PL233068B1

PL233068B1 - Method for acquisition of measuring signals, sensory label and the measuring control system

Info

Publication number: PL233068B1
Application number: PL418874A
Authority: PL
Inventors: Eliasz Kańtoch; Anna Kańtoch
Original assignee: Akademia Gorniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie; Akademia Górniczo Hutnicza Im Stanislawa Staszica W Krakowie
Priority date: 2016-09-27
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2019-08-30
Also published as: PL418874A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób akwizycji sygnałów pomiarowych, naklejka sensoryczna oraz system pomiarowo-kontrolny zwłaszcza do pomiaru parametrów fizjologicznych i ruchowych człowieka.The subject of the invention is a method of acquisition of measurement signals, a sensor sticker and a measurement and control system, especially for measuring physiological and movement parameters of a human.

W amerykańskim dokumencie patentowym nr US20130245546 ujawniono przylepny opatrunek, zawierający przynajmniej jeden czujnik parametru życiowego, wyposażony w mikroprocesor oraz interfejs telekomunikacyjny, służący do przesyłania tego parametru. Opatrunek jest również zaopatrzony w przycisk alarmowy. Układy elektroniczne opatrunku są zasilane albo z zewnętrznego źródła energii albo z tzw. układu zbierającego energię (ang. energy harvesting). Oba sposoby są kłopotliwe. Zewnętrzne źródło zasilające opatrunek jest niewygodne i niebezpieczne z uwagi na ryzyko porażenia prądem i możliwość zakłócania innych układów pomiarowych i podtrzymujących życie, zaś układy zbierania energii są dość zawodne, a ilość generowanej przez nie energii zależy od warunków panujących w otoczeniu.US20130245546 discloses an adhesive dressing including at least one vital parameter sensor equipped with a microprocessor and a telecommunications interface for transmitting the parameter. The dressing also has an emergency button. The electronic systems of the dressing are powered either from an external energy source or from the so-called energy harvesting system. Both ways are troublesome. The external source of power to the dressing is inconvenient and dangerous due to the risk of electric shock and the possibility of interfering with other measuring and life support systems, and the energy harvesting systems are quite unreliable and the amount of energy they generate depends on the environmental conditions.

Przylepny układ czujników z układem transmisji bezprzewodowej znany jest również z amerykańskiego dokumentu patentowego nr US20140288381. W dokumencie tym ujawniono rozwiązanie z zasilaniem bateryjnym. Baterie są z reguły dość sztywne i mają relatywnie duże rozmiary, wobec czego ograniczają wygodę korzystania z czujników nasobnych. Z publikacji nr US2016055696 amerykańskiego zgłoszenia patentowego znane jest urządzenie nasobne wyposażone w układ komunikacji bezprzewodowej do otwierania i zamykania klapy bagażnika w zależności od biomedycznego sygnału EMG z nadgarstka wskazującego, czy użytkownik przenosi ciężki bagaż. Z publikacji EP0627193A1 europejskiego zgłoszenia patentowego znany jest czujnik wykonany z płaskich warstw, w którym dolna warstwa jest zaopatrzona w otwory.An adhesive sensor system with a wireless transmission system is also known from US Patent No. US20140288381. This document discloses a battery powered solution. As a rule, batteries are quite stiff and relatively large, which limits the comfort of wearing wearable sensors. From publication no. US2016055696 of the US patent application, a wearable device is known having a wireless communication system for opening and closing a trunk lid depending on a biomedical EMG signal from the wrist indicating whether the user is carrying heavy luggage. From the publication EP0627193A1 of the European patent application a sensor is known made of flat layers, in which the lower layer is provided with holes.

Celem wynalazku jest zapewnienie takiego sposobu i systemu, które umożliwią automatyczny, precyzyjny i bezinwazyjny pomiar parametrów fizjologicznych i ruchowych człowieka.The object of the invention is to provide a method and system that will enable automatic, precise and non-invasive measurement of human physiological and movement parameters.

