DE19631589A1 - Einrichtung und Verfahren zur Meßwertaufnahme, Signalverarbeitung und Bewertung von Körpersensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Meßwertaufnahme, Signalverarbeitung und Bewertung von einem oder mehreren Körpersensoren nach dem Oberbegriff von Patent­ anspruch 1 bzw. Patentanspruch 7.

Im besonderen werden unter der vorgenannten Einrichtung Meß- und Warneinrichtungen zur Konzentrationskontrolle in sicher­ heitsrelevanten Bereichen verstanden. Mit solchen Einrichtungen soll ein Warn- und Wecksignal für das Bedien- und Wachpersonal in allgemeinen und in sicherheitsrelevanten Bereichen erzeugt werden, wenn ein Konzentrationsmangel und/oder eine Einschlaf­ neigung vorliegt. Diese sicherheitsrelevanten Bereiche sind beispielsweise im Kraftverkehr, bei der Maschinenführung und -bedienung, bei Bewachungsaufgaben und in Leitständen von Land-, Luft- und Wasserfahrzeugen sowie in Kraftwerken und derglei­ chen Anlagen zu finden.

Die Qualität von Leistungen und Arbeiten in sicherheitsrelevan­ ten Bereichen ist häufig und in einem sehr hohen Maße von menschlichen Faktoren abhängig. Dies bedeutet, daß eine oftmals geringfügig erscheinende menschliche Fehlentscheidung zu gro­ ßen Fehlern im Ergebnis bis hin zu Katastrophen führen kann. Eine der Hauptursachen für dieses sogenannte menschliche Ver­ sagen liegt in einer Unkonzentriertheit, die durch eine gleich­ förmige, ermüdende Tätigkeit hervorgerufen und verstärkt werden kann. Ebenso ist eine Überbelastung durch Schlafentzug oder zu geringem Schlaf bei Personen im Kraftverkehr anzutreffen. Es gibt viele unterschiedliche Faktoren, die bei Menschen zu einer verminderten Konzentration und zu einer verminderten Leistungs­ fähigkeit und -bereitschaft führen können, wie beispielsweise Schlafstörungen, Streßsituationen, Alkoholgenuß und andere.

In der Praxis sind bereits im Schienenverkehr die sogenannten "Totmann-Bremsen" bekannt, welche einen Zug automatisch stoppen können, wenn der Fahrzeugführer eine regelmäßig wiederkehrende Aktion nicht durchführt, indem er beispielsweise unterläßt, in festen Zeitabständen einen Hebel, ein Pedal oder dergleichen zu bedienen. Diese bekannte Art der Meßeinrichtung basiert auf ein regelmäßiges, aktives Eingreifen des betreffenden Zugpersonals. Diese Art der Sicherheit mit aktivem Eingreifen von Personen ist nur in begrenztem Umfang und in Bereichen, in denen konzen­ triertes Arbeiten verlangt wird, gar nicht einsetzbar.

Ausgehend von dem geschilderten Stand der Technik ist es Auf­ gabe der Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, durch welche alle notwendigen physiologischen Parameter des menschlichen Körpers aufgenommen werden, welche die Konzentrationsfähigkeit und Einschlafneigung charakterisie­ ren. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, aus der Meßwert- oder Signalaufnahme ein Maß für die Aktivität, Konzen­ tration und Schlafneigung zu bilden. Die erfindungsgemäße Einrichtung soll dabei vom Benutzer ohne speziellen Aufwand am Körper oder in Körpernähe in Form eines mobilen Meß- und Warn­ gerätes getragen werden können.

Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lösung nach den Patentansprüchen 1 und 7 sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.

Zur Aktivierung und für den Betrieb der Einrichtung werden Messungen an einer oder an mehreren unterschiedlichen Körper­ funktion bzw. -funktionen, wie Herzschlag, Atmungsfrequenz und Atmungsintensität, Lidschlagfrequenz und Lidschlagdauer, Ge­ hirnwellenaktivität, Sauerstoffgehalt im Blut, Blutdruck und andere, vorgenommen. Dabei wird eine Verknüpfung der physiolo­ gischen Meßdaten untereinander und eine Bewertung des zeitli­ chen Verlaufs der Meßwerte durch die Anwendung von Algorithmen, die auf medizinischen Regeln und Gesetzmäßigkeiten basieren, zu einer Bewertung der Konzentrationsfähigkeit und der Einschlaf­ neigung durchgeführt.

