DE102022209446A1

DE102022209446A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung von Kardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen

Info

Publication number: DE102022209446A1
Application number: DE102022209446.8A
Authority: DE
Inventors: Florian Dolde; Frederik Schaal; Timo Weggler; Florian Krist; Riccardo Cipolletti; Simon David Binder; Eckhard Wehrse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2024-03-14
Also published as: WO2024052089A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignale einer oder mehrerer Personen vorgeschlagen, wobei von mindestens einer, in eine Auflage, beispielsweise eine Matratze, integrierten Sensorvorrichtung berührungslos Messsignale mindestens einer Person ermittelt werden, wobei die Messsignale an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung ist, und wobei die Messsignale Magnetkardiogrammsignale sind und wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufweist, welche als Sensor-Array in oder auf der Auflage angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch Auswertung der Sensorsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren des Sensor-Arrays Sensorgruppen (sogenannte Zellen) von insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren gebildet werden, wobei eine Sensorgruppe einer Signalquelle, also insbesondere dem Herzen einer Person, zugeordnet wird. Durch eine separate Betrachtung und Weiterverarbeitung der Signale einer jeweiligen Sensorgruppe lassen sich auf diese Weise verschiedene Signalquellen unterscheiden und damit auch verschiedene Personen, die gleichzeitig während der Messung auf der Auflage präsent sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen, wobei von einer in eine Auflage integrierten Sensorvorrichtung berührungslos Kardiogrammsignale einer oder mehrerer Personen, die auf derselben Auflage liegen, ermittelt werden.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Einrichtung für eine Auflage, insbesondere eine Matratze, umfassend eine Sensorvorrichtung.
Stand der Technik
Im Bereich der Patientenüberwachung, insbesondere der Überwachung einer Herzfunktion ist es bekannt, eine Person über längere Zeit mittels geeigneter Sensoren zu überwachen und deren Vitalfunktionen aufzuzeichnen, um eine Beeinträchtigung eines Gesundheitszustands der Person frühzeitig erkennen zu können und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen einleiten zu können.
Eine medizinische Notfallerkennung, zum Beispiel eines Herzinfarkts, ist derzeit nur über eine direkte Ableitung der Herzmuskelsignale möglich. Diese erfolgt in der Regel über Elektroden mit direktem Hautkontakt und ist daher für eine komfortable Integration in eine Auflage auf der ein Mensch über einen längeren Zeitraum bequem sitzen oder liegen kann, ungeeignet.
Aus der US 8,706,204 B2 ist ein System zur Beobachtung der Herzfrequenz eines Passagiers bekannt. Das System umfasst eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Herzfrequenzsensoren, die auf einem Sitzkissen oder einer Sitzrückenlehne angeordnet sind. Die Herzfrequenzsensoren sind als Elektrokardiogrammsensoren ausgebildet.
Aus der DE 102021209759.6 ist eine Sensorvorrichtung bekannt, die in einen Fahrzeugsitz integriert ist und Magnetfeldsensoren in einer Gradiometeranordnung umfasst, wodurch berührungslos Messsignale einer Person, die auf dem Fahrzeugsitz sitzt, ermittelt werden und aus den Messsignalen Kardiogrammsignale ermittelt werden. Aus den Kardiogrammsignalen können Vitalfunktionen der Person ermittelt werden, wobei ferner vorgesehen ist, dass die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung ist, und dass die Kardiogrammsignale Magnetkardiogrammsignale (MKG) sind.
Derartige MKG-Systeme sowie Puls-Überwachungssysteme basierend auf anderen Technologien sind darauf ausgelegt nur einzelne Person zu überwachen bzw. deren Herzsignal aufzuzeichnen. Gerade bei der Anordnung einer derartigen Sensorvorrichtung in einer Matratze kann es vorkommen, dass die Matratze gleichzeitig von mehreren Personen verwendet wird oder beispielsweise zusätzlich zu der Person noch ein Haustier auf der Matratze ist.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Kardiogrammsignalen einer Person mittels einer in eine Auflage, beispielsweise eine Matratze, integrierten Sensorvorrichtung bereitzustellen, welches präzise Messungen ermöglicht, auch wenn mehrere Personen auf der Auflage anwesend sind.
Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen vorgeschlagen, wobei von mindestens einer in eine Auflage, beispielsweise eine Matratze, integrierten Sensorvorrichtung berührungslos Messsignale mindestens einer Person ermittelt werden, wobei die Messsignale an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung ist, und wobei die Messsignale Magnetkardiogrammsignale sind und wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufweist, welche als Sensor-Array in oder auf der Auflage angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass durch Auswertung der Sensorsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren des Sensor-Arrays Sensorgruppen (sogenannte Zellen) von, insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren gebildet werden, wobei eine Sensorgruppe einer Signalquelle, also insbesondere dem Herzen einer Person, zugeordnet wird. Durch eine separate Betrachtung und Weiterverarbeitung der Signale einer jeweiligen Sensorgruppe lassen sich auf diese Weise verschiedene Signalquellen unterscheiden und damit auch verschiedene Personen, die gleichzeitig während der Messung auf der Auflage präsent sind.
Einer bestimmten Sensorgruppen können beispielsweise diejenigen insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren zugeordnet werden, durch die ein Herzsignal maximal gemessen wird. Dies sind typischerweise diejenigen Magnetfeldsensoren, die den geringsten Abstand zum Herz der jeweiligen Person haben. So lassen sich die einzelnen Signalquellen (Herzen) lokalisieren und die individuellen Magnetkardiogrammsignale ableiten.
Die Erfindung ermöglicht somit durch Verwenden eines Sensor-Arrays, bei Anwesenheit von mehreren Personen deren unterschiedlichen Herzsignale so zu trennen, dass eine separate Überwachung der jeweiligen Herztätigkeit aller relevanten Personen gewährleistet werden kann.
Die Zuordnung der Magnetkardiogrammsignale zu verschiedenen Signalquellen, insbesondere verschiedenen Personen kann bevorzugt mittels einer Signalanalyse erfolgen, wobei beispielsweise der Abstand des erfassenden Magnetfeldsensors von der Sensorebene, und/oder charakteristische Muster wie Amplitude, Frequenz usw. der Magnetkardiogrammsignale berücksichtigt werden können. Hierbei können besonders vorteilhaft Methoden der künstlichen Intelligenz eingesetzt werden.
Bevorzugt erfolgt zuvor ein einmaliges Erfassen eines für eine bestimmte Person charakteristischen Musters des Magnetkardiogrammsignals während eines Kalibrationsbetriebs. Beispielsweise wird bei der Inbetriebnahme der Auflage die bestimmte Person allein einmalig für eine bestimmte Dauer zur Erfassung des Musters auf die Auflage gelegt und Magnetkardiogrammsignale erfasst. So kann ein charakteristisches Muster der Magnetkardiogrammsignals bestimmt und gespeichert werden das künftig einer Person zugeordnet werden kann. Durch eine derartige Mustererkennung können auch Störsignale (z.B. von Haustieren, die auf dem Bett liegen) differenziert werden.
Aus den Magnetkardiogrammsignalen kann die Auswerteeinheit Rückschlüsse auf den Fitness- und Gesundheitszustand der Personen ziehen, die sich auf der Auflage befinden. Insbesondere ermöglicht es die Auswertung der Magnetkardiogrammsignale, medizinisch relevante Notfälle am Herzen frühzeitig zu erkennen.