Sposób akwizycji sygnałów pomiarowych według wynalazku obejmuje etap odczytu sygnału z przynajmniej jednego czujnika oraz etap przesłania sygnału i wyświetlenia go na zewnętrznym terminalu. Sposób według wynalazku ponadto charakteryzuje się tym, że odczyt sygnału z przynajmniej jednego czujnika realizuje się za pomocą układu akwizycji naklejki sensorycznej, połączonego z układem sterowania tej naklejki. Etap przesyłania wykonuje się dwustopniowo, najpierw wysyłając sygnały z czujników za pomocą układu transmisji bezprzewodowej naklejki sensorycznej do układu komunikacji wewnętrznej w bramie dostępowej, a następnie z bramy dostępowej, za pomocą układu komunikacji zewnętrznej, za pośrednictwem zewnętrznej sieci komunikacyjnej przesyła się sygnał z przynajmniej jednego czujnika do zewnętrznego terminala. Energię zasilającą naklejkę sensoryczną dostarcza się do niej bezprzewodowo za pomocą jednostki transmisji energii bramy dostępowej oraz układu zasilania bezprzewodowego naklejki sensorycznej. Dzięki zastosowaniu dwustopniowej komunikacji transmisję pomiędzy naklejką sensoryczną, a bramą dostępową prowadzi się za pośrednictwem sygnałów o niewielkiej mocy. To z kolei ma dwa korzystne efekty. Po pierwsze można, na niewielkiej przestrzeni, zastosować wiele bram i komunikujących się z nimi naklejek. Po drugie źródło zasilające naklejkę może być relatywnie mało wydajne. To z kolei umożliwia zastosowanie zasilania bezprzewodowego i w konsekwencji eliminację baterii. Dzięki temu naklejka sensoryczna jest elastyczna, lekka i nie wymaga czynności obsługowych. Może zostać naklejona na ciele pacjenta w wymaganym miejscu nie przysparzając mu niewygody. Po zużyciu naklejka może być wyrzucona, a wobec braku baterii odbywa się to z minimalną szkodą dla środowiska.The method of acquiring measurement signals according to the invention comprises the steps of reading a signal from at least one sensor and the steps of transmitting the signal and displaying it on an external terminal. The method according to the invention is further characterized in that the reading of the signal from the at least one sensor is carried out by means of a sensor tag acquisition system connected to the tag control system. The transmission step is performed in two stages, first by sending signals from the sensors via the wireless sensor sticker transmission system to the internal communication system at the access gate, then from the access gate via the external communication system by transmitting a signal from at least one sensor via the external communication network to an external terminal. The energy supplying the sensory sticker is supplied wirelessly thereto by the access gateway energy transmission unit and the wireless power supply system for the sensor sticker. Thanks to the use of two-stage communication, the transmission between the sensor sticker and the access gate is carried out using low power signals. This, in turn, has two beneficial effects. Firstly, in a small space, you can use multiple gates and stickers that communicate with them. Second, the source that powers the sticker may be relatively inefficient. This in turn makes it possible to use wireless power and consequently to eliminate the battery. Thanks to this, the sensory sticker is flexible, light and requires no maintenance. It can be glued on the patient's body in the required place without causing discomfort. After use, the sticker can be thrown away, and in the absence of batteries, this is done with minimal damage to the environment.

Korzystnie sposób akwizycji obejmuje akwizycję sygnałów pomiarowych z czujnika EKG, czujnika EMG, czujnika temperatury, czujnika przewodności skóry, czujnika wilgotności powierzchni skóry, czujnika ugięcia, czujnika nacisku, czujnika światła oraz zintegrowanego układu czujnika pola magnetycznego, czujnika przyspieszenia i żyroskopu. Przy takim zestawie danych możliwe jest łatwe wykrycie większości typowych sytuacji zagrażających zdrowiu i życiu pacjenta. W szczególności upadków, stanów przedzawałowych, wysiłku etc.Preferably, the acquisition method comprises acquiring measurement signals from an ECG sensor, an EMG sensor, a temperature sensor, a skin conductivity sensor, a skin surface moisture sensor, a deflection sensor, a pressure sensor, a light sensor, and an integrated magnetic field sensor, acceleration sensor and gyroscope system. With such a data set, it is possible to easily detect most of the typical health and life-threatening situations. In particular, falls, pre-infarction states, effort, etc.

Naklejka sensoryczna według wynalazku jest wykonana w postaci korpusu z przynajmniej jedną płaską ścianą, pokrytą warstwą adhezyjną, zawierającego źródło zasilania zasilające układ sterujący oraz połączony z nim układ komunikacji bezprzewodowej i układ akwizycji oraz podłączony do układu akwizycji zestaw czujników. Naklejka według wynalazku wyróżnia się tym, że w warstwie adhezyjnej w sąsiedztwie przynajmniej jednego czujnika, jest zaopatrzona w przynajmniej jeden otwór wypełnionyThe sensory sticker according to the invention is made in the form of a body with at least one flat wall, covered with an adhesive layer, containing a power source supplying a control system and a wireless communication system and an acquisition system connected to it, and a set of sensors connected to the acquisition system. The sticker according to the invention is distinguished by the fact that in the adhesive layer adjacent to at least one sensor, it is provided with at least one hole filled with

PL 233 068 B1 włóknami termoprzewodzącymi i elektroprzewodzącymi, oraz tym, że źródło zasilania stanowi bezprzewodowy układ zasilający. Włókna termoprzewodzące i elektroprzewodzące zapewniają możliwość precyzyjnego odczytu z czujników bez ich bezpośredniego kontaktu ze skórą pacjenta.With thermally conductive and electrically conductive fibers, and that the power source is a wireless power supply. Thermally conductive and electrically conductive fibers ensure the possibility of precise reading from sensors without their direct contact with the patient's skin.

Korzystnie zestaw czujników obejmuje: czujnik EKG, czujnik EMG, czujnik temperatury, czujnik przewodności skóry, czujnik wilgotności powierzchni skóry, czujnik ugięcia, czujnik nacisku, czujnik światła oraz zintegrowany układ czujnika pola magnetycznego, czujnika przyspieszenia i żyroskopu. Taki zestaw czujników zapewnia pomiar parametrów życiowych pacjenta i umożliwia łatwe wykrycie większości typowych sytuacji zagrażających jego zdrowiu i życiu. W szczególności upadków, stanów przedzawałowych, wysiłku etc.Preferably, the sensor array comprises: an ECG sensor, an EMG sensor, a temperature sensor, a skin conductivity sensor, a skin surface moisture sensor, a deflection sensor, a pressure sensor, a light sensor, and an integrated magnetic field sensor, acceleration sensor and gyroscope. Such a set of sensors enables the measurement of the patient's vital signs and enables easy detection of most common situations threatening his health and life. In particular, falls, pre-infarction states, effort, etc.

