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DE102011112226A1 - Multi-model multi-sensor device for contact-less detection and monitoring of physiological signals of resting or active working people, has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection of physiological signals - Google Patents

Multi-model multi-sensor device for contact-less detection and monitoring of physiological signals of resting or active working people, has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection of physiological signals Download PDF

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Publication number
DE102011112226A1
DE102011112226A1 DE102011112226A DE102011112226A DE102011112226A1 DE 102011112226 A1 DE102011112226 A1 DE 102011112226A1 DE 102011112226 A DE102011112226 A DE 102011112226A DE 102011112226 A DE102011112226 A DE 102011112226A DE 102011112226 A1 DE102011112226 A1 DE 102011112226A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
physiological signals
sensors
monitoring
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011112226A
Other languages
German (de)
Inventor
Tobias Wartzek
Steffen Leonhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LifeTAix GmbH
Original Assignee
LifeTAix GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LifeTAix GmbH filed Critical LifeTAix GmbH
Priority to DE102011112226A priority Critical patent/DE102011112226A1/en
Publication of DE102011112226A1 publication Critical patent/DE102011112226A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The multi-model multi-sensor device has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection and monitoring of significant physiological signals. The sensor functionalities or sensor partitions integrated into each other inside a multi-sensor contain an electrical and an optoelectronic device. The electrical and an optoelectronic device enables a simultaneous capacitive measurement of an electric field and a photoplethymographic measurement of light scattering of the dermal blood volume pulse or the material between sensor and patient.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine multimodale Sensorvorrichtung zur kontaktlosen, ortsselektiven Erfassung und Überwachung von wichtigen physiologischen Signalen des ruhenden oder aktiv tätigen Menschen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a multimodal sensor device for contactless, location-selective detection and monitoring of important physiological signals of the person resting or actively acting according to the preamble of patent claim 1.

Vor allem in Krankenhäusern auf Stationen niedriger bis mittlerer Überwachungsstufe, bei der Therapie chronisch Kranker (z. B. während der Dialyse) aber auch in der Betreuung von Patienten im häuslichen Umfeld (z. B. zur Detektion von Atemaussetzern und Stress bei Schlafapnoe oder bei Säuglingen mit unreifer Atmungsregulation), findet heutzutage nur eine intermittierende punktuelle bzw. gar keine Überwachung der Vitalparameter durch Personal oder Angehörige statt. Es gibt zwar Sensoren, die eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen würden, allerdings benötigen diese immer eine mechanische und elektrisch leitfähige Fixierung am Patienten und sind mit störender Verkabelung verbunden. Zusätzlich können z. B. durch Klebelektroden Hautirritationen auftreten. Kontaktlose Messtechniken, die auf unterschiedlichen physikalischen Effekten beruhen, befinden sich momentan noch in der Entwicklung, wobei das größte Problem die erhöhte Sensitivität für Artefakte aufgrund der kontaktlosen Messtechnik ist. Diese Artefakte stellen aber, wenn sie als solche erkannt und z. B. als „bewegungsgestört” angezeigt würden, für viele Anwendungen kein grosses Problem dar, da es sich bei den skizzierten Anwendungsszenarien häufig nicht um Hoch-Risiko-Patienten handelt und Zeitabschnitte ohne brauchbare Messsignale tolerierbar wären, d. h. eine reduzierte Sensitivität bei sehr hoher Spezifität erscheint in diesen Fällen akzeptabel.Above all in hospitals at wards of low to medium monitoring level, in the treatment of chronically ill patients (eg during dialysis) but also in the care of patients in the home environment (eg for the detection of respiratory distress and stress in sleep apnea or Infants with immature respiratory regulation), there is nowadays only intermittent punctual or no monitoring of the vital parameters by personnel or relatives. Although there are sensors that would allow continuous monitoring, these always require a mechanical and electrically conductive fixation on the patient and are associated with disturbing cabling. In addition, z. B. occur through adhesive electrodes skin irritation. Contactless measurement techniques based on different physical effects are currently under development, with the biggest problem being the increased sensitivity to artifacts due to contactless measurement. These artifacts, however, if recognized as such and z. As "motion disordered" would be displayed, for many applications is not a major problem, since it is often in the sketched application scenarios are not high-risk patients and time intervals would be tolerable without useable measurement signals, d. H. a reduced sensitivity with very high specificity seems acceptable in these cases.

Die robuste, kontaktlose (d. h. es wird kein galvanischer Kontakt zur Haut benötigt) und automatische kontinuierliche Überwachung könnte eine Verschlechterung des Gesundheitszustandes auch auf Stationen niedriger Überwachungsstufe oder im häuslichen Umfeld frühzeitig detektieren, so dass rechtzeitig mit einer adäquaten Therapie reagiert und Folgekosten gesenkt werden können.Robust, non-contact (requiring no galvanic contact with the skin) and automatic continuous monitoring could detect health deterioration early on at low-level or home-care settings, allowing timely response to appropriate therapy and reduced follow-up costs.

In den letzten Dekaden sind eine ganze Reihe von Vorrichtungen zur nichtinvasiven Erfassung verschiedener Vitalparameter des Menschen entwickelt worden. Vorrichtungen, von denen bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausgegangen wird, sind beispielsweise in der beigefügten Literaturauswahl zum Stande der Technik oder aus den Patentschriften DE 3100610.8 (Blazek und Wienert, 1981), DE 3609075.1 (Schmitt und Blazek, 1986) und DE 4226973.3 (Blazek und Schmitt, 1992), bekannt. Alle diese Vorrichtungen (d. h. die Literaturauswahl als auch die obigen Patente) weisen Sensor-Datenerfassungskonfigurationen auf, welche wenigstens einen kapazitiven oder einen optoelektronischen Sensor beinhalten. Auch sind grundsätzlich bereits kombinierte Sensorkonfigurationen für Multiparameter-Monitoring bekannt (Chetelat, 2006), auch wenn diese nicht kontaktfrei ausgeführt sind. Auf diese Druckschriften wird im Übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher beschriebenen Begriffe ausdrücklich verwiesen.In recent decades, quite a number of devices have been developed for the noninvasive detection of various human vital parameters. Devices which are considered in the formulation of the preamble of claim 1, are for example in the attached literature selection of the prior art or from the patents DE 3100610.8 (Blazek and Wienert, 1981), DE 3609075.1 (Schmitt and Blazek, 1986) and DE 4226973.3 (Blazek and Schmitt, 1992). All of these devices (ie, the literature selection as well as the above patents) have sensor data acquisition configurations that include at least one capacitive or one optoelectronic sensor. In principle, already combined sensor configurations for multi-parameter monitoring are also known (Chetelat, 2006), even if they are not designed to be contact-free. Incidentally, these documents are expressly referenced to explain all not described here in detail.

