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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Biofeedbacksystem und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Biofeedbacksystems.
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Im Stand der Technik bekannte Biofeedbacksysteme erfassen ein Biosignal eines Benutzers und geben dieses in einer für den Benutzer wahrnehmbaren Art und Weise aus, um diesem eine bewusste Wahrnehmung seines Biosignals zu ermöglichen und, soweit dies physisch möglich ist, Kontrolle über das Biosignal zu erlernen. So ist beispielsweise das erlernen gesundheitsfördernder Atemmuster möglich.
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Vorliegend wird ein Verfahren zum Betreiben eines Biofeedbacksystems für einen Benutzer beschrieben, wobei das Biofeedbacksystem eine Trägerstruktur, mindestens einen Sensor, zur Erfassung von mindestens einem physikalisch messbaren Biosignal des Benutzers, eine Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung, eine Benutzerschnittstelle und eine Signalausgabeschnittstelle umfasst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: das Erfassen, durch den mindestens einen Sensor, von wenigstens einem Biosignal; das Bestimmen, durch die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung, eines Zielwertes des wenigstens einen Biosignals; das Ausgeben eines Feedbacksignals als Reaktion auf das empfangene wenigstens eine Biosignal; das Erfassen des wenigstens einen Biosignals und das Bestimmen, durch die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung, ob das wenigstens eine Biosignal dem Zielwert des wenigstens einen Biosignals ähnlicher wird, um eine Ähnlichkeit zu bestimmen; und das Anpassen, durch die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung, des individuellen Feedbacksignals, basierend auf der Ähnlichkeit. Das vorstehend beschriebene Verfahren erlaubt durch das Anpassen des Feedbacksignals basierend auf der Ähnlichkeit des Biosignals mit dem Zielwert ein besonders effizientes und gezieltes Feedback. Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens kann beispielsweise ein indirektes oder direktes Einwirken auf eine Atemfrequenz, eine Atemamplitude, einen Cortisol-, Adrenalin-, Testosteron- Melatonin- oder Corticosteronspiegel, eine Schweißzusammensetzung und -bildung, eine Herzfrequenz, eine Herzratenvariabilität, ein Zwischen-Herzschlagintervall, eine Haut- und/oder Körperkerntemperatur, einen Hautleitwert/ -widerstand, einen Blutsauerstoffgehalt und/oder einen Blutdruck erreicht werden.
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Die Trägerstruktur kann beispielsweise eine einfache Gehäusestruktur sein, die der Benutzer am Körper tragen kann. Zu diesem Zweck kann die Gehäusestruktur beispielsweise mit Befestigungsmitteln versehen sein, über die ein Befestigen der Gehäusestruktur am Körper möglich ist. Denkbar ist beispielsweise, dass die Gehäusestruktur an einem Gürtel oder einem Brustgurt befestigt wird. Möglich ist auch, dass die Gehäusestruktur direkt auf der Haut des Benutzers befestigt wird, beispielsweise mit Hilfe eines hautfreundlichen Klebers, wie er beispielsweise in der Medizintechnik bekannt ist. Weiterhin ist auch denkbar, die Gehäusestruktur beispielsweise an einem Brillengestell, einem Kopfhörer oder einem Helm zu befestigen, um eine geeignete Positionierung des Biofeedbacksystems am Körper des Benutzers zu erreichen, beispielsweise hinter einer Ohrmuschel des Benutzers. Es ist allerdings auch möglich, das Biofeedbacksystem in ein Kleidungsstück oder ein anderes geeignetes textiles und/oder tragbares Objekt zu integrieren, so dass dieses andere geeignete Objekt dann als Trägerstruktur angesehen werden kann. Das Biofeedbacksystem kann unauffällig, quasi unsichtbar, am Körper des Benutzers getragen werden, beispielweise an einem Kleidungsstück befestigt, in ein Kleidungsstück integriert oder direkt auf der Haut des Benutzers.
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Der Sensor zur Erfassung des wenigstens einen Biosignals kann beispielsweise eine physikalische oder chemische Messgröße erfassen, um aus diesem eine Regel- und Kontrollgröße abzuleiten, die mit einem physiologischen und/oder psychologischen Zustand des lebenden Organismus korreliert. Die Art des Sensors kann dementsprechend variieren, wobei seine konkrete technische Ausgestaltung dem Fachmann als vorbekannt angenommen werden kann.