Korzystnie naklejka zawiera środki sygnalizacyjne oraz układ alarmowy podłączony do układu sterowania i wyposażony w przycisk alarmowy wyzwalający środki sygnalizacyjne. Dzięki temu naklejka może służyć do generowania alarmu widocznego dla personelu w sytuacji, gdy wskazania czujników uzasadniają interwencję lub w sytuacji, gdy pacjent czuje się źle i sam generuje alarm za pomocą przycisku na naklejce. Dodatkowo sygnał alarmowy jest wysyłany za pomocą układu komunikacji bezprzewodowej.Preferably, the sticker comprises signaling means and an alarm system connected to the control system and provided with an alarm button triggering the signaling means. Thanks to this, the sticker can be used to generate an alarm visible to the staff in a situation where the sensor indications justify an intervention or in a situation when the patient feels bad and generates an alarm himself using the button on the sticker. Additionally, the alarm signal is sent via a wireless communication system.

Korzystnie do układu zasilana bezprzewodowego jest podłączony kondensator podtrzymujący, który zapewnia podtrzymanie zasilania nawet wówczas, gdy pacjent ustawi się tak, że zasilanie bezprzewodowe będzie niewystarczająco wydajne.Preferably, a hold-up capacitor is connected to the wireless power system, which provides a power backup even when the patient has positioned the wireless power supply to be insufficiently efficient.

System pomiarowo-kontrolny według wynalazku zawiera bramę dostępową oraz przynajmniej jeden układ czujników połączony z nią łączem komunikacyjnym i charakteryzuje się tym, że układ czujników jest umieszczony w naklejce sensorycznej według wynalazku, a brama dostępowa zawiera jednostkę centralną, do której jest podłączony układ komunikacji wewnętrznej przystosowany do komunikacji z układem komunikacji bezprzewodowej naklejki sensorycznej, układ komunikacji zewnętrznej przystosowany do komunikacji z zewnętrzną siecią komunikacyjną oraz układ zasilania, z którym jest połączona jednostka transmisji energii. Układ zasilania bezprzewodowego naklejki sensorycznej jest przystosowany do odbierania energii przesyłanej przez układ transmisji energii bramy dostępowej.The measurement and control system according to the invention comprises an access gate and at least one sensor system connected thereto by a communication link and is characterized in that the sensor system is placed in a sensor sticker according to the invention, and the access gateway comprises a central unit to which the internal communication system adapted to the invention is connected. for communication with the wireless communication system of the sensor sticker, the external communication system adapted to communicate with the external communication network, and the power supply system to which the power transmission unit is connected. The wireless power supply system of the sensor sticker is adapted to receive the energy transmitted by the access gateway energy transmission system.

Korzystnie jednostka transmisji energii jest przystosowana do generowania zmiennego pola indukcji magnetycznej, a układ zasilania bezprzewodowego jest przystosowany do czerpania energii ze zmiennego pola indukcji magnetycznej.Preferably, the power transmission unit is adapted to generate an alternating magnetic induction field and the wireless power supply system is adapted to draw energy from the alternating magnetic induction field.

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym Fig. 1a przedstawia naklejkę sensoryczną według wynalazku, w widoku z góry, Fig. 1 b przedstawia tę naklejkę w widoku z dołu, Fig. 2 przedstawia schemat blokowy naklejki sensorycznej, Fig. 3 przedstawia schemat blokowy bramy dostępowej oraz schematycznie bezprzewodową transmisję energii z bramy dostępowej do układu zasilania bezprzewodowego naklejki sensorycznej, Fig. 4 przedstawia schemat blokowy układu akwizycji naklejki sensorycznej, natomiast Fig. 5 przedstawia schemat ideowy komunikacji za pomocą systemu według wynalazku.The subject of the invention is shown in an embodiment in the drawing, in which Fig. 1a shows a sensory sticker according to the invention in a top view, Fig. 1b shows this sticker in a bottom view, Fig. 2 shows a block diagram of a sensory sticker, Fig. 3 shows block diagram of the access gateway and schematically the wireless transmission of energy from the access gate to the wireless power supply of the sensor sticker, Fig. 4 shows a block diagram of the sensor tag acquisition system, and Fig. 5 shows a schematic diagram of communication by the system according to the invention.

Naklejka sensoryczna według wynalazku została przedstawiona na schematycznie na Fig. 1a i Fig. 1 b. Ma ona kształt prostopadłościanu z zaokrąglonymi bokami i składa się z silikonowego korpusu 1 oraz warstwy adhezyjnej 2, wykonanej z elastycznej folii samoprzylepnej lub samoprzylepnego silikonu. Warstwę adhezyjną dobiera się tak, by skutecznie przywierała do materiałów takich jak skóra, włosy czy tkanina.The sensory sticker according to the invention is shown schematically in Fig. 1a and Fig. 1b. It has the shape of a cuboid with rounded sides and consists of a silicone body 1 and an adhesive layer 2 made of a flexible self-adhesive foil or self-adhesive silicone. The adhesive layer is selected to adhere effectively to materials such as skin, hair or fabric.

