DE102013219026A1

DE102013219026A1 - Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung, Sensorarray und Sitz oder Liege

Info

Publication number: DE102013219026A1
Application number: DE201310219026
Authority: DE
Inventors: Jeroen Lem; Marcel MATHISSEN; Hans-Joachim Lindner; Rainer Vogt; Lennart LEICHT; Benjamin EILEBRECHT; Marian Walter; Steffen Leonhardt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-09-23
Filing date: 2013-09-23
Publication date: 2015-03-26
Also published as: US20150088317A1; CN104434090A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen, flächigen Elektrode (37), die eine der Person zugewandte Außenfläche (38) und eine der Person abgewandte, der Außenfläche (38) gegenüberliegende Innenfläche (39) aufweist. Es ist ein Feuchtigkeitserzeuger (40) auf der Seite der Innenfläche (39) der Elektrode (37) vorgesehen. Ferner ist die Elektrode (37) feuchtigkeitsdurchlässig. Außerdem betrifft die Erfindung ein Sensorarray sowie einen Sitz oder eine Liege für ein Fahrzeug zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein mit mehreren Sensoren ausgestattetes Sensorarray sowie einen mit einem Sensorarray ausgestatteten Sitz oder Liege in einem Fahrzeug.
Die Messung des elektrischen Potentials bzw. der elektrischen Feldstärke auf der Haut einer Person mittels elektrokardiographischer Sensoren bildet die Grundlage vieler medizinischer Diagnoseverfahren. Beispielsweise kann auf diesem Wege ein Elektrokardiogramm (EKG) aufgenommen werden oder aus den gemessenen elektrischen Potentialen die Herzfrequenz ermittelt werden.
Bei herkömmlichen Messverfahren zur Messung des elektrischen Potentials auf der Haut wird dieses durch Elektroden erfasst, die in direktem elektrischen Kontakt mit der Hautoberfläche stehen. Es wird also eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Haut einerseits und der Elektrode andererseits hergestellt. Es erweist sich hierbei jedoch häufig als schwierig, einen hinreichend guten elektrischen Kontakt zwischen der Elektrode und der Haut und damit dem Körper der zu untersuchenden Person sicherzustellen. Außerdem wird der Einsatz derartiger Diagnoseverfahren zunehmend auch in Anwendungsgebieten vorgesehen, in denen ein direkter Zugang zur Haut der zu untersuchenden Person nicht gegeben ist, wie zum Beispiel in Fahrzeuganwendungen zur Überwachung von Körperfunktionen und/oder Vitalparametern von Fahrzeuginsassen auf Sitzen oder Liegen.
So offenbart beispielsweise die US 7 684 854 B2 einen Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person. Die Person kann sich hierbei in einem Stuhl, einem Bett oder einem Fahrzeugsitz befinden. Das Elektrokardiogramm kann von dem Körper der eine Kleidung tragenden Person ohne direkten Kontakt zur Haut aufgenommen werden. Der Sensor umfasst eine elektrisch leitfähige, flächige Elektrode, die eine der Person zugewandte Messfläche und eine der Person abgewandte, der Messfläche gegenüberliegende Anschlussfläche aufweist, die elektrisch mit einem Vorverstärker verbunden ist. Die Elektrode und der Vorverstärker des Sensors sind von einer Abschirmung umgeben.
Einen weiteren berührungslosen Sensor zur Aufnahme eines Elektrokardiogramms einer Person offenbart die EP 2 532 306 A1 . Der Sensor umfasst eine elektrisch leitfähige Elektrode und eine Detektionseinrichtung, die elektrisch mit der Elektrode verbunden und ausgelegt ist, die von der Elektrode aufgenommenen Signale zu verstärken. Der Sensor ist dazu vorgesehen, in einem Fahrzeugsitz angeordnet zu sein und bestimmte physiologische Parameter eines in dem Fahrzeugsitz sitzenden Fahrers zu ermitteln.
