DE102018001747B4

DE102018001747B4 - Schluckbewegungs-Erfassungssystem

Info

Publication number: DE102018001747B4
Application number: DE102018001747.9A
Authority: DE
Inventors: Ion Suberviola; Gemma Garmendia
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2038-03-06
Also published as: DE102018001747A1

Abstract

Bei einem Schluckbewegungs-Erfassungssystem (1) mit mehreren Sensoreinheiten (2), die am Hals (11) eines Lebewesens (10) fixierbar sind, umfassen die Sensoreinheiten erfindungsgemäß jeweils einen oder mehrere Inertialsensoren (By, Bz, Dx).Hierdurch kann bei geringem Gewicht und Platzbedarf eine hohe Messgenauigkeit bei der Erfassung der Schluckbewegungen erzielt werden. Weiterhin sind eine kontinuierliche Erfassung von Schluckbewegungen sowie eine Erfassung der Zeitdauern von Schluckvorgängen möglich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schluckbewegungs-Erfassungssystem mit mehreren Sensoreinheiten, die am Hals eines Lebewesens fixierbar sind.
Ein derartiges System ist beispielsweise aus der US 2009/0030346 A1 bekannt.
Schluckbewegungs-Erfassungssysteme dienen der Erfassung von Schluckbewegungen bei Lebewesen (Menschen, Tiere) und finden verschiedenste Anwendungen, wie z.B. bei der Analyse von Schluckvorgängen, Überwachung von Schluckbeschwerden oder bei der Bewertung der Schluckbarkeit von beispielsweise Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten.
Ein Hauptanwendungsfall liegt in der Überwachung und Behandlung von Dysphagia. Dysphagia ist der medizinische Fachausdruck für jegliche Schluckstörungen. Ein Schluckprozess teilt sich auf in orale, pharyngeale und esophageale Phasen. Patienten, die unter Dysphagia leiden, können an Störungen in jeder dieser Phasen leiden. Dysphagia wird meist durch Hirnunfälle, Parkinson und andere Krankheiten verursacht. Aber auch durch schwache Muskelstärke beim Altern. Die Hauptsorge bei Dysphagia-Patienten ist, dass diese an Aspiration leiden, worunter der Eintritt von Nahrung oder Flüssigkeiten in die unteren Luftwege verstanden wird. Manche Patienten beginnen bei Eintritt einer Aspiration zu Husten, andere bemerken nicht einmal die Aspiration (sogenannte „leise“ Aspiration). Viele Menschen sterben an einer durch Aspiration verursachten Lungenentzündung. Eine frühe Erfassung, Bewertung und Behandlung einer Dysphagia ist deshalb sehr wichtig.
Die heute meist genutzte Methode zur Erkennung von Dysphagia ist die Video-Fluoroskopie, bei der eine Videoaufnahme eines Patienten unter Röntgenbestrahlung erstellt wird. Aspiration kann dann leicht durch Beobachtung des Übergangs eines Injektionsmittels erkannt werden. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig und teuer, da aufwendige Röntgenstrahlen-Geräte benötigt werden. Noch problematischer ist aber, dass es Körper-invasiv ist, weshalb es nur ein- bis zweimal jährlich an einem Patienten angewendet werden kann. Dies macht das Verfolgen möglicher Verbesserungen im Laufe einer Rehabilitation schwierig.
In den letzten Jahren wurden viele nicht-invasive Methoden zur Dysphagia-Beobachtung und zur objektiven Dysphagia-Bewertung (Quantifizierung der Krankheit) vorgeschlagen. Eine gute Übersicht findet sich in dem Aufsatz „Recent Advances in Sensing Oropharyngeal Swallowing Function“ von Takahiro Ono, Kazuhiro Hori, Yuji Masuda and Toyohiko Hayashi in dem Journal „Sensors" 2010, 10, Seiten 176-202, ISSN 1424-8220.
Heute gängige Geräte und Methoden liefern Informationen über physiologische Charakteristika in der oralen und pharyngealen Phase des Schluckens.
In der oralen Phase werden hauptsächlich die Lippen- und Zungenstärke beobachtet.
Die pharyngeale Phase ist allerdings die wichtigste Phase für das Problem der Aspiration. In dieser Phase ist die Auslenkung des Hyoid-Knochens (Zungenbein) entscheidend, da seine Auslenkung nach oben verantwortlich ist für das Schließen der Epiglottis und somit für den Schutz der Luftwege vor dem Eintritt von unerwünschtem Material in die Lunge. Die Bewegung des Hyoid-Knochens ist nicht geradlinig, sondern kann vom Patienten aus aufwärtsgerichtet (in sogenannter „Superior“-Richtung) und vorwärtsgerichtet (in sogenannter „Anterior“-Richtung) erfolgen (siehe 1). Der Hyoid-Knochen steigt während des Schluckvorganges in abgestimmter Weise mit dem Ende der oralen Phase. Eine verzögerte oder unzureichende Bewegung des Hyoid-Knochens kann Aspiration verursachen.
Bekannte Geräte und Methoden zur nicht-invasiven Erfassung und Charakterisierung dieser Bewegung sind beispielsweise (siehe zum Beispiel vorgenannten Aufsatz von Takahiro Ono et al.) :

1) Quantifizierung der Halsmuskelaktivität mittels am Hals angebrachter Elektroden. Ein derartiger Sensor kann mit einem piezoelektrischen Pulsübertrager kombiniert werden, der eng am Körper angebracht ist und elektrische Signale erzeugt, die proportional zu der auf die Oberfläche wirkenden Kraft sind. Diese Sensoren ermöglichen keine Messung der Bewegung des Hoyid-Knochens, sondern liefern Informationen über die Muskelaktivität, die eine notwendige Bedingung einer ordnungsgemäßen Bewegung des Hyoid-Knochens ist.
2) Messung einer Änderung einer elektrischen Impedanz des Halses aufgrund hals-interner physiochemischer Änderungen. Dies wird durch den Einsatz von Elektroden in der laryngealen Zone ermöglicht.
