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Die
Erfindung betrifft das Erfassen bestimmter ungewöhnlicher Situationen, insbesondere
pathologischer Art und darunter Stürze,eines menschlichen Subjektes.
Der besondere Zweck dieser Erfassung besteht in der Übertragung
eines Alarms zu einer dritten Person (physische Person oder Dienstleistung
usw.), die eine Fernüberwachung
ausübt.
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Die
Erfindung kann bei vielen Situationen zum Einsatz kommen und insbesondere
dazu dienen, um ältere
Personen oder Personen mit eingeschränkter Beweglichkeit, isolierter
Arbeiter, Kinder, Tiere usw., entsprechend auszustatten.
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Die
bekannten Fernalarmsysteme bestehen üblicherweise aus einem Gerät, das vom
Subjekt zu tragen und mit einer festen Basis verbunden ist, beispielsweise über eine
HF-Funkverbindung. Bei einer ungewöhnlichen Situation, sendet
die feststehende Basis eine kodierte Meldung, die beispielsweise über das
Telefonnetz zu einem spezialisierten Zentrum übertragen wird. In einigen
Institutionen kann diese Meldung über ein internes Netz übertragen
werden.
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In
allen Fällen
sehen diese Systeme ein nachträgliches
und willentliches Auslösen
des Prozesses, als Folge eines Sturzes oder eines Unwohlseins vor.
Dies setzt demnach voraus, dass das Subjekt in der Lage ist, und
den Willen hat, den Alarm auszulösen.
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Es
sind bereits mehrere Fernalarmsysteme bekannt. Insbesondere gibt
es Systeme, die als Medaillon um den Hals getragen werden und bei
denen ein Festziehen oder Ziehen den Alarm auslöst. Außer der Tatsache, dass es sich
dabei um passive Systeme handelt (die eine willentliche Aktion des
Trägers erfordern),
führen
sie häufig
zu Fehlalarmen, beispielsweise nachts, wenn sie getragen werden
und sich unbeabsichtigt in der Bettwäsche verfangen. Man weiß auch nicht,
wann diese Systeme getragen werden.
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Es
sind ebenfalls Bewegungsfühler
bekannt, die über
ungewöhnliche
nächtliche
Aktivitäten
Auskunft geben oder Positionsfühlersysteme,
mit denen die Betten in einigen medizinischen Institutionen ausgestattet
sind.
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Um
in der Tat, ausgehend vom Schwerpunkt einer Person, einen Sturz
zu beschreiben, ist es notwendig, die Kinematik aufzustellen, d.h.,
die Ausgangsbedingungen (Masse, Größe, Position), die drei Beschleunigungen
und die drei Drehbewegungen zu kennen. Eine derartige Lösung schlägt die französische Patentschrift
FR-2760116 vor, bei der zwei Gyrometer zum Einsatz kommen. Die Laufbahn wird
berechnet und ein Neigungsmesser gibt Auskunft über das Ende der Bewegung.
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Das
Gerät kann
in einer Kleidungstasche getragen werden, weist jedoch einen hohen
Energieverbrauch auf, was seinen Einsatz für Personen, die sich in isolierter
Lage befinden, stark einschränkt. Ferner
erlaubt es nur das Feststellen starker Stürze und nicht eines „Mikrosturzes" des Patienten auf
seinem Bett oder ein langsames Fallen, beispielsweise an einer Wand
entlang. Es ist bekannt, dass eine Person, die in ihren Bewegungen
physisch eingeschränkt
ist, Stützpunkte
beim Laufen sucht. Ebenso führt
ein Unwohlsein beim Sitzen oder Liegen zu keiner Alarmauslösung.
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Es
sind ferner Systeme bekannt, bei denen das Erfassen der Verlangsamung
beim Sturz und eines Stimmenkanals in zwei Richtungen einander zugeordnet
werden, auch Systeme, bei denen das Verhältnis zwischen dem Schutz im
Verhältnis
zur vertikalen Lage und das Auswerten der kinetischen Energie des
menschlichen Körpers
entscheidend ist, sowie Systeme, bei denen eine Analyse der Aktivitätsmessung
und die Angaben eines Positionsfühlers einander
zugeordnet werden.
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Diese
verschiedenen Techniken sind nicht 100%ig effektiv und können nur
schwere Stürze
mit unterschiedlicher Genauigkeit erfassen. Sie weisen zwei besonders
schwerwiegende Nachteile auf:
- – es werden
nicht alle Stürze
und Unwohlseinsituationen systematisch erfasst, insbesondere dann, wenn
das Subjekt sitzt oder liegt;
- – sie
lösen eine
große
Zahl von Fehlalarmen aus.
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Es
sind andererseits nicht ambulante medizinische Überwachungsgeräte bekannt,
die in der Lage sind, Messwerte bestimmter physiologischer Parameter
zu übertragen.
Die anspruchsvollsten unter ihnen benutzen die Fernmedizin. Dabei
handelt es sich um komplexe und kostspielige Systeme, die nur bestimmten
Typen von Patienten vorbehalten sind und nicht für ältere und/oder schwer bewegliche
Personen geeignet sind, die sich alleine an isolierten Orten befinden.
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Es
sind noch verschiedene Arten physiologischer Fühler bekannt (Puls, Atem, Temperatur
usw.), die jedoch nie mit entscheidungsfindenden Vorgängen verbunden
sind und das Erfassen einer ungewöhnlichen Situation, beispielsweise
einen Sturz, nicht ermöglichen.
