DE102014216397A1

DE102014216397A1 - Sensor for contactless electrocardiographic measurement, sensor array and seat or couch

Info

Publication number: DE102014216397A1
Application number: DE201410216397
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Lindner; Jeroen Lem; Marcel MATHISSEN; Rainer Vogt; Steffen Leonhardt; Benjamin EILEBRECHT; Marian Walter
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2015-02-26

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person, umfassend ein flächiges Trägerelement (37) zur Befestigung des Sensors an einem Objekt und wenigstens eine elektrisch leitfähige, flächige, dem Trägerelement (37) gegenüberliegende und mit diesem verbundene Elektrode (24). Ferner stützt sich die Elektrode (24) über wenigstens einen Drucksensor (38) an dem Trägerelement (37) ab. Zwischen dem Trägerelement (37) und der Elektrode (24) sind außerdem ein Feuchtesensor (39), ein Temperatursensor (40) und ein Beschleunigungssensor (41) angeordnet, wobei eine Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, die von dem Drucksensor (38), dem Feuchtesensor (39), dem Temperatursensor (40) und dem Beschleunigungssensor (41) erzeugten Informationen zu empfangen und ein von der Elektrode (24) aufgenommenes Messsignal entsprechend den erhaltenen Informationen von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor (38), Feuchtesensor (39), Temperatursensor (40) und Beschleunigungssensor (41) zu filtern. Ferner betrifft die Erfindung ein Sensorarray sowie einen Sitz oder eine Liege für ein Fahrzeug zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person.The invention relates to a sensor for non-contact electrocardiographic measurement on a person, comprising a flat carrier element (37) for attaching the sensor to an object and at least one electrically conductive, planar, the carrier element (37) opposite and connected thereto electrode (24). Furthermore, the electrode (24) is supported on the carrier element (37) via at least one pressure sensor (38). Between the carrier element (37) and the electrode (24), a humidity sensor (39), a temperature sensor (40) and an acceleration sensor (41) are also arranged, wherein a processing unit is adapted to that of the pressure sensor (38), the humidity sensor (39) to receive information generated by the temperature sensor (40) and the acceleration sensor (41) and a measurement signal picked up by the electrode (24) in accordance with the obtained information from at least one of the sensors pressure sensor (38), humidity sensor (39), temperature sensor ( 40) and acceleration sensor (41). Furthermore, the invention relates to a sensor array and a seat or a couch for a vehicle for non-contact electrocardiographic measurement on a 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.The present invention relates to a sensor for non-contact electrocardiographic measurement on a person according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a sensor array equipped with a plurality of sensors as well as equipped with a sensor array seat or couch in a vehicle.

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.The measurement of the electrical potential or the electric field strength on the skin of a person by means of electrocardiographic sensors forms the basis of many medical diagnostic methods. For example, an electrocardiogram (ECG) can be recorded in this way or the heart rate can be determined from the measured electrical potentials.

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.In conventional measurement methods for measuring the electrical potential on the skin, this is detected by electrodes which are in direct electrical contact with the skin surface. Thus, an electrically conductive connection between the skin on the one hand and the electrode on the other hand is produced. However, it often proves to be difficult to ensure a sufficiently good electrical contact between the electrode and the skin and thus the body of the person to be examined. In addition, the use of such diagnostic methods is increasingly provided in application areas in which a direct access to the skin of the person to be examined is not given, such as in vehicle applications for monitoring body functions and / or vital parameters of vehicle occupants sitting or lying down.

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.For example, the US Pat. No. 7,684,854 B2 a sensor for non-contact electrocardiographic measurement on a person. The person may be in a chair, a bed or a vehicle seat. The electrocardiogram can be picked up by the body of the person wearing a clothing without direct contact with the skin. The sensor comprises an electrically conductive, planar electrode, which has a measuring surface facing the person and a connection surface facing away from the person and opposite the measuring surface, which is electrically connected to a preamplifier. The electrode and preamplifier of the sensor are surrounded by a shield.