Derzeitige in der Klinik eingesetzte Messtechniken zur Messung der Herzfrequenz (z. B. EKG, PPG) werden über Kabel und Elektroden mit dem Patienten verbunden. Damit sind diese Techniken zwar einfach und störungsarm zu realisieren, sind dafür aber mit häufigem Wechsel der Klebeelektroden verbunden, die Hautirritationen und Stress verursachen können. Dazu kommt eine Minderung der Bewegungsfreiheit durch die Kabel.Current heart rate measuring techniques used in the clinic (eg ECG, PPG) are connected to the patient via cables and electrodes. Although these techniques are simple and low-interference, they are associated with frequent changes in adhesive electrodes, which can cause skin irritation and stress. Added to this is a reduction in freedom of movement through the cables.

Eine Messtechnik zur kontaktfreien Ableitung des EKGs wurde bisher im klinischen Alltag noch nicht etabliert. Ähnlich verhält es sich mit der Temperaturmessung. Es gibt zwar nichtinvasive Oberflächentemperatursensoren zur Messung der Hauttemperatur, allerdings verfügen diese Sensoren nicht über eine Fehlererkennung, so dass z. B. die Messwerte eines Sensors, der den Kontakt zur Haut verloren hat, nicht als Artefakt bewertet wird.A measuring technique for the non-contact derivation of the ECG has not yet been established in clinical practice. The situation is similar with the temperature measurement. Although there are non-invasive surface temperature sensors for measuring the skin temperature, however, these sensors do not have an error detection, so that z. For example, the readings of a sensor that has lost contact with the skin are not considered an artifact.

Kommerziell verfügbar sind auch mehrere Messsysteme, die über eine im Bett integrierte Druck- oder Beschleunigungsmessung ein Atem- und Pulssignal ohne Kabelverbindung zum Patienten ableiten können. Als Beispiele wären hier das Gerät ANGELCARE von BébéSounds, Tommee Tippee, LifeBed von Hoana Medical Inc. oder NB Vital Sign System von netblue zu nennen. Allerdings unterscheiden sich alle bei diesen Geräten verwendeten Sensorkonzepte deutlich von der erfindungsgemäßen Lehre der hier beschriebenen Multisensor-Vorrichtung unter anderem in Hinblick auf das zugrunde liegende kombinierte, voneinander unabhängige physikalische Prinzip und die ortsselektive Erfassung der physiologischen Signale.Also commercially available are several measuring systems that can derive a breath and pulse signal without cable connection to the patient via a pressure or acceleration measurement integrated in the bed. Examples include the device ANGELCARE by BébéSounds, Tommee Tippee, LifeBed by Hoana Medical Inc. or NB Vital Sign System by netblue. However, all of the sensor concepts used in these devices differ significantly from the teaching of the invention described herein multi-sensor device, inter alia, with regard to the underlying combined, independent physical principle and the location-selective detection of physiological signals.

In der Literatur finden sich vielfältige Veröffentlichungen zur kontaktfreien Ableitung des Elektrokardiograms mittels kapazitiven Elektroden ( Oehler et al. 2008 ; Wu und Zhang 2008 ) und auch Ansätze der Artefakt-Detektion mit zusätzlichen Signalen wie z. B. eine Messung der Koppelimpedanz ( Kim et al. 2010 ), mit Hilfe von Beschleunigungssensoren ( Ottenbacher et al. 2008 ) oder mittels eines integrierten Laserinterferometers zur Bewegungsdetektion ( Feddes et al. 2007 ). Die isolierte Messung des Pulses mittels infrarotem Licht durch Kleidung hindurch wurde in ( Hyun et al. 2009 ) vorgestellt.There are numerous publications in the literature on the non-contact derivation of the electrocardiogram using capacitive electrodes ( Oehler et al. 2008 ; Wu and Zhang 2008 ) and also approaches of artifact detection with additional signals such. B. a measurement of the coupling impedance ( Kim et al. 2010 ), with the aid of acceleration sensors ( Ottenbacher et al. 2008 ) or by means of an integrated laser interferometer for motion detection ( Feddes et al. 2007 ). The isolated measurement of the pulse by means of infrared light through clothing was in ( Hyun et al. 2009 ) presented.

Die Erfindung beschreibt einen hochintegrierten multimodalen Sensor, der kapazitiv elektrische Felder (z. B. das EKG, aber auch andere Biopotentiale wie das EMG oder EEG oder künstlich eingekoppelte Felder), optional die Oberflächentemperatur und gleichzeitig mittels eines optischen Sensorteils Relativbewegungen zwischen Sensor und Patient sowie volumetrisch herz- und atemsynchrone Blutvolumenschwankungen messen und somit Artefakte identifizieren kann. Der optische Sensorteil besteht aus mindestens einer oder mehreren frequenzselektiven Lichtquellen (Sender) mit gleicher und/oder unterschiedlicher Messwellenlänge, die gezielt Licht in das Gewebe einkoppeln, und mindestens einem Lichtdetektor (Empfänger), der das aus den Tiefen des Gewebes zurück zur Hautoberfläche gestreute Licht wieder empfängt. In dem optischen Signal kann auch der Puls detektiert werden, wenn keine Bewegung vorhanden ist. Erfindungsgemäß wird Licht des sichtbaren oder infraroten Frequenzspektrums verwendet, da dieser Wellenlängenbereich sehr tief in menschliches Gewebe eindringen und somit mit dem Pulssignal moduliert werden kann. Durch das Pulssignal lässt sich zusätzlich etwas über die Perfusion aussagen und in Kombination mit dem EKG kontaktfrei die Puls-Transit-Zeit bestimmen, wodurch Rückschlüsse auf den Blutdruck möglich werden. Wird Licht mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen verwendet, so lässt sich auch die lokale Sauerstoff-Sättigung des Blutes bestimmen. Bei mehreren Lichtquellen oder mehreren Lichtdetektoren können die Abstände zwischen den einzelnen Quellen und Detektoren unterschiedlich weit sein, um gleichzeitig Signale aus unterschiedlichen Gewebetiefen auswerten zu können. The invention describes a highly integrated multimodal sensor, the capacitive electric fields (eg the ECG, but also other bio potentials like the EMG or EEG or artificially coupled fields), optionally the surface temperature and at the same time by means of an optical sensor part relative movements between sensor and patient as well Measure volumetrically cardiac and respiratory synchronous blood volume fluctuations and thus identify artifacts. The optical sensor part consists of at least one or more frequency-selective light sources (transmitters) with the same and / or different measurement wavelength, which specifically couple light into the tissue, and at least one light detector (receiver), which scatters the light scattered from the depths of the tissue back to the skin surface receives again. In the optical signal, the pulse can also be detected if there is no movement. According to the invention, light of the visible or infrared frequency spectrum is used, since this wavelength range can penetrate very deeply into human tissue and thus can be modulated with the pulse signal. In addition, the pulse signal provides information about the perfusion and, in combination with the ECG, determines the pulse transit time without contact, which makes it possible to draw conclusions about the blood pressure. If light with two different wavelengths is used, it is also possible to determine the local oxygen saturation of the blood. With several light sources or multiple light detectors, the distances between the individual sources and detectors can be different in order to simultaneously evaluate signals from different tissue depths.