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Gemäß Dokument
US-5 515 858 ist ebenfalls ein System bekannt, das einerseits in
der Lage ist, Informationen bezüglich
der Aktivitätsmessungen und
andererseits physiologische Informationen zu berücksichtigen. Das Dokument FR-2
785 073 bietet ebenfalls ein solches System an, bei dem das gleichzeitige
Berücksichtigen
beider Informationsarten vorgeschlagen wird. In beiden Fällen müssen für jede Informationsart
spezifische Messmittel zum Einsatz kommen.
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Die
Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe diese verschiedenen Nachteile
des bisherigen Standes der Technik abzustellen.
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Genauer
gesagt, besteht eine Aufgabe der Erfindung im Bereitstellen einer
Vorrichtung und eines Verfahrens zum Erfassen von ungewöhnlichen Situationen,
insbesondere Stürze,
die eine optimale Zuverlässigkeit
(d.h. von nahezu 100%) aufweisen. Insbesondere ist eine Aufgabe
der Erfindung die Erfassung aller Arten von Stürzen, auch wenn das die entsprechende
Vorrichtung tragende Subjekt bettlägerig ist oder sitzt, oder
wenn sich der Körper
an einer Wand abstützt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen einer Vorrichtung
und eines Verfahrens, bei denen Fehlalarmauslösungen (beispielsweise aufgrund einer
plötzlichen
Bewegung, eines unbeabsichtigten Schlags usw.) abgestellt oder zumindest sehr
stark eingeschränkt
werden.
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Anders
ausgedrückt,
ist eine Aufgabe der Erfindung das Erfassen ungewöhnlicher
Situationen unter sichereren und effektiveren Bedingungen, als dies
der Fall bei den derzeit bekannten Techniken ist.
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Andererseits
ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu liefern, für die Folgendes
gelten soll:
- – relativ einfache und kostengünstige Herstellung;
- – geringer
Energieverbrauch und somit gute Autonomie;
- – geringer
Platzbedarf und ergonomisches Design (d.h., keine Beeinträchtigung
des Trägers);
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Diese
Aufgaben sowie andere, die im Nachhinein ersichtlich werden, erreicht
man nach der Erfindung mit Hilfe einer Erfassungsvorrichtung nach Anspruch
1.
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So
erreicht man nach der Erfindung eine effektive und genaue Erfassung
ungewöhnlicher
Situationen, wobei zwei Typen von Informationen berücksichtigt
werden.
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Es
ist selbstverständlich
möglich,
dass unter bestimmten Umständen,
die Aktivitätsinformationen ausreichen
(zum Beispiel ein heftiger Sturz). In diesem Falle müssen die
physiologischen Informationen nicht unbedingt beachtet werden. Es
kann andererseits vorgesehen werden, dass physiologische Informationen
periodisch aufgezeichnet und analysiert werden, auch dann, wenn
keine beunruhigende Information vorliegt.
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Genauer
gesagt umfasst die Vorrichtung der Erfindung:
- – Mittel
zum Erfassen einer potentiell ungewöhnlichen Situation, versorgt
von einem Aktivitätsmesssystem,
das die Aktivitätsinformation(en)
liefert und,
- – Mittel
zum Bestätigen
der potentiell ungewöhnlichen
Situation, versorgt von mindestens einem physiologischen Fühler, der
die physiologische Informationen) liefert.
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Wie
bereits oben angegeben, kann es sich dabei nur um eine Anwendungsart
unter mehreren der Aktivitätsinformationen
und der physiologischen Informationen handeln.
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Bevorzugterweise
ist bei kontinuierlichem Betrieb, nur die Berücksichtigung einer Aktivitätsinformation
aktiv und eine physiologische Information wird in regelmäßigen Abständen und/oder
beim Auftreten einer potentiell ungewöhnlichen Situation berücksichtigt.
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Dieser
Ansatz ermöglicht
das Verwirklichen von Systemen mit geringem Energieverbrauch, da die
physiologischen Informationen nur im Zweifelsfall erfasst und analysiert
werden. Bei andauerndem Betrieb werden nur die Aktivitätsinformationen
verfolgt.
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Die
Technik der Erfindung unterscheidet sich demnach von den Systemen
zum Erfassen von Aktivitäten,
die einen Beschleunigungsmesser oder vorteilhafterweise sogar zwei
Beschleunigungsmesser umfassen, wobei im zweiten Fall deren Ausgangswerte
summiert werden, um ein einziges Aktivitätssignal zu bilden, das die
Erfassungsmittel einer potentiell ungewöhnlichen Situation versorgt.
Solche Systeme werden insbesondere in den bereits erwähnten Dokumenten
FR-2785 073 und US-5 515 858 vorgestellt.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausführung umfasst das System zur
Aktivitätsmessung
mindestens einen Druckfühler,
der ebenfalls das Erfassen von physiologischen Parametern ermöglicht. Das
vom Druckfühler
abgegebene Signal enthält
somit eine Vielfalt von Informationen, und es erfolgt bevorzugtennreise
eine erste Trennung der Variablen nach Aktivitätsinformationen und physiologischen Parametern.
Ein Teil der Bewegungsinformation kann somit von einer nicht linearen
Schnittstelle verarbeitet werden und dazu dienen, den Mikroprozessor
als Folge einer unterbrochenen Bewegungsaktivität zu aktivieren.
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Der
Druckfühler
bildet dann gleichzeitig mindestens ein Teil des Systems zur Aktivitätsmessung und
mindestens ein Teil der physiologischen Fühler.