3) Messung der sagittalen Halssilhouette durch mehrere Sensoren, die hintereinander in Richtung einer Auf- und Abwärtsbewegung des Kehlkopfes in der Anterior-Region des Halses angeordnet und befestigt sind. Hierdurch kann eine Bewegung des Kehlkopfes (dessen hervorspringender Teil bei Männern häufig auch als Adamsapfel bezeichnet wird) erfasst werden, die mit der Position des Hyoid-Knochens korreliert. In einer ersten Version kommen Drucksensoren zum Einsatz. Bei einer Bewegung des Kehlkopfes vergrößert oder verkleinert sich der von den Sensoren erfassten Druck, wodurch die Position des Kehlkopfes erfasst werden kann. Nachteilig an diesem System ist aber, dass es relativ großvolumig und schwer ist, wodurch es leicht am Hals verrutschbar ist. Es muss somit mit größerer Kraft am Hals befestigt werden, was es für den Träger unbequem macht und seinen mobilen Einsatz erschwert. In einer zweiten Version kommen photo-reflektive Sensoren zum Einsatz. Beide Systeme sind auch in der US 2009/0030346 A1 beschrieben.
4) Aus der US 2005/0283096 A1 ist ein Gerät zur Erfassung von Schluckaktivitäten mit einem einzigen am Hals positionierten Einachsen-Beschleunigungssensor bekannt. Dieser Beschleunigungssensor ist am Kehlkopf positioniert, so dass die Achse des Beschleunigungssensors derart ausgerichtet ist, dass sie die anterior-posterior Bewegungen erfasst. Ein Problem dieses Geräts sind aber Störungen der erhaltenen Signale aufgrund von Vokalisierung, Husten und starken Kopfbewegungen. Außerdem kann die Dauer einer Schluckbewegung nicht erfasst werden.
5) Aus der US 2014/0180170 A1 , aus der US 2010/0160833 A1 und aus dem Aufsatz „Segmentation of Dual-Axis Swallowing Accelerometry Signals in Healthy Subjects With Analysis of Anthropometric Effects on Duration of Swallowing Activities“ von E. Sejdic, C. M. Steele, T. Chau in IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 56, NO. 4, APRIL 2009, Seiten 1090 - 1097 ist ein weiteres System zur Erfassung der Zeitdauer des Schluckens bekannt. Das System weist eine am Hals vor dem Kehlkopf befestigte Sensoreinheit mit einem ZweiAchsen Beschleunigungssensor auf, dessen Beschleunigungsachsen in Anterior - Posterior und Superior - Inferior Richtung ausgerichtet sind. Die erhaltenen Signale werden in der Zeitdomain systematisch segmentiert und einem Algorithmus zugeführt, der dann zwischen Schluckperioden und stationären Nichtschluckperioden unterscheidet, wodurch auch die Zeitdauer des Schlucken ermittelt werden kann. Auch hier sind ein Problem dieses Systems aber Störungen der erhaltenen Signale aufgrund von Vokalisierung, Husten und starken Kopfbewegungen. Außerdem kann nicht die Dauer einer Schluckbewegung erfasst werden.

Die US 2016/0026767 A1 offenbart ein tragbares Sensorgerät zur Überwachung der Nahrungsmittelaufnahme einer Person. Das Sensorgerät ist am Hals der Person fixierbar und beispielsweise in Form einer Perlenkette ausgebildet. Im Fall eines akustischen Sensorgerätes (MWSDA) befindet sich in zwei Perlen jeweils ein akustischer Sensor in Form eines Mikrofons.
Bei den Sensorgeräten kann aber auch mehr als ein Typ von Sensoren vorhanden sein. Es können auch zusätzliche Sensoren in den Perlen enthalten sein. Zum Beispiel kann ein Drei-Achsen-Beschleunigungssensor hinzugefügt werden.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Schluckbewegungs-Erfassungssystem anzugeben, das wenig Gewicht und eine hohe Messgenauigkeit aufweist. Weiterhin soll es angenehm am Hals zu tragen sein und eine kontinuierliche Erfassung von Schluckbewegungen (d.h. mehrerer hintereinander erfolgender Schluckvorgänge) sowie eine Erfassung der Zeitdauern von Schluckvorgängen ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch ein Schluckbewegungs-Erfassungssystem gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Schluckbewegungs-Erfassungssystem weist mehrere Sensoreinheiten auf, die am Hals eines Lebewesens fixierbar sind, wobei die Sensoreinheiten jeweils einen oder mehrere Inertialsensoren umfassen.
Unter einem Inertialsensor (manchmal auch als Trägheitssensor bezeichnet) wird dabei ein Sensor verstanden, dessen Messprinzip darauf beruht, dass eine auf eine Testmasse wirkende Trägheitskraft bestimmt wird.
Eine Sensoreinheit mit einem oder mehreren Inertialsensoren wird im Folgenden auch als „Inertialsensoreinheit“ bezeichnet und kann somit einen einzigen oder eine räumliche Kombination mehrerer Inertialsensoren umfassen.
Wie sich herausgestellt hat, sind Inertialsensoreinheiten mit derart geringem Gewicht und Platzbedarf verfügbar, dass sie zu mehreren zusammengefasst sehr vorteilhaft für eine Erfassung von Schluckbewegungen genutzt werden können. Dies gilt insbesondere, wenn sie als MEMS (Micro-Mechanical-Electrical-System) ausgebildet sind, d.h. auf Basis der MEMS-Technologie hergestellt sind. Bei derartigen MEMS-Inertialsensoreinheiten befinden sich beispielsweise mehrere Inertialsensoren auf einem einzigen Chip der Größenordnung von einigen mm² und weniger.
Mit einer einzigen derartigen Inertialsensoreinheit kann mit hoher Genauigkeit die Position und Orientierung einer kleinen räumlichen Oberfläche und deren Bewegung erfasst werden. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz mehrerer derartiger Inertialsensoreinheiten kann die relative Position und Orientierung der Sensoreinheiten zueinander ermittelt und somit eine sagittale Silhouette des Halses erfasst werden. Hierdurch kann zweidimensional die Position des Kehlkopfes und dessen Bewegung in beide Bewegungsrichtungen (anterior-posterior und superior-inferior) beim Schlucken und somit eine Schluckbewegung erfasst bzw. ermittelt werden. Hieraus kann dann auch auf die damit korrelierende Position und Bewegung des Hyoid-Knochens geschlossen werden. Aufgrund des geringen Platzbedarfs können auf geringem Raum mehrere Sensoreinheiten nebeneinander angeordnet werden und somit eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Bewegung des Kehlkopfes erzielt werden.
Aufgrund des geringen Platzbedarfes und geringen Gewichtes können die Inertialsensoreinheiten mit besonders einfachen Befestigungsmitteln stabil am Hals befestigt werden, beispielsweise mit Hilfe eines auf dem Körper oder auf den Sensoreinheiten angebrachten klebenden Haftmittels, eines um den Hals verlaufenden Klettbandes, einer Manschette etc., und sind deshalb auch angenehm zu tragen.