Das Gerät kann in Form einer Brille, einer Kopfbedeckung oder eines leicht am Körper der Person zu befestigenden Gerätes mobil eingesetzt werden. Der Einsatz eines stationären Gerätes durch Verwendung drahtgebundener Signalleitungen zu einer Leitstelle ist ebenfalls denkbar.

Die Auswertung der physiologischen Meßwerte soll dabei eine Früherkennung und eine Frühwarnung bei verminderter Konzen­ trationsfähigkeit und Einschlafneigung aufbereiten und dadurch eine Möglichkeit zur Korrektur für den Benutzer geben, bevor eine Fehlentscheidung oder ein Einschlafen eintritt.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in den Zeich­ nungen an einem Beispiel dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schaubild der Meßwertaufnahme durch verschiedene Sensoren;

Fig. 2 Ablaufdiagramm der Aufbereitung und Bewertung von Meßdaten; und

Fig. 3 Ausgabeeinrichtungen der bewerteten Ergebnisse.

Die Fig. 1 offenbart die grundsätzliche Struktur der Meßwert­ aufnahme an verschiedenen Körpersensoren. Solche Körpersensoren in der Meßwertaufnahme an einer Person 1 sind der Sensor 2 für die Messung der Gehirnwellentätigkeit, die Sensoren 3 für die Lidschlagfrequenz und Lidschlagdauer, der Sensor 4 für die Erfassung des Sauerstoffgehaltes im Blut, die Sensoren 5 für die Messung des Blutdruckes und der Herzfrequenz, die Sensoren 6 für die Messung der Atmungsfrequenz und der Atmungsintensi­ tät und die Sensoren 7 für beliebige weitere Körperfunktionen, soweit diese geeignet sind für die Frühwarnung. In den vor­ genannten Fällen können jeweils ein oder mehrere Sensoren je Körperfunktion eingesetzt werden. Die erfaßten Meßwerte werden einer Meßwertaufbereitungs-Einrichtung 8 zugeführt, um die Meßdaten in interne Strukturen, wie Typ 1, Typ 2, . . ., Typ n, umzuwandeln, die im weiteren Verlauf durch einen Prozeßrechner 10 gemäß Fig. 2 weiterverarbeitet werden.

In Fig. 2 ist der allgemeine Signalverarbeitungsablauf zur Ermittlung der Meßergebnisse dargestellt. Die im Meßdatensatz 9 eingehenden Meßwerte (Typ 1, Typ 2, . . ., Typ n) werden mit dem bisherigen zeitlichen Meßwerteverlauf aus einem Meßdatenspei­ cher 14 durch den Prozeßrechner 10 verknüpft. Dabei kommen Regeln und Algorithmen aus einer Wissensdatenbank 12 mit phy­ siologischen Verhaltensmustern für die Ergebnisberechnung zum tragen. Die ermittelten und im Prozeßrechner 10 analysierten Meßergebnisse werden dann einer oder mehreren Melde- oder Warneinrichtungen 13 zugeführt, in welcher die Warnung ausgege­ ben wird.

Die Fig. 3 zeigt eine Reihe von denkbaren und möglichen Warn­ einrichtungen für die Meldung der Meßergebnisse. In der Ergeb­ nisbewertung 15 werden verschiedene Ergebnisse, wie Konzen­ trationsfähigkeit, Einschlafneigung und andere, mit Schwell­ werten verknüpft und auf mögliche Signaleinrichtung geschaltet. Die Ergebniswerte 15 können für eine spätere Analyse auf einem internen Datenspeicher 16 gesichert werden.

