematische Darstellung einer Elektrode für das Sensorsystem in 1.
1 zeigt ein Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs zum Aufsetzen auf den Kopf eines Probanden (vgl. 2). Das Sensorsystem verfügt über ein Gehäuse 1, an dem unterseitig ein mittleres Kopfauflageteil 2 gebildet ist. An dem dargestellten Gehäuse 1 ist ein Seitenarm 3 angeordnet, welcher an seinem distalen Ende 4 innenseitig ein seitliches Kopfauflageteil 5 trägt. In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) ist an dem Gehäuse 1 dem Seitenarm 3 gegenüberliegend ein weiterer Seitenarm gebildet, welcher in seiner Ausstattung dem seitenarm 3 entspricht.
An dem Gehäuse 1 sind vorderseitig in einer gespreizten Anordnung mehrere Tragarme 6 gebildet, die an ihrem jeweiligen distalen Ende eine Elektrodenaufnahme 7 aufweisen. In einer weiteren gespreizten Anordnung sind an dem seitlichen Kopfauflageteil 5 nach oben zum Gehäuse 1 hin abstehend weitere Tragarme 8 gebildet, die an ihren distalen Enden ebenfalls eine Elektrodenaufnahme 9 aufweisen. In den Elektrodenaufnahmen 7, 9 ist bei der dargestellten Ausführungsform jeweils eine Trockenelektrode angeordnet, die beim Aufsetzen des Sensorsystems auf den Kopf eines Probanden gemäß 2 gegen die Kopfhaut gedrückt wird. Dieses wird mittels der elastisch federnden Ausbildung der Tragarme 6 sowie der weiteren Tragarme 8 erreicht, die eine mechanische Vorspannung zum Andrücken der Trockenelektroden an die Kopfhaut bereitstellen.
Bedarfsweise können an dem Gehäuse 1 alternativ oder ergänzend zu den Tragarmen 6 rückseitig Tragarme (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
Der Seitenarm 3, welcher bei der Ausführungsform in den 1 und 2 linksseitig gebildet ist, kann bei der gezeigten Ausführung des Sensorsystems mit nur einem seitenarm alternativ auf der rechten Kopfseite angeordnet sein. Die Länge des Seitenarms 3 ist so gewählt, dass das seitliche Kopfauflageteil 5 oberhalb des Ohres der tragenden Person angeordnet ist. Das Sensorsystem ermöglicht ein leichtes Aufsetzen auf den Kopf sowie auch das leichte Abnehmen. Darüber hinaus ist das Sensorsystem für die Nutzung bei verschiedenen Kopfgrößen und -formen geeignet. Anordnung und Ausführung der Elektrodenarme 6 sowie der weiteren Elektrodenarme 8 gewährleisten stets eine für die Erfassung der elektromagnetischen Signale biologischen Ursprungs geeignete Elektrodenanordnung. Die in den 1 und 2 gezeigte Verteilung der Trockenelektroden in den Elektrodenaufnahmen 7, 9 ermöglicht das Erfassen von Signalen in allen relevanten Bereichen der Kopfoberfläche zum Messen von EEG-Signalen. Mit der Anlage des Kopfauflageteils 5 auf der Kopfoberfläche ist eine Art Dreh- oder Schwenkpunkt gebildet, so dass die Messelektroden einfach positioniert werden können.
Das Gehäuse 1, der Seitenarm 3, das seitliche Kopfauflageteil 5, die Elektrodenarme 6, die weiteren Elektrodenarme 8 sowie die Elektrodenaufnahmen 7, 9 bilden bei der dargestellten Ausführungsform eine Abschirmungseinrichtung gegen äußere elektromagnetische Störfelder. Zu diesem Zweck sind die Bauteil aus einem elektrisch leitenden Material wie Aluminium, einem Carbon-Material oder einem leitenden Kunststoff. Die so gebildete Abschirmungseinrichtung ist elektrisch leitend mit einer Körperkontaktelektrode 10 verbunden, die dazu dient, das Körperpotential der tragenden Person zu erfassen. Das so erfasste Körperpotential wird auf die Abschirmungseinrichtung gegeben. Die Abschirmungseinrichtung bildet so zusammen mit dem Körper des Probanden eine Art Faradayschen Käfig für die im Gehäuse 1 angeordnet Signalverarbeitungseinrichtung sowie die in den Elektrodenaufnahmen 7, 9 angeordneten Trockenelektroden und die diese mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbindende Kopplungseinrichtung, welche insbesondere in den Tragarmen 6 und den weiteren Tragarmen 8 verlaufende Kabel umfasst. Die Kabel selbst können mit einer Kabelschirmung gegen äußere elektromagnetische Störfelder versehen sein.
3 zeigt eine schematische Blockdarstellung einer Signalverarbeitungseinrichtung 30 für das Sensorsystem aus 1. An einen A/D-Wandler 31 koppeln mehrere Übertragungskanäle 32, die jeweils zu einer oder mehreren Trockenelektroden führen. Der A/D-Wandler 31 führt eine Digitalisierung der empfangenen Messsignale durch. Die Signalverarbeitungseinrichtung 30 umfasst gemäß 3 weiterhin einen Prozessor 33, eine Spannungsversorgung 34, eine Batterie 35 sowie einen Transceiver 36 für eine kabellose Signalübertragung, wozu der Transceiver 36 an eine Antenne 37 gekoppelt ist.