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Das erfasste wenigstens eine physikalisch messbare Biosignal kann beispielsweise eine Atemfrequenz, eine Atemamplitude, eine Herzfrequenz, eine Herzfrequenzvariabilität, ein Hautleitwert/ -widerstand, ein Cortisol-, Adrenalin-, Testosteron- Melatonin- oder Corticosteronspiegel, eine Schweißbildung und/oder -zusammensetzung, ein Blutdruck, eine Haut- und/oder eine Körperkerntemperatur, ein Blutsauerstoffgehalt, eine Haut- und/oder Hirndurchblutung, Hirnaktivität, ein Zwischen-Herzschlagintervall, eine Muskelaktivität und/oder -bewegung und/oder -spannung, eine Augenbewegung oder eine ähnliche messbare Größe sein. Wenn das erfasste wenigstens eine physikalisch messbare Biosignal beispielsweise die Atemfrequenz ist, wird diese über einen zugehörigen Atemfrequenzsensor erfasst. Der als Atemfrequenzsensor ausgebildete Sensor kann dann konsequenterweise als Teil des Biofeedbacksystems angesehen werden. In gleicher Weise können beispielsweise mehrere gleiche oder unterschiedliche Sensoren vorgesehen sein, die an unterschiedlichen Orten des Körpers gleiche oder unterschiedliche Biosignale erfassen. Auf diese Weise kann eine Überprüfung der gemessenen Biosignale nach dem Plausibilitätsprinzip erreicht werden. Eine derartige Plausibilitätskontrolle kann beispielsweise durch die im Folgenden beschriebene Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung erfolgen. Es ist auch denkbar, zusätzliche externe Sensoren vorzusehen, die mit dem Biofeedbacksystem über eine der vorhandenen Schnittstellen verbunden werden. Die vorgesehenen Sensoren können, je nach dem verwendeten Messprinzip mit der Haut des Benutzers in Kontakt stehen oder „berührungslos“ arbeiten. Die Benutzerschnittstelle kann beispielsweise Sensoren oder sensorähnliche Vorrichtungen umfassen, die Bewegungen des Benutzers, beispielsweise Hand-, Fuß-, Augen- oder Kopfbewegungen, erfassen. Möglich ist auch, externe Geräte über eine der vorhandenen Schnittstellen mit dem Biofeedbacksystem zu verbinden und als Eingabegerät im Sinne einer Benutzerschnittstelle zu nutzen. Eine Erfassung von Hand- oder Kopfbewegungen des Benutzers kann beispielsweise mit Hilfe von entsprechend positionierten Beschleunigungssensoren, optischen Sensoren, radarbasierten Sensoren, ultraschallbasierten Sensoren, temperaturbasierten Sensoren und/oder mit Hilfe einer Computer-Gehirn-Schnittstelle erfolgen. Möglich sind auch konventionelle Eingabegeräte, wie zum Beispiel eine berührungs- oder druckempfindliche Oberfläche, mit deren Hilfe ebenfalls direkt Benutzerwünsche durch Benutzereingaben erfasst werden können. Diese können beispielsweise auch in externen Geräten enthalten sein, die mit dem Biofeedbacksystem gekoppelt werden können. Eine Steuerung des Biofeedbacksystems kann dementsprechend beispielsweise manuell über Berührungen oder berührungslos erfolgen. Eine berührungsbasierte Steuerung kann beispielsweise mechanisch, elektrisch oder magnetisch realisiert sein. Eine berührungslose Steuerung kann beispielsweise optisch, akustisch, magnetisch, elektrisch oder temperaturgeführt realisiert sein. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass eine automatische Steuerung des Biofeedbacksystems vorgesehen ist. Eine solche automatische Steuerung kann beispielsweise mit Hilfe von Algorithmen, über maschinelles Lernen oder mit Hilfe von künstlicher Intelligenz realisiert sein.
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Die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung kann wahlweise in die Trägerstruktur integriert sein oder als zur Trägerstruktur externe Vorrichtung ausgestaltet sein, die beispielsweise über eine kabelgebundene oder drahtlose Datenleitung mit dem Rest des Biofeedbacksystems verbunden ist. Die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise einen geeigneten Speicher und einen geeigneten Prozessor umfassen, um die erfassten Daten zu speichern und gegebenenfalls zu verarbeiten. Beispielsweise kann ein Smartphone als eine externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung verwendet werden. Der Prozessor kann beispielsweise Algorithmen für maschinelles Lernen oder eine künstliche Intelligenz ausführen, um die gesammelten und erfassten Daten zu verarbeiten. Die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, das erfasste wenigstens eine Biosignal zu sammeln, zu speichern, zu verarbeiten und darzustellen. Die Signalausgabeschnittstelle kann dem Benutzer beispielsweise haptische Reize, olfaktorische Reize, optische Reize, akustische Reize und/oder Geschmacksreize bereitstellen. Denkbar ist auch, dass die Signalausgabeschnittstelle dem Benutzer geeignete Substanzen appliziert, beispielsweise um den Benutzer zu entspannen. Die Signalausgabeschnittstelle kann also insbesondere einen Wandler umfassen, der zeitlich veränderliche Reize erzeugt, denen der Benutzer ausgesetzt wird. Der Wandler kann beispielsweise mechanische Reize, beispielsweise in Form von translatorischen oder rotatorischen Impulsen, Schwingungen oder temporären/dauerhaften Krafteinwirkungen erzeugen. Möglich sind auch elektrische und/oder thermische Reize oder das Freigeben von chemischen Substanzen, die dann im weiteren Verlauf auf den Benutzer wirken.
