DE102008019438A1

DE102008019438A1 - Method for monitoring movement activities of a subject

Info

Publication number: DE102008019438A1
Application number: DE102008019438A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr. Bettwieser; Christian Oldendorf; Herbert Dr. Modler
Original assignee: Sartorius AG; Georg August Universitaet Goettingen; Universitaetsmedizin Goettingen Georg August Universitaet
Current assignee: Georg-August-Universitaet Goettingen Stiftung De; Sartorius Weighing Technology GmbH
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-10-29
Also published as: WO2009127405A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung von Bewegungsaktivitäten eines Probanden (22) auf einer Trägerfläche (12), umfassend die Schritte: - Erfassen eines zeitlichen Verlaufs wenigstens einer durch Bewegung des Probanden erzeugten Kraft und Erzeugen eines zeitabhängigen Signals auf Basis des erfassten Kraftverlaufs, - Ermitteln wenigstens eines durch vorgegebene Parameter definierten Musters in dem Signal, - Klassifizieren des Signals durch Vergleich des ermittelten Musters mit gespeicherten Referenzmustern, wobei das Signal eine Repräsentation einer Position des Schwerpunktes des Probanden (22) als eine Primärgröße und/oder eine davon abgeleitete Sekundärgröße enthält.A method for monitoring movement activities of a subject (22) on a support surface (12), comprising the steps of: detecting a time course of at least one force generated by movement of the subject and generating a time-dependent signal based on the detected force curve, determining at least one predetermined parameters of defined pattern in the signal; classifying the signal by comparing the detected pattern with stored reference patterns, the signal including a representation of a position of the subject's center of gravity as a primary quantity and / or a secondary quantity derived therefrom.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Bewegungsaktivitäten eines Probanden auf einer Trägerfläche, umfassend die Schritte:

– Erfassen eines zeitlichen Verlaufs wenigstens einer durch Bewegungen des Probanden erzeugten Kraft und Erzeugen eines zeitabhängigen Signals auf Basis des erfassten Kraftverlaufs,
– Ermitteln wenigstens eines durch vorgegebene Parameter definierten Musters in dem Signal,
– Klassifizieren des Signals durch Vergleich des ermittelten Musters mit gespeicherten Referenzmustern.

The invention relates to a method for monitoring movement activities of a subject on a support surface, comprising the steps:

Detecting a time profile of at least one force generated by movements of the subject and generating a time-dependent signal on the basis of the detected force curve,
Determining at least one pattern defined by predetermined parameters in the signal,
Classifying the signal by comparing the detected pattern with stored reference patterns.

Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Überwachung von Bewegungsaktivitäten eines Probanden auf einer Trägerfläche, umfassend:

– Sensormittel, die einen zeitlichen Verlauf wenigstens einer durch Bewegungen des Probanden erzeugten Kraft erfassen,
– Signalerzeugungsmittel, die auf Basis des wenigstens einen erfassten Kraftverlaufs ein zeitabhängiges Signal erzeugen,
– Mustererkennungsmittel, die wenigstens ein durch vorgegebene Parameter definiertes Muster in dem Signal ermitteln,
– Klassifizierungsmittel, die das Signal durch Vergleich des ermittelten Musters mit gespeicherten Referenzmustern klassifizieren.

The invention further relates to a device for monitoring movement activities of a subject on a support surface, comprising:

