DE3109026A1 - Biofeedbackgeraet - Google Patents

Description

• Biofeedbackgerät
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Biofeedbackgerät zur Erfassung und Registrierung der Atem#tätigkeit und Rückmeldung derselben an den Patienten durch akustische und/oder optische Signale.
• Schon in früheren Kulturen wurde die Bedeutung des Atems für ein psychisch-physisches Gleichgewicht erkannt und in fast alle Meditationsübungen wird das Atemgeschehen mit einbezogen.
• Die entspannende Wirkung einer richtigen Atemführung kann durch sog. Feedback " also eine Rückmeldung verstärkt werden.
• In der Zeitschrift "Therapiewoche" ( 27,5512-5524 (1977) 31 findet sich eine ausführliche Beschreibung dieser Technik.
• Hier wird das Atemfeedback II Respiratorisches Feedback N genannt und eine elektronische Vorrichtung beschrieben, auf welche Weise das Feedback technisch zu verwirklichen ist. Auch wird eingehend auf die Vorteile einer Behandlung mittels Respiratori schem Feedback eingegangen.
• Aus diesen und anderen vorliegenllen orscungserebnissen ist ersiehtlich, daß das Respiratorische Feedback auf einen möglichst tiefen Entspannungszustand abzielt.
• In der DT - OS 2 042 535 ist erstmals eine Anordnung beschrieben, die das Respitatorische Feedback v#rwirklicht.
• Die DT OS 26 39 141 beschreibt ebenfalls ein solches Gerät. In dieser OS wird ganz besonders deutlich, worin die technischen Schwierigkeiten beim Respiratorischen Feedback Nachstehend nur noch RFB genannt ) liegen : Es ist die Schnittstelle zwischen Mensch und Technik, d.h. die Art und Weise, wie aus der Atemexkursion ein elektrisches Sianal gewonnen wird, das die Information über das Atemgeschehen enthält. Alle seither benutzten Verfahren erfordern einen apparativen Kontakt zum Menschen, d.h. irgendeine dingliche Verbindung zwischen Mensch und Maschine. Der Mensch muß irgendwie lt angeschlossen II werden, wobei technisch bedingte Manipulationen am Patienten einhergehen.
• Wenn erst einmal ein elektrisches Signal vorliegt, das die Information über die Atemexkursion enthält, ist es prinzipiell gleichgültig, wie daraus die Rückmeldeinformation gewonnen wird. ( Z0B. Steuern der Helligkeit einer Lampe, oder der Amplitude - oder Frequenz - eines akustischen Signals.)Der Stand der Technik bietet hierfür genügend Möglichkeiten.
• Der Stand der Technik bei der elektrischen Erfassung des Atemgeschehens sei hier nocheinmal kurz umrissen DT10S 2 042 535 Hier wird ein Atemgurt mit Biegestreifen benutzt DT-OS 26 39 141 Es wird ein Atemgürtel auf pneumatischer Basis benutzt.
• DT-OS 23 37 061 Mechanisches Volumenmeßprinzip DT-OS 30 00 254 Messung des Atemluftstromes durch Thermofühler.
• DT-OS 29 10 944 Hier wird die myoelektrische Aktivität der Atemmuskulatur ausgewertet.
• DT-OS 24 18 910 Messung der unterschiedlichen elektrischer Leitfähigkeit ( oder Änderung der Impedanz bei der Ein - u. Ausatmung.
• DT-OS 28 02 770 Messung der akustischen Atemaktivität durch Elektret, bzw. Mikrofon an der Luftröhre.
• Es ist offensichtlich, daß die seither bekanntgewordenen Geräte für RFB nicht besonders geeignet sind, da der Patient durch technische Manipulationen und apparativen Kontakt belästigt wird, was zutiefst einem echten Entspannungszustand widerspricht Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen entscheidenden Fortschritt in der elektronischen Entspannungstechnik dadurch herbeizuführen, daß ein Gerät geschaffen wird, das überhaupt keinen dinglichen Kontakt zu dem Patienten - oder dem Entspannung suchenden Laien - erfordert, dadurch gekennzeichnet, daß die gerätetechnisch notwendige Information über die Atemtätigkeit aus einer räumlichen Entfernung, alfo absolut berührungs frei erfolgt.
• Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß es möglich sein muß, die Atemtätigkeit aufgrund einer Entfernungsmessung zu registrieren und zwar aus folgendem Grund Ein ruhender Mensch ist in einem dreidimensionalen(räumlichen) Koordinatensystem als Bezugspunkt aufzufassen, da er durch Sitzen oder Liegen räumlich fixiert ist, z.B. auf einer Liege oder einem Sessel. Da ein ruhender I#ensch, insbesondere einer, der sich zur Entspannung hingelegt hat, im allgemeinen nur die Atemtätigkeit ausführt, ändern in einem solchem System nur die Teile der Körperoberfläche ihre räumlichen Koordinaten, die durch die Atemtätigkeit bewegt werden. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, in dem eben skizzierten Koodinatensystem - in dem der Patient einen Fixpunkt bildet - einen zweiten Fixpunkt zu schaffen. Dadurch wird sich bei geeigneter Wahl des zweiten Fixpunktes in jedem Fall eine Änderung der Entfernung zwischen der atembewegten Körperoberfläche und dem zweiten Fixpunkt ergeben, die dem Atemrhytmus entspricht.
• Hieraus ergibt sich, daß der erste Teil der erfindungsgemäßen Aufgabenstellung dadurch gelöst wird, daß ein dreidimensionales Bezugssystem geschaffen wird, worin der Patient einen Fixpunkt und eine geeignete meßtechnische Apparatur einen zweiten Fixpunkt bildet, wobei die räumliche Anordnung den praktischen Bedürfnissen entsprechen soll.
• Der zweite Teil der Aufgabenstellung befaßt sich mit der technischen Realisierung, da eine geeignete meßtechnische Apparatur gefunden werden muß, die die - wie aufgeführt - zustandegekommene Entfernungsänderung in ein elektrisches Signal umsetzt, das dem Atemhub-entspricht.
• Um die erfindungsgemäß geforderte Raumkonstellation technisch zu verwirklichen, wird demnach ein berührungslos arbeitender Atemhubetektor benötigt, der neben dem Menschen den zweiten Fixpunkt bildet.Der Einfachkeit halber wird dieser Atemhubdetektor fortan ' Sensor @@ genannt. Für die Realisierung eines derartigen Sensors bieten sich mehrere technische Lösungsmöglichkeiten an, da es innerhalb des genannten Raumsystems nicht so sehr auf die absolute Entfernungsmessung, sondern vielmehr auf die atembedingte relative Entfernungsmessung ankommt. Daher kann der Sensor auch als reiner Bewegungsdetektor, aber auch als reiner Entfernungsmesser konstruiert sein.
• Der Sensor kann beispielsweise mit elektromagnetischer - oder mit Schallstrahlung arbeiten, in der Weise, daß die Intensität einer abgestrahlten und von der Körperoberfläche reflektierten Strahlung ausgewertet wird, oder daß die Laufzeit der abgestrahlten Wellen ausgewerter wird. ( Etwa nach dem Dopplerprinzip) Es kann jedoch auch ein Sensor als Fixpunkt gewählt werden, der eine Kapazitätsänderung auswertet, die sich durch die atmungsbedingte Abstandsänderung ergibt.
• Eine der vielen möglichen praktischen Ausführungsformen der Erfindung sei nun anhand Fig.1 erläutert Einem Steuergerät (1) das die Rückmeldesignale erzeugt, wird mittels eines Statives «3): das die mechanisch räumliche Fixierung ermöglicht, ein Sensor (2) zugeordnet. Der Sensor strahlt Infrarotlicht aus und empfängt zugleich den von der Körperoberfläche reflektierten Strahlungsanteil, der die Information über die Atemtätigkeit enthält, da sich der Abstand (A) atemrhytmisch ändert, womit sich der reflektierte Strahlungsanteil in seiner Intensität ändert. Das Ausgangssignal. des Sensors wird über eine Verbindungsleitung (8) dem S-tSuergerätr.