Die DE 20 2012 001 096 U1 offenbart kapazitive Sensoren zur kapazitiven Erfassung von Vitalparametern eines Fahrers eines Fahrzeugs. Hierzu sind die Sensoren in oder an der Rückenlehne des Sitzes des Fahrzeugs angebracht. Insbesondere wird gemäß einer Ausführungsform vorgeschlagen, die Sensoren in oder an der Rückenlehne des Sitzes in zwei voneinander mit einem der Breite der Wirbelsäule des Fahrers entsprechenden Abstand getrennten Reihen verteilt anzuordnen. Je Reihe sind die Sensoren mit einer Fläche von 16 bis 36 cm² in gleichen Abständen von 1 bis 5 cm zueinander angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform sind anstelle der zwei voneinander getrennten Sensorreihen mit über die gesamte Höhe des Sitzes in einem Abstand von 1–5 cm verteilten Sensoren zwei voneinander mit einem der Wirbelsäule entsprechenden Abstand getrennte Foliensensoren mit einer Breite von 4 bis 10 cm über die gesamte Sitzhöhe angeordnet.
Ferner offenbart die DE 10 2008 049 112 A1 eine kapazitive Textilelektrode zum Messen von Körperfunktionen und/oder Vitalparametern von Personen für Fahrzeuganwendungen, zum Beispiel in einem Sitz oder einer Liege, die einen mehrschichtigen Aufbau aufweist. Dieser umfasst zwei Textilschichten, die jeweils einen elektrisch leitfähigen Elektrodenbereich aufweisen, wobei eine weitere Textilschicht zum Herstellen eines Abstands zwischen den zwei anderen Textilschichten vorgesehen ist.
Allgemein spielt bei der berührungslosen elektrokardiographischen Messung, das heißt bei dem Vorhandensein von beispielsweise der Kleidung zwischen der Haut der Person und der Elektrode, die Leitfähigkeit der Kleidung eine wesentliche Rolle für die Signalqualität. Wenn eine Person zum Beispiel ein Fahrzeug besteigt, kann es eine Weile dauern, bis der elektrokardiographische Sensor ein zuverlässiges Signal aufnehmen kann. Dies liegt sowohl an der elektrostatischen Aufladung der Kleidung als auch an deren geringen Kontaktleitfähigkeit. Die elektrostatische Ladung wird nur langsam abgeführt, wodurch die elektrostatische Ladung überwiegt und das Meßsignal abschwächt bzw. überdeckt. Im Allgemeinen wird die Leitfähigkeit zwischen der Haut der zu untersuchenden Person und der Elektrode durch den Feuchtegehalt der dazwischen liegenden Kleidung der Person wesentlich beeinflusst. Der Feuchtegehalt der Kleidung wird wiederum von dem Mikroklima zwischen der Elektrodenoberfläche und der Haut der zu untersuchenden Person bestimmt. So kann es beispielsweise sein, dass die Kleidung bei einem trockenen Umgebungsklima, zum Beispiel einem trockenen Fahrzeuginnenraum, ebenfalls relativ trocken ist. Andererseits führt ein Schwitzen der zu untersuchenden Person zu einem feuchteren Mikroklima zwischen der Haut der Person und der Elektrode, was zu einer besseren Signalqualität führt.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Sensor, ein Sensorarray sowie einen Sitz oder eine Liege zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an Personen, bevorzugt in Fahrzeuganwendungen, anzugeben, mit denen zuverlässige Aussagen über die Körperfunktionen und/oder Vitalparameter der Person gemacht werden können, das heißt, die jederzeit ein zuverlässiges Signal mit guter Signalqualität zu liefern imstande sind.
Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Sensorarray mit den Merkmalen des Anspruchs 11 sowie durch einen Sitz oder eine Liege mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß umfasst ein Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person wenigstens eine elektrisch leitfähige, flächige Elektrode, die eine der Person zugewandte Außenfläche und eine der Person abgewandte, der Außenfläche gegenüberliegende Innenfläche aufweist. „Berührungslos“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung derart aufzufassen, dass die Elektrode die Haut der zu untersuchenden Person nicht unmittelbar berührt. Beispielsweise können Kleidungsstücke zwischen der zu untersuchenden Person und der Elektrode angeordnet sein. Die Elektrode kann auch durch eine Schicht aus Isolierlack von der zu untersuchenden Person elektrisch isoliert sein.
Ferner ist ein Feuchtigkeitserzeuger auf der Seite der Innenfläche der Elektrode vorgesehenen. Außerdem ist die Elektrode feuchtigkeitsdurchlässig. Als Feuchtigkeitserzeuger kommt prinzipiell jedes Mittel oder jede Vorrichtung in Frage, das bzw. die in der Lage ist, Feuchtigkeit unter bestimmten Bedingungen freizusetzen, zum Beispiel in Form von Wasserdampf oder Wassertröpfchen. Auf diese Weise kann die Feuchtigkeit des Mikroklimas zwischen der Außenfläche der Elektrode und der Haut der zu untersuchenden Person automatisch gesteuert werden, insbesondere in Verbindung mit einer Meß- und Regeleinrichtung. Insbesondere wird erfindungsgemäß bei einem zu trockenen Mikroklima Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger freigesetzt, welche die feuchtigkeitsdurchlässige Elektrode durchdringen kann und so die Feuchtigkeit des Mikroklimas erhöht. Das feuchtere Mikroklima verbessert die Signalqualität des durch den Sensor aufgenommenen Meßsignals, da elektrostatische Aufladungen schneller abfließen können. Ferner wird durch den erfindungsgemäßen Sensor ein zuverlässiges Meßsignal schneller erhalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Sensor des Weiteren eine Steuereinrichtung und wenigstens einen an der Innenfläche der Elektrode angeordneten Feuchtesensor auf. Der Feuchtesensor ist hierbei mit der Steuereinrichtung verbunden und dient der Erfassung des Feuchtegehalts an der Innenfläche der Elektrode. Ferner ist die Steuereinrichtung ausgelegt, den Feuchtigkeitserzeuger abhängig von den durch den Feuchtesensor ermittelten Werten über einen Aktor zu steuern. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung den Feuchtigkeitserzeuger veranlassen, mehr oder weniger Feuchtigkeit freizusetzen. So kann auf diese Weise ein gewünschter Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche der Elektrode und der Haut der zu untersuchenden Person gezielt gesteuert bzw. geregelt werden. Die dafür notwendigen Steuer-, Regel- und Meßfunktionen werden dabei von der Steuereinrichtung übernommen.
Ein erfindungsgemäßes Sensorarray umfasst wenigstens zwei Sensoren der vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Art. Als Sensorarray ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Art von Anordnung mehrerer dieser Sensoren zu verstehen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Sitz oder eine Liege in einem Fahrzeug wenigstens ein Sensorarray nach der vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Art zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer auf dem Sitz oder der Liege befindlichen Person auf.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
1 ein Sensorarray und einen Sitz für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik,
2 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer ersten Ausführungsform,
3 eine vergrößerte Ansicht des erfindungsgemäßen Sensors aus 2,
4 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer weiteren Ausführungsform,
5 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
6 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
7 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
8 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
9 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
10 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
11 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform,
12 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform und
13 einen erfindungsgemäßen Sensor entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 stellt schematisch ein Sensorarray 20 und einen Sitz 21 für ein Fahrzeug zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person 22 nach dem Stand der Technik dar. Wie zu erkennen ist, besteht das Sensorarray aus einer matrixartigen Anordnung von sechs in einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes in einer 3 × 2-Matrix angeordneten Sensoren 23, die jeweils eine elektrisch leitfähige, flächige Elektrode 24 aufweisen. In der Sitzfläche des Fahrzeugsitzes 21 ist ferner eine weitere Elektrode angeordnet, über die ein Bezugspotential der Schaltung eingeprägt wird.