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Der Zielwert für das Biosignal kann beispielsweise durch die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung vorbestimmt sein und/oder manuell eingestellt werden. Der Zielwert kann insbesondere auf Werten für das Biosignal aufbauen, die der Benutzer während früheren Benutzungen des Biofeedbacksystems erreicht hat, beispielsweise eine möglichst niedrige Herzfrequenz während einer Entspannungsübung. Möglich ist auch, dass der Zielwert basierend auf dem erfassten Biosignal modifiziert wird. So kann beispielsweise unter einer körperlichen Belastung eine bewusstere Atmung/Atemfrequenz angestrebt werden, beispielsweise zur langfristigen Leistungssteigerung. Das Feedbacksignal kann optional durch eine Benutzerschnittstelle erfasst werden, um ein personalisiertes Feedbacksignal ausgeben zu können. Es ist allerdings möglich, dass keine Personalisierung oder nur eine teilweise Personalisierung erfolgt, um die Bedienung des Biofeedbacksystems zu vereinfachen. Ein personalisiertes Feedbacksignal kann insbesondere an die Vorlieben und Bedürfnisse des Benutzers angepasst werden. Die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung kann in ihrem Speicher ein voreingestelltes Feedbacksignal bereitstellen, das ausgegeben werden kann, wenn keine Personalisierung erfolgt. Ferner kann in dem Speicher der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ein eventuell personalisiertes Feedbacksignal vorgehalten werden. Das Personalisieren des Feedbacksignals kann beispielsweise Art, Intensität und/oder Dauer des Feedbacksignals beeinflussen. Das Feedbacksignal kann also als ein voreingestelltes Signal ausgebildet sein, das über die Signalausgabeschnittstelle an den Benutzer ausgegeben wird. Das Feedbacksignal kann ferner über die Benutzerschnittstelle beispielsweise individuell ausgestaltet und angepasst werden, um es an eventuelle Vorlieben oder Bedürfnisse des Benutzers anzupassen. Das Ausgeben des Feedbacksignals durch die Signalausgabeschnittstelle kann dem Benutzer eine bewusste Wahrnehmung eines ansonsten eventuell nur schwer oder nicht wahrnehmbaren Biosignals erlauben. Auf diese Weise kann eine bewusste Rückkopplung angestrebt werden, beispielsweise um eine willentliche Beeinflussung beziehungsweise Kontrolle des Biosignals durch den Benutzer zu ermöglichen. Das Bestimmen, ob das erfasste wenigstens eine Biosignal dem Zielwert ähnlicher wird, kann beispielsweise mit Hilfe der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung erfolgen, wobei ein Abstand des erfassten wenigstens einen Biosignals von dem Zielwert bestimmt werden kann. Dies kann beispielsweise über, gegebenenfalls gewichtete, Normen erfolgen, wie sie in der Mathematik allgemein zur Bestimmung von Abständen herangezogen werden können. Das Anpassen des Feedbacksignals kann beispielsweise gering ausfallen, wenn der Abstand klein ist. Eine vergleichsweise stärkere Anpassung des Feedbacksignals kann erfolgen, wenn der Abstand größer ist, wobei die Anpassung bis zu einem besonders stark ausgeprägten Feedbacksignal hin erfolgen kann, welches dann auch letztlich bei einem weiter anwachsenden Abstand des Biosignals von dem Zielwert über einen vorbestimmten Grenzwert hinaus nicht mehr weiter angepasst wird. Vielmehr ist denkbar, dass das Verfahren bei einem Abstand, der größer als der vorbestimmte Grenzwert ist, gegebenenfalls beendet wird. Im Zusammenhang mit dem Erfassen des wenigstens einen Biosignals kann auch vorgesehen sein, dass durch die Benutzerschnittstelle das Erfassen eines Gemütszustands des Benutzers erfolgt. Die Erfassung des Gemütszustands des Benutzers kann beispielsweise manuell erfolgen, indem der Benutzer an der Benutzerschnittstelle seinen gefühlten Gemütszustand, beispielsweise entspannt, nervös, wütend oder dergleichen, aus einer vorgegebenen Liste von möglichen Gemütszuständen auswählt. Das Erfassen des wenigstens einen Biosignals kann dann mit dem erfassten Gemütszustand korreliert werden. Denkbar ist beispielsweise in diesem Zusammenhang, dass das erfasste wenigstens eine Biosignal als Zielwert angenommen wird, wenn der erfasste Gemütszustand als ein mit Hilfe des Biofeedbacksystem angestrebter Gemütszustand angenommen wird. Das Biofeedbacksystem kann einen Grenzwertfilter umfassen, dass eine Ausgabe von Signalen, insbesondere des Feedbacksignals erst bei überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes erfolgt. Dies kann beispielsweise genutzt werden um ein „automatisches“ Starten der Ausgabe des Feedbacksignals zu bewirken. Ein „automatisches“ Steuern kann beispielsweise mit Hilfe von bestimmten vorgegebenen Triggern erfolgen, die beispielsweise die Atemfrequenz, die Atemamplitude, den Adrenalin-, Testosteron- Melatonin-, Cortisol- und/oder Corticosteronspiegel, die Schweißzusammensetzung und -bildung, den Hautleitwert/-widerstand, die Herzfrequenz, die Herzratenvariabilität, die Haut- und/oder Körperkerntemperatur, den Blutsauerstoffgehalt und/oder den Blutdruck betreffen.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das Bestimmen der Ähnlichkeit das Bestimmen eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Biosignals umfasst, um einen zeitlichen Verlauf der Ähnlichkeit zu bestimmen, und wobei das Anpassen des individuellen Feedbacksignals auf dem zeitlichen Verlauf der Ähnlichkeit basiert. Durch das Berücksichtigen des zeitlichen Verlaufs der Ähnlichkeit kann beispielsweise eine Fehl- beziehungsweise Überanpassung des Feedbacksignals verhindert werden. Der zeitliche Verlauf der Ähnlichkeit kann beispielweise in dem Speicher der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung des Biofeedbacksystems hinterlegt sein. Eine geringe zeitliche Änderung kann, insbesondere wenn sie mit einem geringen Abstand des Zielwertes von dem erfassten mindestens einen Biosignal zusammenfällt, darauf hinweisen, dass keine oder nur eine geringe Anpassung des Feedbacksignals erforderlich ist. Der zeitliche Verlauf der Ähnlichkeit kann beispielsweise im Rahmen eines Algorithmus für maschinelles Lernen oder eine künstliche Intelligenz herangezogen werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, um die gewünschte Anpassung des Feedbacksignals vorzunehmen.