• zur Weiterverarbeitung zugeleitet. Die vom Steuergerät erzeugten atemmodulierten Rückmeldesignale werden ebenfalls über die Verbindungsleitung und über das Stativ einer Leuchte (5) zugeleitet,die im Rhytmus des Atems ihre Helligkeit ändert, wobei in# der Lampe zugleich ein akustischer Schallgeber eingebaut sein kann. Das Steuergerät enthält zwei Regler (9) und (10) für die gewünschte Signalstärke des Lichtes und des Tones.
• Es ist ferner ein Kontrollämpchen (7) vorgesehen, das dem das Gerät Bedienendem anzeigt, wann ein günstiger Arbeitsabstand (A) während des Fixierungsvorganges ( Einschwenken des Stativees) erreicht ist. Ferner ist noch ein Leuchtdiodenband (6) vorgesehen, an dem die Atemtätigkeit in Form eines sich bewegenden Lichtbandes mitverfolgt werden kann. Das Stativ kann natürlich auch durch eine Wandhalterung ersetzt werden, die entsprechend beweglich ist. Auch können die Rückmeldeeinheiten anders gestaltet sein. So kann es von Vorteil sein, daß der Patient einen Kopfhörer trägt, über den er die akustischen Rückmeldesignale daS feed back II ) erhält. Ferner kann der Sensor natürlich nach einem anderen der genannten Prinzipien aufgebaut sein.
• Noch eine weitere der möglichen Ausführungsformen sei hier dargestellt : Die gerätetechnische Anordnung, wie sie der Erfindung entspricht - oder wenigstens der Sensor - wird unsichtbar in der Decke eines Raumes installiert und genau positioniert darunter eine bequeme Liegestätte errichtet, sodaß der Patient im Arbeitsbereich des Sensors liegt. Sobald sich der Patient zur Entspannung niedergelegt aht, beginnt der unsichtbare Sensor zu arbeiten und erzeugt mittels des Steuergerätes ein vom Atemhub moduliertes Signal das seinerseits die gesamte Raumhelligkeit über eine indirekte oder diffuse Beleuchtung verändert. Synchron dazu kommen über ebenfalls unsichtbar angebrachte Lautsprecher wohltönende Klänge, die wie die Raumhelligkeit über den Atemrhytmus moduliert werden.
• Wie die Praxis gezeigt hat, wird dem Patienten dadurch eine völlig neue Erlebnis form der seelisch-körperlichen Entspannung vermittelt, die im wesentlichen darin besteht, daß der Patient erlebt, wie sich visuelle und akustische Dimensionen eines ganzen Raumes verändern, hervorgerufen nur durch zentrales Geschehen innerhalb seines Körpers ; und dies alles, ohne daß er sichtbar mit dem Geschehen im Raum verknüpft ist.
• Ein weiterer Ausbau des Erfindungsgedankens ermöglicht die Behandlung mehrer Patienten gleichzeitig in einem Raum dadurch, daß neben den Patientenruhelagern mehrere Fispunkte in dem Raum geschaffen werden, etwa dadurch, daß an einem zentralen Punkt an der Raumdecke ein stärkerer Infrarotsender angebracht wird, der die Körperoberfläche aller Patienten mit seiner Strahlung erreicht. Jedem der patienten wird dann ( jeweils als weiterer Fixpunkt ) über eine Wandhalterung ( oder ein Stativ ) ein Sensor zugeordnet, der das von der Körperoberfläche reflektierte Infrarotlicht zur Weiterverarbeitung empfängt, wobei jedem der Patienten dann sein eigener Atemrhytmus über Kopfhörer zugespielt werden kann. Dabei ist es dann sinnvoll die Signalverarbeitung in einem Zentralgerät vorzunehmen, wobei sich erhebliche Einsparungen in der Technik ergeben.
• ( Z-.B. wird nur ein gemeinsamer Tongenerator benötigt.) Eine zusätzliche technische Realisierung der Erfindung ergibt sich, wenn in dem geforderten Raumkoordinatensystem ein Metalldetektor als Bezugspunkt für die Entfernungsmessung w.