Jede Elektrode 24 umfasst eine der Person 22 bzw. ihrem Körper zugewandte Messfläche 25 und eine der Person abgewandte, der Messfläche 25 gegenüberliegende Anschlussfläche 26 zum Anschluss einer Messeinrichtung 27. Wie in 1 dargestellt ist, berührt die Messfläche 25 der einzelnen Elektroden 24 die Haut der zu untersuchenden Person 22 nicht unmittelbar. Vielmehr ist auf der Messfläche 25 jeder Elektrode 24 in 1 eine Isolierung 28 aufgebracht. Außerdem befindet sich zwischen dem Körper der zu untersuchenden Person 22 und der Isolierung 28 ferner noch die von der Person getragene Kleidung 29.
Die in 1 dargestellte Messeinrichtung 27 umfasst pro Sensor 23 einen von einer Abschirmung 30 umgebenen Vorverstärker 31. Ferner verstärkt ein Instrumentenverstärker 32 das von den Elektroden 24 der Sensoren 23 aufgenommene Meßsignal, gefolgt von einer Filter- und Verstärkungseinheit 33 sowie einem A/D-Wandler 34. Das von dem A/D-Wandler 34 ausgegebene digitale Meßsignal kann anschließend beispielsweise mittels einer digitalen Rechnereinheit 35 in geeigneter Weise weiterverarbeitet werden.
2 stellt schematisch einen Regelkreis für einen erfindungsgemäßen Sensor 36 entsprechend einer ersten Ausführungsform dar. Der Sensor 36 umfasst eine elektrisch leitfähige, flächige sowie feuchtigkeitsdurchlässige Elektrode 37, die eine der zu untersuchenden Person zugewandte Mess- bzw. Außenfläche 38 und eine der Person abgewandte, der Außenfläche 38 gegenüberliegende Innenfläche 39 aufweist. Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Sensor 36 einen in 2 nicht explizit dargestellten Feuchtigkeitserzeuger 40, der auf der Seite der Innenfläche 39 des Sensors 36 vorgesehen ist. Unterschiedliche Ausführungsformen von Feuchtigkeitserzeugern 40, die alle in der Lage sind, Feuchtigkeit unter bestimmten Bedingungen freizusetzen, zum Beispiel in Form von Wasserdampf oder Wassertröpfchen, werden nachfolgend im Zusammenhang mit den übrigen Figuren noch genauer beschrieben.
Wie der 2 weiter zu entnehmen ist, umfasst der Regelkreis des dargestellten Ausführungsbeispiels einen an der Innenfläche 39 der Elektrode 37 angeordneten Feuchtesensor 41 sowie ferner auch einen ebenfalls an der Innenfläche 39 der Elektrode 37 angeordneten (optionalen) Temperatursensor 42. Beide Sensoren 41 und 42 sind mit einer Steuereinrichtung 43 verbunden, die den Feuchtigkeitserzeuger 40 über einen Aktor 44 steuert. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung 43 den Feuchtigkeitserzeuger 40 veranlassen, abhängig von den durch die Sensoren 41 und 42 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit freizusetzen. So kann auf diese Weise ein gewünschter Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt werden, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal des Sensors 36 mit guter Signalqualität erhalten wird.
3 stellt den erfindungsgemäßen Sensor 36 aus 2 in einer vergrößerten Ansicht dar. Insbesondere ist in 3 eine mögliche Ausführungsform des Feuchtigkeitserzeugers 40 detailliert dargestellt. Der Feuchtigkeitserzeuger 40 umfasst eine Kammer 45, in der ein feuchtigkeitsspeicherfähiger Stoff 46 enthalten ist, der in der Lage ist, bei Erwärmung Feuchtigkeit abzugeben. Als ein solcher Stoff kann zum Beispiel Silikagel oder ein Superabsorber verwendet werden. Ferner sind in 3 mehrere in der Kammer 45 angeordnete Heizelemente 47 zu erkennen. Die Heizelemente 47 sind bei der dargestellten Ausführungsform des Sensors 36 vollständig vom Stoff 46 umgeben, so dass sie diesen erwärmen können. Zwischen den Heizelementen 47 sind außerdem weitere Temperatursensoren 42 angeordnet, die dazu dienen können, eine Überhitzung innerhalb der Kammer 45 zu vermeiden. Ferner ist zwischen der Kammer 45 und der Innenfläche 39 der Elektrode 37 noch eine Abstandsschicht 48 eingefügt.