Die Inertialsensoreinheiten können dabei hintereinander und/oder nebeneinander mit jeweils zueinander gleichen oder unterschiedlichen Abständen angeordnet sein. Wenn die Inertialsensoreinheiten in Bewegungsrichtung des Kehlkopfes hintereinander angeordnet sind, kann besonders einfach eine Zeitdauer des Schluckens ermittelt werden. Für eine einfache Auswertung der von den Inertialsensoreinheiten erfassten Signale und somit Ermittlung der sagittalen Hals-Silhouette sind die Inertialsensoreinheiten vorzugsweise mit jeweils zueinander gleichen Abständen angeordnet. Wie sich herausgestellt hat, kann eine gute Qualität bei der Ermittlung der sagittalen Hals-Silhouette erreicht werden, wenn die Sensoreinheiten maximal 7,5 mm voneinander beabstandet sind.
Besonders kleine und leichte Inertialsensoreinheiten, insbesondere in MEMS-Bauart, sind möglich und auch bereits auf dem Markt verfügbar, wenn Beschleunigungs- und/oder Drehraten-Sensoren als Inertialsensoren zum Einsatz kommen.
Die Inertialsensoreinheiten umfassen deshalb vorzugsweise jeweils zumindest einen Beschleunigungssensor und/oder zumindest einen Drehratensensor (oftmals auch als „Gyroskop“ bezeichnet).
Unter einem Beschleunigungssensor wird dabei ein Sensor verstanden, der eine lineare (translatorische) Beschleunigung entlang einer Achse erfasst.
Unter einem Drehratensensor wird ein Sensor verstanden, der eine rotierende Bewegung um eine (Dreh-)Achse erfasst.
Üblicherweise liefert ein Beschleunigungssensor einen Beschleunigungsmesswert für eine lineare Beschleunigung und der Drehratensensor eine Winkelgeschwindigkeit für eine Drehrate.
Bei Inertialsensoreinheiten mit Beschleunigungs- und/oder Drehraten-Sensoren in MEMS-Bauart können beispielsweise auf einem Chip der Größenordnung von 4×4 mm² und kleiner drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren mit jeweils zueinander orthogonalen Achsen angeordnet bzw. integriert sein. Beispiele für derartige Sensoreinheiten sind beispielsweise der Sensor MPU-6050 des Herstellers Invesense und der Sensor LSM6DSL des Herstellers ST.
Für eine grobe Erfassung der Schluckbewegung ist es bereits ausreichend, wenn jede der Inertialsensoreinheiten zumindest jeweils einen Beschleunigungssensor oder zumindest jeweils einen Drehratensensor umfasst.
Der Beschleunigungssensor misst bzw. die Beschleunigungssensoren messen dabei vorzugsweise jeweils eine Beschleunigung auf einer Achse, die zumindest eine Komponente in der Sagittalfläche des Halses aufweist. Im Fall von zwei Beschleunigungssensoren sind diese Komponenten dabei vorzugsweise orthogonal zueinander, so dass Messungen sowohl in superior-inferior als auch in anterior-posterior Richtungen möglich sind.
Der Drehratensensor misst bzw. die Drehratensensoren messen vorzugsweise jeweils eine Rate einer Drehung um eine Drehachse, die zumindest eine Komponente senkrecht zu der Sagittalfläche des Halses aufweist.
Bei unbewegter (stationärer) Position und Orientierung misst ein Beschleunigungssensor eine in Richtung der jeweiligen Messachse wirkende Komponente der Erdanziehungskraft, woraus die Orientierung des Sensors in Bezug auf die Erdanziehungskraft ermittelt werden kann. Bei beschleunigender räumlicher Bewegung (nicht-stationär) des Beschleunigungssensors misst der Beschleunigungssensor zusätzlich diese Beschleunigung/Kraft, woraus eine Ortsveränderung ermittelt werden kann.
Mit Beschleunigungssensoren alleine kann allerdings keine Rotation senkrecht zur Erdanziehungskraft erfasst werden, da auf dieser Fläche keine konstante Bezugskraft besteht. Außerdem kann mit Hilfe von Beschleunigungssensoren nur schwer zwischen linearen und rotatorischen Bewegungen unterschieden werden, da beide Arten von Bewegungen Einflüsse auf die Messachsen haben können. Dies ist speziell ein Problem bei der Erfassung von Schluckbewegungen, wenn sich der Hals aufgrund von Husten, Kopfbewegungen oder Körperbewegungen bewegt und somit von den Sensoren Kräfte erfasst werden, die nichts mit der Schluckbewegung zu tun haben. Und obwohl die Ausgangssignale von Beschleunigungssensoren sehr stabil und genau sind, können sie manchmal auch störungsbehaftet sein.
Drehratensensoren messen Drehraten dagegen unabhängig von der Schwerkraft und anderer linearer Kräfte. Hierdurch können Drehbewegungen auch in Flächen senkrecht zur Schwerkraft ermittelt werden. Außerdem sind die Drehratenmessungen unabhängig von linearen Bewegungen bzw. Kräften wie sie beispielsweise durch Husten, Kopfbewegungen oder Körperbewegungen erzeugt werden. Berechnungen der räumlichen Orientierung mit Hilfe von Drehratensensoren sind somit unabhängig von Ortsänderungen.
Obwohl Drehratensensoren in Bezug auf den „Sollwert“ (d.h. den echten Wert) ungenau sind (der gemessene Wert weicht mit der Zeit langsam zunehmend vom „Sollwert“ ab), häufig auch als „Drift“ bezeichnet), sind sie sehr präzise (wenig Streuung der Messwerte). Dagegen sind Beschleunigungssensoren bzgl. des Sollwerts sehr genau, leiden aber unter einer hohen Streuung (Rauschen). Durch eine Kombination der guten Genauigkeit der Ausgangssignale von Beschleunigungssensoren und der guten Präzision der Drehratenmessung der Drehratensensoren kann die räumliche Orientierung der Sensoreinheit und somit die Bewegung der sagittalen Silhouette des Halses besonders genau und präzise ermittelt werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kommen deshalb in der Sensoreinheit eine Kombination von sowohl zumindest einem Beschleunigungssensor, vorzugsweise zumindest zwei Beschleunigungssensoren, als auch zumindest einem Drehratensensor zum Einsatz.