W korpusie 1 zapewniono parami symetrycznie rozmieszczone otwory, w których mieszczą się mikrofon 3, głośnik 4, źródło światła 5 w postaci diody LED i czujnik światła 6. W centralnej części korpusu 1 zapewniono przycisk alarmowy 7.In the body 1, symmetrically spaced openings are provided in which there are placed a microphone 3, a loudspeaker 4, a light source 5 in the form of an LED diode and a light sensor 6. In the central part of the body 1 an emergency button 7 is provided.

W warstwie adhezyjnej 2 są wykonane otwory 7a o owalnym kształcie wypełnione włóknami termo- i elektroprzewodzącymi, pozwalającymi na odbiór sygnałów elektrofizjologicznych EKG, EMG, rejestrację temperatury, siły nacisku, ciśnienia, ugięcia, wilgotności oraz przewodności powierzchni skóry, przez znajdujące się pod nimi czujniki. Alternatywnie otwory są wypełnione włóknami węglowymi.In the adhesive layer 2, oval-shaped openings 7a are made, filled with thermoconductive and electrically conductive fibers, allowing the reception of electrophysiological ECG and EMG signals, registration of temperature, pressure, pressure, deflection, moisture and conductivity of the skin surface through sensors located under them. Alternatively, the holes are filled with carbon fibers.

Schemat blokowy naklejki sensorycznej 0 przedstawiono na Fig. 2. W niniejsz ym przykładzie wykonania naklejka sensoryczna 0 jest zaopatrzona w układ sterowania 8 typu ARM zasilany z układu zasilania bezprzewodowego 9. Układ zasilania bezprzewodowego 9 jest wykorzystywany również do zasilania pozostałych układów naklejki sensorycznej 0 i jest wyposażony w układ kondensatorów podtrzymujących 10. Do układu sterowania 8 jest podłączony układ akwizycji 12 oraz układ komunikacji bezprzewodowej 11 typu nRF52832, przystosowany do wysyłania sygnałów z czujników zarejestrowanych za pośrednictwem układu akwizycji 12 przez układ sterowania 8. Do układu akwizycji 12 są podłączone: czujnik EKG 13 wykonany z zastosowaniem układu DS1298R, czujnik EMG 14 wykona ny z zastosowaniem układu ADS1299, czujnik temperatury 15 wykonany z zastosowaniem układuThe block diagram of the sensor sticker 0 is shown in Fig. 2. In the present embodiment, the sensor sticker 0 is provided with an ARM-type control circuit 8 powered by a wireless power supply 9. The wireless power supply 9 is also used to power the remaining sensor tag systems 0 and is equipped with a system of supporting capacitors 10. The control system 8 is connected to the acquisition system 12 and the wireless communication system 11 of the nRF52832 type, adapted to send signals from sensors registered via the acquisition system 12 by the control system 8. The following are connected to the acquisition system 12: an ECG sensor 13 made with the use of the DS1298R system, the EMG sensor 14 made with the use of the ADS1299 system, temperature sensor 15 made with the use of the

PL 233 068 B1PL 233 068 B1

MA100GG103A, czujnik przewodności skóry 16 wykonany z zastosowaniem układu AD5933, czujnik wilgotności powierzchni skóry 17 wykonany z zastosowaniem układu Si7034, czujnik ugięcia 18, czujnik nacisku 19 wykonany z zastosowaniem układu MPX2300DT1, zintegrowany układ 20 zawierający akcelerometr wykonany z zastosowaniem układu ADXL345 wraz z czujnikiem pola magnetycznego wykonanym z zastosowaniem układu HMC5883L i żyroskopem wykonanym z zastosowaniem układu ITG-3200 oraz czujnik światła wykonany z zastosowaniem układu ISL29125 21. Do układu sterowania 8 jest podłączony układ alarmowy 24 z przyciskiem alarmowym 7, umożliwiający zasygnalizowanie sytuacji wyjątkowej. Dodatkowo, do układu sterowania 8 jest podłączony mikrofon 3, głośnik 4, moduł wibracyjny 22, świetlny element sygnalizacyjny 23. Naciśnięcie przycisku alarmowego 7 wywołuje alarm. Sygnalizacja alarmu odbywa się za pomocą dźwięku, światła LED, wibracji oraz poprzez przesłanie komunikatu do bramy dostępowej. Układ sterowania 8 jest przystosowany do wyzwalania alarmu na podstawie sygnałów z czujników uzyskiwanych z układu akwizycji 12, niezależnie od przycisku alarmowego 7. Układ komunikacji bezprzewodowej 11 jest przystosowany do komunikacji radiowej z bramą dostępową 31, w tym do wysyłania do bramy dostępowej 31 sygnałów pomiarowych z czujników oraz sygnału alarmowego.MA100GG103A, skin conductivity sensor 16 made using the AD5933 system, skin surface moisture sensor 17 made using the Si7034 system, deflection sensor 18, pressure sensor 19 made using the MPX2300DT1 system, integrated system 20 containing an accelerometer made using the ADXL345 system with a field sensor magnetic system made with the use of the HMC5883L system and a gyroscope made with the use of the ITG-3200 system and a light sensor made with the use of the ISL29125 21 system. An alarm system 24 with an alarm button 7 is connected to the control system 8, which enables signaling an emergency situation. Additionally, a microphone 3, a loudspeaker 4, a vibration module 22 and a signaling light 23 are connected to the control system 8. Pressing the alarm button 7 triggers an alarm. The alarm is signaled by sound, LED light, vibration and by sending a message to the access gate. The control system 8 is adapted to trigger an alarm based on the signals from the sensors obtained from the acquisition system 12, independently of the alarm button 7. The wireless communication system 11 is adapted to radio communication with the access gate 31, including sending measurement signals to the access gate 31 from sensors and alarm signal.

Schemat blokowy układu akwizycji danych pomiarowych 12 naklejki sensorycznej 0 został ukazany na Fig. 4. Układ akwizycji danych pomiarowych 12 zawiera wzmacniacze 41 podłączone do wejść multipleksera MUX. Do wyjścia multipleksera MUX jest podłączony przetwornik A/C, którego wyjście jest połączone z układem pamięci RAM. Pamięć RAM jest połączona interfejsem I²C z układem sterowania 8 oraz zintegrowanym układem 20 czujnika przyspieszenia z czujnikiem pola magnetycznego i żyroskopem. Czujniki: EKG 13, EMG 14, temperatury 15, przewodności skóry 16, wilgotności powierzchni skóry 17, ugięcia 18, nacisku 19, czujnik światła 21 oraz przycisk alarmowy 7 są podłączone z wejściem multipleksera za pośrednictwem wzmacniaczy 41. Przetwornik A/C jest podłączony do napięcia referencyjnego Vref.A block diagram of the measurement data acquisition system 12 of the sensor sticker 0 is shown in Fig. 4. The measurement data acquisition system 12 comprises amplifiers 41 connected to the inputs of the MUX multiplexer. An A / D converter is connected to the output of the MUX multiplexer, the output of which is connected to the RAM memory chip. The RAM is connected by an I ² C interface to a control system 8 and an integrated acceleration sensor system 20 with a magnetic field sensor and a gyroscope. Sensors: EKG 13, EMG 14, temperature 15, skin conductivity 16, skin surface moisture 17, deflection 18, pressure 19, light sensor 21 and the alarm button 7 are connected to the multiplexer input via amplifiers 41. The A / D converter is connected to reference voltage Vref.

Schemat blokowy bramy dostępowej 31 został ukazany na Fig. 3. Brama dostępowa 31 zawiera układ zasilania 32, jednostkę centralną 33, układ komunikacyjny sieci wewnętrznej 34 wykonany z zastosowaniem podzespołu nRF52832, układ komunikacyjny sieci zewnętrznej 35 wykonany z zastosowaniem podzespołu typu MG2639 oraz przynajmniej jedną jednostkę transmisji energii 36. Jednostka transmisji energii 36 zawiera obwód z szeregowo połączonymi cewką, kondensatorem oraz opornikiem. Nośnikiem energii przekazywanej z jednostki transmisji energii 36 jest pole magnetyczne, generowane przez cewkę. Układ zasilania bezprzewodowego 9 naklejki sensorycznej 0 jest przystosowany do pobierania energii z pola generowanego przez cewkę układu transmisji energii 36. Układy do indukcyjnego przekazywania energii są znane w stanie techniki i dostępne w sprzedaży.A block diagram of an access gateway 31 is shown in Fig. 3. Access gateway 31 includes a power supply 32, a central unit 33, an internal network communication system 34 using the nRF52832 component, an external network communication system 35 made using a subassembly type MG2639, and at least one unit. power transmission 36. The power transmission unit 36 comprises a circuit with a coil, capacitor, and resistor in series connected. The energy transmitted from the energy transmission unit 36 is carried by the magnetic field generated by the coil. The wireless power supply 9 of the sensor sticker 0 is adapted to draw energy from the field generated by the coil of the power transmission circuit 36. Inductive power transfer systems are known in the art and are commercially available.

Układ zasilania 32 zawiera przekształtnik prądu zmiennego, dostosowujący przebieg napięcia do specyfikacji zasilania jednostki transmisji energii 36. Jednostka transmitująca energię jest przystosowana do bezprzewodowej transmisji energii za pomocą sparowanego indukcyjnego układu rezonansowego układu zasilania bezprzewodowego 9 przynajmniej jednej naklejki sensorycznej. Alternatywnie jednostka transmisji energii 36 może bezprzewodowo transmitować energię z wykorzystaniem mikrofal, światła laserowego lub światła widzialnego.The power supply 32 includes an AC converter that adjusts the voltage waveform to the power specifications of the power transmission unit 36. The power transmitting unit is adapted to wirelessly transmit power by a paired inductive resonant wireless power supply 9 of at least one sensor tag. Alternatively, energy transmission unit 36 may transmit energy wirelessly using microwaves, laser light, or visible light.

Układ zasilania bezprzewodowego 9 naklejki sensorycznej 0 jest podłączony z cewką, która odbiera energię generowaną przez jednostkę transmisji energii 36 i przekształca ją na prąd elektryczny zasilający układy naklejki sensorycznej 0. Dzięki temu brama dostępowa 31 oraz jedna lub więcej naklejek sensorycznych 0 tworzą system pomiarowo-kontrolny umożliwiający monitorowanie stanu pacjenta i pomiary jego parametrów życiowych. W takim systemie według wynalazku powstaje sieć komunikacyjna, której węzłem jest brama dostępowa 31, do której podłączony jest zespół naklejek sensorycznych 0, za pomocą układów komunikacji bezprzewodowej 11 wysyłających sygnały do i odbierających sygnały z układu komunikacyjnego sieci wewnętrznej 34 bramy dostępowej 31. Dzięki temu, że bramy dostępowe są wyposażone w układ komunikacyjny sieci zewnętrznej 35 w systemie można zastosować również więcej niż jedną bramę dostępową 31. Wówczas w sieci komunikacyjnej występuje więcej niż jeden węzeł.The wireless power supply system 9 of the sensor sticker 0 is connected to a coil which receives the energy generated by the energy transmission unit 36 and converts it into electric current supplying the systems of the sensor sticker 0. This allows the access gate 31 and one or more sensor stickers 0 to form a measurement and control system enabling monitoring of the patient's condition and measurement of his vital signs. In such a system according to the invention, a communication network is created, the node of which is the access gateway 31, to which the set of sensor stickers 0 is connected, by means of wireless communication systems 11 sending signals to and receiving signals from the communication system of the internal network 34 of the access gateway 31. Since the access gateways are equipped with an external network communication system 35, more than one access gateway 31 can also be used in the system. There are then more than one node in the communication network.

W niniejszym przykładzie wykonania układ komunikacyjny sieci wewnętrznej 34 bramy dostępowej 31 stanowi układ typu nRF52832 przystosowany do odbioru i dekodowania sygnałów wysłanych przez przynajmniej jedną naklejkę sensoryczną 0 oraz do ich przetworzenia. Sygnały te są następnie przesyłane do zewnętrznego terminala 56, za pośrednictwem układu komunikacji zewnętrznej 35 oraz zewnętrznej sieci telekomunikacyjnej, jak ukazano na Fig. 5. Brama dostępowa 31 odbiera ponadto sygnały alarmowe z przynajmniej jednej naklejki sensorycznej i przesyła je do terminala 56 za pomocąIn the present embodiment, the communication system of the internal network 34 of the access gateway 31 is an arrangement of the nRF52832 type adapted to receive and decode the signals sent by the at least one sensor sticker 0 and to process them. These signals are then sent to the external terminal 56 via the external communication system 35 and the external telecommunications network as shown in Fig. 5. The access gateway 31 further receives alarm signals from at least one sensor sticker and transmits them to the terminal 56 via

PL 233 068 B1 układu komunikacji zewnętrznej 35. Układ sterujący 8 naklejki sensorycznej odbiera sygnały danych z czujników, przetwarza, analizuje i przesyła bezprzewodowo do bramy dostępowej 11. W przypadku wykrycia sytuacji zagrożenia wysyłany jest bezprzewodowo komunikat do bramy dostępowej 31 z informacją o typie zagrożenia oraz uruchamiane są wibracje, komunikat dźwiękowy za pomocą głośnika 4 i komunikat świetlny przez źródło światła 5. Dodatkowo sygnał alarmowy jest wysyłany za pomocą układu komunikacji bezprzewodowej 11 do bramy dostępowej 31.The control system 8 of the sensor label receives data signals from the sensors, processes, analyzes and transmits wirelessly to the access gate 11. In the event of a threat situation being detected, a message is sent wirelessly to the access gate 31 with information on the type of threat and vibration is triggered, an audible message via loudspeaker 4 and a light message via light source 5. Additionally, an alarm signal is sent via wireless communication device 11 to the access gate 31.

Sposób według wynalazku jest wykonywany za pomocą bramy dostępowej 31 oraz przynajmniej jednej naklejki sensorycznej 0. Brama dostępowa 31 oraz naklejki sensoryczne są skonfigurowane do wymiany energii i sygnałów jak opisano powyżej. Aby to osiągnąć, w pierwszej kolejności każdą naklejkę sensoryczną przypina/przyczepia się stroną samoprzylepną do ciała lub ubrania człowieka w miejscach dokonywania pomiaru: mostka, klatki piersiowej, ramienia, głowy, pasa, uda, kostki. Bramę dostępową umieszcza się w odległości co najmniej 10 cm od naklejki sensorycznej.The method of the invention is performed with an access gate 31 and at least one sensor sticker 0. The access gate 31 and the sensor labels are configured to exchange energy and signals as described above. To achieve this, first of all, each sensory sticker is pinned / attached to the human body or clothing with the adhesive side at the points of measurement: sternum, chest, arm, head, waist, thigh, ankle. The access gate is placed at least 10 cm from the sensor sticker.

Opcjonalnie brama dostępowa może mieć strukturę rozproszoną i zawierać więcej niż jedną jednostkę transmisji energii 36. Takie rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w sali szpitalnej, w której układ zasilania 32, jednostka centralna 33, oraz układy komunikacji zewnętrznej 35 i wewnętrznej 34 znajdują się w jednej obudowie, zaś jednostki transmisji energii 36 są zamontowane przy łóżkach pacjentów.Optionally, the access gateway may have a distributed structure and include more than one power transmission unit 36. Such a solution may find application in a hospital room where the power supply 32, the central unit 33, and the external 35 and internal communication systems 34 are contained in a single housing. and the power transmission units 36 are mounted at the patient's beds.

W takiej konfiguracji jednostka centralna 33 bramy dostępowej 31 najpierw zasila wszystkie jednostki transmisji energii 36, analizuje pobór mocy, a w dalszym działaniu zasilane są te jednostki transmisji energii 36, z których rejestruje najwyższy pobór mocy. Komunikację pomiędzy naklejką 0 a bramą dostępową 31 prowadzi się za pomocą układu komunikacji wewnętrznej 34 bramy dostępowej 31 oraz odpowiadającego mu układu transmisji bezprzewodowej naklejki sensorycznej 0.In this configuration, the central unit 33 of the access gateway 31 first powers all power transmission units 36, analyzes the power consumption, and further powers those power transmission units 36 from which it registers the highest power consumption. Communication between sticker 0 and access gateway 31 is carried out by means of internal communication system 34 of access gateway 31 and a corresponding wireless transmission system of sensoric sticker 0.

Pobudzona i zasilona energią przesłaną z jednostki transmisji energii 36 naklejka sensoryczna 0 rozpoczyna działanie. Następuje etap akwizycji i wstępnego przetwarzania danych z dostępnych czujników: EKG 13, EMG 14, temperatury 15, wilgotności powierzchni skóry 17, przewodności powierzchni skóry 16, ugięcia 18, nacisku 19 oraz zintegrowanego czujnika 20 zawierającego akcelerometr oraz czujnik pola magnetycznego i żyroskop, a następnie przesyła te sygnały do bramy dostępowej 31. Jeżeli wskazania czujników odpowiadają predefiniowanym kryteriom lub pacjent nacisnął przycisk alarmowy 7, dodatkowo wysyłany jest sygnał alarmu. Otrzymane sygnały pomiarowe oraz komunikat o wciśnięciu przycisku alarmowego są transmitowane do bramy dostępu. Brama dostępowa 31 agreguje sygnały ze wszystkich naklejek sensorycznych uzyskując dane umożliwiające dokładniejsze oznaczenie monitorowanych parametrów życiowych.Energized and energized by the energy transmitted from the energy transmission unit 36, the sensory sticker 0 starts to operate. The stage of acquiring and pre-processing data from the available sensors follows: ECG 13, EMG 14, temperature 15, skin surface moisture 17, skin surface conductivity 16, deflection 18, pressure 19 and an integrated sensor 20 containing an accelerometer, a magnetic field sensor and a gyroscope, and then transmits these signals to the access gate 31. If the sensor readings match the predefined criteria or the patient has pressed the alarm button 7, an alarm signal is additionally sent. The received measurement signals and the message about pressing the alarm button are transmitted to the access gate. The access gate 31 aggregates the signals from all sensory stickers to obtain data enabling more accurate determination of monitored vital signs.

Schemat komunikacji pomiędzy poszczególnymi elementami systemu został przedstawiony na Fig. 5. Naklejka sensoryczna 0 transmituje sygnały danych pomiarowych w sieci wewnętrznej 54 do bramy dostępu 31. Brama dostępowa 31 agreguje, przetwarza i analizuje otrzymane dane pomiarowe, a następnie przesyła je do zewnętrznego terminala 56 poprzez sieć zewnętrzną 55 z serwerem 50. Na terminalu dane te może obserwować osoba nadzorująca wielu pacjentów.The diagram of communication between the various elements of the system is shown in Fig. 5. The sensor sticker 0 transmits measurement data signals in the internal network 54 to the access gate 31. The access gate 31 aggregates, processes and analyzes the obtained measurement data, and then sends it to the external terminal 56 via an external network 55 with a server 50. On the terminal, this data can be viewed by a caregiver of multiple patients.

Dodatkowo bramę dostępową 31 wyposaża się w spersonalizowaną bazę danych B, w której zapisuje się zakresy normalne i alarmowe parametrów życiowych właściwe dla danego pacjenta. Za pomocą bramy dostępowej 31 odbiera się sygnały pomiarowe z przynajmniej jednej naklejki sensorycznej 0 i na ich podstawie tworzy się wektor parametrów w. Jeżeli elementy wektora parametrów w nie zawierają się w zakresach zapisanych w spersonalizowanej bazie danych B, to za pomocą bramy dostępowej 31 do terminala 56 przesyła się komunikat alarmowy. Komunikat alarmowy przesyła się również do przynajmniej jednej naklejki sensorycznej 0. Komunikat ten wyzwala środki sygnalizacyjne 22, 23 naklejki sensorycznej. Dodatkowo zestawiane jest połączenie transmisji dźwięku z udziałem układu mikrofonu i głośnika pomiędzy zewnętrznym terminalem a naklejką sensoryczną.Additionally, the access gate 31 is equipped with a personalized database B in which the normal and alarm ranges of vital signs specific to a given patient are recorded. By means of the access gate 31, measurement signals are received from at least one sensor sticker 0 and based on them the parameter vector w is created. If the elements of the parameter vector w do not fall within the ranges stored in the personalized database B, then by the access gate 31 to the terminal 56, an emergency message is sent. The alarm message is also transmitted to at least one sensor sticker 0. This message triggers the signaling means 22, 23 of the sensor sticker. Additionally, a connection of sound transmission with the participation of a microphone and loudspeaker system is established between the external terminal and the sensor sticker.