Obwohl in der 3 nicht dargestellt, sind der Feuchtesensor 41 sowie die Temperatursensoren 42 mit der in 2 beschriebenen Steuereinrichtung 43 verbunden. Diese steuert die Heizelemente 47, welche den in 2 dargestellten Aktor 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 bilden, derart, dass abhängig von den durch die Sensoren 41 und 42 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt wird. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
4 stellt einen erfindungsgemäßen Sensor 49 entsprechend einer weiteren Ausführungsform dar. Der Sensor 49 unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten Sensor 36 im Wesentlichen durch die Anordnung der Heizelemente 47. Bei dem in 4 dargestellten Sensor 49 sind die Heizelemente 47 an der Rück- sowie den Seitenwänden der Kammer 45 angeordnet, so dass eine rückseitige und seitliche Beheizung der mit dem Stoff 46 gefüllten Kammer 45 durch die Heizelemente 47 erfolgt. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, lediglich die Rückseite der Kammer 45 oder lediglich die Seitenwände der Kammer 45 mit Heizelementen 47 zu versehen. Ferner können ebenfalls weitere Temperatursensoren 42 in der Kammer 45 und/oder an den Heizelementen 47 vorgesehen sein, um eine Überhitzung der Heizelemente 47 bzw. der Kammer 45 zu vermeiden. In gleicher Weise wie vorstehend bei der Erläuterung der 3 beschrieben, ist auch der Sensor 49 durch eine in 2 dargestellte Steuereinrichtung 43 in Verbindung mit den Sensoren 41 und 42 sowie dem Aktor 44 steuer- bzw. regelbar.
5 stellt einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor 50 entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform dar. In dem dargestellten Fall umfasst der Feuchtigkeitserzeuger 40 ein Wasserreservoir 51 und wenigstens ein das Wasserreservoir 51 beheizendes Heizelement 47. Mit Hilfe des Heizelements 47 kann Wasserdampf im Wasserreservoir 51 erzeugt werden. Der Wasserdampf wird anschließend durch einen zwischen der Innenfläche 39 und dem Wasserreservoir 51 vorgesehenen Hohlraum 52 oder durch ein zwischen der Innenfläche 39 und dem Wasserreservoir 51 vorgesehenes, wasserdampfdurchlässiges Material 52 zur Innenfläche 39 der Elektrode 37 geleitet.
Obwohl in der 5 nicht dargestellt, sind der Feuchtesensor 41 sowie der Temperatursensor 42 mit der in 2 beschriebenen Steuereinrichtung 43 verbunden. Diese steuert das Heizelement 47, welches den in 2 dargestellten Aktor 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 bildet, derart, dass abhängig von den durch die Sensoren 41 und 42 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt wird. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
6 stellt einen weiteren erfindungsgemäßen Sensor 53 entsprechend einer noch weiteren Ausführungsform dar. In dem dargestellten Fall umfasst der Feuchtigkeitserzeuger 40 ein Wasserreservoir 51 und eine Wasser aus dem Wasserreservoir 51 fördernde Pumpe 54. Das mittels der Pumpe 54 aus dem Wasserreservoir 51 geförderte Wasser wird über ein wasserleitfähiges Material 55, zum Beispiel einen Schwamm, zur Innenfläche 39 der Elektrode 37 geleitet, so dass diese befeuchtet wird.