Da die Artefakte in der kapazitiven EKG-Messung vor allem durch triboelektrische Effekte an Grenzflächen von zwei zu einander beweglichen Materialien hervorgerufen werden, die aus Relativbewegungen des Sensors zur Oberfläche resultieren (sowohl laterale Bewegungen als auch Abstandsänderungen, siehe hierzu Wartzek et al. 2010 ), eignet sich der optische Sensor ideal zur Erkennung dieser Bewegungen, da das Licht auch durch Kleidung hindurch scheint und somit. auch Bewegungen an tiefer liegenden Schichten detektieren kann. Da die Artefakt-Detektion optisch geschieht, korreliert das Messsignal zwar mit den Störungen, aber nicht mit dem zu messenden elektrischen Elektrokardiogramm, was für die Artefakt-Detektion und -Kompensation sehr wichtig ist.Since the artifacts in the capacitive ECG measurement are mainly caused by triboelectric effects at interfaces of two mutually movable materials, resulting from relative movements of the sensor to the surface (both lateral movements and changes in distance, see Wartzek et al. 2010 ), the optical sensor is ideal for detecting these movements, as the light shines through clothes and thus. Also detect movements on deeper layers. Since the artifact detection is done optically, the measurement signal correlates with the interference but not with the electrical electrocardiogram to be measured, which is very important for artifact detection and compensation.

Werden mehrere Sensoren in einem Array in eine Matratzenauflage integriert, so ermöglichen diese Sensoren die Auswahl des am besten an den Patienten angekoppelten Sensors und somit die Messung eines sehr guten EKG-Signals. Die Diskriminierung der Sensoren kann entweder mittels eines künstlich in den Patienten eingespeisten elektrischen Signals oder über das Vorhandensein eines optischen Pulssignals erfolgen.If several sensors in an array are integrated into a mattress overlay, these sensors enable the selection of the sensor best coupled to the patient and thus the measurement of a very good ECG signal. The discrimination of the sensors can be done either by means of an artificially injected into the patient electrical signal or the presence of an optical pulse signal.

Typische Anwendungsorte sind Inkubatoren, Wärmebettchen, Kinderbetten, Krankenhausbetten und -liegen (z. B. OP- oder Dialyse-Liegen) oder häusliche Bett-Matratzen, aber auch spezielle Arbeitskleidung (wie beispielsweise Bekleidung für Leistungssportler, Rettungsdienste oder Astronautenbekleidung), sowie die Integration in Büro-, Flugzeug- oder Autositze.Typical applications include incubators, thermal beds, cribs, hospital beds and loungers (eg, OR or dialysis recliners), or domestic bed mattresses, as well as special workwear (such as athletic apparel, rescue services, or astronaut apparel) and integration in office, airplane or car seats.

Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf die Integration und Fusion von zwei Einzel-Sensoren (kapazitive elektrische Feld-Messung und optische Bewegungs- und Pulsdetektion sowie daraus abgeleitet die Sauerstoffsättigung) und optional einer Temperaturmessung in einen Sensor zur multimodalen Messung von wichtigen physiologischen Parametern mit Artefakterkennung.The invention mainly relates to the integration and fusion of two individual sensors (capacitive electric field measurement and optical movement and pulse detection and derived therefrom oxygen saturation) and optionally a temperature measurement in a sensor for multimodal measurement of important physiological parameters with artifact detection.

Der Neuigkeitswert der Erfindung liegt auch in der erstmalig gebotenen Möglichkeit, mittels eines multimodalen Sensorkonzepts mehrere voneinander unabhängige physiologische Signale kontaktfrei zu messen und gleichzeitig mittels eines optischen Verfahrens eine Art Plausibilitätsprüfung durchführen zu können bzw. Artefakte zu erkennen. Dadurch kann ein Multisensor-Array aus Sensoren aufgebaut werden, aus dem dann automatisch die beste Elektrode bzw. die beste Elektrodenkombination für eine optimale Signalerfassung ausgewählt werden kann. Ferner wird keine manuelle Positionierung mehr benötigt, da bei einem Multisensor-Array eine automatische unüberwachte Elektrodenauswahl getroffen werden kann. Da beispielsweise die Herzfrequenz sowohl aus dem optischen als auch aus dem elektrischen Signal bestimmt werden kann, wird dadurch Redundanz hinzugefügt, welche die Robustheit der Messung weiter erhöht. Umgekehrt könnte diese erhöhte Robustheit auch zur Unterdrückung bzw. Erkennung von Artefakten bei der Sauerstoffsättigungsmessung benutzt werden, wenn in dem optischen Sensor mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen benutzt werden.The novelty value of the invention also lies in the possibility for the first time of being able to measure several independent physiological signals without contact by means of a multimodal sensor concept and at the same time being able to perform a kind of plausibility check by means of an optical method or to detect artifacts. As a result, a multisensor array of sensors can be constructed, from which then the best electrode or the best combination of electrodes can be automatically selected for optimum signal detection. Furthermore, manual positioning is no longer needed, as in a multi-sensor array, an automatic unsupervised electrode selection can be made. Since, for example, the heart rate can be determined from both the optical and the electrical signal, this adds redundancy, which further increases the robustness of the measurement. Conversely, this increased robustness could also be used to suppress or detect artefacts in the oxygen saturation measurement if at least two different wavelengths are used in the optical sensor.