Wenn der Hals (bzw. Oberkörper) eines Patienten vertikal ausgerichtet ist, kann mit zwei Beschleunigungssensoren (mit Messachsen für Bewegungen sowohl in superior-inferior als auch in anterior-posterior Richtungen in der Sagittalfläche des Halses) und einem einzigen Drehratensensor (mit Drehachse senkrecht zur Sagittalfläche des Halses) eine gute Messgenauigkeit erzielt werden. Die zwei Beschleunigungssensoren können dabei auch in einem Zweiachsen-Beschleunigungssensor zusammengefasst sein.
Je mehr Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren mit jeweils voneinander unterschiedlichen Messachsen die Inertialsensoreinheit umfasst, umso genauer und präziser kann die Bewegung und räumliche Orientierung der Inertialsensoreinheit und somit die Bewegung der sagittalen Silhouette des Halses ermittelt werden.
Für eine einfache Handhabung und gute Messgenauigkeit weist das Schluckbewegungs-Erfassungssystem vorzugsweise einen flexiblen Sensorträger auf, auf dem die Sensoreinheiten angeordnet sind. Bevorzugt ist der Sensorträger dabei derart flexibel ausgebildet, dass er sich an die Anterior-Region des Halses anschmiegen kann.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung, insbesondere beim Einsatz von MEMS-Inertialsensoreinheiten, ist der Sensorträger als eine flexible Leiterplatte ausgebildet. Vorzugsweise weist die flexible Leiterplatte zwischen den Sensoreinheiten angeordnete Aussparungen auf. Hierdurch kann sich die Leiterplatte besonders gut an die Anterior-Region des Halses anschmiegen und es wird eine voneinander unabhängige Bewegung der Sensoreinheiten und somit besonders hohe Messgenauigkeit ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Schluckbewegungs-Erfassungssystem eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer Silhouette der Sagittalfläche des Halses aus Messwerten der Inertialsensoreinheiten. Die Auswerteeinheit kann entweder zusammen mit den Inertialsensoreinheiten am Hals befestigbar sein (beispielsweise zusammen mit den Sensoreinheiten auf dem Sensorträger angeordnet), oder eine davon separate Einheit bilden.
Die Auswerteeinheit ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie - beispielsweise durch eine Interpolation der Messwerte an den Messpunkten - Zwischenpunkte der Silhouette ermittelt, die zwischen durch Messwerte ermittelten Punkten der Silhouette liegen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit derart ausgebildet, dass sie ein relatives Maximum einer Kurve der Silhouette ermittelt. Durch eine zweidimensionale Ermittlung der relativen Maxima mehrerer Silhouetten während eines Schluckvorganges kann dann eine zweidimensionale Bewegung des Kehlkopfes ermittelt und daraus auf eine zweidimensionale Bewegung des Hyoid-Knochens geschlossen werden (d.h. sowohl in anterior-posterior als auch in superior-inferior-Richtung).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Auswerteinheit eine Schnittstelle zu einer Ausgabeeinheit zur Ausgabe (z.B. zur optische Anzeige) der ermittelten Silhouette der Sagittalfläche des Halses.
Für eine Verarbeitung der von den Inertialsensoreinheiten erzeugten Messwerte (Beschleunigung(en), Drehrate(n)) weist das System bevorzugt eine Analog/Digital-Umsetzung zur Erzeugung digitalisierter Messwerte und eine Einrichtung (z.B. einen Controller) zur Übertragung der digitalisierten Messwerte an die Auswerteeinheit auf.
Die Analog/Digital-Umsetzung kann dabei dadurch erfolgen, dass jede der Sensoreinheiten bereits jeweils einen integrierten Analog/Digital-Umsetzer aufweist (z.B. im Fall einer „digitalen“ Sensoreinheit, d.h. Sensoreinheit mit digitalen Ausgangssignalen). Alternativ kann die Analog/DigitalUmsetzung vorgeschaltet zu oder integriert in die Einrichtung (z.B. einen Controller) zum Sammeln und zur Übertragung der digitalisierten Messwerte sein (z.B. im Falle einer „analogen“ Sensoreinheit, d.h. Sensoreinheit mit analogen Ausgangssignalen).
Um Schluckaktivitäten in der Silhouette der Sagittalfläche des Halses unabhängig von superior-inferior- und anterior-posterior-Bewegungen des Patienten zu ermitteln, kann ein von Schluckbewegungen unbeeinflusster Referenzsensor zur Ermittlung von superior-inferior und anterior-posterior-Bewegungen des Lebewesens vorhanden sein. Hierdurch kann eine Kompensation der superior-inferior und anterior-posterior-Bewegungen des Patienten bei der Ermittlung der Silhouette erfolgen. Alternativ können bei zu großen superior-inferior- und anterior-posterior-Bewegungen beispielsweise auch nur einfach die Messwerte der Inertialsensoren verworfen werden. Vorzugsweise ist der Referenzsensor ebenfalls als Sensoreinheit mit einem oder mehrere Inertialsensoren ausgebildet.
Bevorzugt sind die Inertialsensoreinheiten derart angeordnet (z.B. hintereinander und/oder nebeneinander), dass durch sie mehrere voneinander unterschiedliche Silhouetten des Halses erfassbar sind. Die Auswerteeinheit kann dann aus diesen unterschiedlichen Silhouetten ein Profil der Anterior-Fläche des Halses ermitteln.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schluckbewegungs-Erfassungssystems,
2a eine Anordnung des Schluckbewegungs-Erfassungssystems von 1 am Hals im Ruhezustand des Kehlkopfes und Hyoid-Knochens,
2b eine Anordnung des Schluckbewegungs-Erfassungssystems von 1 am Hals bei einem Schluckvorgang,
3a eine prinzipielle Darstellung einer Inertialsensoreinheit mit jeweils einem einzigen Beschleunigungssensor und Drehratensensor,
3b eine prinzipielle Darstellung einer Inertialsensoreinheit mit zwei Beschleunigungssensoren und einem einzigen Drehratensensor,
4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schluckbewegungs-Erfassungssystems,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schluckbewegungs-Erfassungssystems,
6 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schluckbewegungs-Erfassungssystems,
7 eine beispielhafte Anordnung von Sensoren am Hals eines Patienten,
8 eine Detailansicht der Sensoren von 7 im Halsbereich,
9 eine Vorgehensweise bei der Ermittlung der sagittalen Silhouette des Halses mit Hilfe der Sensoren von 7 und 8,
10 eine beispielhafte Interpolation bei der Erzeugung einer Kurve der sagittalen Hals-Silhouette,
11 eine Kurve der sagittalen Hals-Silhouette bei aufrechter und bei geneigter Haltung des Oberkörpers eines Patienten,
12 eine Darstellung einer Bewegung des relativen Maximums einer Kurve der sagittalen Hals-Silhouette,
13 eine mit einem erfindungsgemäßen System ermittelte Kurve einer sagittalen Hals-Silhouette im Ruhezustand (ohne Schluckbewegung),
14 mit einem erfindungsgemäßen System ermittelte Kurven der sagittalen Hals- Silhouette bei verschiedenen Schluckvorgängen,
15 mit einem erfindungsgemäßen System ermittelte Bewegungen des Kehlkopfes in Anterior-Richtung über der Zeit,
16 mit einem erfindungsgemäßen System ermittelte Bewegungen des Kehlkopfes in Superior-Richtung über der Zeit und
17 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schluckbewegungs-Erfassungssystems.