Obwohl in der 6 nicht dargestellt, ist der Feuchtesensor 41 mit der in 2 beschriebenen Steuereinrichtung 43 verbunden. Diese steuert die Pumpe 54, welche den in 2 dargestellten Aktor 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 bildet, derart, dass abhängig von den durch den Feuchtesensor 41 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt wird. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
Eine noch weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 56 ist in 7 dargestellt. In diesem Fall ist das wasserleitfähige Material 55, bevorzugt ein Schwamm, dauerhaft in das Wasserreservoir 51 eingetaucht. Der Schwamm 55 leitet das Wasser aus dem Wasserreservoir 51 zur Innenfläche 39 der Elektrode 37. Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel dient der Feuchtesensor 41 lediglich zur Überwachung. Eine Steuerung bzw. Regelung der Feuchtigkeitsfreisetzung des Feuchtigkeitserzeugers findet bei diesem Ausführungsbeispiel nicht statt.
Eine derartige Steuerung bzw. Regelung wird hingegen in dem in 8 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 57 ermöglicht. Hierbei dient der Aktor 44 dazu, das wasserleitfähige Material 55, zum Beispiel einen Schwamm, je nach Grad der gewünschten Feuchtigkeitsabgabe durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 mehr oder weniger in das Wasserreservoir 51 einzutauchen. Zum Beispiel ist der Aktor 44 in der Lage, den Schwamm 55 oder das Wasserreservoir 51 entlang der in 8 dargestellten Bewegungsrichtung 57 zu bewegen und somit die Eintauchtiefe des Schwamms 55 in das Wasserreservoir 51 zu bestimmen.
Obwohl in der 8 nicht dargestellt, ist der Feuchtesensor 41 mit der in 2 beschriebenen Steuereinrichtung 43 verbunden. Diese steuert den Aktor 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 derart, dass abhängig von den durch den Feuchtesensor 41 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt wird. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
9 stellt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 59 dar. Wie zu erkennen ist, umfasst der Feuchtigkeitserzeuger 40 ein Wasserreservoir 51 sowie mindestens einen Ultraschallvernebler 60, der den Aktor 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 bildet. Der Ultraschallvernebler 60 vernebelt das in dem Wasserreservoir 51 gespeicherte Wasser und leitet den Wassernebel auf die Innenfläche 39 der Elektrode 37, so dass diese hierdurch befeuchtet wird. Durch die Steuerung des Ultraschallverneblers 60 mittels der in 9 nicht dargestellten Steuereinrichtung 43 und ebenfalls nicht dargestellten Sensoren 41 und 42 (2), kann mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt werden. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
Bei dem in 10 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 61 wird der von mindestens einem Ultraschallvernebler 60 erzeugte Wassernebel nicht auf die Innenfläche 39 der Elektrode 37 geleitet, sondern durch in der Elektrode 37 vorgesehene Öffnungen 62 direkt in Richtung der mit dem Sensor 61 zu untersuchenden Person bzw. deren Kleidung. Eine Steuerung der Ultraschallvernebler 60 erfolgt hierbei wiederum wie vorbeschrieben über die in der 10 nicht dargestellte Steuereinheit 43 (2).
Anstelle des bei den Sensoren 59 und 61 eingesetzten Ultraschallverneblers 60 können beispielsweise ebenfalls eine Pumpe und eine Sprühdüse als Aktoren 44 des Feuchtigkeitserzeugers 40 verwendet werden.
11 stellt eine noch weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensors 63 dar. In diesem Fall umfasst der Feuchtigkeitserzeuger 40 ein luftdurchlässiges, feuchtigkeitsspeicherfähiges Material 64 und wenigstens ein Peltier-Element 65. Das luftdurchlässige, feuchtigkeitsspeicherfähige Material 64 ist angrenzend an die Innenfläche 39 der Elektrode 37 angeordnet. Angrenzend an das luftdurchlässige, feuchtigkeitsspeicherfähige Material 64 ist das Peltier-Element 65 angeordnet. Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner angrenzend an das Peltier-Element 65 noch ein Kühlkörper 66 angeordnet. Der Kühlkörper 66 dient dazu, Wärme von dem Peltier-Element 65 zu- bzw. abzuführen.
