DE19643593A1

DE19643593A1 - Vorrichtung und Verfahren zum frühzeitigen Erkennen und Verhindern unzulässiger Konzentrationsschwächen und des Einschlafens beim Autofahren und bei anderen Tätigkeiten, die hohe Konzentration erfordern

Info

Publication number: DE19643593A1
Application number: DE1996143593
Authority: DE
Original assignee: PRIVATINSTITUT fur INFORMATIK
Current assignee: PRIVATINSTITUT fur INFORMATIK
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1996-10-22
Publication date: 1998-04-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen und Verhindern unzulässiger Konzentrationsschwächen und des Einschlafens (Sekundenschlaf) beim Autofahren und bei anderen Tätigkeiten, die eine hohe Konzentration und Aufmerksam keit erfordern.

Durch Sensoren und andere Vorrichtungen werden individuelle physikalische, chemische, biologische und andere Größen während einer Zeitspanne A an einem bestimmten Menschen (im weiteren als Person Z bezeichnet) gemessen, ausgewertet und gespeichert. Die Zeitspanne A liefert die Sollwerte dieser Größen in einem Zustand der vollen Konzentration und Aufmerksamkeit der Person Z.

Mit den gleichen Sensoren und Vorrichtungen werden in einer späteren Zeitspanne B, in der die volle Konzentration und Aufmerksamkeit notwendig ist, die o.g. physikalischen, chemischen, biologischen und anderen Größen nahezu kontinuierlich gemessen, ausgewertet und mit den gespeicherten Werten aus der Zeitspanne A verglichen.

Bei einer unzulässigen Abweichung dieser aktuellen Istwerte von den Sollwerten wird sofort eine Alarmierung ausgelöst, die innerhalb kürzester Zeit bei der Person Z den Zustand voller Konzentration und Aufmerksamkeit, sowie den Wachzustand herbeiführt und dadurch mögliche Gefahren abwendet.

Die Vorrichtung und das Verfahren besteht aus mindestens fünf Komponenten (Fig. 1):

1. Sensoren und anderen Vorrichtungen zum nahezu kontinuierlichen Messen der physikalischen, chemischen, biologischen und anderen Größen die es ermöglichen sowohl den Zustand der vollen Konzentration und des Wachseins, als auch den Zustand des Nachlassen der Konzentration und Aufmerksamkeit bis hin zum Einschlafen durch die Veränderungen ihrer zahlenmäßigen Werte und ihre Relationen untereinander anzuzeigen.
Beispiele dazu sind die Augenlidschlagfrequenz, die Pulsrate, der Blutdruck, die elektrische Leitfähigkeit der Hautoberfläche, das Elektroenzephalogramm (EEG), das Elektrokardiogramm (EKG) u. a.
Für die Einhaltung des Zustandes der vollen Konzentration und Aufmerksamkeit der Person Z ist notwendig und günstig, mehrere der als Beispiele genannten, und weitere Größen zur Einschätzung der Konzentration zu verwenden.
Im Schema, Fig. 1, entspricht das den Sensoren für die Größen 1.1 bis 1.n.
2. Mikroprozessor und Programm, einschließlich Speicher, für die Auswertung und Speicherung der von der Komponente 1 gelieferten Meßwerte der verschiedenen o.g. Größen.
Die Auswertung betrifft insbesondere die Veränderung der gemessenen Zahlenwerte der Größen pro Zeiteinheit, sowie die wechselseitige Abhängigkeit der verschiedenen Größen und deren zulässigen Abweichungen beim Istwert-Sollwertvergleich.
Es wird kein punktueller Zahlenvergleich durchgeführt, sondern immer ein Vergleich von Bereichen oder Kurvenabschnitten.
Im Programm entsprechen diese Kurven den Zahlenwerten der Koordinaten.
3. Alarmvorrichtung für das sofortige Erreichen des Zustandes der vollen Konzentration und Aufmerksamkeit und des Wachzustandes bei der Person Z.
4. Stromversorgung einschließlich der Anzeige der noch möglichen Betriebszeit.
5. Modul, der den Wirkungsbereich der Komponenten 1 bis 4 auf einen bestimmten Bereich einschränkt, z. B. Fahrgastraum eines PKW oder Pilotenkanzel eines Fliegers.

Die Fig. 1 zeigt diese Komponenten und deren Zusammenwirken als Schema.