Sensor means which detect a time course of at least one force generated by movements of the subject,
Signal generating means which generate a time-dependent signal on the basis of the at least one detected force curve,
Pattern recognition means which determine at least one pattern defined in the signal by predetermined parameters,
- Classifying means classifying the signal by comparing the detected pattern with stored reference patterns.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Verfahren und Vorrichtung sind bekannt aus der DE 195 36 632 A1 . Diese Druckschrift offenbart ein System zur Bestimmung der Schlafqualität eines Probanden. Hierzu wird unter einer Bettmatratze etwa im Bereich unterhalb des Körperschwerpunktes des Probanden ein Beschleunigungsaufnehmer installiert. Dieser wird durch Bewegungen des Probanden während des Schlafs angeregt und erzeugt eine analoge Ausgangsspannung, die zu einem digitalen Signal gewandelt wird. Das Signal repräsentiert somit die Beschleunigung des Beschleunigungsaufnehmers als Funktion der Zeit und repräsentiert somit den zeitlichen Verlauf der auf den Beschleunigungsnehmer wirkenden Kraft, die durch die Bewegungen des Probanden erzeugt wird. In einem Mustererkennungsschritt wird das Digitalsignal analysiert, wobei anhand eines Amplitudenvergleichs Intervalle mit und ohne Bewegungsaktivität des Probanden unterschieden werden. Die Intervalle ohne Bewegungsaktivität werden weiter gemäß ihrer Länge kategorisiert. Die Anzahlen der einzelnen Intervallkategorien werden in Form eines Histogramms aufgetragen und mit Referenzhistogrammen verglichen, die repräsentativ für vordefinierte Schlafqualitätsklassen sind. Durch Einordnung des aktuellen Histogramms in die zugehörige Klasse kann die aktuelle Schlafqualität des Probanden klassifiziert werden. Diese Information kann als Grundlage für eine weitergehende Diagnostik dienen.Such methods and apparatus are known from the DE 195 36 632 A1 , This document discloses a system for determining the sleep quality of a subject. For this purpose, an accelerometer is installed under a bed mattress approximately in the area below the body center of gravity of the subject. This is stimulated by movements of the subject during sleep and generates an analog output voltage, which is converted to a digital signal. The signal thus represents the acceleration of the accelerometer as a function of time and thus represents the time course of the force acting on the accelerator, which is generated by the movements of the subject. In a pattern recognition step, the digital signal is analyzed, whereby intervals are compared with and without movement activity of the subject based on an amplitude comparison. The no movement activity intervals are further categorized according to their length. The numbers of the individual interval categories are plotted as a histogram and compared to reference histograms representative of predefined sleep quality classes. By classifying the current histogram into the corresponding class, the current sleep quality of the subject can be classified. This information can serve as a basis for further diagnostics.

Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung und dem bekannten Verfahren ist die ungenügende Genauigkeit und schlechte Reproduzierbarkeit des Ergebnisses bei natürlicher oder pathologischer Verlagerung des Probanden auf der Trägerfläche, da der Beschleunigungsaufnehmer nur dort angeordnet ist, wo bei normaler Schlafposition der Körperschwerpunkt des Probanden liegt. Gerade bei pathologischen Schlafstörungen kann es jedoch zu erheblichen Verlagerungen des Körperschwerpunktes kommen, was insbesondere bei Probanden kleiner Körpergröße zu erheblichen Variationen der Signalamplitude führt, ohne dass dies ein Anzeichen für eine veränderte Bewegungsaktivität wäre.adversely in the known device and the known method is the insufficient accuracy and poor reproducibility the result of natural or pathological displacement of the subject on the support surface, since the accelerometer is located only where in normal sleeping position of the body's center of gravity of the subject lies. Especially with pathological sleep disorders However, there may be significant shifts in the body's center of gravity come, especially in subjects of small body size leads to significant variations in the signal amplitude, without that this is an indication of altered movement activity would.

Aufgabenstellungtask

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzubilden, dass die Qualität des Signals im Sinne einer zuverlässigen Interpretierbarkeit unabhängig von der aktuellen Lage des Probanden ist.It is the object of the present invention, a generic Method and a generic device in such a way that the quality of the signal in the Independent of a reliable interpretability from the current situation of the subject.

Darlegung der ErfindungPresentation of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass das Signal eine Repräsentation einer Position des Schwerpunktes des Probanden als eine Primärgröße und/oder eine davon abgeleitete Sekundärgröße enthält.These Task is combined with the features of the preamble of Claim 1 achieved in that the signal is a representation a position of the subject's center of gravity as a primary quantity and / or a derived secondary size contains.