Bevorzugt wird mittels der Magnetfeldsensorvorrichtung eine Vektorinformation des Magnetkardiogrammsignals ermittelt, insbesondere eine oder mehrere Komponenten eines Magnetfeldvektors. Vorteilhaft ist es durch den Einsatz von Vektormagnetometrie möglich, die Richtung der Signalquellen zueinander und somit die präzise Lokalisierung (3D Abbildung) zu erfassen. Bei einer skalaren Messung (bei der die Richtung des gemessenen Magnetfelds unberücksichtigt bleibt) sind zwei Herzen im selben Abstand zu einem Magnetfeldsensor in unterschiedlicher Richtung nicht zu unterscheiden. Durch die Verwendung eines Sensor-Arrays, durch das die räumlichen Komponenten des Magnetfeldvektors bestimmbar sind, wird diese Unterscheidung möglich.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensorvorrichtung ein Gradiometer mit mindestens zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren ist, wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren ein Magnetfeld an den beabstandeten Positionen messen, und das Messsignal erzeugen, wobei das Magnetkardiogrammsignal weiter bevorzugt als Differenzsignal der Messsignale der mindestens zwei Magnetfeldsensoren ermittelt wird. Beispielsweise können bestimmte Magnetfeldsensoren am Rand (bevorzugt drei, einer pro Raumrichtung) als Referenz für alle Magnetfeldsensoren genutzt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass jedem Magnetfeldsensoren ein bestimmter anderer Magnetfeldsensor als Partner zur Ausbildung eines Gradiometers zugeordnet ist, so dass sich ein Sensor-Array aus einzelnen Gradiometern ergibt.
Indem eine Anzahl von Vektor-Magnetometereinheiten in einer geometrischen Anordnung und Gradiometerverschaltung verwendet wird, haben diese Magnetometereinheiten eine unterschiedliche Ausrichtung zum Magnetfeld des Herzes. Durch die Gradiometerverschaltung, d.h. im Wesentlichen Vektorarithmetik des Gemessenen, können die Position und die Stärke des Magnetfelderregers (Herz) bestimmt werden. Da das wesentlich stärkere Hintergrundfeld in beiden Magnetometereinheiten im Wesentlichen gleich ist (gleiche Stärke und Orientierung), kann es eliminiert werden. Damit entfällt die Notwendigkeit einer magnetischen Abschirmung, so dass die Magnetfeldmessung in Alltagsumgebungen möglich wird. Ein weiterer Vorteil gegenüber klassischen Gradiometeranordnungen mit eindimensionalen Magnetometern ist die so ermöglichte kompakte Bauform, da kein weit entferntes Referenzmagnetometer benötigt wird. Die Erfindung eignet sich entsprechend insbesondere zur nichtabgeschirmten Messung schwacher Magnetfelder. Technische Details zu Gradiometerlösungen, die auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung angewendet werden können, sind in der DE 102022201690.4 offenbart, und sollen hier einbezogen sein.
Die Magnetfelder, welche durch den Herzmuskel generiert werden, weisen üblicherweise eine Stärke im Bereich von 100 pT auf. Diese Magnetfeldstärken liegen deutlich unterhalb von typischen Magnetfeldstärken der Umgebung. So beträgt die Erdmagnetfeldstärke ca. 50 µT. Durch die Ausgestaltung der Magnetfeldsensorvorrichtung als ein Gradiometer mit zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren können diese Störfelder aus der Umgebung eliminiert werden. Hierfür wird das Magnetfeld gleichzeitig mit zwei oder mehr Magnetfeldsensoren gemessen. Die Störfelder aus der Umgebung, welche an den beiden Positionen der Magnetfeldsensoren die gleiche Feldstärke aufweisen, können durch die Differenzbildung der Messsignale der mindestens zwei Magnetfeldsensoren eliminiert werden. Im Differenzsignal bleibt nur das von dem Herzen erzeugte Magnetfeld in Form des Magnetkardiogrammsignals übrig, da das von dem Herzen erzeugte Magnetfeld einen hohen Gradienten zwischen den beiden Positionen der Magnetfeldsensoren aufweist.
Das Differenzsignal kann dabei direkt von der Magnetfeldsensorvorrichtung erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, dass das Differenzsignal in der Auswerteeinheit erzeugt wird, wobei in diesem Fall die Messsignale der Magnetfeldsensoren an die Auswerteeinheit übermittelt werden.
Durch einen derartigen Gradiometeraufbau kann insbesondere auf eine aufwändige magnetische Abschirmung während der Durchführung des Verfahrens verzichtet werden.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren Stickstoff-Fehlstellensensoren sind, wobei jeder Stickstoff-Fehlstellensensor bevorzugt einen Diamanten, optische Filter und Fotodetektoren, und weiter bevorzugt einen Mikrowellenresonator und/oder eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, umfasst.