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.Another non-contact sensor for receiving an electrocardiogram of a person discloses the EP 2 532 306 A1 , The sensor comprises an electrically conductive electrode and a detection device that is electrically connected to the electrode and configured to amplify the signals picked up by the electrode. The sensor is intended to be arranged in a vehicle seat and to determine certain physiological parameters of a driver sitting in the vehicle seat.

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.The DE 20 2012 001 096 U1 discloses capacitive sensors for capacitive detection of vital parameters of a driver of a vehicle. For this purpose, the sensors are mounted in or on the backrest of the seat of the vehicle. In particular, according to one embodiment, it is proposed to arrange the sensors in or on the backrest of the seat distributed in two rows separated from each other by a distance corresponding to the width of the driver's spine. For each row, the sensors are arranged with an area of 16 to 36 cm ² at equal intervals of 1 to 5 cm to each other. In a further embodiment, instead of the two separate rows of sensors with sensors distributed over the entire height of the seat at a distance of 1-5 cm two separate with a distance corresponding to the spine membrane sensors with a width of 4 to 10 cm over the entire seat height arranged.

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.Further, the DE 10 2008 049 112 A1 a capacitive textile electrode for measuring body functions and / or vital parameters of persons for vehicle applications, for example in a seat or a couch, which has a multilayer construction. This comprises two textile layers, each having an electrically conductive electrode region, wherein a further textile layer is provided for establishing a distance between the two other textile layers.

Aus der DE 43 29 898 A1 ist weiterhin eine Vorrichtung zur elektrokardiographischen Messung an einer Person bekannt. Die Vorrichtung umfasst hierbei neben einer Elektrode für das EKG-Messsignal noch weitere Sensoren, wie zum Beispiel einen Temperatursensor, einen Hautfeuchtigkeitssensor sowie einen Bewegungssensor oder einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor sowie einen Beschleunigungssensor. Zur Verarbeitung der von den Elektroden aufgenommenen Messsignale wird das Messsignal mittels Filter einer Gleichspannungsunterdrückung unterzogen.From the DE 43 29 898 A1 Furthermore, a device for electrocardiographic measurement on a person is known. In addition to an electrode for the ECG measurement signal, the device also comprises further sensors, such as a temperature sensor, a skin moisture sensor and a motion sensor or a pressure sensor, a temperature sensor, a moisture sensor and an acceleration sensor. For processing the measuring signals recorded by the electrodes, the measuring signal is subjected to DC suppression by means of a filter.

Allgemein zeichnet sich die berührungslose elektrokardiographische Messung dadurch aus, dass zum Beispiel die Kleidung zwischen der Haut der zu untersuchenden Person und der Elektrode des Sensors vorhanden sein kann. Die Signalqualität eines derart von der Elektrode aufgenommenen Messsignals wird jedoch von verschiedenen Faktoren wesentlich beeinflusst, wie zum Beispiel den Vibrationen, denen der Sensor zum Zeitpunkt der Messung ausgesetzt ist, dem Kontaktdruck, der zwischen der mit dem Sensor zu untersuchenden Person und der Elektrode zum Zeitpunkt der Messung vorhanden ist, dem Mikroklima zwischen der Elektrode und der Haut der zu untersuchenden Person, den Materialien der Kleidung und auch der elektrostatischen Aufladung in der Nähe der Elektrode.In general, non-contact electrocardiographic measurement is characterized by the fact that, for example, the clothing can be present between the skin of the person to be examined and the electrode of the sensor. However, the signal quality of a measurement signal thus picked up by the electrode is significantly affected by various factors, such as the vibrations to which the sensor is exposed at the time of measurement, the contact pressure that exists between the sensors with the person to be examined and the electrode at the time of the measurement, the microclimate between the electrode and the skin of the person to be examined, the materials of the clothing and also the electrostatic charge in the vicinity of the electrode.

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.Against this background, the present invention has the object, a sensor, a sensor array and a seat or a couch for non-contact electrocardiographic measurement to persons, preferably in vehicle applications, specify with which reliable statements about the body functions and / or vital parameters of the person are made can, that is, which at any time are able to deliver a reliable signal with good signal quality.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Sensorarray mit den Merkmalen des Anspruchs 6 sowie durch einen Sitz oder eine Liege mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die jeweiligen Unteransprüche.This object is achieved by a sensor having the features of claim 1, by a sensor array having the features of claim 6 and by a seat or a couch with the features of claim 7. Further, particularly advantageous embodiments of the invention disclose the respective subclaims.