Im Falle der Temperaturmessung verhält es sich ähnlich. Ist in dem optischen Signal ein Puls zu erkennen, so kann von einer stabilen Wechselwirkung mit der Haut ausgegangen werden, so dass die gemessene Elektroden-Temperatur mit hoher Wahrscheinlichkeit auch der Hauttemperatur entspricht. Treten Artefakte auf, kann abhängig von der thermischen Masse des Sensors der Zeitbereich markiert werden, der vermutlich durch die Bewegung eine gestörte Temperaturmessung darstellt.In the case of temperature measurement, it behaves similarly. If a pulse can be detected in the optical signal, a stable interaction with the skin can be assumed, so that the measured electrode temperature with high probability also corresponds to the skin temperature. If artifacts occur, the time range can be marked depending on the thermal mass of the sensor, which probably represents a disturbed temperature measurement due to the movement.

Die Veröffentlichung von Feddes et al. ( Feddes et al. 2007 ) kommt dieser Erfindungsmeldung am nächsten, da mittels eines in die kapazitive Elektrode integrierten „Laser Self-Mixing Interferometry” Sensors eine Relativbewegung des kapazitiven Sensors zur Oberfläche gemessen werden kann. Dieser Aufbau unterscheidet sich aber von der Lehre dieser Erfindung in dem wesentlichen Merkmal, dass damit – aufgrund des physikalischen Wirkprinzips – kein Pulssignal gemessen werden kann und auch Bewegungen an weiter unten liegenden Kleidungsschichten nicht detektiert werden können.The publication by Feddes et al. ( Feddes et al. 2007 ) comes this invention message closest, as by means of a capacitive Electrode integrated "Laser Self-Mixing Interferometry" sensors a relative movement of the capacitive sensor to the surface can be measured. However, this structure differs from the teachings of this invention in the essential feature that - due to the physical principle of action - thus no pulse signal can be measured and movements on layers of clothing lying further down can not be detected.

Die Veröffentlichung von Chetelat und Ko-Autoren ( Chetelat et al. 2006 ) bezieht sich zwar auf eine grundsätzlich ähnliche Sensorkonfiguration wie die in diesem Patentantrag beschriebene Konfiguration, allerdings wurden weder kapazitive Sensoren (sondern galvanisch gekoppelte Sensoren) noch mehrere Partitionen und auch nicht unterschiedliche Lichtquellen-Detektor-Abstände vorgestellt, so dass mit dem Prinzip diesser Autoren keine ortsaufgelöste und keine tiefenabhängige Messung möglich ist.The publication of Chetelat and co-authors ( Chetelat et al. 2006 ) refers to a basically similar sensor configuration as the configuration described in this patent application, but neither capacitive sensors (but galvanically coupled sensors) nor more partitions and not different light source detector distances were presented, so that with the principle of these authors no spatially resolved and no depth-dependent measurement is possible.

Die Integration mehrerer kontaktfreier Sensorprinzipien in einem integrierten Sensor und die Verwendung des optischen Signals als Artefakt-Detektion, wie sie hier auch geschützt werden soll, ist nach unserem Kenntnisstand bisher nicht Gegenstand von allen uns bekannten Veröffentlichungen anderer Arbeitsgruppen.The integration of several non-contact sensor principles in an integrated sensor and the use of the optical signal as artifact detection, as it should be protected here, is to our knowledge so far not the subject of all known publications of other groups.

Der Vorteil des integrierten multimodalen Sensors gegenüber Standardsensoren liegt im Wegfall von leitenden Verbindungen (Kabeln) zwischen Messtechnik und Patient, der Reduzierung der benötigten Sensoren und der Erhöhung der Robustheit einer Messung. Durch Klebelektroden hervorgerufene Hautirritationen und zusätzliche Stresserscheinungen können außerdem vermieden werden, infolge der Einsparung von Wegwerfartikeln werden die Umwelt geschont und Kosten gespart. Durch den kontaktlosen Ansatz der Messtechnik wird der Patient in keinster Weise behindert oder eingeschränkt. Die Integration von optischen Sensoren und ggf. von Temperatursensoren in kapazitive Sensoren zur Messung von elektrischen Feldes zur Bestimmung der physiologischen Parametern hat den höchsten Neuigkeitswert und stellt damit den Hauptschutzanspruch für das Patent dar.The advantage of the integrated multimodal sensor compared to standard sensors lies in the elimination of conductive connections (cables) between measurement technology and patient, the reduction of the required sensors and the increase of the robustness of a measurement. Adhesive electrode-induced skin irritation and additional stressors can also be avoided, as a result of the saving of disposable articles the environment is protected and costs are saved. The contactless approach of the measurement technique does not obstruct or restrict the patient in any way. The integration of optical sensors and possibly temperature sensors into capacitive sensors for measuring electric field for determining the physiological parameters has the highest innovation value and thus represents the main protection claim for the patent.

Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt darin, das oben Geschriebene erstmalig in Form einer einfach und kostengünstig realisierbaren Multisensor-Vorrichtung zur ortsaufgelösten, artefaktresistenten Überwachung von physiologischen Signalen umzusetzen.The main object of the invention is to implement the above written for the first time in the form of a simple and inexpensive realizable multi-sensor device for spatially resolved, artifact-resistant monitoring of physiological signals.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der folgenden Ansprüche.An inventive solution to this problem is characterized in claim 1. Further developments of the invention are the subject of the following claims.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im Übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive concept using exemplary embodiments with reference to the drawings, to which reference is expressly made, moreover, with respect to the disclosure of all details of the invention not explained in detail in the text.

Die geometrische Ausführung ist nicht eingeschränkt und ist in vielfältiger weise machbar, z. B. oktogonaler Form, rotationssymmetrisch, achsensymmetrisch oder asymmetrisch.The geometric design is not limited and is feasible in many ways, for. As octagonal shape, rotationally symmetric, axisymmetric or asymmetric.