Mit Hilfe einer gestrichelten Linie 38 ist in 3 ein Teil der Abschirmungseinrichtung gegen äußere elektromagnetische Störfelder dargestellt, welcher in Verbindung mit der Signalverarbeitungseinrichtung 30 von dem Gehäuse 1 (vgl. 1) gebildet wird. An den Teil der Abschirmungseinrichtung koppelt eine Leitung 39a, die zu der Körperkontaktelektrode 10 (vgl. 1) führt. An die Körperkontaktelektrode 10 koppelt weiterhin eine Leitung 39b, die an den A/D-Wandler 31 angeschlossen ist.
4 zeigt eine schematische Blockdarstellung für mehrere Elektrodenanordnungen, die jeweils mit einer Signalvorverarbeitungseinrichtung 40 sowie einer zugeordneten Trockenelektrode 41 gebildet sind. Mit Hilfe der Signalvorverarbeitungseinrichtung 40 werden die mittels der Elektrode 41 erfassten Messsignale vorverarbeitet. Handelt es sich bei den Trockenelektroden 41 um galvanische Messelektroden zum Ausführen einer galvanischen Messung arbeitet ein zugehöriger Operationsverstärker im hochohmigen Bericht, insbesondere im Gigaohm-Bereich. Es erfolgt eine Impedanzwandlung nahe am Ort der Messsignalerfassung. Auch bei der Darstellung in 4 ist ein Teil der Abschirmungseinrichtung mittels gestrichelter Linie 42 gezeigt, die ebenfalls über eine Leitung 43 an die Körperkontaktelektrode 10 gekoppelt ist.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrode für das Sensorsystem in 1. Eine Elektrodenabschirmung 50 ist über eine Leitung 51 wieder an die Körperkontaktelektrode 10 gekoppelt. Auf diese Weise wird eine Trockenelektrode 52 gesondert abgeschirmt gegen äußere elektromagnetische Störfelder.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004063249 A1 [0003]
WO 2008/067839 [0004]
US 2003/0036691 A1 [0005]

Claims

Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper, mit: – einer Anordnung von Messelektroden, die jeweils als eine Trockenelektrode ausgeführt sind, – einer Verarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, von den Messelektroden empfangene Signale zu verarbeiten, – einer Kopplungseinrichtung, die konfiguriert ist, die Messelektroden zum Übertragen von Signalen an die Verarbeitungseinrichtung zu koppeln, – einer die Anordnung von Messelektroden, die Kopplungseinrichtung und die Verarbeitungseinrichtung gegen äußere elektromagnetische Störfeldern gemeinsam abschirmenden Abschirmungseinrichtung und – einer Körperkontaktelektrode, die als Trockenelektrode ausgeführt, an die Abschirmungseinrichtung gekoppelt und konfiguriert ist, Körperstörsignale am Körper eines Nutzers zu erfassen und auf die Abschirmungseinrichtung zu geben.
Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Messelektroden eine Anordnung von galvanischen Messelektroden ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung von Messelektroden eine Anordnung von kapazitiven Messelektroden ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung ein Gehäuse umfasst, in welchem die Verarbeitungseinrichtung angeordnet ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung den Messelektroden zugeordnete Tragarme umfasst, in welchen die Kopplungseinrichtung angeordnet ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung den Messelektroden zugeordnete Elektrodengehäuse umfasst, in welchen die Messelektroden angeordnet sind.
Sensorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elektrodengehäuse eine der Messelektrode zugeordnete Signalvorverarbeitungseinrichtung gebildet ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitendem Material besteht.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungseinrichtung konfiguriert ist, in Benutzung zusammen mit dem Körper eines Benutzers einen Faradayschen Käfig zumindest für die Verarbeitungseinrichtung, die Messelektroden und die Kopplungseinrichtung zu bilden.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung einen Transceiver für eine kabellose Signalübertragung aufweist.
Sensorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Antenneneinrichtung des Transceivers außerhalb der Abschirmungseinrichtung angeordnet ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung konfiguriert ist, aus von den Messelektroden empfangenen analogen Messsignalen digitale Messsignale abzuleiten und für eine Signalübertragung bereitzustellen.
Kopf-Sensorsystem zum nicht-invasiven Erfassen von elektromagnetischen Signalen biologischen Ursprungs am menschlichen Körper, mit: – einem Gehäuse, – einem an dem Gehäuse gebildeten Seitenarm, welcher an einem distalen Ende ein seitliches und oberhalb des Ohres anzuordnendes Kopfauflageteil aufweist, – an einer Gehäusevorder- und/oder einer Gehäuserückseite gebildeten Tragarmen, die elastisch federnd ausgeführt sind und an einem distalen Ende jeweils wenigstens eine Trockenelektrode tragen und – an dem distalen Ende des Seitenarmes gebildete weitere Tragarme, die elastisch federnd ausgeführt sind und an einem distalen Ende jeweils wenigstens eine Trockenelektrode tragen.
Kopf-Sensorsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Trockenelektroden mehrere Messelektroden sowie eine Körperkontaktelektrode umfassen, die an eine Abschirmungseinrichtung gekoppelt und konfiguriert ist, Körperstörsignale am Körper eines Nutzers zu erfassen und auf die Abschirmungseinrichtung zu geben.
Kopf-Sensorsystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die weiteren Tragarme noch oben in Richtung zum Gehäuse hin erstrecken.
Kopf-Sensorsystem nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragarme und die weiteren Tragarme jeweils einer gespreizten Anordnung entsprechend angeordnet sind.
Kopf-Sensorsystem nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse dem Seitenarm gegenüberliegend ein weiterer Seitenarm angeordnet ist, welcher dem Seitenarm entsprechend ausgebildet ist.