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Bevorzugterweise
liefert der physiologische Fühler
bzw. liefern die physiologischen Fühler mindestens eine Information,
die Folgendes umfasst:
- – den Puls;
- – eine
Größe, die
Funktion des Blutdrucks ist (beispielsweise ein externer Druck,
der eine Funktion des Blutdrucks ist und durch das Atmen moduliert wird,
wobei die Analyse das Demodulieren dieser Größe und das Berechnen des Pulses
ermöglicht);
- – den
Atemrhythmus und/oder den Atmungsdurchsatz,
- – die
Temperatur (insbesondere die örtliche
Hauttemperatur),
sowie die Variationen und/oder Kombinationen
dieser Größen.
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Die
Mehrzahl dieser Daten können
aus dem von einem einzelnen Druckfühler gelieferten Signal abgeleitet
werden. So setzt vorteilhafterweise die Vorrichtung nach der Erfindung
mindestens einen dynamischen Druckfühler ein, der auf den Herzschlag des
Subjektes reagiert. Es kann insbesondere die Ausführung eines
solchen Fühlers
in Betracht gezogen werden, die ein elastisches Armband aufweist, wobei
der im inneren Handgelenk fühlbare
Herzschlag übertragen
wird.
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Vorteilhafterweise
verfügt
die Vorrichtung der Erfindung über
Mittel zum Messen einer für
die Wirkungskraft der Vorrichtung auf die Haut des Subjektes repräsentativen
Information. Vorteilhafterweise ermöglicht diese Information darüber hinaus
zu prüfen,
dass die Vorrichtung auch tatsächlich
getragen wird (und ordnungsgemäß befestigt
ist).
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Nach
einer bevorzugten Ausführung
weist sie die Form einer Armbanduhr auf. Man verfügt dann über eine
praktische und unauffällige
Vorrichtung.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung nach der Erfindung einen Berührungsfühler oder
Kolben, der eine Schnittstelle zwischen der Haut des Subjektes und
mindestens einem physiologischen Fühler bildet. Das sichert die
Selbstständigkeit
gegenüber
den Problemen, die sich aufgrund einer Bewegung oder einer Verschiebung
des Stützbereiches auf
der Haut des Trägers
ergeben.
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Nach
einer vorteilhaften Eigenschaft der Erfindung verfügt die Vorrichtung über Mittel
zum Auslösen
einer örtlichen
Alarmmeldung sowie über
Mittel zum Übertragen
dieser Alarmmeldung an einen entfernten Standort, nach einer vorgegebenen
Zeit, wenn die Alarmmeldung nicht vorher manuell vom Subjekt abgestellt
wurde.
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So
vermeidet man die Übertragung
von Fehlalarmen zu den entfernten Verwaltungsstandorten. Der Träger stellt
selbst die Verwaltung der Fehlalarmmeldungen sicher.
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Vorteilhafterweise
umfasst die Vorrichtung ebenfalls Mittel zur manuellen Auslösung, die
eine Alarmmeldung an einen fernen Standort senden. Der Träger kann
so die Überwachungsstelle
auch bei Fehlen einer automatischen Erfassung benachrichtigen, beispielsweise
im Falle eines Unwohlseins oder beim Auftreten von Zeichen, die
ein solches ankündigen.
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Nach
einer bevorzugten Ausführung
erfolgt die manuelle Auslösung
durch starken Druck auf die Vorrichtung, um auf die Mittel zum Messen
einer für die
Wirkungskraft repräsentativen
Information einzuwirken.
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Der
Einsatz ist dann sehr einfach und benötigt keine zusätzlichen
Mittel.
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Vorteilhafterweise
verfügt
die Vorrichtung der Erfindung über
Mittel zum Speichern von mindestens einem Sturzmodell und/oder einer
Reihe der erwähnten
physiologischen Messungen.
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Bevorzugterweise
werden Mittel zum Anzeigen von mindestens einer der folgenden Informationen
vorgesehen:
- – Uhrzeit und Datum;
- – physiologische
Informationen;
- – Alarme;
- – persönliche Meldungen
zu einem gegebenen Zeitpunkt;
- – Ortungsinformationen.
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Die
Vorrichtung kann ebenfalls mindestens eine Fotodiode zum Senden
von Informationen an Verarbeitungsmittel der Vorrichtung und/oder
zum Liefern einer aufklärenden
Information aufweisen.
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Die
Vorrichtung zum Erfassen ungewöhnlicher
Situationen kann ebenfalls ein Mikrophon aufweisen, das mit einem
Fluchtverhinderungssystem verbunden sein kann, darüber hinaus über Ortungsmittel
und/oder Mittel zur physiologischen Überwachung verfügen.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls das in der oben beschriebenen Vorrichtung
angewandte Verfahren. Dieses Verfahren umfasst insbesondere einen
Schritt zum Erzeugen eines für
eine ungewöhnliche
Situation repräsentativen
Alarmsignals, als Funktion der Analyse von mindestens einer Aktivitäteninformation
und, zumindest in einigen Fällen,
von mindestens einer physiologischen Information.