Es zeigen:Show it:

1 den prinzipiellen Aufbau der Multisensor-Vorrichtung mit z. B. oktogonaler Sensorform und schematischer Darstellung einer möglichen Aufteilung der einzelnen Sensorbereiche für kapazitative, optoelektronische und temperatursensitive Ableitung wichtiger physiologischer Signale, anschließender Signalvorverarbeitung und Datenverbindung zur externen Datenauswertung, 1 the basic structure of the multi-sensor device with z. B. octagonal sensor shape and schematic representation of a possible division of the individual sensor areas for capacitive, optoelectronic and temperature-sensitive derivation of important physiological signals, subsequent signal preprocessing and data connection for external data analysis,

2 eine zweites Realisierungsbeispiel des Multisensors mit verteilten elektrischen und optoelektronischen Sensorkomponenten, 2 a second realization example of the multisensor with distributed electrical and optoelectronic sensor components,

3 ein drittes Realisierungsbeispiel des Multisensors mit kapazitiver Elektrode und optoelektronischen Sensorkomponenten, 3 A third implementation example of the multisensor with capacitive electrode and optoelectronic sensor components,

4 ein weiteres Realisierungsbeispiel des Multisensors mit verteilten optoelektronischen Sensorkomponenten, 4 a further realization example of the multisensor with distributed optoelectronic sensor components,

5 das Gesamtsystem als Multisensor-Array mit einer zentralen Einheit, 5 the entire system as a multi-sensor array with a central unit,

6 mögliche Kombinationen mehrerer autarker Multisensor-Vorrichtungen zu einem in einem Sitz integrierten Multisensor-Array-Messsystem, 6 possible combinations of several self-sufficient multisensor devices to a multi-sensor array measuring system integrated in a seat,

7 typische Signalqualitäten von drei voneinander unabhängigen Biosignalqualitäten und Demonstration des messtechnischen Vorteils durch deren multivariate Analyse. 7 Typical signal qualities of three independent biosignal qualities and demonstration of the metrological advantage through their multivariate analysis.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Messanordnung und deutet auch das Vorgehen bei deren bevorzugten Anwendung im Rahmen der funktionellen medizinischen Diagnostik an. Das Sensorgehäuse (S) ist in diesem Beispiel in Form eines flachen Zylinders aufgebaut, auf dessen Vorderseite (SV) sich verschiedene bioisignalempfindliche Sensorelemente befinden, die Rückseite (SR) ist aus einem elektrisch leitendem Material und dient z. B. zur Schirmung oder der Einkopplung eines Hilfssignals. Die vier Elektroden (E1–E4) sind z. B. oktogonaler Form um die Sensormitte angeordnet, wo sich ein Temperatursensor (TSV) befindet; der zweite Temperatursensor (TSR) ist auf der Rückseite angeordnet, so dass Temperaturdifferenzen zwischen der körperzugewandten und -abgewandten Seite registriert werden können. In den Elektroden (E1–E4), welche bevorzugt als kapazitive Elektroden dienen, sind jeweils 4 Öffnungen (O1–O4), in welchen sich mittig vier optoelektronische Wandler befinden, in diesem Ausführungsbeispiel drei Lichtquellen (LQ1–LQ3) und ein Lichtdetektor (LD1). Die Lichtquellen sind bevorzugt als selektive Strahler (LED's) ausgeführt, die gezielt nacheinander oder gleichzeitig mit unterschiedlicher oder gleicher Schwerpunktwellenlänge das Messlicht über eine Schutzschicht (SS) in die Haut des Körpers (K) emittieren. Über einen eigenen, in diesem Fall kabelgebundenen Datenkanal (DK) wird der Multisensor (S) mit einer Auswerteeinheit (AE) verbunden; an diese können auch weitere Multisensoren angeschlossen werden. Gemäß dem als bekannt vorausgesetztem EKG-Signal-Ableitungsprinzip kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Multisensoren arbeiten, aber erstmalig alternativ auch nur mit einem einzigen auskommen kann, da in jedem Sensor wie aufgeführt mehrere Elektrodenpartitionen vorgesehen sein können. Durch Differenzbildung von Potentialmessungen innerhalb eines Sensors sind dann nicht nur lokale EKG-Messungen, sondern auch Messungen anderer Biopotentiale, z. B. des EMGs, möglich. Der Vorteil der lokalen EKG-Ableitung ist die Tatsache, dass der Patient z. B. nur an einer Stelle eine gute Ankopplung an den Sensor besitzt oder an nur einem Sensor nur sehr wenige Bewegungen aufweist, wodurch die Messqualität stark erhöht wird, da die Elektrode mit der besten Ankopplung gewählt werden kann und Artefakte reduziert werden. Lokale EMG-Messungen können bedeutsam sein, um lokale Muskelkontraktion zu messen und beispielsweise Muskelverspannungen zu detektieren. 1 schematically shows an embodiment of the measuring arrangement according to the invention and also indicates the procedure in their preferred application in the context of functional medical diagnostics. The sensor housing (S) is constructed in this example in the form of a flat cylinder, on the front side (SV) are different bioisignalempfindliche sensor elements, the back (SR) is made of an electrically conductive material and is used for. B. for shielding or the coupling of an auxiliary signal. The four electrodes (E 1 -E 4 ) are z. B. octagonal form around the Sensor center arranged where a temperature sensor (TSV) is located; the second temperature sensor (TSR) is arranged on the rear side, so that temperature differences between the body-facing and -abgewandten page can be registered. In the electrodes (E 1 -E 4 ), which are preferably used as capacitive electrodes, each 4 openings (O 1 -O 4 ), in which four optoelectronic transducers are located in the middle, in this embodiment, three light sources (LQ 1 -LQ 3rd ) and a light detector (LD 1 ). The light sources are preferably designed as selective emitters (LED's), which selectively emit the measuring light via a protective layer (SS) into the skin of the body (K) in succession or simultaneously with different or the same center wavelength. The multisensor (S) is connected to an evaluation unit (AE) via its own, in this case, wired data channel (DK); These can also be connected to other multisensors. According to the known ECG signal derivation principle, the device according to the invention can work with several multisensors, but for the first time alternatively can only manage with a single one, since several electrode partitions can be provided in each sensor as mentioned. By subtraction of potential measurements within a sensor are then not only local ECG measurements, but also measurements of other biopotentials, z. As the EMGs possible. The advantage of the local ECG derivation is the fact that the patient has e.g. B. only one place has a good coupling to the sensor or has only a few movements on only one sensor, whereby the measurement quality is greatly increased, since the electrode can be chosen with the best coupling and artifacts are reduced. Local EMG measurements can be important to measure local muscle contraction and, for example, detect muscle tension.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Sensorkonfiguration. In diesem Fall befinden sich auf der aktiven Sensorseite (SV) ein Elektrodenpaar (E1, E2), ein Lichtdetektor (LD), zwei Lichtquellenpaare ((LQ1 und LQ2) und (LQ3 und LQ4)) und ein Temperatursensorpaar (TSV1, TSV2). Die hier nicht abgebildete Sensorrückseite ist bevorzugt ähnlich wie im Ausführungsbeispiel nach der Lehre der 1 ausgebildet. 2 shows a second embodiment of the sensor configuration according to the invention. In this case, on the active sensor side (SV) are a pair of electrodes (E 1 , E 2 ), a light detector (LD), two light source pairs ((LQ 1 and LQ 2 ) and (LQ 3 and LQ 4 )) and a temperature sensor pair (TSV 1 , TSV 2 ). The sensor rear side, not shown here, is preferably similar to the embodiment according to the teaching of 1 educated.