Ein in 1 in vereinfachter Darstellung gezeigtes erfindungsgemäßes Schluckbewegungs-Erfassungssystem 1 umfasst mehrere Inertialsensoreinheiten 2, die - wie beispielhaft in 2 gezeigt ist - im Anterior-Bereich des Halses 11 eines Lebewesens 10 (d.h. einem Menschen oder einem Tier) fixierbar sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in 2 nur ein vorderer Teil der Sagittalfläche des Halses 11 und das Kinn 14 gezeigt. Gezeigt ist auch ein Koordinatensystem mit der Anterior-Richtung A, der Posterior-Richtung P, der Inferior-Richtung I und der Superior-Richtung S.
Die Inertialsensoreinheiten 2 sind vorzugsweise als MEMS (Micro-Electrical-Mechanical-System) ausgebildet, es können aber auch andere Arten von Inertialsensoreinheiten zum Einsatz kommen.
Die Inertialsensoreinheiten 2 sind auf einem flexiblen Sensorträger 3 angeordnet, der vorzugsweise als eine flexible Leiterplatte ausgebildet ist. Am Sensorträger 3 sind zu beiden Seiten Fixierungsmittel für den Hals 11 befestigt, die hier als Klettbänder 4 ausgebildet sind, die um den Hals 11 legbar sind und mittels denen der Sensorträger 3 und somit die Inertialsensoreinheiten 2 am Hals 11 in dessen Anterior-Bereich in Bewegungsrichtung des Kehlkopfes 12 fixierbar sind. Die Inertialsensoreinheiten 2 sind somit in Bewegungsrichtung des Kehlkopfes 12 hintereinander angeordnet.
Es ist aber auch möglich, dass die Inertialsensoreinheiten 2 ohne einen gemeinsamen Sensorträger 3 jeweils gesondert für sich in ähnlicher Weise am Hals 11 fixierbar sind.
Durch den erfindungsgemäßen Einsatz mehrerer derartiger Inertialsensoreinheiten 2 kann die relative Position und Orientierung der Sensoreinheiten 2 zueinander ermittelt und somit eine Silhouette 16 der sagittalen Halsfläche 15 erfasst werden. Hierdurch kann zweidimensional die Position des Kehlkopfes 12 und dessen Bewegung in beide Bewegungsrichtungen (anterior-posterior und superior-inferior) beim Schlucken und somit eine Schluckbewegung erfasst bzw. ermittelt werden. Hieraus kann dann auch auf die damit korrelierende Position und Bewegung des Hyoid-Knochens 13 geschlossen werden. Beispielhaft zeigt 2a die Position des Kehlkopfes 12 vor und nach einem Schlucken und 2b die Position des Kehlkopfes 12 während des Schluckens.
Da die Inertialsensoreinheiten 2 in Bewegungsrichtung des Kehlkopfes 12 hintereinander angeordnet sind, kann besonders einfach auch eine Zeitdauer des Schluckens ermittelt werden. Für eine einfache Auswertung der von den Inertialsensoreinheiten 2 erfassten Signale und somit Ermittlung der Silhouette 16 sind die Inertialsensoreinheiten 2 mit jeweils zueinander gleichen Abständen angeordnet. Wie sich herausgestellt hat, kann eine gute Qualität bei der Ermittlung der sagitalen Hals-Silhouette 16 erreicht werden, wenn die Sensoreinheiten 2 maximal 7,5 mm voneinander beabstandet sind.
3 zeigt in prinzipieller Darstellung und beispielhaft zwei unterschiedliche Ausgestaltungen der Inertialsensoreinheiten 2. Jeder der Inertialsensoreinheiten 2 ist dabei ein lokales Koordinatensystem mit zueinander orthogonalen Achsen x, y, z zugeordnet.
Im Fall von 3a umfasst die Inertialsensoreinheit 2 einen einzigen Beschleunigungssensor By. Bei unbewegter (stationärer) Position und Orientierung misst dieser Beschleunigungssensor By eine in Richtung der Messachse y wirkende Komponente der Erdanziehungskraft g, woraus die Orientierung des Sensors By und somit der Inertialsensoreinheit 2 in Bezug auf die Erdanziehungskraft g ermittelt werden kann.
Für eine grobe Erfassung der Schluckbewegung ist es bereits ausreichend, wenn der Beschleunigungssensor By eine Beschleunigung auf einer Achse misst, die zumindest eine Komponente in der Sagitalfläche 15 des Halses 11 aufweist (siehe 2). Mit dem Beschleunigungssensor By alleine kann allerdings keine Rotation in einer Ebene senkrecht zur Richtung der Erdanziehungskraft g erfasst werden, was ein Problem ist, wenn der Patient seitlich liegt.
Außerdem können externe Kräfte zu fehlerhaften Auswertungen führen. Beispielhaft sind in der Tabelle 1 Werte für die Beschleunigung by in Richtung der y-Achse und daraus abgeleitete Werte für den Winkel α zwischen der y-Achse und der Richtung der Erdanziehungskraft g angegeben. Wie ersichtlich ist, führt eine senkrecht zur Erdanziehungskraft g wirkende Kraft f vom Betrag g der Erdanziehungskraft fälschlicherweise zu α = 0°, richtig wäre aber α = 90°.
Dies ist speziell ein Problem bei der Erfassung von Schluckbewegungen, wenn sich der Hals aufgrund von Husten, Kopfbewegungen oder Körperbewegungen bewegt und somit von dem Sensor Kräfte erfasst werden, die nichts mit der Schluckbewegung zu tun haben.