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Bevorzugterweise
umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- – Erfassung
einer potentiell ungewöhnlichen
Situation, als Funktion der besagten Aktivitätsinformation(en);
- – Bestätigung oder
Außerkraftsetzung
der potentiell ungewöhnlichen
Situation als Funktion der besagten physiologischen Information(en);
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Vorteilhafterweise
umfasst das Verfahren ebenfalls die folgenden Schritte:
- – Erzeugen
eines lokalen Alarms,
- – Abwarten
eines Befehls der Außerkraftsetzung durch
das Subjekt während
einer vorgegebenen Verzögerungszeit,
- – Senden
des Alarms an einen fernen Standort, wenn der Alarm nicht innerhalb
der gegebenen Verzögerungszeit
außer
Kraft gesetzt wurde.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung deutlich,
die als veranschaulichendes Beispiel ohne einschränkende Wirkung
vorgestellt wird sowie beim Betrachten der beigefügten Figuren,
wobei:
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1 eine
allgemeine Übersicht
zeigt, bei der das Prinzip der Erfindung im Falle eines Sturzes dargestellt
wird;
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2 ein
Beispiel von Signalen darstellt, die von den Beschleunigungsmessern
im Falle eines Sturzes angezeigt werden sowie ihrer Summierung;
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3 das
Prinzip der Übertragung
des Herzschlages an die Vorrichtung der Erfindung in Form einer
Armbanduhr zeigt;
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die 4a und 4b ein
Beispiel für
vom Atem modulierte Herzschlagwellen zeigt, jeweils bezüglich der
Zeit und der Frequenz;
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5 eine Übersicht
der Funktionen der Vorrichtung der Erfindung gibt;
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die 6A und 6B die
verschiedenen Fühler
und ihre Umgebung zeigen, die von der Vorrichtung der Erfindung
nach zwei Ausführungsarten eingesetzt
werden:
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6A:
Einsatz von drei piezoelektrischen Fühlern;
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6B:
Einsatz eines Druckfühlers;
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7 einen
Schnitt durch eine Ausführung der
Vorrichtung der Erfindung zeigt;
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8 ein
detailliertes Organigramm der Überwachungsvorrichtung
der Erfindung zeigt.
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Ziel
der Erfindung ist demnach eine Vorrichtung zum Erfassen von ungewöhnlichen
Situationen bei einem Subjekt, insbesondere Stürze. Diese Vorrichtung und
das entsprechende Verfahren sind zuverlässiger und genaure als die
bereits bekannten Systeme, insbesondere deshalb, weil sie, zumindest bei
Bedarf, Informationen aus Aktivitätenmessungen und physiologischen
Informationen kombinieren, wie in der allgemeinen Übersicht
in 1 gezeigt.
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Die
Analyse der Aktivitätssituation
des Patienten als Funktion der Aktivitäteninformation 12 kann drei
verschiedene Modi erfassen:
- – normal 111:
dann sind nur die Fühler
zum Messen von Aktivitäten
tätig;
- – deutliche
ungewöhnlich 112:
in diesem Falle geht man direkt zum Schritt 13 der Erzeugung
einer Alarmmeldung über;
- – potentiell
ungewöhnlich 113:
es handelt sich um den laufenden Fall, in dem eine starke Bewegung festgestellt
wurde, wobei nicht sicher steht, dass es sich um einen Sturz handelt
(dieser Fall tritt umso häufiger
auf, wenn die Schwellenwerte zum Erfassen von Bewegungen schwach
sind, um auch „Mikrostürze" zu erfassen).
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Bei
der letzten Situation 113 wird ein zusätzlicher Schritt 14 zum
Bestätigen
oder Außerkraftsetzen
der Normalität
der Situation als Funktion von Aktivitätsmessungsinformationen 12 eingesetzt.
Wenn sich der Träger
bewegen kann, so kann er eine Alarmmeldung manuell auslösen. Andernfalls
werden die physiologischen Informationen 15 berücksichtigt.
Bei Außerkraftsetzung
kehrt man zur normalen Situation 111 zurück. Andernfalls
geht man über zum
Schritt der Erzeugung einer Alarmmeldung. Selbstverständlich können, unabhängig von
einer Bewegungserfassung, die physiologischen Daten Gegenstand von
regelmäßigen Messungen
sein und gegebenenfalls das Auslösen
einer Alarmmeldung bewirken, beispielsweise beim Auftreten eines
Herzproblems (auch wenn es keinen Sturz gegeben hat usw.).
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Die
Aktivitätsinformationen
und die physiologischen Informationen können ebenfalls parallel zueinander
oder in jeder anderen geeigneten Weise verwendet werden.
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Nach
einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung erfolgt das Erzeugen
von Alarmmeldungen 13 in zwei Schritten, um das Erzeugen
falscher Alarmmeldungen und somit eine überflüssige Intervention seitens
der für
die Fernüberwachung
zuständigen
Personen zu vermeiden. So wird zuerst ein lokaler Alarm 131 ausgelöst, beispielsweise
in Form eines akustischen Signals.
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Der
Träger
verfügt
dann über
eine gegebene Zeit, beispielsweise einige zehn Sekunden, um einzugreifen
und den Alarm außer
Kraft zu setzen, wenn seine Lage tatsächlich keine Intervention benötigt. Bei
Annullierung der Alarmmeldung (132) kehrt man zur normalen
Situation zurück.
Andernfalls wird eine Alarmmeldung (133) an den Fernüberwachungsstandort
weitergeleitet.
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Vorteilhafterweise
in der Form eines Gehäuses
einer Armbanduhr getragen, umfasst die Vorrichtung der Erfindung
eine Gruppe von Beweglichkeitsfühlern,
mit der die Beschleunigungen des Handgelenks bekannt werden. Diese
Größen, von
denen ein Beispiel in 2 gegeben ist (21, 22 und 23:
Beschleunigung jeweils nach der X-, Z- und Y-Achse) dienen somit
in erster Linie dazu, ein kritisches Energieniveau zu unterscheiden.
Tatsächlich
liegt die Übertragungsbandbreite
bei einem Sturz zwischen 0,5 Hz und 6 Hz, wobei dieses Band als
eng angesehen wird.
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Um
den Energieverbrauch zu optimieren, werden die begradigten Signale 21, 22 und 23,
nachdem sie summiert und einer Tiefpassfilterung unterzogen wurden,
mit der zur Verfügung
stehenden Energieversorgung assimiliert, wodurch man das Signal 24 erhält, welches
die Rechenmittel der Vorrichtung aktiviert.