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.It should be noted that the features listed individually in the claims can be combined with each other in any technically meaningful manner and show further embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.

Erfindungsgemäß umfasst ein Sensor zur berührungslosen elektrokardiographischen Messung an einer Person, bevorzugt in Fahrzeuganwendungen, ein flächiges Trägerelement zur Befestigung des Sensors an einem Objekt und wenigstens eine elektrisch leitfähige, flächige, dem Trägerelement gegenüberliegende und mit diesem verbundene Elektrode. „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. According to the invention, a sensor for non-contact electrocardiographic measurement on a person, preferably in vehicle applications, comprises a planar carrier element for attaching the sensor to an object and at least one electrically conductive, planar, opposite the carrier element and connected thereto electrode. For the purposes of the present invention, "contactless" is understood to mean that the electrode does not directly touch the skin of the person to be examined. For example, garments may be arranged between the person to be examined and the electrode.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor stützt sich die Elektrode über wenigstens einen Drucksensor an dem Trägerelement ab. Ferner sind zwischen dem Trägerelement und der Elektrode ein Feuchtesensor, ein Temperatursensor und ein Beschleunigungssensor angeordnet. Somit sind alle zuvor erwähnten Sensorarten in dem erfindungsgemäßen Sensor integriert. Diese erlauben die Erfassung aller wesentlichen Randbedingungen während der Ausführung der elektrokardiographischen Messung an einer Person für jeden einzelnen Sensor. Hierüber lassen sich Informationen über die Qualität und damit die Verwendbarkeit des mit der Elektrode des erfindungsgemäßen Sensors aufgenommenen Messsignals gewinnen. Insbesondere lässt sich das Messsignal beispielsweise bei einer zu geringen Signalqualität unterdrücken, so dass keine falschen Schlüsse bezüglich der Körperfunktionen und/oder Vitalparameter der zu untersuchenden Person gezogen werden können. Dementsprechend lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sensors zuverlässigere Aussagen über die Körperfunktionen und/oder Vitalparameter der Person machen.In the sensor according to the invention, the electrode is supported on the carrier element via at least one pressure sensor. Furthermore, a moisture sensor, a temperature sensor and an acceleration sensor are arranged between the carrier element and the electrode. Thus, all the aforementioned types of sensors are integrated in the sensor according to the invention. These allow the detection of all significant boundary conditions during the performance of the electrocardiographic measurement on one person for each individual sensor. This information about the quality and thus the usability of the recorded with the electrode of the sensor according to the invention measurement signal can be obtained. In particular, the measurement signal can be suppressed, for example, if the signal quality is too low, so that no false conclusions regarding the bodily functions and / or vital parameters of the person to be examined can be drawn. Accordingly, more reliable statements can be made about the body functions and / or vital parameters of the person with the aid of the sensor according to the invention.

Erfindungsgemäß ist ferner eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, die ausgelegt ist, die von dem Drucksensor, dem Feuchtesensor, dem Temperatursensor und dem Beschleunigungssensor erzeugten Informationen zu empfangen und ein von der Elektrode aufgenommenes Messsignal entsprechend den erhaltenen Informationen, das heißt den von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor, Feuchtesensor, Temperatursensor und Beschleunigungssensor erhaltenen Informationen, zu filtern. Auf diese Weise lässt sich die Signalqualität des aufgenommenen Messsignals verbessern, indem zum Beispiel aufgrund der Randbedingungen während der Messung generierte Artefakte aus dem Messsignal herausgefiltert werden.According to the invention, a processing unit is furthermore provided which is designed to receive the information generated by the pressure sensor, the humidity sensor, the temperature sensor and the acceleration sensor and a measurement signal picked up by the electrode in accordance with the information obtained, that is to say that of at least one of the pressure sensor sensors. Humidity sensor, temperature sensor and accelerometer information obtained to filter. In this way, the signal quality of the recorded measurement signal can be improved by, for example, artefacts generated during the measurement being filtered out of the measurement signal due to the boundary conditions.