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Es kann vorgesehen sein, dass eine Häufigkeit des Anpassens des individuellen Feedbacksignals von der Ähnlichkeit abhängt. Dies kann insbesondere von Vorteil sein, wenn innerhalb eines kurzen Zeitintervalls auch eine große Änderung des erfassten wenigstens einen Biosignals erkannt wird, da dann eine Anpassung des Feedbacksignals zweckmäßig erscheinen kann, um die Änderung des erfassten wenigstens einen Biosignals zumindest zu verlangsamen, wenn die Ähnlichkeit zu dem angestrebten Zielwert wächst. Auch hier kann ein Algorithmus für maschinelles Lernen oder eine künstliche Intelligenz herangezogen werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, um die gewünschte Anpassung des Feedbacksignals vorzunehmen.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass das Bestimmen des Zielwertes des wenigstens einen Biosignals nach dem Erfassen eines Gemütszustands des Benutzers automatisch oder manuell erfolgt. Diese Vorgehensweise erlaubt einen zuverlässigen Aufbau einer Korrelation zwischen dem erfassten wenigstens einen Biosignal und einem manuell erfassten Gemütszustand des Benutzers. Denkbar ist beispielsweise, dass bei einer späteren Benutzung des Biofeedbacksystems durch den Benutzer, ein gewünschter, zu erreichender Gemütszustand von dem Benutzer manuell eingegeben wird und ein zuvor mit diesem Gemütszustand korreliertes Biosignal als Zielwert festgelegt wird, wobei der Zielwert eventuell nochmals durch das Biofeedbacksystem korrigiert wird, beispielsweise um einen Lerneffekt zu erzielen.
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Nützlicherweise kann vorgesehen sein, dass das Ausgeben des individuellen Feedbacksignals manuell und/oder basierend auf dem empfangenen mindestens einen Biosignal gestartet wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ausgabe des Biofeedbacksignals automatisch startet, wenn das erfasste Biosignal dem Zielwert für das Biosignal so unähnlich wird, dass ein Schwellenwert überschritten wird. Das Erkennen einer solchen Überschreitung kann beispielsweise mit Hilfe eines Algorithmus für maschinelles Lernen oder einer künstlichen Intelligenz festgestellt werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird und der/die den vorstehend bereits genannten Abstand als Maß für die Ähnlichkeit heranzieht.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Ausgeben des individuellen Feedbacksignals manuell und/oder basierend auf dem empfangenen mindestens einen Biosignal und/oder zeitgesteuert beendet wird. Auf diese Weise kann beispielsweise eine adäquate Länge für die Benutzung des Biofeedbacksystems erreicht werden, insbesondere im Hinblick auf eventuell gewünschte Lerneffekte.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Anpassen des individuellen Feedbacksignals zeitlich zurückliegende Anpassungen berücksichtigt. Diese Vorgehensweise steigert die Effizienz des Biofeedbacksystems, da auf diese Weise beispielsweise besonders erfolgreiche Anpassungen öfter/stärker berücksichtigt werden können und wenig erfolgreiche Anpassungen seltener/geringer berücksichtigt werden können. Die Anpassungen können beispielsweise wieder von einem Algorithmus für maschinelles Lernen oder einer künstlichen Intelligenz ausgeführt werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass bei dem Anpassen zusätzlich zu dem wenigstens einen Biosignal weitere dem Biofeedbacksystem zugeführte Werte berücksichtigt werden. Die weiteren dem Biofeedbacksystem zugeführten Werte können insbesondere Werte sein, die keine Biosignale sind. Möglich sind beispielsweise Positions- und Standortdaten, eine Datumsangabe und die Uhrzeit. Diese Werte können beispielsweis bereits bei dem Festlegen des von dem Biofeedbacksystem herangezogenen Zielwertes berücksichtigt sein. Schnelle Veränderungen der Positions- und Standortdaten können auf eine sportliche Aktivität hindeuten, und der Zielwert des Biosignals, und damit indirekt auch die erforderliche Anpassung des Feedbacksignals, kann entsprechend modifiziert werden. Während einer sportlichen Aktivität kann es beispielsweise erforderlich sein, dass das Feedbacksignal mit einer höheren Intensität ausgegeben wird, um von dem Benutzer noch wahrgenommen zu werden. In den späten Abendstunden kann eine Benutzung des Biofeedbacksystems darauf hindeuten, dass es beispielsweise als Einschlafhilfe genutzt wird, so dass die Anpassung des Feedbacksignals darauf abzielen kann, eine möglichst geringe Intensität zu haben, um nicht störend zu wirken. Die Anpassungen können beispielsweise wieder von einem Algorithmus für maschinelles Lernen oder einer künstlichen Intelligenz ausgeführt werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass durch die Benutzerschnittstelle ein manuelles Eingreifen in das Biofeedbacksystem vorgenommen werden kann. Da die Anpassungen des Feedbacksystems in der Regel mit Hilfe eines Algorithmus für maschinelles Lernen oder einer künstlichen Intelligenz ausgeführt werden, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, kann es insbesondere dann vorteilhaft sein, das „Gedächtnis“ des Algorithmus oder der künstlichen Intelligenz zu beeinflussen oder zu löschen, um das Biofeedbacksystem in seinen ursprünglichen Grundzustand zurück zu versetzen, wenn der Benutzer gewechselt wird oder sich die Bedürfnisse und Vorlieben des Benutzers ändern. In diesem Zusammenhang kann es von Vorteil sein, wenn die für einen bestimmten Benutzer erlernten Muster des Algorithmus für maschinelles Lernen oder der künstlichen Intelligenz, vereinfacht ausgedrückt sein/ihr „Gedächtnis“, vor dem Zurücksetzen gespeichert werden kann, um bei Bedarf wieder geladen zu werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass durch die Benutzerschnittstelle vor dem Ausgeben des individuellen Benutzersignals der Benutzer aus einer Gruppe verschiedener Benutzer ausgewählt wird. Auf diese Weise können die für verschiedene Benutzer unterschiedlichen Muster, die beispielsweise ein Algorithmus für maschinelles Lernen oder eine künstliche Intelligenz, der/die von der Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, erlernt hat auf verschiedenen Biofeedbacksystemen genutzt werden und für verschiedene Benutzer können unterschiedliche an sie angepasste Muster zur Anwendung gelangen.