• geählt wird. Dies mag zunächst verblüffend erscheinen, wird jedoch wie folgt offenbart Es widerspricht keineswegs dem Erfindungszweck ( Berührungsloses Atemabtastungsverfahren ), wenn der Patient ein kleines Amulett oder dergleichen trägt, das aus Metall ist und das sogar als konzentrativer Meditationsgegenstand dienen kann, ( Falls der patient kein solches besitzt, wird ihm zu Beginn der Übung eines überreicht.) Der patient möge das Amulett beispielsweise auf der Brust tragen.
• Man betrachte nun Fig.2.
• ( MD ) sei ein beliebiger Metalldetektor ( Z.B. ein Metallsuchgerät ) dem zugleich die übrigen Funktionsteile des Biofeedbackgerätes zugeordnet sind. « M ) sei das metallene Amulett. Es ergibt sich in Verbindung mit den bisherigen Ausführungen von selbst, daß ( M ) gegenüber dem Raumfixpunkt ( MD ) atemrhytmisch die Entfernung ( A ) ändert. ( MD ) wird daher ein-veränderliches Ausgangssignal abgeben, das der Atemtätigkeit entspricht, was zu erreichen war. Die Rückmeldesignale können alsdann auf eine der erwähnten Arten gegeben werden.
• Selbstverständlich kann ( MD ) auch ein reiner Magnetfeldde tektor sein, wenn ( M ) selbst ein Magnet ist.
• Jedoch ist es auch ohneweiteres möglich, daß der Patient ( M )~in Form eines kleinen Senders trägt( Mikrosender Der Metalldetektor ( MD ) wird dann durch einen einfachen Empfänger ausgetauscht, der auf die Strahlungsfrequenz des auf der Brust getragenen Mikrosenders abgestimmt ist.
• Mit den aufgezeigten Ausführungsformen der Erfindung wird nocheinmal deutlich, worin der entscheidende Fortschritt der Erfindung gegenüber den bekannten Vorrichtungen liegt. Es sei in diesem Zusammenhang daran erinnert, daß auch eine leichte Bettdecke die Atembewegung mit ausführt, sodaß ein kranker bettlägeriger Patient sich ebenfalls der Vorteile der Erfindung bedienen kann.
• Der Stand der Technik bietet jedenfalls genügend Möglichkeiten die Erfindung in die Tat umzusetzen. Dies gilt erst recht für die kommenden Jahre, da die sich abzeichnende Tendenz der Miniaturisierung der gesamten Elektronik nebst Preisverfall auch künftig fortzusetzen scheint. So werden in einigen Jahren die wesentlichen Steuer - und Regelaufgaben der Erfindung von einem Mikroprozessor übernommen werden, womit die Erfindung einen noch weiteren Einsatzbereich erfährt.

Claims (7)

1. Patentansprüche ffiÄ 1. Biofeedbackgerät zur Erfassung und Registrierung der Atemtätigkeit und Rückmeldung derselben an den Patienten durch akustische und / oder optische Signale, dadurch gekennzeichnet, lol. daß das Gerät zur Abtastung der Atemtätigkeit keinen körperlichen Kontakt benötigt, indem die Abtastung über eine räumliche Entfernung von der Körperoberfläche erfolgt 1.2 in der Weise, daß in der Umgebung des Patienten durch mechanische Fixierung ein - oder mehrere - in ihren räumlichen Koordinaten frei wählbare Bezugspunkte geschaffen werden 1.3 und an mindestens einem dieser Bezugspunkte ein Sensor angebracht ist, der mittels geeigneter Strahlung, elektrischen,magnetischen, oder elektromagnetischen Feldern die Körperoberfläche erfasst 1.4 in der Weise, daß der Sensor ( oder mehrere ) seine Information über die Atemtätigkeit aus der Veränderung der Entfernung zwischen dem räumlich fixierten Sensor einerseits und der sich durch den Atem bewegenden Körperoberfläche andererseits gewinnt, wobei vorausgesetzt ist, daß sich der Patient ebenfalls in einer fixierten Ruhelage befindet.