Der Mikrowellenresonator und/oder die Lichtquelle können jedoch auch beanstandet von der Magnetfeldsensorvorrichtung oder von den Magnetfeldsensoren angeordnet sein.
Grundsätzlich ist es möglich, dass zur Messung der Magnetfelder für die Ermittlung der Magnetkardiogrammsignale TMR, GMR oder Hall-Sensoren, SQUID-Sensoren oder Dampfzellen-Magnetometer verwendet werden. Derartige Sensoren haben aber in der Regel keine ausreichend hohe Empfindlichkeit. Hochempfindliche, supraleitende SQUID-Sensoren haben zwar die ausreichende Genauigkeit, benötigen jedoch eine aktive Kühlung mit flüssigem Stickstoff oder Helium und sind daher für den Einsatz in einer Auflage für Personen weniger geeignet. Dampfzellen-Magnetometer weisen zwar die benötigte Empfindlichkeit auf, haben jedoch nur einen begrenzten Dynamikbereich.
Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Magnetfeldsensoren Stickstoff-Fehlstellensensoren sind. Stickstoff-Fehlstellensensoren beruhen auf der Messung eines Fluoreszenzspektrums von Stickstoffzentren in einem Diamanten. Das Spektrum eines Diamanten mit Stickstoff-Fehlstellen zeigt bei optischer Anregung eine Fluoreszenz im roten Wellenlängenbereich. Strahlt man neben der optischen Anregung Mikrowellenstrahlung ein, kommt es bei 2,88 GHz zu einem Einbruch der Fluoreszenz, da die Elektronen in diesem Fall vom m_s= 0 Niveau des 3A-Zustandes auf das m_s= +/-1 Niveau des 3E-Zustands gehoben werden und von dort nichtstrahlend oder unter Aussendung von IR-Licht, rekombinieren. Bei einem externen Magnetfeld kommt es zur Aufspaltung der m_s-Niveaus, das sogenannte Zeeman-Splitting, und es zeigen sich bei Auftragung der Fluoreszenz über die Frequenz der Mikrowellenanregung zwei Dips im Fluoreszenzspektrum, deren Frequenzabstand proportional zur magnetischen Feldstärke ist. Die Magnetfeldsensitivität wird dabei durch die minimal auflösbare Frequenzverschiebung definiert und kann bis 1 pT erreichen. Da das Stickstoff-Fehlstellenzentrum im einkristallinen Diamanten vier Möglichkeiten besitzt, sich im Kristallgitter anzuordnen, kommt es bei Anwesenheit eines gerichteten Magnetfeldes dazu, dass die im Kristall vorhandenen Stickstoff-Fehlstellenzentren je nach Lage im Kristall unterschiedlich stark auf das äußere Magnetfeld reagieren. Dadurch können im Maximalfall vier einander zugehörige Paare von Fluoreszenzminima im Spektrum auftauchen, aus deren Form und Lage zueinander Betrag und Richtung des Magnetfeldes eindeutig bestimmbar sind.
Der Aufbau und die Funktionsweise eines Stickstoff-Fehlstellensensors sind dem Fachmann darüber hinaus bekannt.
Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Magnetkardiogrammsignale einer Sensorgruppe von der Auswerteeinheit mit einem Hochpass und/oder Tiefpass gefiltert werden, und/oder dass die Auswerteeinheit eine Bias-Drift der Magnetfeldsensoren, insbesondere durch eine Mittelung der Magnetkardiogrammsignale über einen Zeitraum, welcher größer als die Herzrate ist, ermittelt.
Durch die Filterung mittels eines Tiefpasses werden Rauschanteile mit Frequenzen deutlich oberhalb der Herzfrequenz eliminiert. Die Bias-Drift kann ferner von dem hochpass- und/oder tiefpassgefilterten Signal abgezogen werden, sodass ein sauberes Magnetkardiogrammsignal vorliegt.
Ferner bevorzugt ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit aus den Magnetkardiogrammsignalen Vitalparameter, bevorzugt eine Herzrate, und/oder eine Herzratenvariabilität, und/oder eine Dauer und/oder Amplitude von EKG-äquivalenten Signalveränderungen, bevorzugt P-Welle, QRS-Komplex, T-Welle und entsprechender Kombinationen, ermittelt.