Insbesondere sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Verarbeitungseinheit weiter dazu ausgelegt ist, während der Aufnahme des Messsignals generierte Artefakte aus dem Messsignal der Elektrode anhand der von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor und Beschleunigungssensor erzeugten Informationen herauszufiltern.In particular, an advantageous embodiment of the invention provides that the processing unit is further configured to filter out artefacts generated during the recording of the measurement signal from the measurement signal of the electrode on the basis of the information generated by at least one of the sensors pressure sensor and acceleration sensor.

Bevorzugt ist die Verarbeitungseinheit ferner dazu ausgelegt, anhand der von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor und Beschleunigungssensor erzeugten Informationen den Abstand zwischen der Elektrode und der Person, das heißt der Person, an der die elektrokardiographische Messung auszuführen ist, zu ermitteln. So kann beispielsweise der Abstand zwischen der Elektrode und der zu untersuchenden Person aus einer Integration von durch den Beschleunigungssensor gewonnenen Beschleunigungswerten oder aus den von dem Drucksensor gewonnenen Druckwerten geschätzt werden. Alternativ zum Druck- bzw. Beschleunigungssensor könnte auch ein spezieller Abstandssensor den Abstand zwischen der Elektrode und der zu untersuchenden Person direkt ermitteln. Mittels des auf diese Weise gewonnenen Abstands ist eine Relativbewegung zwischen der Elektrode und der Körperoberfläche der zu untersuchenden Person jederzeit während der Aufnahme des Messsignals durch die Elektrode erfassbar, so dass bei Kenntnis der Übertragungsfunktion der Elektrode bzw. der Elektrodenelektronik ein Bewegungsartefakt infolge der Relativbewegung zwischen Elektrode und Person aus dem Elektrodenmesssignal herausgerechnet und damit herausgefiltert werden kann.Preferably, the processing unit is further configured to determine, based on the information generated by at least one of the pressure sensor and the acceleration sensor, the distance between the electrode and the person, ie the person at whom the electrocardiographic measurement is to be performed. For example, the distance between the electrode and the person to be examined can be estimated from an integration of acceleration values obtained by the acceleration sensor or from the pressure values obtained by the pressure sensor. As an alternative to the pressure or acceleration sensor, a special distance sensor could also directly determine the distance between the electrode and the person to be examined. By means of the distance obtained in this way, a relative movement between the electrode and the body surface of the person to be examined can be detected at any time during the recording of the measuring signal by the electrode, so that when the transfer function of the electrode or the electrode electronics is known, a movement artifact due to the relative movement between electrode and person can be calculated out of the electrode measurement signal and thus filtered out.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verarbeitungseinheit weiter dazu ausgelegt, anhand der von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor, Feuchtesensor, Temperatursensor und Beschleunigungssensor erzeugten Informationen einen Zuverlässigkeitsindex für das von der Elektrode aufgenommene Messsignal zu ermitteln, der eine Aussage über die Qualität des Messsignals ermöglicht. Bevorzugt steht ein numerisch hoher Zuverlässigkeitsindex für eine hohe Signalqualität des Messsignals und ein numerisch niedriger Zuverlässigkeitsindex für eine geringe Signalqualität des Messsignals. Bei Vorliegen einer hohen Signalqualität wird das von der Elektrode aufgenommene Messsignal bevorzugt zur weiteren Verarbeitung bzw. Auswertung herangezogen, wohingegen Messsignale niedriger Signalqualität für eine Auswertung nicht verwendet werden. According to a further advantageous embodiment of the invention, the processing unit is further configured to determine a reliability index for the measurement signal received by the electrode based on the information generated by at least one of the sensors pressure sensor, humidity sensor, temperature sensor and acceleration sensor, which provides information about the quality of the measurement signal allows. A numerically high reliability index preferably stands for a high signal quality of the measurement signal and a numerically low reliability index for a low signal quality of the measurement signal. In the presence of a high signal quality, the measurement signal picked up by the electrode is preferably used for further processing or evaluation, whereas measurement signals of low signal quality are not used for an evaluation.