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Nach
einer vorteilhaften Variante können
die Bewegungsmelder durch einen einzigen Druckfühler ersetzt werden, der ebenfalls
das Erfassen der physiologischen Parameter sicherstellt.
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Während der
nachfolgenden Sekunden erfolgen Energiemessungen, die mit einem
Sturzmodell nach dem nachfolgend beschriebenen Algorithmus verglichen
werden. Nach der Aktivierung werden die aus den Beschleunigungsmessern
(oder aus dem Druckfühler,
nach Analyse eines Teils der von einer nicht linearen Schnittstelle
verarbeiteten Aktivitätsinformation)
kommenden Messungen in Energie umgewandelt. Der Vergleich oder die
Schwellenwertbildung erfolgt im Verhältnis zu einem Modell, d.h., eine
Menge von aufeinander folgenden Werten, die einen zeitlichen Ablauf
(beispielsweise die Form der Welle nach einem Schlag) darstellen
und nicht im Verhältnis
zu einem einzigen Schwellenwert.
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Der
Sturz kann relativ sein, d.h., der Schwerpunkt des menschlichen
Körpers
bleibt nahezu unverändert.
In diesem Falle kann sich der Vergleich als problematisch erweisen.
Deshalb wird dann der Ablauf bestimmter physiologischer Parameter
(Puls, Atmung usw.) als Indikator einer ungewöhnlichen Situation beobachtet.
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Wie
in 3 dargestellt, wird die Vorrichtung in Form eines
Armbanduhrgehäuses 31 mit
Hilfe eines einem klassischen Uhrarmband ähnlichen elastischen Armbandes 32 am
Handgelenk befestigt. Die Herzimpulse 33 laufen über die
Blutgefäße 34,
die Muskeln, die Gewebe 35 und die Haut und breiten sich
dann durch das Armband 32 aus, was zu einem Druck auf einem
Fühler 36 führt, wie
nachfolgend detaillierter beschrieben.
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So
geben die auf der Höhe
des Handgelenks zugänglichen
physiologischen Parameter die Abbildung des Herzimpulses wieder,
von dem die 4a und 4b als
Beispiel jeweils den zeitlichen Ablauf und die entsprechende Spektralanalyse
einer vom Atem modulierten Herzwelle für den Fall einer Sinusrhythmusstörung eines
35-jährigen
männlichen
Subjektes wiedergeben. Aus diesen Signalen werden der Puls und die
Atemfrequenz sowie gegebenenfalls der Blutdruck abgeleitet.
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Legt
man einen Temperaturfühler
sehr nahe an die Haut an, erhält
man ebenfalls die örtliche
Temperatur (im Verhältnis
zur Temperatur des menschlichen Körpers gebracht), aus der man
Temperaturänderungen
ableitet. Ohne Bewegung werden diese Parameter gespeichert, wobei
das System seine Einstellung dann selbsttätig bewirkt.
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Nach
einem Sturz oder Unwohlsein, kann es vorkommen, dass das Subjekt
physisch unbeweglich ist. In diesem Falle fällt die Körpertemperatur. Dieser Parameter
kann entscheidend sein, wenn sich während einer ausreichend langen
Zeitspanne eine bedeutende Änderung
der Körpertemperatur
einstellt.
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Es
wird die Historie der physiologischen Parameter nach dem Sturz wiedergegeben,
unter der Annahme, dass der Sturz nicht sofort erfasst wird (potentiell
ungewöhnliche
Situation). Tatsächlich
ist sie eine Funktion der den Sturz herbeiführenden Pathologie. Ist die
Person jedoch blockiert, so können die
folgenden Variationen eintreten:
- – Puls:
zu langsamer oder zu schneller Herzschlag;
- – Atmung:
steigende Frequenz, aufgrund des Stresszustandes, gefolgt von einer
Rückkehr
zu normalen Werten, dann Beobachtung von Atempausen;
- – Blutdruck:
kann sich in beide Richtungen ändern (Zunahme
bzw. Abnahme, je nach Ursache);
- – Temperaturänderung:
durch Extrapolierung der Reaktion des Körpers einer schlafenden Person im
Verhältnis
zu der einer unbeweglichen Person, und unter Berücksichtigung der Tatsache,
dass der Mensch endotherm ist, da nur seine innere Temperatur konstant
ist, lässt
sich daraus folgern, dass der Mechanismus der Temperaturregulierung
das Aufrechterhalten dieser Endothermie möglicherweise, trotz sich stark
verändernder Umgebungsbedingungen,
aufrecht erhält.
Die Hauttemperatur ist jedoch nicht gleichmäßig: die tiefsten Temperaturen
findet man des öfteren
an Händen
und Füßen (28° bis 31°), während die
höhere
Kopftemperatur zwischen 34° und
35° liegt.
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5 zeigt
die Hauptfunktionen der Vorrichtung der Erfindung.
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Bei
kontinuierlichem Betrieb sind nur die Mittel zur Aktivitätsmessung 51 aktiv.
Der Mikrocontroller und der HF-Sender sind deaktiviert. Es werden nach
Zeitintervallen Messungen der Herzfrequenz (Fc) und dann der Atemfrequenz
(Fr) sowie der Temperatur und der entsprechenden Amplituden durchgeführt, die
gespeichert (53) werden, um den Ablauf dieser Größen zu verfolgen
und gegebenenfalls feststellen zu können, dass sich das Subjekt
nicht mehr in einer normalen Situation befindet.