Baza danych B zawiera zbiór reguł definiujących zdarzenia potencjalnie niebezpieczne oraz zbiór przyjętych spersonalizowanych wartości dla konkretnego użytkownika: wzrost lub spadek temperatury ciała, przewodności skóry, wilgotności skóry, aktywności ruchowej, w tym bezruch, częstości akcji serca, częstości oddechów, aktywności mięśni, wykrycie upadku lub anormalnego zdarzenia.Database B contains a set of rules defining potentially dangerous events and a set of adopted personalized values for a specific user: increase or decrease in body temperature, skin conductivity, skin moisture, motor activity, including immobility, heart rate, respiratory rate, muscle activity, fall detection or an abnormal event.

W świetle powyższego opisu jest jasnym, że naklejkę sensoryczną oraz system według wynalazku można urzeczywistnić w licznych konfiguracjach obejmujących dwie i więcej bram dostępowych 31 oraz dwie i więcej naklejek sensorycznych 0. Jest również jasnym, że można zastosować rozmaite rozwiązania w postaci programów wykonywanych przez układ sterowania 8 naklejki 0 i jednostkę centralną 33 bramy dostępowej 31, zapewniające arbitralnie dobrane, jak również rekonfigurowalne kryteria alarmów generowanych na podstawie sygnałów odczytywanych z czujników, a także mechanizmy zbierania i agregowania tych sygnałów dla celów diagnostyki i leczenia.In view of the above description, it is clear that the sensory sticker and the system according to the invention can be implemented in numerous configurations including two or more access gates 31 and two or more sensor stickers 0. It is also clear that various solutions in the form of programs executed by the control system can be implemented. 8 stickers 0 and the central unit 33 of the access gateway 31, providing arbitrarily selected as well as reconfigurable criteria for alarms generated on the basis of signals read from sensors, as well as mechanisms for collecting and aggregating these signals for the purposes of diagnosis and treatment.

Claims

Patent claims

A method of acquiring measurement signals, comprising the step of reading a signal from at least one sensor and the step of transmitting the signal and displaying it on an external terminal (56), characterized in that the reading of the signal from the at least one sensor is performed by means of an acquisition system (12) of a sensoric sticker (0) connected to the control system (8) of said sensor sticker (0), and the transmission step is performed in two stages, first sending a signal from at least one sensor by means of the wireless transmission system (11) of the sensor sticker (0) to the internal communication system (34) of the access gateway (31), and then transmitting this signal from at least one sensor from the access gateway (31) via an external communication system (35) via an external communication network to the terminal (56), the power being supplied to the terminal (56). the sensory sticker (0) is provided wirelessly thereto by the power transmission unit (36) of the access gateway (31) with once the wireless power supply system (9) of the sensor sticker (0).

2. Method of acquiring measurement signals according to claim The method of claim 1, characterized in that in the step of reading a signal from at least one sensor, measurement signals from at least the ECG sensor (13), the EMG sensor (14), the temperature sensor (15), the skin conductivity sensor (12) are recorded by the acquisition system (12). 16), a skin surface moisture sensor (17), a deflection sensor (18), a pressure sensor (19), a light sensor (21) and an integrated system (20) of a magnetic field sensor, an acceleration sensor and a gyroscope.

3. Sensory sticker (0) made in the form of a body (1) with at least one flat wall covered with an adhesive layer (2) containing a power source supplying the control system (8) and the wireless communication system (11) connected with it, the acquisition system (12) and a set of sensors connected to the acquisition system (12), characterized in that in the adhesive layer (2) adjacent to at least one sensor (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21), it is provided with at least one an opening (7a) filled with thermally conductive and electrically conductive fibers and the fact that the power source is a wireless power supply system (9).

4. Sensory sticker according to claim 3. The sensor set of claim 3, characterized in that the sensor set comprises: an ECG sensor (13), an EMG sensor (14), a temperature sensor (15), a skin conductivity sensor (16), a skin surface moisture sensor (17), a deflection sensor (18), a pressure sensor (19), a light sensor (21), and an integrated assembly (20) for a magnetic field sensor, an acceleration sensor and a gyroscope.

5. Sensory sticker according to claim 1 Device according to claim 3 or 4, characterized in that it comprises signaling means (22, 23) and an alarm system (24) connected to the control system (8) and provided with an alarm button (7) triggering the signaling means (22, 23).

6. Sensory sticker according to claim The battery according to claim 3, 4 or 5, characterized in that at least one holding capacitor (10) is connected to the wireless power supply (9).

A measurement and control system comprising an access gate (31) and at least one sensor system connected thereto by a communication link, characterized in that the sensor system is located in a sensor sticker (0) as defined in any of the claims 1 to 3, the access gateway (31) includes a central unit (33) to which is connected an internal communication system (34) adapted to communicate with the wireless communication system (11) of the sensor sticker (0), an external communication system (35) ) adapted to communicate with an external communication network; and a power supply (32) to which the power transmission unit (36) is connected, the wireless power supply (9) of the sensor sticker (0) being adapted to receive energy transmitted by the power transmission circuit ( 36) of the access gateway (31).

8. A measurement and control system according to claim The method of claim 7, characterized in that the power transmission unit (36) is adapted to generate an alternating magnetic induction field, and the wireless power supply system (9) is adapted to draw energy from the alternating magnetic induction field.