Beispielsweise kann bevorzugt ein den von dem Drucksensor erzeugten Druckwerten proportionaler Zuverlässigkeitsindex gebildet werden. Ein hoher Druck zwischen der Elektrode und der zu untersuchenden Person spiegelt eine gute Anpressung der Körperoberfläche der zu untersuchenden Person auf die Elektrode wider, wodurch die Wahrscheinlichkeit steigt, dass ein zuverlässiges Messsignal von der Elektrode aufgenommen wird.By way of example, a reliability index proportional to the pressure values generated by the pressure sensor can preferably be formed. A high pressure between the electrode and the person to be examined reflects a good contact pressure of the body surface of the person to be examined on the electrode, which increases the probability that a reliable measuring signal is picked up by the electrode.

Des Weiteren kann in ähnlicher Weise bevorzugt ein den von dem Feuchtesensor erzeugten Feuchtigkeitswerten proportionaler Zuverlässigkeitsindex gebildet werden, da die Wahrscheinlichkeit für ein zuverlässiges Elektrodenmesssignal mit zunehmender Feuchtigkeit zwischen der Elektrode und der zu untersuchenden Person ebenfalls zunimmt.Furthermore, in a similar manner, a relative reliability index proportional to the humidity values generated by the humidity sensor may be preferably formed, since the probability of a reliable electrode measurement signal also increases with increasing humidity between the electrode and the person to be examined.

Analog zur Verwendung der Feuchtigkeitswerte des Feuchtesensors kann ferner bevorzugt auch der Temperatursensor zur Bildung des Zuverlässigkeitswerts herangezogen werden, indem ein den erzeugten Temperaturwerten proportionaler Zuverlässigkeitsindex gebildet wird, da eine hohe Temperatur die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass es zum Schwitzen der zu untersuchenden Person kommt.Furthermore, analogously to the use of the humidity values of the humidity sensor, the temperature sensor can preferably also be used to form the reliability value by forming a reliability index proportional to the generated temperature values, since a high temperature increases the probability of sweating of the person to be examined.

Wie bereits weiter oben beschrieben, kann der Beschleunigungssensor zur Erfassung von Relativbewegungen zwischen der Elektrode und der zu untersuchenden Person herangezogen werden. Da bei einer starken Relativbewegung zwischen der zu untersuchenden Person und der Elektrode Bewegungsartefakte im Elektrodenmesssignal zu erwarten sind, wird bevorzugt bei Vorliegen einer hohen Bewegungsaktivität ein niedriger Zuverlässigkeitsindex gebildet, so dass das Elektrodenmesssignal bei der weiteren Verarbeitung bzw. Auswertung nicht berücksichtigt wird. Andernfalls kann ein hoher Zuverlässigkeitsindex gebildet werden.As already described above, the acceleration sensor can be used to detect relative movements between the electrode and the person to be examined. Since movement artefacts in the electrode measuring signal are to be expected in the case of a strong relative movement between the person to be examined and the electrode, a low reliability index is preferably formed when a high movement activity is present, so that the electrode measuring signal is not taken into account in the further processing or evaluation. Otherwise, a high reliability index can be formed.