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Beim Überschreiten
eines Bewegungsniveaus (Ableitung einer Bewegung 54) wird
der Mikrocontroller (55) aktiviert und es wird, ausgehend
von einem gespeicherten Algorithmus (53), ein Erfassungsvorgang
mit dem Zweck, die Bewegungssignale zu erfassen und zu bestimmen,
ob es einen Sturz (56) gegeben hat, ausgelöst.
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Dann
werden die vorhergehenden physiologischen Parameter, beispielsweise
30 Sekunden lang, erfasst (58) und es werden Berechnungen
und eine Überschreitungsprüfung durchgeführt.
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Danach
erfolgt eine Bewegungsprüfung 55, um
zu prüfen,
ob sich der Träger
bewegen kann. In diesem Falle kann möglicherweise eine manuelle Alarmauslösung 59 sowie
die Übertragung
der Alarmmeldung erfolgen, wenn die Vorrichtung nicht getragen oder
nicht ordnungsgemäß befestigt
ist.
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Die
Alarmmeldung 510 wird über
HF-Sendemittel 52 übertragen.
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Vorteilhafterweise
erfolgen bei der Übertragung
genaue Angaben zur Art des Alarms:
- – nicht
getragene Armbanduhr;
- – fehlerhafte
Befestigung;
- – physiologische
Parameter außerhalb
der Schwellenwerte;
- – Sturz;
- – manuelle
Auslösung.
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Die 6A und 6B zeigen
die Umgebung der eingesetzten Fühler
jeweils für
die folgenden Fälle:
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6A:
Einsatz dreier piezoelektrischer Fühler;
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6B:
Einsatz eines Druckfühlers.
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Im
Falle der 6A werden die drei Beschleunigungen
beispielsweise durch die integrierten oder modularen 3D Beschleunigungsmesser 61 erfasst,
wobei diese beispielsweise vom Typ ACH 04-08-05 der Firma AMP (eingetragenes
Markenzeichen) oder jeder gleichwertigen Art sein können, mit einer
Empfindlichkeit von 2 mV/g im Durchlassband 0,5 Hz–10 Hz.
Ihnen folgt eine Summiereinheit 62 (s. 2),
mit einer Verstärkung
mit einem Gewinn von 50 und einer Schwellenwertbildung 63 im
entsprechenden Durchlassband.
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Das
Erfassen des Herzdrucks erfolgt mit Hilfe eines piezoelektrischen
Fühlers 64,
der die Form einer Scheibe (Durchmesser Ø = 16 mm, e = 0,5 mm) aufweist,
welche den direkten piezoelektrischen Effekt nutzt (Werkstoff PZT
PIC 155, gefertigt von PI CERAMIC (eingetragenes Markenzeichen)).
Der Kapazitätswert
für 1 Hz
beträgt
8,65 nF. Unter Beladung bei gleicher Kapazität in Parallelschaltung, mit
einer Widerstandsbelastung von 33 MΩ, beträgt die Abschaltfrequenz 0,6
Hz und die Empfindlichkeit 54 mV/N. Eine Transimpedanzstufe stellt
die Verbindung mit einem Verstärker
mit einem Gewinn von 500 und einem Durchlassband von 0,5–3 Hz sicher,
für einen
Herzimpuls, der 1/100 N auf der Höhe des Fühlers liefert. Somit kann man
am Ausgang ein Signal mit einer Spitzenamplitude von 400 mV erhalten.
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Dieser
Fühler
kann ebenfalls eine Abbildung der Beschleunigung in Richtung der
Z-Achse liefern.
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Wenn
man einen Druckfühler 610 (6B) einsetzt,
so kann es sich vorteilhafterweise um einen piezoelektrischen Fühler wie
der oben beschriebene handeln. Die Umgebung des Druckfühlers umfasst ein
unelastisches aber verformbares Harz, das ein Volumen zwischen dem
Fühler
an sich und eine mit dem Kolben verbundene biegsame Membran bildet.
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Unter
der Wirkung einer Längsbewegung
findet man denselben Effekt wie der von einem Herzimpuls ausgelösten wieder.
Unter der Wirkung einer Querbewegung, bewirkt die Bewegung der Masse der
Armbanduhr eine Änderung
der Länge
des Armbandes, und somit eine Änderung
der vom Druckfühler
erfassten Belastung. Das vom Druckfühler gesendete Signal enthält demnach
eine Vielzahl von Informationen (Aktivitätsinformationen und physiologische
Parameter). Die verwendeten Rechenverstärker gehören zu der Art mit sehr geringem
Energieverbrauch. Dabei handelt es sich beispielsweise um Verstärker MAX
418 der Firma MAXIM (eingetragenes Markenzeichen).
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Das
Festziehen des Armbandes wird vom Widerstandsfühler 65 vom Typ FSR
152-NS erfasst, wobei es sich um einen polymerbedeckten Halbleiter-Flachfühler handelt.
In einer Stufe mit einem Rechenverstärker eingebaut, kann man am
Ausgang die 4 folgenden Ebenen unterscheiden:
- – höher als
1 V: die Armbanduhr wird nicht getragen;
- – zwischen
0,15 V und 0,9 V: die Armbanduhr wird getragen;
- – unter
0,09 V: sehr starke Befestigung, die willentlich erfolgte und als
Auslöseknopf
für die
manuelle Alarmmeldung dient.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass jeder Bereich vom benachbarten Bereich
durch einen jungfräulichen
Bereich getrennt ist, wodurch die Analyse gesichert wird.
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Um
das Erfassen des Vorhandenseins eines manuellen Alarms zu verbessern,
wird eine Stabilitätsprüfung des
Niveaus durchgeführt.
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Es
kann ebenfalls ein Fühler
vom Typ MOTOROLA (eingetragenes Markenzeichen) MX 2300 eingesetzt
werden, der das Erkennen von Situationen verbessert.