2. 2. Ein Gerät nach dem Hauptanspruch 1. bis 1.4 wobei ein Sensor mit elektromagnetischer oder Schallstrahlung arbeitet 2.1. inder Weise, daß die Intensität der reflektierten Strahlung zur Auswertung gelangt oder 2.2. in der Weise, daß die Laufzeit der abgestrahlten Wellen ausgewertet wird.
3. 3. Ein Gerät nach dem Hauptanspruch 1. bis 1.4, wobei ein Sensor ( oder mehrere ) ein magnetisches Feld das auch ein magnetisches Wechselfeld sein kann auswertet, dessen zeitliche Änderung dadurch hervorgerufen wird, daß der Patient an seiner Körperoberfläche ein geeignetes Stück Metall ( oder einen kleinen Magneten)trägt.
4. 4. Ein Gerät nach Anspruch 1. bis 1.4 wobei der Sensor die Kapazitätsänderung auswertet, die sich durch die atmungsbedingte Abstandsänderung ergibt.
5. 5. Ein Gerät nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 4, wobei des Sensor in mehrere Funktionseinheiten aufgeteilt ist so, daß ein Teil (oder mehrere) als Geber ( Sender) nach Anspruch 2 bis 4 arbeiten und ein anderer Teil ( oder mehrere ) als Empfangsorgan nach Anspruch 1 bis 4 ausgebildet sind und diese Geräteteile nach Anspruch 1.1 dem Patienten räumlich zugeordnet werden.
6. 6. Ein Gerät nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät eine elektronische Schaltung nachzeordnet ist, die aus dem vom Sensor abgegebenen Signal ( Atemhubsignal ) eine Steuerspannung für die Rückmeldeeinheiten erzeugt und die mindestens eine der nachfolgenden Bedingungen erfüllt 6o1 Im ausgeatmeten Zustand sinkt die Steuerspannung auf den Wert Null - oder auf ein voreinstellbares Minimum 6.2 Überschreitet beim Einatmen das Atemhubsignal einen voreinstellbaren Wert, so wird ein optisches oder akustisches Signal gegeben.

   6.3 Die Schaltung ist mit einer Zeitkonstante versehen, sodaß sich die Steuerspannung nach einigen Atemzügen auf einen mittleren Aussteuerbereich einpendelt.

   6.4 Tritt ein Artefakt auf, d.h. eine Bewegung des Körpers, die nicht zur Atemtätigkeit gehört, so wird es als solches erkannt 6.4.1 dadurch daß das vom Sensor kommende Atemhubsignal einen vorgewählten Wert übersteigt 6.4.2 oder dadurch, daß das Atemhubsignal eine voreinstellbare Anstiegs-und/oder Abfallzeit über - oder unterschreitet.
7. 7. Ein Biofeedbackgerät nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät eine elektronische Recheneinheit zugeordnet ist, die mindestens eine der nachfolgenden Aufgaben übernimmt 7.1 Der Rechner beeinflußt nach frei programmierbaren Kriterien die Steuerspannung für die Rückmeldeeinheiten.

   7.2 Aus dem Atemhubsignal, oder aus der Steuerspannung werden einige ( oder alle ) der nachstehenden Kriterien zur Kennzeichnung der Atemaktivität errechnet 7.2.1 Atemfrequenz 7.2.2 Atemhubsamplitude 7.2.3 Atemanstiegs - und Abfallgeschwindigkeit 7.2.4 Atemrhytmus 7.2.5 Atemtypus 7.2.6 Atemstörung 7.2.7 Atemstillstand 7.3 Aus mindestens zwei der unter unter 7.2.1 bis 7.2.7 genannten Kriterien wird der Verlauf und die Tendenz der Entspannung berechnet und/oder damit 7.3.1 werden die Rückmeldesignale zusätzlich beeinflußt 7.3.2 oder es wird ein zusätzliches Rückmeldesignal gesteuert 7.4 Es werden frei wählbare Kriterien aus 7.2.1 bis 7.2.7 in einem Speichermedium zur späteren-Auswertung abgelegt.

   7.5 Der Rechner erzeugt aus den vorhandenen Daten eine Bildschirmdarstellung über die Tendenz und/oder den Verlauf der Entspannungsübung, die mit dem Biofeedback gerät durchgeführt wird.