Die Befeuchtung der Innenfläche 39 der Elektrode 37 erfolgt durch abwechselndes Kühlen des luftdurchlässigen, feuchtigkeitsspeicherfähigen Materials 64, wobei Wasser aus der Umgebungsluft (Luftströmung 67) durch Kondensation am abgekühlten Material 64 gewonnen werden kann, und Erwärmen desselben Materials 64 zur Freisetzung des in dem Material 64 gespeicherten Wassers. Die Erwärmung und Abkühlung erfolgt durch das Peltier-Element 65.
Dabei kann das feuchtigkeitsspeicherfähige Material auch seitlich von der Umwelt getrennt sein; die Regeneration erfolgt dann durch die feuchtigkeitsdurchlässige Elektrode durchtretende Feuchtigkeit bzw. feuchtigkeitshaltige Luftströmung.
Der Vorgang der Wassergewinnung am luftdurchlässigen, feuchtigkeitsspeicherfähigen Material 64 kann zusätzlich noch durch einen Ventilator 68 unterstützt werden, wie bei dem in 12 gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel des Sensors 63 dargestellt ist. Hierbei wird die Spülung des Materials 64 mit Umgebungsluft vorzugsweise lediglich bei der Wassergewinnung, das heißt in der Kühlungsphase des Peltier-Elements 65, mittels des Ventilators 68 durchgeführt. Bei der Freisetzung des in dem Material 64 gespeicherten Wassers durch Erwärmung mittels des Peltier-Elements 65 erfolgt keine Spülung mit Umgebungsluft.
Eine Steuerung des Peltier-Elements 65 erfolgt wiederum über die in der 12 nicht dargestellte Steuereinrichtung 43 (2), wodurch mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt werden kann. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
13 stellt ein noch weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 69 dar. Der Feuchtigkeitserzeuger 40 umfasst ein wasserspeicherfähiges Material 70, beispielsweise einen Schwamm, und eine Verschiebeeinrichtung 71, die zum Beispiel motorbetrieben ist, zum Anpressen des wasserspeicherfähigen Materials 70 an die Innenfläche 39 der Elektrode 37, die abhängig von dem gegen die Innenfläche 39 aufgebrachten Anpressdruck mehr oder weniger stark befeuchtet wird. Der Anpressdruck kann zum Beispiel mittels eines zwischen dem wasserspeichernden Material 70 und der Verschiebeeinrichtung 71 angeordneten Kraftsensors 72 gemessen werden. Der Kraftsensor 72 ist zweckmäßigerweise mit der in 13 nicht dargestellten Steuereinrichtung 43 (2) verbunden, die wiederum die Verschiebeeinrichtung 71 des Feuchtigkeitserzeugers 40 steuert, so dass abhängig von den durch den Kraftsensor 72 ermittelten Werten mehr oder weniger Feuchtigkeit durch den Feuchtigkeitserzeuger 40 freigesetzt werden kann. Auf diese Weise wird der Feuchtegehalt des Mikroklimas zwischen der Außenfläche 38 der Elektrode 37 und der Haut der zu untersuchenden Person derart gezielt gesteuert bzw. geregelt, dass ein zuverlässiges elektrokardiographisches Meßsignal mit guter Signalqualität über die Außenfläche 38 der Elektrode 37 aufgenommen wird.
Für die Befeuchtung des wasserspeicherfähigen Materials 70 sind wiederum verschiedene Möglichkeiten denkbar, zum Beispiel die bereits beschriebene mittels einer Pumpe und einem Wasserreservoir.
Der erfindungsgemäße Sensor, das Sensorarray und der Sitz oder die Liege wurden anhand mehrerer in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Der Sensor, das Sensorarray und der Sitz oder die Liege sind jedoch nicht auf die hierin beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
In bevorzugter Ausführung werden der erfindungsgemäße Sensor, das Sensorarray und der Sitz oder die Liege in einem Fahrzeug, insbesondere einem Kraftfahrzeug, zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person verwendet.