3 zeigt ein drittes Sensor-Ausführungsbeispiels mit einer kapazitiven Elektrode (E1) und drei Lichtquellen (LQ1–LQ3), welche um einen zentrisch angebrachten Lichtdetektor (LD1) positioniert sind. 3 shows a third sensor embodiment with a capacitive electrode (E 1 ) and three light sources (LQ 1 -LQ 3 ), which are positioned around a centrally mounted light detector (LD 1 ).

4 zeigt ein Foto eines weiteren Sensor-Ausführungsbeispiels mit einer Elektrode (E1) und drei Lichtquellen (LQ1–LQ3), welche um einen nicht zentrisch angebrachten Lichtdetektor (LD1) positioniert sind. Da erfindungsgemäß erkannt wurde, dass aus unterschiedlichen Abständen zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtdetektor vorteilhafte Zusatzinformationen zum Entstehungsort des Biosignals (tiefenselektive Blutvolumenpulsation in diesem Fall) oder des Artefakts ermittelt werden können, sind hier die Abstände zwischen den optoelektronischen Detektor-Quellen-Paaren (LD1-LQ1), (LD1-LQ2), (LD1-LQ3) ungleich ausgebildet. 4 shows a photo of another sensor embodiment with an electrode (E 1 ) and three light sources (LQ 1 -LQ 3 ), which are positioned around a non-centrally mounted light detector (LD 1 ). Since, according to the invention, it has been recognized that advantageous additional information about the origin of the biosignal (depth-selective blood volume pulsation in this case) or the artifact can be determined from different distances between a light source and a light detector, the distances between the optoelectronic detector source pairs (LD 1 -LQ 1 ), (LD 1 -LQ 2 ), (LD 1 -LQ 3 ) unevenly formed.

5 zeigt den Gesamtaufbau bestehend aus den partitionierten Multisensoren mit jeweils mehreren Elektroden (E), Lichtquellen (LQ) und Lichtdetektoren (LD) mit der dazugehörigen lokalen Elektronik und Signalverarbeitung (AE), einem Datenkanal (DK) und einer zentralen Elektronik, Logik bzw. Auswerteinheit (BC). Die verschiedenen Funktionalitäten (elektrische Feldmessung, Benutzung der Elektrode als Ausgang, optoelektronische Messung, Temperaturmessung) pro Partition (P) aber auch zwischen den Partitionen können alle einzeln benutzt, beliebig verschaltet (z. B. Summe, Differenz, parallel, seriell) und kombiniert werden, was durch die zugehörige lokale Auswerteeinheit geschieht (AE), die aber auch von den globalen Auswerteeinheit (BC) gesteuert werden kann. 5 shows the overall structure consisting of the partitioned multi-sensors with multiple electrodes (E), light sources (LQ) and light detectors (LD) with the associated local electronics and signal processing (AE), a data channel (DK) and a central electronics, logic or evaluation unit (BC). The various functionalities (electric field measurement, use of the electrode as output, optoelectronic measurement, temperature measurement) per partition (P) but also between the partitions can all be used individually, interconnected as required (eg sum, difference, parallel, serial) and combined which is done by the associated local evaluation unit (AE), but which can also be controlled by the global evaluation unit (BC).

6 zeigt eine vorteilhafte Kombination von 9 Multisensoren (S1–S9), die z. B. in Form eines 3 × 3 Multisensor-Arrays in der Rückenlehne eines Sitzes eingebaut ist. Jeder der Sensoren wird durch einen eigenen Datenkanal (DK1–DK9) an die gemeinsame Auswerteeinheit (AE) angeschlossen, von dort gezielt in eigenem Regime angesteuert und auch mit entsprechender elektrischer Energie versorgt. Die Verbindung der zentralen Auswerteeinheit mit dem Bordcomputer (BC) außerhalb des Sitzes ist in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Funkkanals realisiert. 6 shows an advantageous combination of 9 multisensors (S 1 -S 9 ), the z. B. is built in the form of a 3 × 3 multi-sensor array in the backrest of a seat. Each of the sensors is connected to the common evaluation unit (AE) through its own data channel (DK1-DK9), from where it is specifically controlled in its own mode and also supplied with the appropriate electrical energy. The connection of the central evaluation unit with the on-board computer (BC) outside the seat is realized in the form of a radio channel in this embodiment.

In der 7 sind als Beispiel typische Zeitreihen des kapazitiv abgeleiteten differentiellen EKG-Potentialsignals zwischen zwei Multisensoren (cEKG) sowie der optoelektronisch abgeleiteten Photoplethysmogramme (PPG1) und (PPG2). Zusätzlich ist hier auch die Betragssumme der beiden optischen Signale dargestellt (|PPG1| + |PPG2|), die in der Auswerteeinheit (AE) errechnet wurde. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Artefakte in dem EKG-Signal mit den optischen Signalen detektiert werden können (Bereiche mit starker Änderung der Amplitude bei 10–15 s, um 25 s und zwischen 32 und 35 s), während in Bereichen ohne Bewegung auch im optischen Signal der dermale arterielle Blutvolumenpuls zu erkennen ist. Durch diese Redundanz kann erfindungsgemäß nun auch eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt werden. In dieser Beispielmessung wurde durch Kleidung (T-shirt und Pullover) hindurch gemessen.In the 7 are typical time series of the capacitively derived differential ECG potential signal between two multisensors (cEKG) as well as the optoelectronically derived photoplethysmograms (PPG1) and (PPG2). In addition, the amount of the sum of the two optical signals (| PPG1 | + | PPG2 |), which was calculated in the evaluation unit (AE), is also shown here. It can be clearly seen that the artifacts in the ECG signal can be detected with the optical signals (regions with large amplitude changes at 10-15 s, around 25 s and between 32 and 35 s), while in areas without motion The dermal arterial blood volume pulse can also be recognized in the optical signal. As a result of this redundancy, a plausibility check can now also be carried out according to the invention. This example measurement was measured through clothing (T-shirt and sweater).