Verfahren

In das erfindungsgemäße Verfahren werden solche Größen einbezogen, deren zahlenmäßig meßbare Änderungen Rückschlüsse auf die Höhe der Konzentration und Aufmerksamkeit der Person Z und deren Wach zustand ermöglichen (z. B. Änderung der Frequenz des Augenlid schlages bei Ermüdung).

Innerhalb einer Zeitspanne A, in der sich Person Z im Zustand voller Konzentration und Aufmerksamkeit befindet, werden die o.g. Größen als Einzelwerte gemessen, statistisch ausgewertet, einschließlich einer zulässigen Streuung, und gespeichert. Die Länge der Zeitspanne A und damit die Anzahl der Messungen bei gleichbleibenden Zeitabstand zwischen den Messungen hängt von der zu erreichenden Signifikanz der Meßwerte ab.

Durch die Anwendung mathematischer und/oder statistischer Verfahren, wie z. B. der Fuzzy-Technologie, werden auch nicht direkt quantifizierbare Abhängigkeiten der verschiedenen o.g. Größen erfaßbar und für die Alarmauslösung zum Erreichen des Zustandes der vollen Aufmerksamkeit und Konzentration verwendbar.

Die Anwendung dieser mathematischen bzw. statistischen Verfahren setzt das Risiko sowohl von Nichtalarmierung, als auch von Fehlalarmen durch eine falsche Interpretation herab.

Nachdem im Mikroprozessor mit dem Programm die zulässigen Zahlenwerte aus der Zeitspanne A ermittelt und gespeichert worden sind, folgt die Zeitspanne B, in der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gefahr, die durch das Nachlassen der Konzentra tion und Aufmerksamkeit entstehen würde, von der Person Z abgewendet wird.

In dieser Zeitspanne B, in der die volle Konzentration und Aufmerksamkeit notwendig ist, werden von der Person Z nahezu kontinuierlich die o.g. physikalischen, chemischen, biologischen und anderen Größen einzeln als Istwerte gemessen und ausgewertet. Sofort nach dieser Auswertung erfolgt nahezu kontinuierlich der Vergleich mit den Sollwerten aus der Zeitspanne A. Bei einem unzulässigen Abweichen der Istwerte von den Sollwerten wird sofort eine Alarmvorrichtung in Gang gesetzt, die die Person Z innerhalb kürzester Zeit wieder in den Zustand der vollen Konzentration, Aufmerksamkeit und in den Wachzustand versetzt.

Zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens werden die o.g. Größen der Einschlafphase der Person Z als quasi verbotener Bereich für das Vergleichen vorbereitet.

In einer normalen Einschlafphase der Person Z (Zeitspanne C) werden die physikalischen, chemischen, biologischen und anderen o.g. Größen von der Komponente 1 (den Sensoren u. a. Vorrichtungen) gemessen, in der Komponente 2 (Mikroprozessor) ausgewertet und gespeichert.

Die Länge der Zeitspanne C entspricht der Dauer der Einschlaf phase.

Ergibt sich beim Vergleich der aktuellen, ausgewerteten Meßwerte der Größen der Person Z während der Zeitspanne B mit den gespeicherten Ergebnissen aus der Zeitspanne C eine Übereinstimmung, dann ist sofort die Alarmierung auszulösen, um die Person Z innerhalb kürzester Zeit in den Zustand voller Aufmerksamkeit und Konzentration zu versetzen.

Der Istwert-Sollwertvergleich wird nicht an Hand von Einzelwerten durchgeführt, sondern auf der Grundlage von Kurvenabschnitten, die in Zahlenform im Speicher vorliegen.

Eine zufällige, punktuelle Übereinstimmung oder eine sehr geringfügige Abweichung der beiden Zahlenwerte voneinander, ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht ausreichend für das Auslösen eines Alarms.