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Beschrieben wird ferner ein Biofeedbacksystem für einen Benutzer, umfassend eine Trägerstruktur, mindestens einen Sensor, zur Erfassung eines physikalisch messbaren Biosignals des Benutzers, eine Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung, eine Benutzerschnittstelle und eine Signalausgabevorrichtung, wobei das Biofeedbacksystem dazu eingerichtet ist, dass vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es zeigen:
- 1 in den jeweiligen Abbildungen A) bis E) verschiedene Tragepositionen für eine Gehäusestruktur;
- 2 eine schematische Darstellung eines Biofeedbacksystems;
- 3 verschiedene textile Trägerstrukturen;
- 4 eine beispielhafte textile Trägerstruktur;
- 5 verschiedene Abbildungen mit unterschiedlichen Tragepositionen für Trägerstrukturen;
- 6 eine weitere schematische Darstellung eines Biofeedbacksystems; und
- 7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.
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1 zeigt in den jeweiligen Abbildungen A) bis E) verschiedene Tragepositionen für eine Gehäusestruktur. Eine dargestellte Gehäusestruktur 10 kann wesentliche Bestandteile eines Biofeedbacksystems, welches im Folgenden näher erläutert wird, umfassen. Die Gehäusestruktur 10 kann, wie es in den Abbildungen A), B), C), D) und E) dargestellt ist, an verschiedenen Positionen an dem schemenhaft dargestellten Körper eines Benutzers angebracht beziehungsweise befestigt werden. Hierzu können beispielsweise Hilfsmittel vorgesehen sein, wie sie insbesondere in den ) und D) in Form eines Brutgurtes 30 beziehungsweise eines Gürtels 32 angedeutet sind. Der Brustgurt 30, beispielsweise als Teil eines BHs, und der Gürtel 32 können einfache, in technischer Hinsicht bezüglich des Biofeedbacksystems funktionslose Gegenstände sein. Die Gehäusestruktur 10 kann dann beispielsweise mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Clips an dem Brustgurt 30 beziehungsweise dem Gürtel 32 angeclipt sein. Die in der Abbildung A) dargestellte Trageposition der Gehäusestruktur 10 beziehungsweise die in Abbildung B) dargestellte Trageposition der Gehäusestruktur 10 kann jeweils beispielsweise mit Hilfe von an Kleidungsstücken vorgesehenen Innentaschen realisiert sein. Möglich ist auch ein direktes Aufkleben der Gehäusestruktur 10 mit Hilfe eines hautfreundlichen Klebstoffes. Ferner ist auch an den in den Abbildungen A) und B) beispielhaft dargestellten Tragepositionen die Verwendung eines Gurtes möglich, um die Gehäusestruktur 10 an der gewünschten Position des Körpers des Benutzers zu fixieren. Die in Abbildung E) dargestellte Trageposition für die Gehäusestruktur 10 kann beispielsweise mit Hilfe einer in Abbildung E) nicht dargestellten Brille beziehungsweise eines Helmes oder Kopfhörers realisiert sein. Grundsätzlich ist die angestrebte Trageposition der Gehäusestruktur 10 immer in Abhängigkeit von einem Biosignal zu wählen, welches beispielsweise mit Hilfe eines an beziehungsweise in der Gehäusestruktur 10 angeordneten Sensors erfasst werden soll. Die in den Abbildungen A) bis E) von 1 dargestellten Tragepositionen der Gehäusestruktur 10 sind dementsprechend lediglich beispielhaft und insbesondere nicht einschränkend aufzufassen.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Biofeedbacksystems. Das in 2 dargestellte Biofeedbacksystem 1 umfasst zunächst die bereits in 1 angedeutete Gehäusestruktur 10. Die Gehäusestruktur 10 nimmt einen Speicher 12 und einen Prozessor 14 auf. Ferner ist eine Schnittstelle 16 vorgesehen, welche beispielsweise über eine Datenleitung 34 eine Verbindung zu einer externen Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 bereitstellen kann. Die Datenleitung 34 kann insbesondere kabelgebunden oder drahtlos ausgestaltet sein. Die Datenleitung 34 kann beispielsweise mit Hilfe von Bluetooth, WLAN, RFID oder anderen verfügbaren Technologien realisiert sein, die beispielsweise auch andere elektromagnetische Frequenzen, beispielsweise optische, zur Datenübertragung nutzen können. Über die Datenleitung 34 können an der Schnittstelle 16 auch weitere externe Geräte und/oder Sensoren und/oder externe Benutzerschnittstellen 48 mit dem Biofeedbacksystem 1 gekoppelt werden.