Der Zuverlässigkeitsindex kann des Weiteren dazu verwendet werden, eine ganz allgemeine Aussage über die Qualität der Messsituation zu treffen. Insbesondere kann der Zuverlässigkeitsindex dazu herangezogen werden, eine Aussage über die Belastbarkeit der durch die Elektrode aufgenommenen Messsignale zu treffen und zu entscheiden, ob zum Beispiel eine Therapieempfehlung aufbauend auf diesen Messsignalen gegeben werden sollte oder nicht.The reliability index can also be used to make a very general statement about the quality of the measurement situation. In particular, the reliability index can be used to make a statement about the load capacity of the measurement signals recorded by the electrode and to decide whether, for example, a therapy recommendation based on these measurement signals should be given or not.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden die mehrfach parallel generierten Sensorsignale der verschiedenen Sensoren dazu verwendet, unerwünschte Signalanteile herauszurechnen oder zu kompensieren, die erwünschten Signalanteile hervorzuheben und/oder die Übertragungseigenschaften der Messelektronik und die nachfolgende Signalverarbeitung anhand der von wenigstens einem der Sensoren Drucksensor, Feuchtesensor, Temperatursensor und Beschleunigungssensor erzeugten Informationen an die aktuell vorliegenden Randbedingungen der Messung anzupassen. In a further advantageous refinement, the sensor signals of the various sensors generated in parallel are used to eliminate or compensate unwanted signal components, highlight the desired signal components and / or the transmission properties of the measuring electronics and the subsequent signal processing on the basis of at least one of the sensors pressure sensor, humidity sensor, Temperature sensor and accelerometer generated information to adapt to the current boundary conditions of the measurement.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist gegenüberliegend dem Feuchtesensor und dem Temperatursensor jeweils eine Öffnung in der Elektrode vorgesehen, das heißt vorhanden. Hierdurch wird die Bestimmung des Mikroklimas zwischen der Elektrode und der Haut der zu untersuchenden Person erleichtert, indem der Feuchtegehalt der von der Person getragenen Kleidung ermittelt wird.According to a further advantageous embodiment of the invention, in each case an opening in the electrode is provided opposite the humidity sensor and the temperature sensor, that is, present. This facilitates the determination of the microclimate between the electrode and the skin of the person to be examined by determining the moisture content of the clothing worn by the person.

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. A sensor array according to the invention comprises at least two sensors of the above-described type according to the invention. For the purposes of the present invention, the term "sensor array" means any type of arrangement of a plurality of these sensors.

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.According to the present invention, a seat or a couch in a vehicle has at least one sensor array according to the above-described type according to the invention for non-contact electrocardiographic measurement on a person located on the seat or the couch.

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:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of non-limiting exemplary embodiments of the invention, which are explained below with reference to the accompanying drawings. In this drawing show schematically:

1 ein Sensorarray und einen Sitz für ein Fahrzeug nach dem Stand der Technik, 1 a sensor array and a seat for a vehicle according to the prior art,

2 eine Seitenquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensors entsprechend einer Ausführungsform und 2 a side cross-sectional view of a sensor according to the invention according to an embodiment and

3 eine Vorderansicht des Sensors aus 2. 3 a front view of the sensor 2 ,

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numerals, so that these are usually described only once.

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. 1 schematically represents a sensor array 20 and a seat 21 for a vehicle for non-contact electrocardiographic measurement on a person 22 According to the prior art. As can be seen, the sensor array consists of a matrix-like arrangement of six sensors arranged in a backrest of a vehicle seat in a 3 × 2 matrix 23 , each an electrically conductive, planar electrode 24 exhibit. In the seat of the vehicle seat 21 Furthermore, a further electrode is arranged, via which a reference potential of the circuit is impressed.

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 Messfläche 25 noch die von der Person getragene Kleidung 29.Each electrode 24 includes one of the person 22 or their body facing measuring surface 25 and a person facing away from the measuring surface 25 opposite connection surface 26 for connecting a measuring device 27 , As in 1 is shown, touches the measuring surface 25 the individual electrodes 24 the skin of the person to be examined 22 not immediately. Rather, it is on the measuring surface 25 each electrode 24 in 1 an insulation 28 applied. It is also located between the body of the person to be examined 22 and the measuring surface 25 nor the clothes worn by the person 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.In the 1 illustrated measuring device 27 includes per sensor 23 one from a shield 30 surrounded preamp 31 , Furthermore amplifies an instrument amplifier 32 that from the electrodes 24 the sensors 23 recorded measurement signal, followed by a filter and amplification unit 33 and an A / D converter 34 , That of the A / D converter 34 output digital measurement signal can then, for example, by means of a digital computer unit 35 be further processed in a suitable manner.