Mit der Einrichtung werden direkt optische 17 und/oder akusti­ sche 18 Meldeeinrichtungen angesteuert. Alle Ergebnisse können ferner wahlweise über drahtgebundene bzw. leitungsgebundene 19 oder drahtlose 20 Medien zu einer weiter entfernten Warn- oder Speichereinrichtung übertragen werden, um so eine Fernüber­ wachung der Konzentrationsfähigkeit und Einschlafneigung der überwachten Person durchzuführen und im Gefahrenfalle recht­ zeitig eingreifen zu können.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Meßwertaufnahme, Signalverarbeitung und Bewertung von Körpersensoren von Personen für die Ermittlung verschiedener physiologischer Aktivitätsmerkmale, Konzentra­ tionszustände und Einschlafneigungen solcher Personen,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Meßwertaufbereitungs-Einrichtung (8) vorgesehen ist, die einerseits mit Sensoren (2, 3, 4, 5, 6, 7) für die Meßwertaufnah­ me von Körperfunktionen einer Person und andererseits mit einem Prozeßrechner (10) zur Weiterverarbeitung der aufgenommenen Daten verbunden ist,
daß der Prozeßrechner (10) die aufgenommenen Daten mit einem bisherigen zeitlichen Meßwerteverlauf aus einem Meßdatenspei­ cher (14) verknüpft und die unter Berücksichtigung von physio­ logischen Verhaltensmustern ermittelten Meßergebnisse an zu­ mindest eine Melde- oder Warneinrichtung (13, 17, 18, 19, 20) ausgibt, wobei der Prozeßrechner (10) mit einer Wissensdaten­ bank (12) verbunden ist, die eine Wissensbasis mit funktions­ spezifischem Regelwerk enthält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Prozeßrechner (10) verbundene Meßdatenspeicher (14) den zeitlichen Meßwerteverlauf durch chronologisches Ab­ speichern und Wiedereinlesen von aktuellen Meßdaten ermittelt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozeßrechner (10) mit einer Ergebnisbewertung (15) verbunden ist, welche mit den Warneinrichtungen (13, 17, 18, 19, 20) und einem Datenspeicher (16) in Verbindung steht, in dem die Langzeitspeicherung der Meßergebnisse und von Kenngrößen zur späteren Auswertung eingebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergebnisbewertung (15) über drahtlose und/oder lei­ tungsgebundene Medien (19, 20) zu entfernten Warn- oder Spei­ chereinrichtungen verbunden ist.

5. Einrichtung-nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Körper der Person tragbare Vorrichtung in Form einer Brille, einer Kopfbedeckung oder einer direkten Integration am Körper.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine am Körper oder an der Kleidung einer Person tragbare Vorrichtung, die zumindest einen Sensoranschluß für die Ver­ bindung mit speziellen Körpersensoren aufweist.

7. Verfahren zur Meßwertaufnahme, Signalverarbeitung und Bewertung von einem oder mehreren Körpersensoren einer Person zur Ermittlung von verschiedenen physiologischen Aktivitäts­ merkmalen, Konzentrationszuständen und der Einschlafneigung solcher Personen,
dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Einrichtung eine Meßwertaufnahme für physiologi­ sche Prozesse, ein Prozeßrechner (10), Warn- und Meldevorrich­ tungen sowie eine Wissensbasis mit funktionsspezifischem Regel­ werk vorgesehen ist,
daß die Regeln und Methoden aus einer medizinischen Wissens­ datenbank (12) mit den aktuellen Meßwerten und dem bisherigen Verlauf der Meßwerte verknüpft werden, um verschiedene Kenn­ größen über die Konzentrationsfähigkeit und Einschlafneigung einer Person zu gewinnen, und
daß aus diesen Kenngrößen eine mögliche Früherkennung von Konzentrationstiefpunkten und Einschlafimpulsen gewonnen wer­ den, welche die Warn- oder/und Melde- bzw. Weckvorrichtungen durch Grenzwertvergleich steuert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den Einsatz von Fuzzy Logic-Technologien bei der Bestimmung der Meßergebnisse und Kenngrößen aus den Meßwerten und der Wissens­ basis.