In einem anderen Anwendungsbeispiel kann der erfindungsgemäße multimodale Sensor auch direkt auf die Haut gelegt und an ihr befestigt werden. Auch können die einzelnen Elektrodenpartitionen innerhalb eines einzigen Sensors genauso wie die Elektroden zwischen mehreren multimodalen Sensoren zusätzlich zur Registrierung von Muskelpotentialen (EMG) oder Gehirnpotentialen (EEG) verwendet werden. Auch hier ermöglicht die Vorrichtung eine ortsaufgelöste Detektion von physiolgischen Parametern, kombiniert mit Bestimmung der Nervenleitgeschwindigkeit. Für besondere Anwendungsszenarien können hochintegrierte Versionen von Multisensor-Vorrichtungen derart ausgebildet werden, dass die Auswerteeinheit (AE) direkt in das Multisensorgehäuse (S) integriert wird; die Kommunikation jedes einzelnen Multisensors mit der Zentralen Auswerteeinheit (BC) geschieht in diesem Fall vorzugsweise drahtlos.In another application example, the multimodal sensor according to the invention can also placed directly on the skin and attached to it. Also, the individual electrode partitions within a single sensor as well as the electrodes between multiple multimodal sensors may be used in addition to registering muscle potentials (EMG) or brain potentials (EEG). Again, the device allows a spatially resolved detection of physiological parameters, combined with determination of nerve conduction velocity. For special application scenarios, highly integrated versions of multi-sensor devices can be designed such that the evaluation unit (AE) is integrated directly into the multi-sensor housing (S); the communication of each individual multisensor with the central evaluation unit (BC) in this case preferably takes place wirelessly.

Um eine elektrische Messung der Ankopplung oder eine kapazitive Bioimpedanzmessung durchführen zu können, können einzelne Partitionen oder die Sensorrückseite auch als aktiv getriebener Ausgang geschaltet werden.In order to perform an electrical measurement of the coupling or a capacitive bioimpedance measurement, individual partitions or the sensor back can also be switched as an actively driven output.

Auswahl von Literaturhinweisen zum Stand der TechnikSelection of References to the Prior Art

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (22)