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Beim
Temperaturfühler 66 kann
es sich um einen Halbleiterfühler
LM 62 von National Semiconductor (eingetragenes Markenzeichen)
handeln. Seine Auflösung
beträgt
0,2°. Er
befindet sich vorteilhafterweise im Taster oder Kolben, in einem
Abstand von etwa 1 mm zur Haut.
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Der
Fotodiodenfühler 67,
beispielsweise vom Typ BPW 34 von SIEMENS (eingetragenes
Markenzeichen) dient zum Übertragen
von Informationen mit Hilfe von Berechnungen 681 (Initialisierungen, Tests
usw.) und kann ebenfalls Auskunft zur örtlichen Beleuchtung liefern.
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Der
Mikrocontroller 68 lässt
sich funktionell folgendermaßen
aufteilen:
- – Mittel zum Verwalten der
Unterbrechungen 682, gespeist mit den Aktivitätsinformationen
und der Information bezüglich
der Befestigung des Armbandes;
- – Mess-
und Rechenmittel 681, die mit den Aktivitätsinformationen,
mit der Information bezüglich der
Befestigung des Armbandes, des Blutdruckimpulses, der Temperatur
und der Fotodiode gespeist werden;
- – Speichermittel 683;
- – Mittel
zum Verwalten der Alarmmeldungen 684.
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Im
Falle der 6B werden die Mittel 681 und 682 direkt
vom Blutdruckfühler 610 über die
Verstärker 62, 63 und 611 (die
eine Blutdruckdifferenz liefern) mit Daten versorgt.
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Die
Mittel zum Verwalten der Alarmmeldungen 684 wirken auf
den HF-Sender 69, um die Alarmmeldung 691 beispielsweise
zu einer feststehenden Basis zu senden.
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7 zeigt
eine Schnittansicht der im Armbanduhrgehäuse integrierten Gruppe verschiedener Fühler mit
der dazugehörigen
Elektronik.
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Ein
Kolben 71 ist so ausgebildet, dass er mit der Haut des
tragenden Subjektes in Berührung
ist. Er enthält
den Temperaturfühler 72.
Eine an den Kolben 71 geklebte Membran 73 sichert
die Übertragung des
Herzimpulses (oder einer Bewegung in Längsrichtung im Falle einer
Ausführung
mit Druckfühler), die
eine Variation der geradwinkligen Stellung zwischen dem Kolben 71 und
den Fühlern
zulässt.
Die Verbindung zwischen den Fühlern
und dem Kolben erfolgt über
Silikongel 75, das die Montage mechanisch entkoppelt.
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Der
piezoelektrische Fühler 76 zum
Erfassen des Herzimpulses ist auf den Fühler geklebt, der die Rolle
der Schnalle zum Festziehen des Armbandes 74 ausübt. So bewirkt
dieser Fühler
eine Vorspannung auf den piezoelektrischen Werkstoff, die das Erfassen
kleiner Impulse ermöglicht.
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Die
Elektronik besteht aus gedruckten Schaltungen 77 und 78.
Selbstverständlich
kann sie auf eine einzige gedruckte Schaltung reduziert werden. Die
Anzeige der Uhrzeit und jeder weiteren Information wird durch die
Anzeige 79 wiedergegeben, wobei es sich beispielsweise
um eine Flüssigkristallanzeige handeln
kann. Alarmmeldungen werden über
den Sender 710 und die Antenne 711 geleitet. Die
mitgeführte
Energiequelle 712 ist eine Batterie, mit der die Vorrichtung über ein
Jahr lang betrieben werden kann. Diese wird am Handgelenk mittels
eines nicht dargestellten elastischen Armbandes gehalten.
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Die
Mittel zum Dichten sind auch nicht dargestellt. Sie wurden jedoch
so ausgewählt,
dass sie eine Abdichtung gegen fließende Flüssigkeiten sicherstellen. Die
gewählten
Werkstoffe, die mit der Haut in Berührung sind, verursachen keine
Verletzungen und sind im Allgemeinen ungefährlich bei stetigem Tragen
der Armbanduhr.
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Die
Elektronik umfasst zwei Hauptfunktionen, nämlich die Umgebung der Fühler (bereits
im Zusammenhang mit 6 beschrieben)
und die Berechnungs- und Sendemittel. Die mitgeführten Berechnungsmittel können aus
Mikrocontroller mit sehr geringem Energieverbrauch der Familie MSP
von Texas Instruments (eingetragenes Markenzeichen) oder der Familie
der XE 88xx von XEMICS (eingetragenes Markenzeichen) gebildet sein.
Diese Mikrocontroller verfügen über analoge
Messmittel mit guter Genauigkeit (mehr als 12 Bits), über Zeitbasen, über Anzeigentreiber
für Flüssigkristalle
(Anzeige der Uhrzeit und bestimmter Alarmmeldungen) sowie über einen
ausreichenden Programmspeicher und über digitale Verbindungen mit
einem HF-Sender vom Typ FM, der eine Reichweite von 60 m im freien
Feld aufweist.