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Die externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 kann beispielsweise lokal in der Nähe der Gehäusestruktur auf einem Smartphone in Form einer entsprechenden Applikation realisiert sein oder entfernt als eine webbasierte Anwendung in der Cloud realisiert werden. Das Vorsehen der externen Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 ist optional, da der Prozessor 14 und der Speicher 12 gemeinsam ebenfalls dazu eingerichtet sein können, die Funktion der externen Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 zu ersetzen beziehungsweise wahrzunehmen, um eine in die Gehäusestruktur 10 integrierte Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung auszubilden. Ferner kann der Prozessor 14 über in dem Speicher 12 abgelegte Anweisungen dazu eingerichtet sein, das Biofeedbacksystem 1 zu betreiben. In 2 wird darüber hinaus eine Benutzerschnittstelle 18 angedeutet, die intern ausgebildet ist. Die Benutzerschnittstelle 18 kann beispielsweise in Form von einfachen Tasten oder Erkennung von Bewegungen realisiert sein. Die Tasten können beispielsweise einfache Funktionen des Biofeedbacksystems 1 steuern, wie zum Beispiel das Ein- und das Ausschalten des Biofeedbacksystems 1, das Starten und das Beenden einer Signalausgabe und das Eingeben eines Gemütszustandes. Neben oder alternativ zu der Benutzerschnittstelle 18, die intern ausgebildet sein kann, kann, wie bereits erwähnt, die externe Benutzerschnittstelle 48 vorgesehen sein, die über sie Schnittstelle 16 und die Datenleitung 34 angeschlossen ist. Die externe Benutzerschnittstelle 48 kann dieselben Funktionen bereitstellen, die auch die Benutzerschnittstelle 18 bereitstellt. In 2 ist die externe Benutzerschnittstelle 48 innerhalb der externen Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 dargestellt. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich und lediglich beispielhaft zu verstehen. Die externe Benutzerschnittstelle 48 kann auch gegenüber der externen Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 extern ausgebildet sein. Die Gehäusestruktur 10 umfasst des Weiteren einen Sensor 22 und einen weiteren Sensor 24. Der Sensor 22 kann ein Biosignal des Benutzers empfangen, welches dann insbesondere in dem Speicher 12 gespeichert wird und bei Bedarf von dem Prozessor 14 verarbeitet werden kann. Das erfasste Biosignal kann über die Datenleitung 34 an die externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 übertragen werden oder von dem Prozessor 14 und dem Speicher 12 als lokale Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden. Grundsätzlich ist es möglich, das Speichern und Verarbeiten der Daten und die Steuerung des Biofeedbacksystems 1 über den Prozessor 14 und den Speicher 12 zu realisieren. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich das Speichern und das Verarbeiten der Daten und das Steuern des Biofeedbacksystems 1 über die externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung zu realisieren, wobei dann beispielsweise zusätzliche Funktionalitäten bereitgestellt sein können. Immer wenn in der vorliegenden Beschreibung die externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung 26 genannt wird (oder allgemein eine Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung), sollte der Leser daher beachten, dass hiermit sowohl extern ausgebildete als auch intern ausgebildete Vorrichtungen gemeint sind. Der weitere Sensor 24 kann dasselbe Biosignal empfangen, beispielsweise um den von dem Sensor 22 empfangenen Wert des Biosignals zu prüfen. Möglich ist auch, dass der weitere Sensor 24 ein von dem Sensor 22 erfasstes Biosignal verschiedenes Biosignal erfasst. Auch in diesem Fall kann nach dem Speichern des durch den weiteren Sensor 24 erfassten weiteren Biosignals eine Überprüfung des von dem Sensor 22 erfassten Biosignals erfolgen. So steht beispielsweise die Herzfrequenz üblicherweise in Korrelation mit der Atemfrequenz des Benutzers, so dass davon auszugehen ist, dass eine hohe Herzfrequenz, wie sie beispielsweise von einem Pulssensor erfasst wird, auch mit einer höheren Atemfrequenz korreliert, so dass auch auf diese Weise eine Kontrolle der erfassten Sensordaten erfolgen kann. Zur Ausgabe des Feedbacksignals ist eine Signalausgabeschnittstelle 20 vorgesehen. Die Signalausgabeschnittstelle kann dem Benutzer beispielsweise ein haptisches, ein optisches, ein olfaktorisches oder ein akustisches Signal ausgeben, das genutzt werden kann, um das Biosignal wahrzunehmen, das ansonsten für den Benutzer beispielsweise nicht oder nur sehr schwer wahrnehmbar sein kann.
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Das in 2 dargestellte Biofeedbacksystem 1 kann neben den schematisch dargestellten Komponenten weitere Komponenten umfassen, insbesondere eine Energiequelle, beispielsweise in Form eines Stromspeichers.
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3 zeigt verschiedene textile Trägerstrukturen. Die in den Abbildungen A), B) und C) angedeuteten textilen Trägerstrukturen können insbesondere die bereits aus den 1 und 2 vorbekannte Gehäusestruktur 10 als Teil eines Biofeedbacksystems ersetzen. So kann beispielsweise ein in Abbildung A) dargestelltes Oberhemd 36, das im Folgenden im Zusammenhang mit 4 näher beschrieben wird, die Komponenten des Biofeedbacksystems aufnehmen, welche zuvor in oder an der Gehäusestruktur 10 angeordnet waren. In gleicher Weise kann auch eine in der Abbildung B) angedeutete Armmanschette 38 und eine in der ) angedeutete Beinmanschette 40 genutzt werden, um die Komponenten der Gehäusestruktur 10 aufzunehmen. Ferner kann mit Hilfe der verschiedenen textilen Trägerstrukturen eine Anordnung der Sensoren des Biofeedbacksystems an unterschiedlichen Körperstellen in einfacher Weise realisiert werden.