Bevorzugt kann die Auswerteeinheit mittels der der Magnetkardiogrammsignale einer bestimmten Sensorgruppe eine Vitalfunktion und/oder die Beurteilung einer Vitalfunktion einer Person ermitteln. So kann eine Überwachung der Vitalfunktion der Person sichergestellt werden, insbesondere, wenn sich die Person über einen längeren Zeitraum auf der Auflage befindet, etwa über Nacht.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass auf Basis einer Beurteilung der Vitalparameter weitere Maßnahmen getroffen werden, wobei die weiteren Maßnahmen z.B. das Absetzen eines Notrufs und/oder die Übermittlung der Vitalfunktionen an medizinisches Personal umfassen.
Die Beurteilung kann mit einem Konfidenzwert versehen werden, der die statistische Sicherheit des Klassifikationsergebnisses bzw. der Beurteilung widerspiegelt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die zur Bestimmung von Kardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist. Die Einrichtung umfasst eine Auflage für Personen, mindestens eine in die Auflage integrierte Sensorvorrichtung, die ausgebildet ist, berührungslos Messsignale mindestens einer Person zu ermitteln, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung ist, und die Kardiogrammsignale Magnetkardiogrammsignale sind. Die Magnetfeldsensorvorrichtung weist eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren auf, welche als Sensor-Array in oder auf der Auflage angeordnet sind. Weiter umfasst die Einrichtung eine Auswerteeinheit, welche dazu ausgebildet ist, aus den Messsignalen erhaltenen der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren des Sensor Sensorgruppen von insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren zu bestimmen, wobei eine Sensorgruppe einer Signalquelle, insbesondere dem Herzen einer Person, zugeordnet ist.
Die Auflage für Personen ist beispielsweise als eine Matratze ausgeführt, Alternativ kann die Auflage als ein Topper, also ein Aufleger oder ein Lower, also ein Unterleger für eine handelsübliche Matratze ausgeführt sein. Alternativ kann die Auflage als eine Decke oder ein Kissen ausgeführt sein oder als ein Kleidungsstück.
In einer möglichen Ausführung der Erfindung können mehrere Auflagen mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung vorhanden sein, beispielsweise zwei Matratzen in einem Bett. Um zuverlässig sicherzustellen, dass im Fall, dass mehrere Personen in dem Bett liegen, Kardiogrammsignale der richtigen Person zugeordnet werden, können die Sensorarrays jeder einzelnen Auflage zusammengeschaltet werden, sodass die Auswerteeinheit bei der Bildung der Sensorgruppen alle verfügbaren Magnetfeldsensoren berücksichtigt und somit die Lokalisierung und Signaltrennung über die gesamte Auflagefläche gewährleistet werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Eirichtung eine oder mehrere zusätzliche Sensoreinheiten auf, die beispielsweise als Temperatursensoren und/oder Drucksensoren und/oder Mikrofone ausgebildet sind. Diese zusätzlichen Sensoreinheiten können durch die von ihnen erzeugten Messsignale zusätzliche Informationen bereitstellen, wo auf der Auflage sich eine Person befindet. Werden als Magnetfeldsensoren Stickstoff-Fehlstellensensoren verwendet, kann alternativ oder zusätzlich die intrinsische Temperatursensitivität derartiger Magnetfeldsensoren genutzt werden, um anhand der Tempertaturverteilung auf der Fläche, die das mittels der Magnetfeldsensoren gebildete Sensor-Array aufspannt, zu bestimmen, wo und wie viele Personen sich auf der Fläche befinden. Durch ein oder mehrere zusätzlich vorgesehene Mikrofone können außerdem Atemgeräusche aufgezeichnet werden und diese Information bei der Auswertung berücksichtigt werden und die Zuordnung und Lokalisierung der Signalquellen verbessert werden.
Kurzbeschreibung der Figuren
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben.

1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt beispielhaft ein Bett mit einer nach einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestalteten Matratze.