Die Inertialsensoreinheit 2 umfasst deshalb zusätzlich noch einen Drehratensensor, der eine Rate einer Drehung um eine Drehachse misst, die zumindest eine Komponente senkrecht zu der Sagittalfläche des Halses 11 aufweist, hier also den Drehratensensor Dx mit einer Drehratenmessung um die Drehachse x.
Drehratensensoren messen Drehraten unabhängig von linearen Kräften wie z.B. der Erdanziehungskraft. Hierdurch können Drehbewegungen auch in Richtungen senkrecht zur Erdanziehungskraft ermittelt werden. Deswegen sind die Drehratenmessungen unabhängig von Bewegungen, die beispielsweise durch Husten, Kopfbewegungen oder Körperbewegungen verursacht werden.
Obwohl Drehratensensoren in Bezug auf ihre Ausgangssignale ungenau sind (der Wert ändert sich kontinuierlich mit der Zeit, häufig auch als „Drift“ bezeichnet), sind sie sehr genau in Bezug auf die Messung der Drehrate. Dagegen sind Beschleunigungssensoren bzgl. des Sollwerts sehr genau, leiden aber unter einer hohen Streuung (Rauschen). Durch eine Kombination der guten Genauigkeit der Ausgangssignale von Beschleunigungssensoren und der guten Präzision der Drehratenmessung der Drehratensensoren kann die räumliche Position und Orientierung der Sensoreinheiten und somit die Bewegung der sagittalen Silhouette des Halses besonders genau und präzise ermittelt werden.
Für eine noch genauere Ermittlung der Orientierung der Inertialsensoreinheit 2 in Bezug auf die Erdanziehungskraft g kann die Inertialsensoreinheit 2 - wie in 3b gezeigt - noch einen weiteren Beschleunigungssensor Bz umfassen, der eine in Richtung der Messachse z wirkende Komponente der Erdanziehungskraft g misst. Für eine Erfassung der Schluckbewegung misst auch der Beschleunigungssensor Bz eine Beschleunigung bz auf einer Achse, die zumindest eine Komponente in der Sagittalfläche 15 des Halses 11 aufweist (siehe 2).
Beispielhaft sind in der Tabelle 2 Werte für die Beschleunigungen by und bz in Richtung der y-Achse bzw. der z-Achse und daraus abgeleitete Werte für den Winkel α zwischen der y-Achse und der Richtung der Erdanziehungskraft g angegeben. Der Winkel α wird dabei anhand der Formel α = atan2(bz,-by) ermittelt. Wie ersichtlich ist, führt auch hier eine senkrecht zur Erdanziehungskraft g wirkende Kraft f vom Betrag g der Erdanziehungskraft fälschlicherweise zu α = -45°, richtig wäre aber α = 0°.
Die Beschleunigungssensoren By, Bz werden deshalb vorteilhaft mit dem Drehratenensor Dx kombiniert. Zur weiteren Verbesserung der Auswertungen kann die Inertialsensoreinheit 2 noch einen zusätzlichen dritten Beschleunigungssensor Bx umfassen, der eine in Richtung der Messachse x wirkende Komponente der Erdanziehungskraft g misst.
Außerdem kann die Inertialsensoreinheit 2 zur weiteren Verbesserung der Auswertungen noch einen zusätzlichen Drehratensensor Dy, der eine Rate einer Drehung um die Drehachse y ermittelt, und/oder einen zusätzlicher Drehratensensor Dz, der eine Rate einer Drehung um die Drehachse z ermittelt, umfassen.
Durch eine Kombination der guten Genauigkeit der Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren und der guten Präzision der Drehratenmessung der Drehratensensoren kann die Position und räumliche Orientierung der Sensoreinheiten und somit die Bewegung der sagittalen Silhouette des Halses besonders genau und präzise ermittelt werden.
Bei einer in 4 dargestellten besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Schluckbewegungs-Erfassungssystem 1 von 1 weist der flexible Sensorträger 3 zusätzlich zwischen den Sensoreinheiten 2 angeordnete Aussparungen 5 auf. Die Sensoreinheiten 2 können sich somit besonders gut an den Hals 11 anschmiegen und weitgehend unabhängig voneinander bewegen. Wie in 5 dargestellt, kann das Schluckbewegungs-Erfassungssystem 1 zusätzlich eine Auswerteeinheit 20 zur Ermittlung einer Silhouette der Sagittalfläche des Halses 11 und der zweidimensionalen Position des Kehlkopfes 12 aus Messwerten der Inertialsensoreinheiten 2 umfassen. Im Fall von 5 ist die Auswerteeinheit 20 separat von dem Sensorträger 3 und nicht für eine Befestigung am Hals 11 vorgesehen. Die Auswerteeinheit 20 weist eine Schnittstelle 21 zu einer Ausgabeeinheit 22 (z.B. einem Display oder einem Monitor) zur optischen Anzeige der ermittelten Silhouette der Sagittalfläche des Halses 11 auf. Die Ausgabeeinheit 22 ist dabei über eine Signalverbindung 25 an die Schnittstelle 21 der Auswerteeinheit 20 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 20 und die Ausgabeeinheit 22 können beispielsweise durch einen Personal Computer (PC) oder ein Notebook 24 bereitgestellt sein, in denen eine Auswertesoftware 26 zur Ausführung gebracht werden kann.
Für eine Sammlung und Vorverarbeitung (falls notwendig auch für eine Analog/Digital-Umwandlung) der von den Sensoreinheiten 2 erzeugten Messwerte ist auf dem Sensorträger 3 ein Controller 6 angeordnet, der über Signalleitungen 7 mit den Sensoreinheiten 2 und über eine drahtgebundene Datenverbindung 23 mit der Auswerteeinheit 20 verbunden ist. Alternativ kann die Datenverbindung 23 auch drahtlos (z.B. mittels WLAN, Bluetooth, etc.) sein.
Die Auswerteeinheit 20 kann aber - wie in 6 dargestellt ist - auch zusammen mit den Sensoreinheiten 2 auf dem Sensorträger 3 angeordnet sein, insbesondere in den Controller 6 integriert sein. Über die Schnittstelle 21 kann dann die Ausgabeeinheit 22 direkt an den Controller 6 angeschlossen werden.
Anhand 7 bis 9 soll beispielhaft erläutert werden, wie mit Hilfe der Erfindung eine sagittale Silhouette des Halses 11 im Bereich des Kehlkopfes 12 ermittelt werden kann. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Sensoreinheiten 2 ohne Sensorträger 3 dargestellt.