Multimodale Multisensor-Vorrichtung mit Sensoren zur gleichzeitigen kapazitativen und optoelektronischen Erfassung und Überwachung von wichtigen physiologischen Signalen, bestehend aus einer rechnergesteuerten, kontaktlosen und ortsaufgelösten Erfassung und Überwachung von wichtigen physiologischen Parametern einer ruhenden oder aktiven Person als kontinuierliches funktionelles und von Bewegungsartefakten befreites Abbild seiner Herz-, Atmungs-, Gehirn- und Skelettmuskelaktivität, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb eines Multisensors ineinander integrierte Sensorfunktionalitäten oder Sensorpartitionen mindestens eine elektrische und eine optoelektronische Vorrichtungen beinhalten, die einzeln oder im Verbund mit anderen Multisensoren eine gleichzeitige kapazitive Messung eines elektrischen Feldes und eine photoplethysmographische Messung der Lichtstreuung des dermalen Blutvolumenpulses oder des Materials zwischen Sensor und Patient ermöglichen, wobei durch kombinierte Analyse der einzelnen verteilen Signale Signalredundanzen oder Artefakte erkannt werden können.Multimodal multisensor device with sensors for the simultaneous capacitive and optoelectronic detection and monitoring of important physiological signals, consisting of a computer-controlled, contactless and spatially resolved detection and monitoring of important physiological parameters of a resting or active person as a continuous functional and motion artifact-free image of his heart Respiratory, brain and skeletal muscle activity, characterized in that the sensor functionalities or sensor partitions integrated within a multisensor include at least one electrical and one optoelectronic device which, individually or in combination with other multisensors, provide simultaneous capacitive measurement of an electric field and photoplethysmographic measurement the light scattering of the dermal blood volume pulse or the material between the sensor and the patient, whereby by combined An alyse the individual distribute signals signal redundancies or artifacts can be detected. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Sensortemperatur oder die sensornahe Temperatur und/oder die Temperatur auf der Rückseite des Sensors gemessen wird.Apparatus according to claim 1, characterized in that in addition the sensor temperature or the near-sensor temperature and / or the temperature is measured on the back of the sensor. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Multisensor in mindestens zwei elektrische Partitionen unterteilt ist, die jeweils nach Anspruch 1 aufgebaut sind und beliebig zusammen verschaltet werden können.Apparatus according to claim 1, characterized in that the multi-sensor is divided into at least two electrical partitions, each of which is constructed according to claim 1 and can be connected together as desired. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Sensortemperatur oder die sensornahe Temperatur und/oder die Temperatur auf der Rückseite des Sensors gemessen wird.Apparatus according to claim 3, characterized in that in addition the sensor temperature or the near-sensor temperature and / or the temperature is measured on the back of the sensor. Vorrichtung nach Anspruch 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge oder die Sensorrückseite auch als Ausgang zur kapazitiven Einspeisung von Strom oder Spannung verendet werden können, um z. B. eine kapazitive Bioimpedanzmessung zu ermöglichen.Apparatus according to claim 1-4, characterized in that the inputs or the sensor back can also be used as an output for the capacitive supply of current or voltage to z. B. to allow a capacitive bioimpedance measurement. Vorrichtung nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Multisensoren eine lokale Elektronik, Datenerfassung und Steuerung vorhanden sind.Apparatus according to claim 1-5, characterized in that within the multisensors local electronics, data acquisition and control are available. Vorrichtung nach Anspruch 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Vorrichtungen nach Anspruch 1–6 in einem Multisensor-Array kombiniert werden.Apparatus according to claim 1-6, characterized in that at least two devices are combined according to claim 1-6 in a multi-sensor array. Vorrichtung nach Anspruch 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Multisensor-Array mit einer globalen Steuereinheit verbunden wird.Apparatus according to claim 1-7, characterized in that the multi-sensor array is connected to a global control unit. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem der verwendeten Multisensoren mindestens eine Sensorpartition mit mindestens einem Lichtdetektor und mindestens einer selektiven Lichtquelle befindet, wobei der Abstand zwischen den Lichtdetektoren und den einzelnen Lichtquellen gleich ist.Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that in each of the multi-sensors used is at least one sensor partition with at least one light detector and at least one selective light source, wherein the distance between the light detectors and the individual light sources is the same. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem der verwendeten Multisensoren mindestens eine Sensorpartition mit mindestens einem Lichtdetektor und mehreren selektiven Lichtquellen oder mindestens einer selektiven Lichtquelle und mehreren Lichtdetektoren befindet, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Lichtquellen und den einzelnen Lichtdetektoren unterschiedlich ist, so dass verschiedene Erfassungstiefen des dermalen Blutvolumenpulses gezielt erreicht werden, aber auch Eigenschaften des Stoffes zwischen Sensor und Haut charakterisiert werden können.Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that in each of the multi-sensors used is at least one sensor partition with at least one light detector and a plurality of selective light sources or at least one selective light source and a plurality of light detectors, wherein the distance between the individual light sources and the individual light detectors different is, so that different depths of detection of the dermal blood volume pulse can be specifically achieved, but also properties of the substance between the sensor and skin can be characterized. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren frequenzselektive Lichtquellen als LEDs ausgebildet sind, die in ausgesuchtem Wellenlängenbereich im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des Spektrum das Messlicht ausreichender Intensität emittieren.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that frequency-selective light sources are formed as LEDs in each of the multi-sensors used, which emit the measuring light of sufficient intensity in a selected wavelength range in the visible and near infrared range of the spectrum. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in jedem der verwendeten Multisensoren zeitselektiv angesteuert werden.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that the light sources are controlled in each of the multi-sensors used time-selectively. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in jedem der verwendeten Multisensoren an wahlweise gleichen oder verschiedenen Schwerpunktwellenlängen das Messlicht emittieren.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that the light sources emit in each of the multi-sensors used at either the same or different centroid wavelengths the measuring light. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in jedem der verwendeten Multisensoren an solchen Schwerpunktwellenlängen das Messlicht emittieren, dass eine transkutane Bestimmung der dermalen arteriellen Sauerstsättigung ermöglicht wird.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that the light sources emit in each of the multi-sensors used at such centroid wavelengths the measuring light, that a transcutaneous determination of the dermal arterial Sauerstsättigung is made possible. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im funkgestörtem Scenario, in welchem die Erfassung der körpereigenen elektrischen Felder nicht sicher möglich wird, das reine optoelektronische Arbeitsregime zur Erfassung von bestimmter physiologischer Signale eingestellt wird, wobei die Elektroden an der Vorderseite des Multisensors mit der metallischen Beschichtung der Sensorrückseite zusammengeschaltet werden und als Abschirmung des Sensors dienen.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that in the radio-disturbed scenario, in which the detection of the body's electric fields is not safely possible, the pure optoelectronic working regime for detecting certain physiological signals is set, the electrodes on the front of the multi-sensor with the metallic coating of the Sensor back side are interconnected and serve as a shield of the sensor. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren die Partitionen zusätzlich zu einer ortsaufgelösten Ableitung anderer Biopotentiale, z. B. eines elektromyographischen Signals, verwendet werden können.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that in each of the multi-sensors used, the partitions in addition to a spatially resolved dissipation of other biopotentials, z. As an electromyographic signal can be used. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren zumindest eine Sensorpartition mit mindestens einem Temperatursensor-Paar vorhanden ist.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that in each of the multi-sensors used at least one sensor partition with at least one temperature sensor pair is present. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrere Sensorpartitionen einzelne Partitionen in beliebiger Weise zusammengeschaltet werden können, so dass entweder lokale Potentialdifferenzen gemessen werden können, oder eine größere Elektrodenfläche für eine bessere Ankopplung gewählt werden kann.Apparatus according to claim 1 to 10, characterized in that in the presence of multiple sensor partitions individual partitions can be interconnected in any way, so that either local potential differences can be measured, or a larger electrode surface can be selected for better coupling. Vorrichtung nach Anspruch 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenerfassung- und Steuereinheit aus der ortsverteilten Signalanalyse (z. B. Korrelationsanalyse) der voneinander unabhängigen physiologischen Signale Signalredundanzen gesucht werden und diese zur Minimierung der Bewegungsartefakte herangezogen werden.Device according to claims 1-18, characterized in that signal redundancies are sought in the data acquisition and control unit from the spatially distributed signal analysis (eg correlation analysis) of the independent physiological signals and these are used to minimize the motion artifacts. Vorrichtung nach Anspruch 1–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalkommunikation zwischen dem Multisensor und der Datenerfassungs- und Steuereinheit über einen kodierten Datenkanal abläuft, wobei dieser Datenkanal als kabelgebunden oder alternativ mit integrierten Funkmodulen als kabellos ausgebildet wird.Apparatus according to claim 1-19, characterized in that the signal communication between the multi-sensor and the data acquisition and control unit runs over a coded data channel, said data channel is designed as a wired or alternatively with integrated radio modules as wireless. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Multisensor-Array in die Rückenlehne eines Sitzes (z. B. Auto-, LKW-, Flugzeug- oder Pilotensitz) integriert wird und die erfassten physiologischen Signale beispielsweise zum Monitoring verwendet werden.Device according to claim 1 to 20, characterized in that the multi-sensor array is integrated into the backrest of a seat (eg car, truck, airplane or pilot seat) and the detected physiological signals are used, for example, for monitoring. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Multisensor-Array in eine Bett-, eine Matratze bzw. eine Matratzenauflage oder eine OP-Liege integriert wird und die erfassten physiologischen Signale zur kontaktlosen Überwachung bzw. Langzeitüberwachung des Patienten herangezogen werden.Apparatus according to claim 1 to 20, characterized in that the multi-sensor array is integrated into a bed, a mattress or a mattress overlay or an operating table and the detected physiological signals are used for contactless monitoring or long-term monitoring of the patient.
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