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4 zeigt eine beispielhafte textile Trägerstruktur in Form des Oberhemdes 36 als Teil des Biofeedbacksystems 1. Anstelle des beispielhaft dargestellten Oberhemdes 36 könnten die Komponenten des Biofeedbacksystems 1 auch in die Armmanschette 38 oder die Beinmanschette 40p integriert werden. Das in 4 dargestellte Oberhemd 36 umfasst zunächst dieselben Komponenten wie die in 3 dargestellte Gehäusestruktur 10. Darüber hinaus ist im Bereich eines Ärmels des Oberhemdes 36 eine visuelle Schnittstelle 28 als Teil des Biofeedbacksystems 1 schematisch dargestellt. Über die visuelle Schnittstelle 28 können beispielsweise Statusinformationen des Biofeedbacksystems 1 angezeigt werden. Ferner kann die visuelle Schnittstelle 28 selbstverständlich auch zur Ausgabe von Signalen genutzt werden, welche im Rahmen der eigentlichen Funktion des Biofeedbacksystems (Annäherung des erfassten Biosignals an einen Zielwert) genutzt werden kann.
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5 zeigt verschiedene Tragepositionen für Trägerstrukturen. In den Abbildungen A), B), C), D) und E) der 5 werden insbesondere ein Brustgurt 30, ein Gürtel 32, ein Armband 42, ein Handgelenkbank 44 sowie ein Ring 46 schematisch dargestellt. Die in den Abbildungen A), B), C), D) und E) dargestellten verschiedenen Trägerstrukturen können jeweils wesentliche oder alle Komponenten des Biofeedbacksystems 1 aufnehmen und somit die aus der 2 vorbekannte Gehäusestruktur 10 ersetzen und/oder ergänzen. Dies wird im Folgenden im Zusammenhang mit 6 weiter verdeutlicht.
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6 zeigt beispielhaft ein Armband 42 als Trägerstruktur von wesentlichen Komponenten des Biofeedbacksystems 1. Die in 6 dargestellten Komponenten sind, in ähnlicher Weise wie im Zusammenhang mit 4 in das Armband 42 integriert. Die in 6 schematische Darstellung in Form des Armbandes 42 ist lediglich beispielhaft zu verstehen, insbesondere kann in gleicher Weise auch das Handgelenkband 44, der Ring 46, der Brustgurt 30 und der Gürtel 32 die Komponenten des Biofeedbacksystems 1 aufnehmen.
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7 zeigt ein Verfahren zum Betreiben des Biofeedbacksystems 1. Das Verfahren 100 beginnt in Schritt 110 mit dem Erfassen von wenigstens einem Biosignal. Das erfasste Biosignal stellt insbesondere eine physikalisch messbare Größe dar und kann beispielsweise eine Atemfrequenz, eine Atemamplitude, einen Cortisol-, Adrenalin-, Testosteron-Melatonin- oder Corticosteronspiegel, eine Herzfrequenz, eine Herzfrequenzvariabilität, einen Hautleitwert, eine Schweißzusammensetzung und -bildung, einen Blutdruck, eine Haut- und/oder eine Körpertemperatur, einen Sauerstoffgehalt des Blutes, eine Hautdurchblutung, einen Zwischen-Herzschlagintervall oder eine ähnliche messbare Größe des Benutzers sein. Hierauf aufbauend kann optional in dem folgenden Schritt 120 das Erfassen eines Gemütszustands des Benutzers erfolgen. Das Erfassen eines Gemütszustands des Benutzers kann beispielsweise manuell durch eine Eingabe des Benutzers an der Benutzerschnittstelle realisiert sein. Möglich ist auch, dass das Erfassen des Gemütszustands automatisch basierend auf dem erfassten wenigstens einen Biosignal des Benutzers erfolgt, wobei hierzu gegebenenfalls während früherer Benutzungen des Biofeedbacksystems gewonnene Erfahrungswerte herangezogen werden können, welche beispielsweise in einem Speicher des Biofeedbacksystems hinterlegt sein können. Alternativ kann in dem Speicher des Biofeedbacksystems auch eine vorgegebene Tabelle von Werten für das Biosignal gespeichert sein, die jeweils mit verschiedenen Gemütszuständen korreliert sind, so dass durch einen Vergleich des Wertes des erfassten Biosignals mit den in der vorgegebenen Tabelle gespeicherten Werten ein Gemütszustand bestimmt werden kann.
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In Schritt 130 kann das Bestimmen eines Zielwertes des wenigstens einen Biosignals erfolgen. Wenn das erfasste wenigstens eine Biosignal bereits mit einem Gemütszustand des Benutzers korreliert ist, kann das Bestimmen eines Zielwertes des wenigstens einen Biosignals auch als Bestimmen eines Zielwertes für einen Gemütszustand des Benutzers angesehen werden. Der Zielwert für das Biosignal kann beispielsweise, insbesondere anfänglich, durch die Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung vorbestimmt sein. Der Zielwert kann insbesondere auf Werten für das Biosignal aufbauen, die der Benutzer während früherer Benutzung des Biofeedbacksystems erreicht hat, beispielsweise eine möglichst niedrige Herzfrequenz während einer Entspannungsübung. Möglich ist auch, dass der Zielwert basierend auf dem erfassten Biosignal modifiziert wird. Beispielsweise kann gegenüber einem bestimmten erfassten Puls eine um 5 oder 10 % niedrigere Pulsfrequenz als Zielwert angestrebt werden. In gleicher Weise ist es auch möglich, eine langsamere Atemfrequenz als Zielwert gegenüber einem aktuell erfassten Atemfrequenzwert anzustreben. Derartige Zielwerte können beispielsweise angestrebt werden, um unter einer körperlichen Belastung langfristige Leistungssteigerungen zu erzielen.
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Optional kann in Schritt 140 das Erfassen eines Feedbacksignals vorgesehen sein. Das Feedbacksignal kann insbesondere anfänglich von dem Biofeedbacksystem vorgegeben sein und beispielsweise manuell über die Benutzerschnittstelle modifiziert werden, so dass das Biofeedbacksystem ein individuelles Feedbacksignal ausgibt. Dieses individuelle Feedbacksignal kann beispielsweise an die Vorlieben und Bedürfnisse des Benutzers angepasst sein. In Schritt 150 wird dann das Ausgeben des Feedbacksignals gestartet. Das Ausgeben kann manuell gestartet werden. Möglich ist auch ein automatisches Starten der Ausgabe des Feedbacksignals, beispielsweise basierend auf dem Wert des erfassten wenigstens einen Biosignals. So kann beispielsweise eine Herzfrequenz oberhalb eines durch das Biofeedbacksystem vorgegebenen Schwellenwertes liegen, und die Ausgabe des Feedbacksignals gestartet werden, um eine Reduzierung der Herzfrequenz anzustreben, beispielsweise um den Benutzer in einer Stresssituation eine Hilfestellung zu geben, um sich besser beruhigen oder sein Verhalten kontrollieren zu können. Im Folgenden kann in Schritt 160 bestimmt werden, ob das wenigstens eine Biosignal dem Zielwert ähnlicher wird. Dies kann beispielsweise insbesondere durch das fortlaufende Erfassen des wenigstens einen Biosignals gewährleistet werden, wobei beispielsweise anhand einer Auswertung eines zeitlichen Verlaufs des wenigstens einen Biosignals festgestellt werden kann, ob eine Ähnlichkeit zwischen dem erfassten wenigstens einen Biosignal und dem angestrebten Zielwert zunimmt. Sofern die Ähnlichkeit zunimmt, arbeitet das Biofeedbacksystem in der gewünschten Weise. Dennoch kann, beispielsweise in Schritt 170, ein Anpassen des Feedbacksignals basierend auf der Ähnlichkeit, die in Schritt 160 bestimmt wurde, erfolgen.
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Bei dem Anpassen des Feedbacksignals können auch bereits weiter zurück liegende Anpassungen berücksichtigt werden, insbesondere um eine Fehlanpassung, beispielsweise in Form einer Überanpassung, zu vermeiden. Die Ähnlichkeit des wenigstens einen Biosignals mit dem Zielwert kann beispielsweise in Form des Abstandes des erfassten wenigstens einen Biosignals zum Zielwert gemessen werden, wobei hier unterschiedliche je nach Bedarf angepasste aus der Mathematik vorbekannte Normen herangezogen werden können. Das Bestimmen der Ähnlichkeit sowie das Anpassen des Feedbacksignals können insbesondere mit Hilfe eines auf maschinellem Lernen basierenden Algorithmus oder künstlicher Intelligenz realisiert werden.
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Im Anschluss an das Anpassen des Feedbacksignals bei Schritt 170 kann das Verfahren 100 bei Schritt 150 mit dem weiteren Ausgeben des Feedbacksignals während des fortlaufenden Erfassens des wenigstens einen Biosignals fortgesetzt werden, um die weitere zeitliche Entwicklung des erfassten wenigstens einen Biosignals bis zum Beenden der Ausgabe des Feedbacksignals fortzusetzen.
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Das Beenden des Verfahrens 100 kann beispielsweise zeitgesteuert erfolgen. Denkbar ist auch, dass das Verfahren automatisch beendet wird, wenn eine vorgegebene Ähnlichkeit des erfassten Biosignals zu dem Zielwert erreicht wird. Insbesondere wenn das Biofeedbacksystem zur Entspannungstherapie genutzt wird, kann nach dem Beenden der Ausgabe des Feedbacksignals optional noch eine Abfrage erfolgen, um den Gemütszustand des Benutzers manuell zu erfassen. Dieser Wert kann beispielsweise gespeichert werden, um bei einer erneuten Benutzung des Biofeedbacksystems bei der Bestimmung des Zielwertes für das wenigstens eine Biosignal mit herangezogen zu werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Biofeedbacksystem
- 10
- Gehäusestruktur
- 12
- Speicher
- 14
- Prozessor
- 16
- Schnittstelle
- 18
- Benutzerschnittstelle
- 20
- Signalausgabeschnittstelle
- 22
- Sensor
- 24
- weiterer Sensor
- 26
- externe Datensammel- und Verarbeitungsvorrichtung
- 28
- visuelle Schnittstelle
- 30
- Brustgurt
- 32
- Gürtel
- 34
- Datenleitung
- 36
- Oberhemd
- 38
- Armmanschette
- 40
- Beinmanschette
- 42
- Armband
- 44
- Handgelenkband
- 46
- Ring
- 48
- externe Benutzerschnittstelle
- 100
- Verfahren
- 110
- Erfassen mindestens eines Biosignals
- 120
- Erfassen eines Gemütszustands
- 130
- Bestimmen eines Zielwertes
- 140
- Erfassen eines Feedbacksignals
- 150
- Ausgeben des Feedbacksignals
- 160
- Empfangen des wenigstens einen Biosignals und Bestimmen, ob das wenigstens eine Biosignal dem Zielwert ähnlicher wird
- 170
- Anpassen des Feedbacksignals basierend auf der Ähnlichkeit