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Vor
der detaillierteren Beschreibung des Überwachungsalgorithmus werden
die drei folgenden Punkte in Erinnerung gebracht:
- – das ungewollte
Auslösen
falscher Alarmmeldungen stellt ein größeres Problem für jedes
automatische Erfassungssystem dar. Ein System, das eine hohe Zahl
falscher Alarmmeldungen auslöst, wird
schnell verworfen. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist eine automatisch
ausgelöste Alarmmeldung
systematisch innerhalb einer gegebenen Frist vom Träger zu validieren,
ehe sie gesendet wird. Der Ablauf dieser Frist führt unweigerlich zur Weiterleitung
der Alarmmeldung, weil sie auf der Annahme basiert, dass der Träger reaktionsunfähig und
demnach in schwieriger Situation ist. Demnach hat der Träger des
Systems die falschen Alarmmeldungen zu tragen und nicht die Hilfsorganisation;
- – ein
Sturz, gefolgt von einer Inaktivität, stellt eine bedrohliche
Situation dar. Dieser Aspekt ist beim Treffen der endgültigen Entscheidung
integriert (Alarmmeldung oder keine Alarmmeldung);
- – die
Autonomie ist ein wesentlicher Parameter für ein bewegliches System. Sie
wurde demnach sofort bei der Konzipierung der Vorrichtung mit in Betracht
gezogen. Die Überwachung
der aus den Beschleunigungsmessern kommenden oder aus der Aktivitätsinformation
stammenden Signale wird durch eine analoge Vorrichtung mit geringem Energieverbrauch
sichergestellt. Die Rolle dieser Vorrichtung besteht darin, im Falle
einer Überschreitung
des Schwellenwertes (als potentiell ungewöhnlich eingestufte Aktivität), den
unter dem Regime der Deaktivierung/Aktivierung betriebenen Mikrocontroller
wieder zu aktivieren, wodurch jeder sinnloser Energieverbrauch verhindert
wird. Es erfolgt dann eine Analyse der Parameter, um festzustellen,
ob die Situation kritisch ist oder nicht. Die Überwachung der physiologischen
Parameter erfolgt periodisch, um jegliche Abnormalität zu erfassen.
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8 zeigt
das eingesetzte Überwachungsorganigramm.
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Bei
normaler und kontinuierlicher Situation befindet man sich im passiven Überwachungsmodus (81)
durch die analoge Vorrichtung. Der Mikrocontroller befindet sich
im aktivierten Zustand (811). Es wird die Beweglichkeit
(812) überwacht
und man bleibt in diesem Modus, so lange wie keine starke Bewegung (813)
erfasst wird.
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Die
zyklische Überwachung 82 der
physiologischen Parameter kommt in regelmäßigen Zeitintervallen zum Einsatz.
So lange wie diese Parameter normal sind (821) wird keine
Aktion eingeleitet.
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Wird
eine starke Bewegung (813) erfasst, so geht man seitens
der analogen Vorrichtung in den aktiven Überwachungsmodus (84) über. Der
Mikrocontroller (841) wird aktiviert und es wird dann die
Aktivität
(842) geschätzt.
Wird die Aktivität
als normal angesehen (843), so kehrt man zum passiven Überwachungsmodus
zurück.
Andernfalls geht man zum Nachverfolgen der Aktivität (844) über, indem
die physiologischen Parameter (822) berücksichtigt werden. Wird Inaktivität festgestellt,
geht man in den Modus des in Alarmbereitschaft 85 stehenden
Systems über.
Andernfalls wird geprüft
(846), ob die Aktivität normal
ist. Fällt
die Antwort negativ aus, so kehrt man zum Schritt (844)
zum Verfolgen der Aktivität
zurück. Andernfalls
wird der Mikrocontroller wieder aktiviert (811).
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Der
Alarmmodus umfasst als erstes einen lokalen Alarm (851),
der der zunächst
den Beginn einer Verzögerung
auslöst.
Wird der Alarm im Verlauf dieser Verzögerung deaktiviert (852),
so kehrt man zu normalen Situation zurück und der Mikrocontroller kehrt
in den aktiven Zustand zurück
(811). Andernfalls wird nach Ablauf der Verzögerung eine
Alarmmeldung gesendet (853). Nach dem Quittieren (854) des
Alarms kehrt der Mikrocontroller wieder in den aktivierten Zustand
zurück
(811).
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Es
sind selbstverständlich
viele Varianten als Zusatz und/oder Optionen zur Vorrichtung der
Erfindung denkbar.
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Man
kann insbesondere die Anzeige, beispielsweise durch Flüssigkristalle,
zum Anzeigen von Informationen wie die Uhrzeit oder persönliche Meldungen
(Einnehmen von Medikamenten, Treffen, Aktivitäten usw.) benutzen.
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Anderseits
kann man, wenn das Durchlassband des HF-Senders ausreicht, ein Mikrophon
in der Armbanduhr zum Übertragen
der Stimme integrieren. Es können
ebenfalls Empfangsmittel für
mündliche
Informationen oder andere vorgesehen werden.
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Es
kann ein Fluchtverhinderungssystem verwirklicht werden, beispielsweise
durch Senden eines HF-Signals alle 15 Minuten. Eine Funktion zur
Durchgangserfassung kann ebenfalls über die Fotodiode integriert
werden, insofern der zu erfassende Durchgang mit einem leuchtenden
Sender ausgestattet ist. Das zyklische Senden des HF-Signals kann
ebenfalls die Überwachung
der Sendequalität
und somit das Absichern des Systems ermöglichen.
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Die
kontinuierliche Kenntnis des Pulses, der Temperatur und des Festziehens
des Armbandes im Falle des Einsatzes eines linearen Druckfühlers, der Atmungsparameter
usw., ermöglichen
die Realisierung eines Überwachungssystems
am Wohnort, in Gestalt eines ambulanten, benutzerfreundlichen Systems.
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Es
kann zuletzt das Assoziieren von Ortungsmitteln (GPS) und/oder der
Grundfunktionen eines mobilen Telefons vorgesehen werden, um die Autonomie
bezüglich
der Entfernung zu erhöhen und/oder,
um eine absolut sicheres Fluchtverhinderungsmittel zu verwirklichen.