Die Aufgabe wird weiter in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 10 dadurch gelöst, dass die Sensormittel wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, jeweils im Bereich einer von wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, Stützen der Trägerfläche angeordnete Kraftaufnehmer umfassen und dass das von den Signalerzeugungsmitteln erzeugte Signal eine Repräsentation einer Position des Schwerpunktes des Probanden als eine Primärgröße und/oder eine davon abgeleitete Sekundärgröße enthält.The Task will be further in connection with the features of the preamble of claim 10, characterized in that the sensor means at least three, preferably at least four, each in the range of at least one three, preferably at least four, supports of the support surface arranged force transducer and that of the signal generating means signal generated a representation of a position of the Focus of the subject as a primary size and / or a derived secondary size contains.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.preferred Embodiments of the invention are the subject of the dependent Claims.

Anstatt nach Kompensationsmaßnahmen für Verlagerungen des Probanden zu suchen, folgt die vorliegende Erfindung dem Ansatz, die Schwerpunktlage selbst als wesentliche Grundlage des zu erzeugenden Signals zu verwenden. Wird nämlich die Lage des Schwerpunktes des Probanden bzw. der Gesamtanordnung aus Trägerfläche und Proband als Grundlage des aufgezeichneten Signals gewählt, ist die Signalqualität unabhängig von der aktuellen Lage und Körperhaltung des Probanden. Darüber hinaus hat sich überraschend gezeigt, dass gerade die Schwerpunktlage und insbesondere ihre Änderungen bzw. Änderungsgeschwindigkeiten und andere abgeleitete Sekundärgrößen sehr aussagekräftig für den medizinischen Zustand des Probanden sein können und als zuverlässige Datenbasis für eine weitergehende Diagnostik nutzbar sind.Instead of searching for compensation measures for displacements of the subject, the present invention follows the approach of using the center of gravity itself as the essential basis of the signal to be generated. Namely, the position of the center of gravity of the subject or the overall arrangement of support surface and subject than Based on the recorded signal, the signal quality is independent of the current position and posture of the subject. In addition, it has surprisingly been found that it is precisely the center of gravity and in particular its changes or rates of change and other derived secondary quantities that can be very meaningful for the medical condition of the subject and can be used as a reliable database for further diagnostics.

Bevorzugt kann der zeitliche Verlauf der Schwerpunktlage durch wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, Kraftaufnehmer gemessen werden, die jeweils im Bereich einer von wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, Stützen der Trägerfläche angeordnet und in geeigneter Weise mit einer Signalerzeugungseinheit gekoppelt sind. Dabei werden die Ausgangsspannungen der einzelnen Kraftaufnehmer digitalisiert und in bekannter Weise miteinander verrechnet. Die entsprechenden Algorithmen zur Ermittlung eines Schwerpunktes aus drei oder mehr vertikalen Kraftaufnehmern, d. h. Wägezellen, sind dem Fachmann von so genannten Schwerpunktwaagen bekannt. Während typische Schwerpunktwaagen statische Messungen durchführen, sind bei der vorliegenden Erfindung eine große Anzahl von Schwerpunktberechnungen mit zeitlich geringen Abständen zueinander erforderlich. Gleichwohl sind bekannte Wägezellen als Kraftaufnehmer bei der vorliegenden Erfindung ohne Weiteres einsetzbar. Ihre Anordnung in vorzugsweise teleskopartig ineinandergreifenden Teilen von rohrartigen Bettpfosten ist im Hinblick auf einzuhaltende Hygienestandards und Sicherheit der elektrischen Verdrahtungen besonders bevorzugt.Prefers can the time course of the center of gravity by at least three, preferably at least four, load cells are measured, the each in the range of one of at least three, preferably at least four, supports the support surface arranged and suitably coupled to a signal generation unit are. The output voltages of the individual force transducers are digitized and charged in a known manner. The corresponding Algorithms for determining a center of gravity of three or more vertical load cells, d. H. Load cells are the expert known by so-called gravity scales. While typical Balance Scales perform static measurements are in the present invention, a large number of centroid calculations with temporally small distances to each other required. Nevertheless, known load cells are used as load cells in the present invention readily usable. Your arrangement in preferably telescopically intermeshing parts of tubular Bedpost is in terms of sanitary standards to be respected and Safety of the electrical wiring particularly preferred.

Bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Signal zusätzlich eine Repräsentation einer Gesamtkraft, d. h. einer Summe der vier auf die einzelnen Wägezellen wirkenden Einzelkräfte als eine Primärgröße und/oder eine davon abgeleitete Sekundärgröße enthält. Mit anderen Worten wird bei dieser Weiterbildung eine Wägeeinrichtung mit einer Mehrzahl dezentral verteilter Wägezellen realisiert. Das erzeugte Signal besteht bei dieser Weiterbildung somit aus wenigstens zwei Teilsignalen, von denen das erste, wie oben erläutert, der aus den zeitlichen Kraftverläufen berechnete zeitliche Verlauf der Schwerpunktlage ist und von denen das zweite Teilsignal dem aus denselben Grunddaten ermittelten Gesamtgewicht entspricht. Auch hier umfasst die Erfindung nicht nur die Berechnung und Weiterverwendung der Primärgröße, d. h. der Schwerpunktlage bzw. des Gesamtgewichtes, sondern auch die Berechnung und Weiterverwendung hiervon abgeleiteter Größen, die im Rahmen dieser Offenbarung als Sekundärgrößen bezeichnet werden. Typische Sekundärgrößen sind die zeitlichen Ableitungen verschiedener Ordnungen, d. h. zeitliche Änderung, Geschwindigkeit der zeitlichen Änderungen, etc. Andere Sekundärgrößen können ebenfalls von starker Aussagekraft sein.at a favorable development of the invention is provided that the signal additionally a representation a total force, d. H. a sum of the four on the individual Single-acting load cells as a primary quantity and / or a derived secondary size contains. In other words, in this development a weighing device with a plurality of distributed decentralized Load cells realized. The signal generated consists of this Training thus at least two sub-signals, of which the first, as explained above, from the temporal force gradients calculated time course of the center of gravity is and of which the second sub-signal to the total weight determined from the same basic data equivalent. Again, the invention includes not only the calculation and Reuse of primary size, d. H. the center of gravity or the total weight, but also the Calculation and reuse of derived quantities, in the context of this disclosure as secondary quantities be designated. Typical secondary sizes are the time derivatives of different orders, i. H. temporal change, Speed of temporal changes, etc. Others Secondary sizes can also be from be strong statement.

So ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass eine Sekundärgröße eine gleitende Standardabweichung einer Primärgröße ist. Insbesondere kann dies bedeuten, dass als relevantes Signal eine Standardabweichung dient, die aus einer voreingestellten Anzahl aufeinander folgender Messpunkte berechnet wird, wobei sich das die zur Berechnung herangezogenen Messpunkte beinhaltende Fenster mit dem Zeitablauf bewegt, sodass stets neu aufgenommene Daten neu mit in die Berechnung einfließen, während die jeweils ältesten Daten bei einer neuen Berechnung nicht mehr berücksichtigt werden.So is provided in a preferred embodiment of the invention, that a secondary variable is a floating one Standard deviation of a primary size is. In particular, this may mean that as a relevant signal a standard deviation is used, which consists of a pre-set number successive measuring points is calculated, with the windows containing the measuring points used for the calculation Moves the time, so always new data recorded with new in the calculation, while the oldest data be taken into account in a new calculation.

Insbesondere bei einer hohen Abtastrate kann zur Rauschunterdrückung eine Tiefpassfilterung der Daten erforderlich sein. Dies kann beispielsweise auf analoge Weise auf Basis der Ausgangsspannungen der Wägezellen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Datenglättung auch dadurch erfolgen, dass das Signal durch Bildung gleitender Mittelwerte geglättet wird. