WO2000074566A1 - Vorrichtung und verfahren zur extraktion physiologischer daten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur extraktion physiologischer daten Download PDF

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
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    • A61B5/1172—Identification of persons based on the shapes or appearances of their bodies or parts thereof using fingerprinting

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for the non-invasive extraction of physiological data on the skin of the body.
  • a non-invasive extraction of physiological data on the skin of the body is used for medical purposes or for lie detection. For example, during a court hearing, a security check or a job interview, great importance is attached to ensuring that the person to be checked, e.g. B. A witness or a court interview.
  • Methods for the non-invasive extraction of physiological data about the skin are known, in which a production of body sweat is determined by measuring the skin resistance, for example by electrodes placed on the upper body.
  • Lie detection is based, among other things, on the observation that conscious lying leads to a physical reaction of the skin.
  • the device is constructed in such a way that it has at least one fingerprint sensor for determining sweat production.
  • a degree of blackening is recorded by means of the fingerprint sensor and a change in the production of sweat of the finger resting on the fingerprint sensor is measured by means of a change in the degree of blackening.
  • a time profile of the blackening image results in a blackening profile.
  • the degree of blackening essentially corresponds to the contact area perceived by the fingerprint sensor, also called the contact area, of the finger. With increased sweat production, the blackening image recorded by the fingerprint sensor also becomes darker on average. This is u. a. the fact that the increased presence of body sweat on the finger increases the pressure transmission from the finger to the fingerprint sensor or that a larger area of the fingerprint sensor is occupied.
  • This method for the non-invasive extraction of physiological data has the advantage that a statement about the production of body sweat can be determined by simply putting on a finger.
  • a further attachment of devices to the human body for example cuffs for pulse detection or adhesive strips for determining skin resistance, can thus be dispensed with.
  • This also makes it possible to provide a compact and portable device for the non-invasive extraction of physiological data.
  • the device can also have more than one fingerprint sensor, for example two fingerprint sensors for two different fingers of one hand or on both hands.
  • the device can also be equipped with fingerprint sensors for each finger.
  • the pressure exerted by the finger on the fingerprint sensor may fluctuate.
  • a fluctuation in this contact pressure leads to a change in the blackening pattern due to the changing contact surface. It is therefore desirable to separate the influence of pressure from the influence of sweat production on the blackening profile.
  • the lie detector is equipped not only with the at least one fingerprint sensor but also with at least one pressure sensor which can measure the pressure exerted by the finger on the fingerprint sensor.
  • the pressure sensor is expediently attached to the side of the fingerprint sensor facing away from the finger.
  • a finger presses the fingerprint sensor, which in turn presses the pressure sensor.
  • the pulse rate can be determined by means of the periodic components or, if applied over time, the pulse profile.
  • This method for non-invasive extraction of physiological data can advantageously be used for lie detection.
  • the density profile taking into account the Time of statement
  • Draw conclusions about the veracity of the statement For example, it can be a reference to a lie if a significantly higher sweat production, corresponding to a local maximum in the pressure-normalized blackening profile, occurs when hearing a question or answering a question.
  • pulse profile results in a further possibility for determining a physical reaction in lie detection. Because when listening to a question or when answering a question z. B. also set a higher pulse train.
  • the method for non-invasive extraction of physiological data can also be used advantageously for living detection. It is assumed that when a pulse profile is recognized, a finger placed on the device is attached to a living person.
  • Identification machines based on fingerprint profiles e.g. B at ATMs or at security gates.
  • the live detection it can be determined whether the finger placed on the identification machine is still connected to a bloodstream or whether it is e.g. B. for
  • the device is preferably light and portable and equipped with a transmitter.
  • the radio waves emitted by the transmitter should preferably also be able to penetrate a layer of earth, typically between half a meter and two meters thick.
  • Figure 1 shows schematically in an oblique view an embodiment of the device according to the invention.
  • This figure describes a lie detector.
  • a fingerprint sensor 1 which is connected via electrical connections 4 to a welding evaluation unit 6 for determining a degree of blackening or a blackening profile.
  • a welding evaluation unit 6 for determining a degree of blackening or a blackening profile.
  • a side of the fingerprint sensor 1 facing away from the finger is a pressure sensor 2, which measures a pressure applied to the fingerprint sensor 1 at least proportionally.
  • the pressure sensor 2 is connected to a standardization unit 7 via electrical connections 5.
  • the density profile and the pressure profile are introduced into the standardization unit 7, in which a pressure-standardized density profile is determined.
  • the pulse beat on the finger is determined in a pulse unit 8 for determining periodic components from the pressure-standardized blackening profile.
  • the test person presses his finger on the contact surface 11 of the fingerprint sensor 1. Then the tester's questions are asked and at the same time the blackening profile is recorded. Correlations between the standardized blackening profile and the test questions and / or the pulse beat determined in the pulse unit 8 allow conclusions to be drawn about the truthfulness of the answers of the test person to the questions asked.

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Abstract

Die Vorrichtung weist mindestens einen Fingerabdrucksensor (1) zur Ermittlung eines Schwärzungsprofils auf.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zur Extraktion physiologischer Daten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten über die Körperhaut.