Nahezu alle o.g. Größen sind komplex untereinander verknüpft und diese Komplexität wird vom Verfahren berücksichtigt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum frühzeitigen Erkennen und Verhindern unzulässiger Konzentrations schwächen und des Einschlafens wird jede dieser Vorrichtungen mit einem Grundprogramm ausgestattet, welches die bei verschiedenen Personen statistisch ermittelten Durchschnittswerte der physikalischen, chemischen, biologischen und anderen Größen als Standardbelegung enthält. Es ist jedoch notwendig, eine individuelle Anpassung an jeden Nutzer der Vorrichtung und des Verfahrens vorzunehmen, um sowohl Fehlalarmierungen als auch ausbleibende Alarmierungen beim Nachlassen der Konzentration und Aufmerksamkeit zu verhindern. Diese individuelle Anpassung ist sowohl in bestimmten Zeitabständen, als auch nach Ereignissen, bei denen eine Veränderungen der o.g. Größen zu erwarten ist, zu wiederholen (z. B. Krankheiten, Operationen, wichtige persönliche Ereignisse u. a.).

Beispiel 1

Das Nachlassen der Konzentration und der Aufmerksamkeit wird durch Messungen der Frequenz der Augenlidschläge erkannt, und beim Erreichen eines Grenzbereiches wird ein Alarm ausgelöst, der dieses Nachlassen der Konzentration und Aufmerksamkeit kurzfristig beendet.

Jeder Mensch hat eine von der Tages- und Jahreszeit, dem eigenem Befinden und in Abhängigkeit anderer physischer, psychischer, klimatischer Faktoren und Größen eine zeitlich schwankende Augen lidschlagfrequenz.

Durch die Messung dieser Frequenzen während einer Zeitspanne A, in Abhängigkeit von der Zeit und von anderer Parametern und deren Auswertung mit Hilfe mathematischer oder statistischer Verfahren (z. B. Fuzzy-Technologien) werden Zahlenwerte ermittelt, die einen zulässigen Bereich repräsentieren, in dem sich die Person Z im Zustand der vollen Aufmerksamkeit und Konzentration befindet.

Wird bei späteren Messungen der Augenlidschlagfrequenz, in einer Zeitspanne B, durch den Mikroprozessor beim Istwert-Sollwert- Vergleich festgestellt, daß die aktuellen, ausgewerteten Werte außerhalb des zulässigen Bereichs der Werte aus der Zeitspanne A liegen, wird die Person Z sofort durch ein Alarmsignal in den Zustand der vollen Aufmerksamkeit und Konzentration versetzt.

Der Frequenzmesser für den Augenlidschlag (Sensor) ist in ein Brillengestell zu integrieren. Der Mikroprozessor (incl. Speicher) der Alarmgeber und die Stromversorgung sind ebenfalls im Brillengestell zu installieren, oder aus Gewichtsgründen in einem separaten Teil.

Die Vorrichtung nach Beispiel 1 ist auch mit den anderen Beispiel- Vorrichtungen zu kombinieren, um die Möglichkeiten der Nichtalarmierung und Fehlalarmierung zu reduzieren.

Beispiel 2

Zum Erkennen und Verhindern der unzulässigen Konzentrations schwäche werden die meßbaren Größen des Herz-Kreislauf-Systems verwendet, die z. B. nach WOLK.C et al. (in: Aktuelle psycho physiologische Schlafforschung von Christian Becher-Carus (Hrsg.) im Lit Verlag Münster; 1995) für den Übergang vom Wachzustand in die Einschlafphase von großer Bedeutung sind. Meßbare Größen, die für die Einschlafphase eine besondere Bedeutung haben, sind die Herzrate und der Blutdruck. Beide Größen sind unter einander abhängig.

Transportable Geräte zur Puls- und Blutdruckmessung aus der Industrie zeigen die Größenordnungen, die gegenwärtig hergestellt werden können.

Beispiel 3

Weiteres Zahlenmaterial zur Einschätzung des Wach- bzw. Schlaf zustandes als Grundlage für eine Alarmauslösung sind aus dem EEG und/oder dem EKG zu entnehmen. Nach VETTER, K. et al. (in: Fortschritte der Medizin 90; S.1275-1278; 1972) läßt sich die Veränderung des normalen EKG-EEG während des Wachens und im ersten Schlafzyklus eindeutig nachweisen. Die Sensoren zur Aufnahme der Meßwerte sind an entsprechenden Stellen des Körpers der Person Z anzubringen und diese Meßwerte werden an dem Mikroprozessor zur Auswertung, und zum Vergleich der Zeitspannen A und B weiter geleitet. Eine Alarmierung ist, wie schon weiter oben beschrieben, auszulösen, wenn die Istwerte im Vergleich zu den Sollwerten anzeigen, daß bei der Person Z die Konzentration und Aufmerksamkeit nachläßt und mit großer Wahrscheinlichkeit die Einschlafphase folgt.

Beispiel 4

Um die Belastung der Person Z mit den Komponenten der erfindungs gemäßen Vorrichtung in erträglichen Grenzen zu halten, ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung und Verfahren nicht komplett am Körper der Person Z zu tragen, sondern Komponenten davon in dem Bereich zu installieren, in dem das Nachlassen der Konzentration und der Aufmerksamkeit, sowie das Einschlafen verhindert werden soll, z. B. Fahrgastraum PKW, Pilotenkanzel eines Fliegers u. a.
Für eine Alarmauslösung werden nur Signale der o.g. Größen der Person Z verwendet. Die Signale anderer anwesenden Personen sind nicht zu berücksichtigen.

Claims

1. Vorrichtung und Verfahren zum frühzeitigen Erkennen und Verhindern unzulässiger Konzentrationsschwächen und des Einschlafens beim Autofahren (Sekundenschlaf) und bei anderen Tätigkeiten, die eine hohe Aufmerksamkeit erfordern dadurch gekennzeichnet, daß individuelle physikalische, chemische, biologische und andere Größen mittels Sensoren und anderer Vorrichtungen während einer Zeitspanne A als Sollwerte gemessen, ausgewertet und gespeichert werden, die für den Zustand der vollen Konzentration und Aufmerksamkeit eines bestimmten Menschen charakteristisch sind.

2. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer gegenüber der Zeitspanne A späteren Zeitspanne B, in der die volle Konzentration und Aufmerksamkeit, sowie der Wachzustand des bestimmten Menschen notwendig ist, eine nahezu kontinuierliche fortlaufende Messung der individuellen physikalischen, chemischen, biologischen und anderen Größen als Istwerte erfolgt, und nachdem diese gewonnenen Zahlenwerte im Mikroprozessor ausgewertet wurden, mit den Sollwerten der Zeitspanne A verglichen werden und bei unzulässiger Abweichung eine Alarmierung des bestimmten Menschen innerhalb kürzester Zeit erfolgt.

3. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der den Istwert-Sollwert-Vergleich durchführende Mikroprozessor am Menschen befindet.

4. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mikroprozessor in dem Raum oder Bereich eines Raumes oder im Freien befindet, in dem es notwendig ist, daß mindestens ein Mensch eine Tätigkeit ausführt, die die volle Konzentration und Aufmerksamkeit und das Wachsein erfordert.

5. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwerte für jeden Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Verfahren individuell zu messen, auszuwerten und zu speichern sind und in bestimmten Zeitabständen zu aktualisieren sind, das gilt besonders nach Ereignissen, die eine Veränderung der Sollwerte hervorrufen könnten, zum Beispiel Erkrankungen, Operationen, oder wichtige persönliche Ereignisse.

6. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Augenlidschlagfrequenz eines bestimmten Menschen während einer Zeitspanne A, im Zustand der vollen Aufmerksamkeit und Konzentration und des Wachseins, in Abhängigkeit verschiedener äußerer und innerer Einflußfaktoren dieses Menschen, mit der Augenlidschlagfrequenz in einer späteren Zeitspanne B verglichen wird, in der die volle Aufmerksamkeit und Konzentration, sowie der Wachzustand notwendig ist, und bei unzulässiger Abweichung der Werte der Zeitspanne B von denen der Zeitspanne A eine sofortige Alarmierung des o.g. . Menschen ausgelöst wird, mit dem Ziel, bei ihm innerhalb kürzester Zeit den Zustand der vollen Konzentration und Aufmerksamkeit und des Wachzustandes herbeiführt (Vorrichtung Beispiel 1).

7. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erkennen und Verhindern der unzulässigen Konzentration und Aufmerksamkeit durch Auswerten und Vergleichen der meßbaren Größen des Herz-Kreislauf-Systems aus dem Wachzustand und der Einschlafphase erfolgt (Vorrichtung nach Beispiel 2).

8. Vorrichtung und Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, das meßbare Größen aus dem EEG (Elektro- Enzephalogramm) und aus dem EKG (Elektrokardiogramm) einer bestimmten Person in der Wachphase und in der Einschlafphase verglichen wird und bei Anzeichen für das Einschlafen eine sofortige Alarmierung eingeleitet wird (Vorrichtung nach Beispiel 3).