2 stellt schematisch eine Seitenquerschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Sensors 36 entsprechend einer ersten Ausführungsform dar. 3 stellt denselben Sensor 36 in einer Vorderansicht dar. Der Sensor 36 umfasst ein flächiges Trägerelement 37 zur Befestigung des Sensors 36 an einem Objekt, beispielsweise einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes, und ferner eine elektrisch leitfähige, flächige, dem Trägerelement 37 gegenüberliegende und mit diesem verbundene Elektrode 24. 2 schematically shows a side cross-sectional view of a sensor according to the invention 36 according to a first embodiment. 3 represents the same sensor 36 in a front view. The sensor 36 comprises a flat carrier element 37 for mounting the sensor 36 on an object, for example a backrest of a vehicle seat, and also an electrically conductive, flat, the carrier element 37 opposite and connected to this electrode 24 ,

Ferner sind bei dem in 2 dargestellten Sensor zwischen dem Trägerelement 37 und der Elektrode 24 zwei Drucksensoren 38, ein Feuchtesensor 39, ein Temperatursensor 40 und ein Beschleunigungssensor 41 angeordnet. Insbesondere stützt sich die Elektrode 24 über die beiden Drucksensoren 38 an dem Trägerelement 37 ab, so dass ein Kontaktdruck zwischen der Elektrode 24 und der zu untersuchenden Person mit Hilfe der Drucksensoren 38 erfasst werden kann.Furthermore, in the in 2 shown sensor between the support element 37 and the electrode 24 two pressure sensors 38 , a humidity sensor 39 , a temperature sensor 40 and an acceleration sensor 41 arranged. In particular, the electrode is supported 24 over the two pressure sensors 38 on the carrier element 37 starting, leaving a contact pressure between the electrode 24 and the person to be examined by means of the pressure sensors 38 can be detected.

Wie weiter in den 2 und 3 zu erkennen ist, ist gegenüberliegend dem Feuchtesensor 39 und dem Temperatursensor 40 jeweils eine Öffnung 42 in der Elektrode 24 vorgesehen, um dem Feuchtesensor 39 und dem Temperatursensor 40 die Bestimmung des Mikroklimas zwischen der Elektrode 24 und der Haut der zu untersuchenden Person, insbesondere des Feuchtegehalts der von der zu untersuchenden Person getragenen Kleidung, zu ermöglichen.As further in the 2 and 3 can be seen, is opposite the humidity sensor 39 and the temperature sensor 40 one opening each 42 in the electrode 24 provided to the humidity sensor 39 and the temperature sensor 40 the determination of microclimate between the electrode 24 and to allow the skin of the person to be examined, in particular the moisture content of the clothes worn by the person to be examined.

Eine in den Figuren nicht dargestellte Verarbeitungseinheit ist des Weiteren ausgelegt, die von dem Drucksensor 38, dem Feuchtesensor 39, dem Temperatursensor 40 und dem Beschleunigungssensor 41 erzeugten Informationen zu empfangen und ein von der Elektrode 24 aufgenommenes Messsignal entsprechend den erhaltenen Informationen zu filtern, insbesondere die aufgrund der Randbedingungen während der Messung generierten Artefakte aus dem Messsignal herauszufiltern und somit die Signalqualität des Messsignals wesentlich zu verbessern, so dass sich zuverlässige Aussagen über die Körperfunktionen und/oder Vitalparameter der zu untersuchenden Person treffen lassen.A processing unit, not shown in the figures, is further adapted to that of the pressure sensor 38 , the humidity sensor 39 , the temperature sensor 40 and the acceleration sensor 41 to receive generated information and one from the electrode 24 To filter recorded measurement signal according to the information obtained, in particular to filter out the artifact generated due to the boundary conditions during the measurement of the measurement signal and thus significantly improve the signal quality of the measurement signal, so that make reliable statements about the body functions and / or vital parameters of the person to be examined to let.