Insgesamt sind acht Inertialsensoreinheiten 2 im Anterior-Bereich des Halses 11 in dessen Sagittalfläche 15 angeordnet, in 7 bis 9 mit S0 bis S7 bezeichnet. Der Abstand zwischen den Sensoreinheiten entlang der Halsoberfläche ist Dij für benachbarte Sensoreinheiten i und j. Die räumliche Orientierung einer Sensoreinheit i wird durch deren Normalenvektor n_i definiert (siehe 8).
Zur Vereinfachung der Erläuterungen ist angenommen, dass die Sagittalfläche 15 des Halses 11 parallel zur Richtung der Erdanziehungskraft g ausgerichtet ist. Die z-Achse des in 3 gezeigten Koordinatensystems x, y, z zeigt somit in Richtung der Erdanziehungskraft g und die z-Achse und die y-Achse definieren die Sagittalfläche des Halses 11. Es ist aber auch jede andere Orientierung der Sagittalfläche des Halses 11 möglich.
Die Auswerteeinheit 20 ist derart ausgebildet, dass sie anhand der Messwerte der Sensoreinheiten 2 bzw. S0 bis S7 und des bekannten Abstandes Dij für benachbarte Sensoreinheiten Si und Sj eine sagittale Silhouette 16 des Halses 11 im Bereich des Kehlkopfes 12 ermittelt.
Wie anhand von 8 und 9 in vereinfachter Weise dargestellt ist, ermittelt sie hierzu die Position der Sensoreinheiten S0 bis S7 anhand der räumlichen Orientierung (siehe Winkel α₀ bis α₇ ) der jeweiligen Normalenvektoren n₀ bis n₇ in Bezug auf die Richtung der Erdanziehungskraft g. Bevorzugt ermittelt sie zusätzlich durch eine Interpolation der Messwerte an den Messpunkten der Sensoreinheiten 2 auch noch Zwischenpunkte der Silhouette 16. Aufgrund des bekannten Abstandes der Sensoreinheiten 2 zueinander sowie ihrer ermittelten Position und Orientierung kann durch die Auswerteeinheit 20 eine Verbindungskurve zwischen ihnen berechnet werden. Hierzu können verschiedenste Interpolationstechniken genutzt werden. Zum Beispiel kann eine Spline-Interpolation verwendet werden. Die einfachste Variante dieser Interpolation ist die lineare Spline-Interpolation, bei der die relativen Positionen der Sensoreinheiten 2 mit Hilfe von geraden Verbindungslinien ermittelt werden.
Ein Beispiel hierzu ist in 10 anhand der Sensoreinheiten S0 und S1 dargestellt, wobei der Normalenvektor n₀ der Sensoreinheit S0 eine Orientierung α₀ = 90° in Bezug auf die Richtung der Erdanziehungskraft g und der Normalenvektor n1 der Sensoreinheit S1 eine Orientierung von α₁ =60° in Bezug auf die Richtung der Erdanziehungskraft g aufweist. Der lineare Spline 30 setzt sich dann aus zwei linearen Strecken 31, 32 zusammen, wobei die Strecke 31 bei der der Sensoreinheit S0 beginnt, mit deren Orientierung 90° + α₀ = 180° und anschließend mit der Orientierung 90° + α₁ = 150° der Sensoreinheit S1 in Richtung zur Sensoreinheit S1 verläuft, wobei beide Strecken 31, 32 jeweils gleich lang sind. Mit dem gleichen Interpolationsverfahren können auch die Splines zwischen den Sensoreinheiten S1 und S2, S2 und S3, S3 und S4, etc. berechnet und somit die vollständige sagittale Silhouette 19 des Halses 11 ermittelt werden.
Allerdings kann die ermittelte Silhouette durch Bewegungen des Halses 11 beeinträchtigt werden, die nichts mit einer Schluckbewegung zu tun haben. In 11 ist dies beispielhaft anhand einer Neigung des gesamten Oberkörpers des Menschen dargestellt. Mit 40 ist dabei die Silhouette bei einer aufrechten Ausrichtung des Oberkörpers und mit 41 die Silhouette bei einer Neigung des Oberkörpers um 30° bezeichnet. Um diese Neigung zu kompensieren, so dass die Silhouette nur durch Schluckbewegungen beeinflusst wird, kann eine von Schluckbewegungen unbeeinflusste Referenzsensoreinheit vorhanden sein. Dies kann entweder eine der Sensoreinheiten S0 bis S7 sein, die nicht von einer Schluckbewegung beeinflusst wird, da sie weit genug vom Bewegungsbereich des Kehlkopfes entfernt ist (in 7 beispielsweise die Sensoreinheit S7). Alternativ kann dies eine zusätzliche Sensoreinheit sein, die beispielsweise seitlich am Hals 11 (siehe Sensor Sref-1 in 7) oder auf der Hinterseite des Halses, etwa in der Nähe des C3 Vertebra, angeordnet ist. In letzterem Fall ist zu beachten, dass die z-Achse des Koordinaten-Systems dann nicht mehr parallel zur Erdanziehungskraft g verläuft, sondern parallel zur z-Achse der Referenzsensoreinheit.
Wenn die sagittale Silhouette der Anterior-Seite des Halses ermittelt ist, kann die Bewegung des Kehlkopfes und die damit korrelierende Bewegung des Hyoid-Knochens in Bezug auf die Referenzsensoreinheit analysiert und beschrieben werden. Ein Beispiel für einen einfachen Algorithmus ist die Bestimmung der relativen Maxima der Silhouettenkurven, da diese Maxima durch die Anterior-Seite des Kehlkopfes definiert werden. Die Maxima liegen dabei in der Sagittal-Fläche des Halses. Durch eine Nachverfolgung der Maxima können Anterior-Bewegungen und Superior-Bewegungen des Hyoid-Knochens bestimmt werden.
12 zeigt hierzu beispielhaft eine Bewegung des relativen Maximums der Kurve der Silhouette zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten, wobei mit 50 die Kurve der Silhouette im Ruhezustand und mit 51 die Kurve der Silhouette bei einer Schluckbewegung bezeichnet ist. Der Punkt 50a bezeichnet dabei das relative Maximum der Kurve 50 und der Punkt 51a das relative Maximum der Kurve 51. Mit 53 ist eine mit einer Bewegung der Silhouette von der Kurve 50 zur Kurve 51 korrelierende Bewegungskurve Anterior-Posterior und Superior-Inferior des Hyoid-Knochens bezeichnet.