3 zeigt Beispiele für Anordnungen von Magnetfeldsensoren als Sensor-Array für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren oder einer erfindungsgemäßen Einrichtung.

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente gegebenenfalls verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 stellt den Ablauf eines Verfahrens 100 zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen dar. Im ersten Schritt 110 werden von einer in einer Auflage, insbesondere in einer Matratze, integrierten Sensorvorrichtung berührungslos Messsignale mindestens einer Person ermittelt, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung ist, die eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufweist, welche als Sensor-Array in oder an der Auflage angeordnet sind und wobei die Messsignale Magnetkardiogrammsignale sind. In Schritt 120 werden die Messignale an eine Auswerteeinheit übermittelt. In Schritt 130 werden durch Auswertung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren des Sensor-Arrays durch die Auswerteeinheit Sensorgruppen von räumlich benachbarten Magnetfeldsensoren bestimmt. In Schritt 140 werden sie zuvor bestimmten Sensorgruppen jeweils einer Signalquelle, insbesondere dem Herzen einer Person, zugeordnet. In Schritt 150 erfolgt nun eine separate Auswertung der personenspezifischen Magnetkardiogrammsignale jeder Sensorgruppe. In Schritt 160 werden die personenspezifischen Magnetkardiogrammsignale einer Mustererkennung unterzogen und somit bestimmten Personen zugeordnet. 2 zeigt zwei Beispiele für die Anordnung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung in einer Matratze.
In 2a) ist ein Bett 10 dargestellt. Das Bett weist als Auflage für Personen eine Matratze 12 auf. Integriert in die Matratze 12 sind zwei Magnetfeldsensorvorrichtungen 3 integriert, die jeweils eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren aufweist. Zwei Magnetfeldsensorvorrichtungen 3 sind in diesem Beispiel entlang der Längsachse der Matratze derart angeordnet, dass eine Person 1, die auf der Matratze schläft, mit dem Herzen im Bereich zumindest einer der Magnetfeldsensorvorrichtungen 3 zu liegen kommt. Weiterhin sind die Magnetfeldsensorvorrichtungen 3 nahe der Oberfläche oder auf der Oberfläche der Matratze 12 angeordnet, um einen möglichst kleinen Abstand zum Herz der Person 1 zu gewährleisten.
Die Anordnung gemäß 2b) entspricht im Wesentlichen der Anordnung aus Fig, 2 a) mit dem Unterschied, dass eine zusätzliche Magnetfeldsensorvorrichtung 3' an einer tieferen Stelle der Matratze (etwa der Unterseite der Matratze 12 angeordnet ist. Diese Anordnung bietet den zusätzlichen Vorteil Störfelder besser detektieren und bei der Messung der Magnetkardiogrammsignale zu berücksichtigen.
In 3 sind beispielshaft mögliche Anordnungen der einzelnen Magnetfeldsensoren 4 einer Magnetfeldsensorvorrichtung 3 dargestellt. 3 a) zeigt ein lineares Sensor-Array von insgesamt zehn Magnetfeldsensoren 4, die in Reihe angeordnet sind, beispielsweise in quer zur Längsachse der Matratze 12 der 2. In dem gezeigten Beispiel befinden sich zwei Personen und ein Haustier auf der Matratze, in der die Magnetfeldsensorvorrichtung 3 angeordnet ist. Das Herz 6a der ersten Person befindet sich ungefähr zwischen den Magnetfeldsensoren 4a und 4b, das Herz 6b der zweiten Person befindet sich ungefähr auf der Position des Magnetfeldsensors 4d, das Herz 6c des Haustiers befindet sich ungefähr zwischen den Magnetfeldsensoren 4f und 4g. Durch Auswertung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren 4 des Sensor-Arrays durch eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) können nun drei Sensorgruppen 5a, 5b und 5c bestimmt werden. Dazu werden jeweils diejenigen zueinander benachbart angeordneten Magnetfeldsensoren 4 zu einer Sensorgruppe zusammengefasst, die ein Messsignal oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liefern. Im vorliegenden Beispiels gemäß 3 a) werden die Magnetfeldsensoren 4a und 4b als zu einer ersten Sensorgruppe 5a gehörig bestimmt, wobei die Sensorgruppe 5a dem Herzen 6a der ersten Person als Signalquelle, zugeordnet wird. Die Magnetfeldsensoren 4c, 4d und 4e werden als zu einer zweiten Sensorgruppe 5b gehörig bestimmt, wobei die Sensorgruppe 5b dem Herzen 6b der zweiten Person als Signalquelle, zugeordnet wird. Die Magnetfeldsensoren 4f, und 4g werden als zu einer dritten Sensorgruppe 5c gehörig bestimmt, wobei die Sensorgruppe 5c dem Herzen 6c des Haustiers als Signalquelle, zugeordnet wird. Die Unterscheidung, ob die Signalquelle das Herz einer Person oder eines Haustiers ist, kann beispielsweise mittels Mustererkennung aus den Magnetkardiogrammsignalen der jeweiligen Sensorgruppe 5a, 5b, 5c abgeleitet werden. Beispielsweise weist ein Hund typischerweise eine wesentlich schnellere Herzfrequenz auf als ein Mensch.