Der erfindungsgemäße Sensor, das Sensorarray und der Sitz oder die Liege wurden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Der Sensor, das Sensorarray und der Sitz oder die Liege sind jedoch nicht auf die hierin beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfassen auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen. So ist es beispielsweise denkbar, an die Verarbeitungseinheit neben den in den erfindungsgemäßen Sensor integrierten Druck-, Feuchte-, Temperatur- und Beschleunigungssensoren auch weitere, externe Sensoren anzuschließen, zum Beispiel Sensoren zur Erfassung der Licht- und/oder Wärmestrahlung.The sensor according to the invention, the sensor array and the seat or the couch were explained in more detail with reference to an embodiment shown in the figures. However, the sensor, the sensor array, and the seat or chaise are not limited to the embodiment described herein, but also encompass like other embodiments. Thus, it is conceivable, for example, to connect to the processing unit in addition to the pressure, humidity, temperature and acceleration sensors integrated in the sensor according to the invention, further external sensors, for example sensors for detecting the light and / or heat radiation.

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.In a preferred embodiment, the sensor according to the invention, the sensor array and the seat or the couch are used in a vehicle, in particular a motor vehicle, for non-contact electrocardiographic measurement on a person.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

2020: Sensorarray sensor array
2121: Sitz Seat
2222: Person, Körper Person, body
2323: Sensor sensor
2424: Elektrode electrode
2525: Messfläche measuring surface
2626: Anschlussfläche terminal area
2727: Messeinrichtung measuring device
2828: Isolierung insulation
2929: Kleidung dress
3030: Abschirmung shielding
3131: Vorverstärker preamplifier
3232: Instrumentenverstärker Instrumentation amplifiers
3333: Filter- und Verstärkungseinheit Filter and reinforcement unit
3434: A/D-Wandler A / D converter
3535: Rechnereinheit computer unit
3636: Sensor sensor
3737: Trägerelement support element
3838: Drucksensor pressure sensor
3939: Feuchtesensor humidity sensor
4040: Temperatursensor temperature sensor
4141: Beschleunigungssensor accelerometer
4242: Öffnung opening

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7684854 B2 [0004]
EP 2532306 A1 [0005]
DE 202012001096 U1 [0006]
DE 102008049112 A1 [0007]
DE 4329898 A1 [0008]

Claims

Sensor for non-contact electrocardiographic measurement on a person, comprising a flat carrier element ( 37 ) for attaching the sensor to an object and at least one electrically conductive, flat, the carrier element ( 37 ) opposite and connected to this electrode ( 24 ), characterized in that the electrode ( 24 ) via at least one pressure sensor ( 38 ) on the carrier element ( 37 ) and between the support element ( 37 ) and the electrode ( 24 ) a humidity sensor ( 39 ), a temperature sensor ( 40 ) and an acceleration sensor ( 41 ) are arranged, wherein a processing unit is adapted to that of the pressure sensor ( 38 ), the humidity sensor ( 39 ), the temperature sensor ( 40 ) and the acceleration sensor ( 41 ) and receive information from the electrode ( 24 ) received measurement signal according to the information obtained from at least one of the sensors pressure sensor ( 38 ), Humidity sensor ( 39 ), Temperature sensor ( 40 ) and accelerometer ( 41 ).

Sensor according to claim 1, characterized in that the processing unit is further adapted to generate during the recording of the measurement signal artifacts from the measurement signal of the electrode ( 24 ) on the basis of at least one of the sensors pressure sensor ( 38 ) and accelerometer ( 41 ) to filter out information generated.

Sensor according to the preceding claim, characterized in that the processing unit is further adapted, on the basis of at least one of the sensors pressure sensor ( 38 ) and accelerometer ( 41 ) information the distance between the electrode ( 24 ) and the person to determine.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the processing unit is further adapted, on the basis of at least one of the sensors pressure sensor ( 38 ), Humidity sensor ( 39 ), Temperature sensor ( 40 ) and accelerometer ( 41 ) generated a reliability index for that of the electrode ( 24 ), which allows a statement about the quality of the measurement signal.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that opposite the humidity sensor ( 39 ) and the temperature sensor ( 40 ) one opening each ( 42 ) in the electrode ( 24 ) is available.

Sensor array, characterized by at least two sensors ( 36 ) according to any one of the preceding claims.

Seat or couch in a vehicle having at least one sensor array according to the preceding claim for non-contact electrocardiographic measurement on a person located on the seat or the couch.