Die Ergebnisse von mit einem erfindungsgemäßen System gemäß 5 durchgeführten realen Messungen sind in 13 - 16 gezeigt.
13 zeigt eine Silhouettenkurve 60 mit einem Maximum 60a in der Sagittalfläche zu einem ersten Zeitpunkt, wobei die horizontale Achse die Anterior-Achse A (in mm) und die senkrechte Achse die Superior-Achse S (in mm) darstellt. 14 zeigt die Bewegung dieses Maximums 60a in der Sagittalfläche während dreier nacheinander erfolgender Schluckvorgänge. Hierbei wird eine Bewegungskurve 63 des Kehlkopfes ersichtlich, die mit einer Bewegungskurve des Hyoid-Knochens korreliert.
15 zeigt für die Bewegungskurve 63 der drei Schluckvorgänge von 14 die Position des Kehlkopfes in Anterior-Richtung A (in mm) über der Zeit t (in Sekunden) und 16 seine Position in Superior-Richtung S (in mm) über der Zeit t (in Sekunden). Anhand dieser Kurven können beispielsweise die zeitlichen Abstände 64 zwischen den Schluckvorgängen, absolute räumliche Bewegungen des Kehlkopfes in beide Richtungen, anormale Schluckkurven oder Schluckschwierigkeiten ermittelt werden.
Neben den vorstehend erläuterten Sensoreinheiten können noch weitere Sensoreinheiten zur Verfolgung von Bewegungen anderer Teile des Körpers, die in Bezug mit Schluckbewegungen stehen, benutzt werden. Hierzu kann die Orientierungsinformation der Inertialsensoreinheiten mit Abstandsinformationen verknüpft werden.
Eine in 7 dargestellte zusätzliche Referenzsensoreinheit Sref-3 kann in Kombination mit der Sensoreinheit S0 (oder einer anderen Sensoreinheit am Hals 11) zur Ermittlung von Kopfbewegungen während des Schluckens benutzt werden. Dies kann beispielsweise zur Bewertung der Probleme von Dysphagia-Patienten und zu deren Überwachung für Rehabilitationszwecke genutzt werden.
Eine in 7 gezeigte weitere zusätzliche Referenzsensoreinheit Sref-2, die am Kinn 14 angeordnet ist, kann in Kombination mit der Referenzsensoreinheit Sref-3 Informationen über Kaubewegungen eines Patienten bereitstellen. Dies kann auch zur Ermittlung des Beginns eines Schluckvorganges genutzt werden, da das Kauen stoppt, wenn der Schluckvorgang beginnt.
Vorzugsweise ist der Referenzsensor bzw. sind die Referenzsensoren ebenfalls jeweils als Sensoreinheit mit einem oder mehreren Inertialsensoren ausgebildet.
Wie in 17 dargestellt ist, können die Inertialsensoreinheiten 2 auch derart angeordnet sein, dass durch sie mehrere voneinander unterschiedliche Silhouetten erfassbar sind. Im Fall von 17 sind hierzu mehrere nebeneinander liegende Reihen 2` von jeweils mehreren hintereinander angeordneten Sensoreinheiten 2 vorhanden, wobei jede der Reihen 2` unabhängig von den anderen jeweils eine 2-dimensionale Silhouette ermittelt. Die Auswerteeinheit 20 kann dann aus diesen unterschiedlichen Silhouetten ein Oberflächenprofil der Anterior-Region des Halses 11 ermitteln.

Claims

Schluckbewegungs-Erfassungssystem (1) mit mehreren Sensoreinheiten (2), die am Hals (11) eines Lebewesens (10) fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (2) jeweils einen oder mehrere Inertialsensoren (By, Bz, Dx) umfassen, wobei eine sagittale Silhouette (16, 40, 41, 50, 51, 60) des Halses (11) erfasst wird, indem eine relative Position und Orientierung der Sensoreinheiten (2) zueinander ermittelt wird.
System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (2) jeweils zumindest einen Beschleunigungssensor (By, Bz) und/oder zumindest einen Drehratensensor (Dx) umfassen.
System (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (2) jeweils zumindest einen Beschleunigungssensor (By bzw. Bz), vorzugsweise zumindest zwei Beschleunigungssensoren (By, Bz), und jeweils zumindest einen Drehratensensor (Dx) umfassen.
System (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (By) eine Beschleunigung auf einer Achse (y) misst, die eine Komponente in der Sagittalfläche (15) des Halses (11) aufweist, bzw. dass die Beschleunigungssensoren (By, Bz) jeweils eine Beschleunigung auf einer Achse (y bzw. z) messen, die eine Komponente in der Sagittalfläche (15) des Halses (11) aufweist.
System (1) nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehratensensor (Dx) bzw. die Drehratensensoren eine Rate einer Drehung um eine Drehachse (x) misst bzw. messen, die zumindest eine Komponente senkrecht zu der Sagittalfläche (15) des Halses (1) aufweist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (2) als MEMS (Micro-Mechanical-Electrical-System) ausgebildet sind.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen flexiblen Sensorträger (3), auf dem die Sensoreinheiten (2) angeordnet sind.
System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (3) als eine flexible Leiterplatte ausgebildet ist.
System (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorträger (3) zwischen den Sensoreinheiten (2) angeordnete Aussparungen (5) aufweist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit (20) zur Ermittlung einer Silhouette (16, 40, 41) der Sagittalfläche (15) des Halses (11) aus Messwerten der Sensoreinheiten (2).
System (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) derart ausgebildet ist, dass sie Zwischenpunkte (33) der Silhouette (16, 40, 41) ermittelt, die zwischen durch Messwerte ermittelten Punkten der Silhouette (16, 40, 41) liegen.
System (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) derart ausgebildet ist, dass sie ein relatives Maximum (50a, 51a) einer Kurve der Silhouette ermittelt.
System (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit (20) eine Schnittstelle (21) zu einer Ausgabeeinheit (22) zur Ausgabe der ermittelten Silhouette (30, 40, 41) der Sagittalfläche (15) des Halses (11) aufweist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Referenzsensor (Sref-1, Sref-2, Sref-3) zur Ermittlung von Bewegungen des Lebewesens (11), die unabhängig von Schluckbewegungen sind, wobei der Referenzsensor vorzugsweise als Sensoreinheit mit einem oder mehrere Inertialsensoren (By, Bz, Dx) ausgebildet ist.
System (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (2) derart angeordnet sind, dass durch sie mehrere voneinander unterschiedliche Silhouetten ermittelbar sind.