Eine nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten über die Körperhaut wird angewandt für medizinische Zwecke oder auch zur Lügendetektion. Beispielsweise bei einer Gerichtsverhandlung, einer Sicherheitsüberprüfung oder einem Einstellungsgespräch wird großer Wert darauf gelegt, daß der zu Überprüfende, z. B. ein Zeuge oder ein Angeklagter, die Wahrheit sagt.
Es sind Verfahren zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten über die Haut bekannt, bei denen eine Produktion von Körperschweiß über eine Messung des Hautwiderstandes ermittelt wird, beispielsweise durch am Oberkörper aufgesetzte Elektroden.
Die Lügendetektion beruht unter anderem auf der Beobachtung, daß bewußtes Lügen zu einer körperlichen Reaktion der Haut führt .
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten über die Körperhaut bereitzustellen, welche einfach anwendbar ist.
Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie gemäß eines Verfahrens nach Anspruch 7 gelöst. Vorteil- hafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen entnehmbar. Die Vorrichtung ist so aufgebaut, daß sie mindestens einen Fingerabdrucksensor zur Ermittlung einer Schweißproduktion aufweist.
Dabei wird mittels des Fingerabdrucksensors ein Schwärzungsgrad aufgenommen und mittels einer Änderung des Schwärzungsgrades wird eine Änderung einer Schweißproduktion des am Fingerabdrucksensor aufliegenden Fingers gemessen. Ein zeitlicher Verlauf des Schwärzungsbildes ergibt ein Schwärzungspro- fil.
Der Schwärzungsgrad entspricht dabei im wesentlichen der vom Fingerabdrucksensor wahrgenommenen Auflagefläche, auch Kontaktfläche genannt, des Fingers. Bei einer erhöhten Schweiß- Produktion wird auch das vom Fingerabdrucksensor aufgenommene Schwärzungsbild im Mittel dunkler. Dies liegt u. a. daran, daß durch das vermehrte Vorhandensein des Körperschweißes am Finger die Druckübertragung vom Finger auf den Fingerabdrucksensor erhöht wird bzw. daran, daß eine größere Fläche des Fingerabdrucksensors belegt wird.
Diese Methode zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten weist den Vorteil auf, daß eine Aussage über die Produktion von Körperschweiß durch einfaches Auflegen eines Fin- gers ermittelbar ist.
Somit kann auf eine weitergehende Anbringung von Vorrichtungen am menschlichen Körper, beispielsweise Manschetten zur Pulserfassung oder Klebestreifen zur Ermittlung des Hautwiderstandes, verzichtet werden. Dadurch ist es auch möglich, eine kompakten und tragbare Vorrichtung zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten bereitzustellen.
Die Vorrichtung kann auch mehr als einen Fingerabdrucksensor aufweisen, beispielsweise zwei Fingerabdrucksensoren für zwei unterschiedliche Finger einer Hand bzw. an beiden Händen.
Auch kann die Vorrichtung mit Fingerabdrucksensoren für jeden Finger ausgestattet sein. Während des Betriebs der Vorrichtung kann es vorkommen, daß der vom Finger auf den Fingerabdrucksensor ausgeübte Druck schwankt. Eine Schwankung dieses Auflagedrucks führt aber we- gen der sich ändernden Kontaktfläche zu einer Änderung des Schwärzungsbildes. Daher ist es wünschenswert, den Einfluß des Drucks vom Einfluß der Schweißproduktion auf das Schwärzungsprofil zu trennen.
Aufgrund dessen ist es vorteilhaft, wenn der Lügendetektor außer mit dem mindestens einen Fingerabdrucksensor auch mit mindestens einem Drucksensor ausgerüstet ist, welcher den vom Finger auf den Fingerabdrucksensor ausgeübten Druck messen kann.
Zweckmäßigerweise wird dazu der Drucksensor auf der zur Auflage des Fingers vorgesehenen Fläche des Fingerabdrucksensors abgewandten Seite angebracht. Ein Finger drückt also auf den Fingerabdrucksensor, welcher wiederum auf den Drucksensor drückt. Dadurch ist es möglich, gleichzeitig das Schwärzungsprofil des Fingerabdrucksensors und das Druckprofil des Drucksensors aufzunehmen und durch Abgleich des Schwärzungsprofils mit dem Druckprofil den Schwärzungsgrad druckzunormieren, d. h. weitgehend vom Druck unabhängig zu ermitteln.
Es ist zudem vorteilhaft, wenn das drucknormierte oder nicht drucknormierte Schwärzungsprofil auf periodische Anteile untersucht wird. Mittels der periodischen Anteile kann der Pulsschlag ermittelt werden oder, bei zeitlicher Auftragung, das Pulsprofil.
Dazu ist vorteilhafterweise eine Auswerteschaltung zur Ermittlung periodischer Anteile des Schwärzungsprofils vorhanden.
Diese Methode zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten ist vorteilhaft anwendbar zur Lügendetektion. Mittels des Schwärzungsprofils lassen sich unter Berücksichtigung des Aussagezeitpunkts Rückschlüsse auf einen Wahrheitsgehalt der Aussage ziehen. Beispielsweise kann es ein Hinweis auf eine Luge sein, wenn beim Hören einer Frage oder bei einer Beantwortung einer Frage eine signifikant höhere Schweißprodukti- on, entsprechend einem lokalen Maximum im gunstigerweise drucknormierten Schwarzungsprofil, auftritt.
Mittels einer zusätzlichen Nutzung des Pulsprofils ergibt sich eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung einer korperli- chen Reaktion bei der Lügendetektion. Denn beim Hören einer Frage oder bei einer Beantwortung einer Frage kann sich z. B. auch eine höhere Pulsfolge einstellen.
Die Methode zur nicht-invasiven Extraktion physiologischer Daten ist auch vorteilhaft anwendbar zur Lebenderkennung. Dabei wird davon ausgegangen, daß bei einer Erkennung eines Pulsprofils ein auf die Vorrichtung aufgelegter Finger an einer lebenden Person befestigt ist.
Vorteilhafterweise ist die Lebenderkennung anwendbar bei
Identifizierungsautomaten auf der Basis von Fingerabdruck- Profilen, z. B an Geldautomaten oder an Sicherheitsschleusen. Durch Anwendung der Lebenderkennung laßt sich feststellen, ob der auf den Identifizierungsautomaten aufgelegte Finger noch mit einem Blutkreislauf verbunden ist oder ob er z. B. zur
Erschleichung eines Zugangs von einer berechtigten Person abgetrennt worden ist.
Auch kann dies gunstigerweise zur Erkennung eines Scheintodes benutzt werden. Dazu wird z. B. einer als tot angesehenen
Person die Vorrichtung mit Pulserkennung an einen Finger geschnallt. Stellt die Vorrichtung einen Pulsschlag fest, so wird ein Alarm ausgelost. Dazu ist die Vorrichtung vorzugsweise leicht und tragbar und mit einem Sender ausgestattet. Die vom Sender ausgesandten Funkwellen sollten vorzugsweise auch eine Erdschicht, typischerweise der Dicke zwischen einem halben und zwei Metern, durchdringen können. Figur 1 zeigt schematisch in Schrägansicht ein Ausführungsbeispiel für erfindungsgemäße Vorrichtung.
Diese Figur beschreibt einen Lügendetektor. In einem Gehäuse 3 ist ein Fingerabdrucksensor 1 vorhanden, welcher über elektrische Anschlüsse 4 an eine Schweißauswerteeinheit 6 zur Ermittlung eines Schwärzungsgrades bzw. eines Schwärzungspro- fils angeschlossen ist. An der der Auflagefläche 11 eines
Fingers abgewandten Seite des Fingerabdrucksensors 1 ist ein Drucksensor 2 angebracht, welcher einen am Fingerabdrucksensor 1 anliegenden Druck zumindest proportional mißt.
Der Drucksensor 2 ist über elektrische Anschlüsse 5 an eine Normierungseinheit 7 angeschlossen. Das Schwärzungsprofil und das Druckprofil werden in die Normierungseinheit 7 eingebracht, in welcher ein drucknormiertes Schwärzungsprofil ermittelt wird. In einer Pulseinheit 8 zur Bestimmung periodi- scher Anteile wird aus dem drucknormierten Schwärzungsprofil der Pulsschlag am Finger ermittelt.
Während eines Lügendetektortests drückt die Testperson ihren Finger auf die Auflagefläche 11 des Fingerabdrucksensors 1. Dann werden der Testerson Fragen gestellt und gleichzeitig wird das Schwärzungsprofil aufgenommen. Durch Korrelation zwischen dem normierten Schwärzungsprofil und den Testfragen und / oder dem in der Pulseinheit 8 ermittelten Pulsschlag lassen sich Rückschlüsse auf den Wahrheitsgehalt der Antwor- ten der Testperson auf die gestellten Fragen aufstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Extraktion physiologischer Daten über die Körperhaut, aufweisend mindestens einen Fingerabdrucksensor (1) zur Ermittlung eines Schwärzungsprofils .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, aufweisend zusätzlich einen Drucksensor (2), mittels dessen ein Druck- profil eines auf den Fingerabdrucksensor (1) ausgeübten Druk- kes meßbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Drucksensor (2) an der der Auflagefläche des Fingerab- drucksensors (1) abgewandten Seite angebracht ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei der eine Normierungseinheit (7) zur Ermittlung eines drucknormierten Schwärzungsbildes vorhanden ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Pulseinheit (8) zur Ermittlung periodischer Anteile des drucknormierten oder nicht-drucknormierten Schwärzungsprofils vorhanden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die in einem Lügendetektor eingebaut ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, die in einer Meßvorrichtung zur Lebenderkennung eingebaut ist.
8. Verfahren zur Lügendetektion unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 6, bei dem eine Schwankung im Schwärzungsprofil mit den einer Testperson gestellten Fragen oder mit von einer Testperson gegebenen Antworten korreliert wird.
9. Verfahren zur Lebenderkennung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß Anspruch 7, bei dem nach einer Detektion der periodischen Anteile ein Alarmsignal gegeben wird.
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