3 b) zeigt eine Magnetfeldsensorvorrichtung 3 umfassend ein zweidimensionales Sensor-Array mit fünf Reihen von jeweils zehn Magnetfeldsensoren 4, die abwechselnd versetzt zueinander angeordnet sind, beispielsweise entlang der Auflagefläche der Matratze 12 der 2. Eine derartige zweidimensionale Anordnung bietet eine verbesserte Genauigkeit der Lokalisierung einer Signalquelle. In dem gezeigten Beispiel befinden sich wieder zwei Personen und ein Haustier auf der Matratze, in der die Magnetfeldsensorvorrichtung 3 angeordnet ist. Durch Auswertung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren 4 des Sensor-Arrays durch eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) können wiederrum drei Sensorgruppen 5d, 5e und 5f bestimmt werden. Dazu werden jeweils diejenigen zueinander benachbart angeordneten Magnetfeldsensoren 4 zu einer Sensorgruppe zusammengefasst, die ein Messsignal oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts liefern. Im vorliegenden Beispiels gemäß 3 b) werden wird so eine erste Sensorgruppe 5d bestimmt, die dem Herzen 6d der ersten Person als Signalquelle, zugeordnet wird. Eine zweiten Sensorgruppe 5e wird bestimmt, die dem Herzen 6e der zweiten Person als Signalquelle, zugeordnet wird. Eine dritte Sensorgruppe 5f wird bestimmt, die dem Herzen 6f des Haustiers als Signalquelle, zugeordnet wird.
Bei einem Linearen Sensor-Array wie in 3a) tragen zwei bis drei Magnetfeldsensoren 4 zu einer Sensorgruppe bei. In einem zweidimensionalen Sensor-Array sind es bei der in 3 b) gezeigten Dreiecksanordnung zwischen drei und fünf Magnetfeldsensoren 4 , die in einer Sensorgruppe einen Beitrag haben. Einer Sensorgruppe sind bei anderen Anordnungen immer die zur Signalquelle, also insbesondere zum Herzen anliegenden Magnetfeldsensoren zu berücksichtigen, welche ein noch signifikantes Messsignal liefern, insbesondere ein Messsignal, das über dem Messrauschen liegt, sowie stärker ist, als das Messsignal einer weiter entfernteren Signalquelle.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8706204 B2 [0005]
DE 102021209759 [0006]
DE 102022201690 [0017]

Claims

Verfahren (100) zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen (1), wobei von mindestens einer in einer Auflage, insbesondere in einer Matratze (12), integrierten Sensorvorrichtung berührungslos Messsignale mindestens einer Person ermittelt werden, wobei die Messsignale an eine Auswerteeinheit übermittelt werden, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung (3) ist, wobei die Messsignale Magnetkardiogrammsignale sind und wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung (3) eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (4) aufweist, welche als Sensor-Array in oder an der Auflage angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren (4) des Sensor-Arrays durch die Auswerteeinheit Sensorgruppen (5) von insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren (4) bestimmt werden, wobei eine Sensorgruppe (5) einer Signalquelle, insbesondere dem Herzen (6) einer Person (1), zugeordnet wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensorvorrichtung (14) ein Gradiometer mit mindestens zwei an zueinander beabstandeten Positionen angeordneten Magnetfeldsensoren (4) ist, wobei die mindestens zwei Magnetfeldsensoren (4) ein Magnetfeld an den beabstandeten Positionen messen und die Messsignale erzeugen, wobei ein Magnetkardiogrammsignal bevorzugt als Differenzsignal der Messsignale der mindestens zwei Magnetfeldsensoren (4) ermittelt wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensor-Array mehrere Magnetfeldsensoren (4) aufweist, die linear angeordnet sind oder in Form eines Gatters oder kreisförmig angeordnet sind.