Bezugszeichenliste

20: Sensorarray
21: Sitz
22: Person, Körper
23: Sensor
24: Elektrode
25: Messfläche
26: Anschlussfläche
27: Messeinrichtung
28: Isolierung
29: Kleidung
30: Abschirmung
31: Vorverstärker
32: Instrumentenverstärker
33: Filter- und Verstärkungseinheit
34: A/D-Wandler
35: Rechnereinheit
36: Sensor
37: Feuchtigkeitsdurchlässige Elektrode
38: Außenfläche
39: Innenfläche
40: Feuchtigkeitserzeuger
41: Feuchtesensor
42: Temperatursensor
43: Steuereinrichtung
44: Aktor
45: Kammer
46: Feuchtigkeitsspeicherfähiger Stoff
47: Heizelement
48: Abstandsschicht
49: Sensor
50: Sensor
51: Wasserreservoir
52: Hohlraum oder wasserdampfdurchlässiges Material
53: Sensor
54: Pumpe
55: Wasserleitfähiges Material
56: Sensor
57: Sensor
58: Bewegungsrichtung
59: Sensor
60: Ultraschallvernebler
61: Sensor
62: Öffnungen
63: Sensor
64: Luftdurchlässiges, feuchtigkeitsspeicherfähiges Material
65: Peltier-Element
66: Kühlkörper
67: Luftströmung
68: Ventilator
69: Sensor
70: Wasserspeicherfähiges Material
71: Verschiebeeinrichtung
72: Kraftsensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7684854 B2 [0004]
EP 2532306 A1 [0005]
DE 202012001096 U1 [0006]
DE 102008049112 A1 [0007]

Claims

Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person mit wenigstens einer elektrisch leitfähigen, flächigen Elektrode (37), die eine der Person zugewandte Außenfläche (38) und eine der Person abgewandte, der Außenfläche (38) gegenüberliegende Innenfläche (39) aufweist, gekennzeichnet durch einen auf der Seite der Innenfläche (39) der Elektrode (37) vorgesehenen Feuchtigkeitserzeuger (40) und eine Feuchtigkeitsdurchlässigkeit der Elektrode (37).
Sensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens einen mit einer Steuereinrichtung (43) verbundenen Feuchtesensor (41), der an der Innenfläche (39) der Elektrode (37) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung (43) den Feuchtigkeitserzeuger (40) über einen Aktor (44) steuert.
Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) einen Stoff (46), der feuchtigkeitsspeicherfähig ist und bei Erwärmung Feuchtigkeit abgibt, und wenigstens ein den Stoff (46) beheizendes Heizelement (47) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein Wasserreservoir (51) und wenigstens ein das Wasserreservoir (51) beheizendes Heizelement (47) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Temperatursensor (42) an der Innenfläche (39) der Elektrode (37) angeordnet ist.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein Wasserreservoir (51), eine Pumpe (54) und ein wasserleitfähiges Material (55) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein Wasserreservoir (51) und ein in dem Wasserreservoir eingetauchtes wasserleitfähiges Material (55) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein Wasserreservoir (51) und wenigstens einen Ultraschallvernebler (40) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein luftdurchlässiges, feuchtigkeitsspeicherfähiges Material (64) und wenigstens ein Peltier-Element (65) umfasst.
Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitserzeuger (40) ein wasserspeicherfähiges Material (70) und eine Verschiebeeinrichtung (71) zum Anpressen des wasserspeicherfähigen Materials (70) an die Innenfläche (39) der Elektrode (37) umfasst.
Sensorarray, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Sensoren (36, 49, 50, 53, 56, 57, 59, 61, 63, 69) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Sitz oder Liege in einem Fahrzeug mit wenigstens einem Sensorarray nach dem vorhergehenden Anspruch zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer auf dem Sitz oder der Liege befindlichen Person.