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Magnetfeldsensorvorrichtung (3) eine Vektorinformation des Magnetkardiogrammsignals ermittelt wird, insbesondere eine oder mehrere Komponenten eines Magnetfeldvektors.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensoren (4) Stickstoff-Fehlstellensensoren sind, wobei jeder Stickstoff-Fehlstellensensor bevorzugt einen Diamanten, optische Filter und Fotodetektoren, und weiter bevorzugt einen Mikrowellenresonator und/oder eine Lichtquelle, insbesondere einen Laser, umfasst.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren (4) von der Auswerteeinheit mit einem Hochpass und/oder Tiefpass gefiltert werden, und/oder dass die Auswerteeinheit eine Bias-Drift der Magnetfeldsensoren, insbesondere durch eine Mittelung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren (4) über einen Zeitraum, welcher größer als die Herzrate ist, ermittelt.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (19) aus den Magnetkardiogrammsignalen einer bestimmten Sensorgruppe (5) Vitalparameter, bevorzugt eine Herzrate, und/oder eine Herzratenvariabilität, und/oder eine Dauer und/oder Amplitude von EKG-äquivalenten Signalveränderungen, bevorzugt P-Welle, QRS-Komplex, T-Welle und entsprechender Kombinationen, ermittelt, die insbesondere basierend auf der Signalquelle, einer bestimmten Person (1) zugeordnet werden.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetkardiogrammsignale einer Sensorgruppe (5) und/oder daraus abgeleitete Vitalparameter mit einer Profildatenbank verglichen werden um eine bestimmte Person (1) als Signalquelle zu identifizieren, wobei die Profildatenbank zuvor durch mindestens eine Kalibrationsmessung erstellt bzw. aktualisiert wurde.
Verfahren (100) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung einer Sensorgruppe (5) zu einer bestimmten Signalquelle, insbesondere dem Herzen (6) einer bestimmten Person, mittels einer Mustererkennung der Magnetkardiogrammsignale erfolgt, die insbesondere auf künstlicher Intelligenz und/oder Machine Learning beruht.
Einrichtung, eingerichtet zur Bestimmung von Magnetkardiogrammsignalen einer oder mehrerer Personen, nach einem Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend mindestens eine, in eine Auflage integrierte Sensorvorrichtung, die ausgebildet ist, berührungslos Messsignale mindestens einer Person (1) zu ermitteln, wobei die Sensorvorrichtung eine Magnetfeldsensorvorrichtung (3) ist, und die Messsignale Magnetkardiogrammsignale sind, wobei die Magnetfeldsensorvorrichtung (3) eine Mehrzahl von Magnetfeldsensoren (4) aufweist, welche als Sensor-Array in oder auf der Auflage angeordnet sind, weiter umfassend eine Auswerteeinheit, welche dazu ausgebildet ist, durch Auswertung der Magnetkardiogrammsignale der einzelnen Magnetfeldsensoren (4) Sensorgruppen (5) von insbesondere räumlich benachbarten, Magnetfeldsensoren (4) zu bestimmen, wobei eine Sensorgruppe (5) einer Signalquelle, insbesondere dem Herzen (6) einer Person, zugeordnet ist.
Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldsensorvorrichtung (3) ein einer Matratze (12) angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mindestens eine zusätzliche Sensoreinheit aufweist, die insbesondere als Drucksensor und/oder Temperatursensor und/oder als Mikrofon ausgebildet ist.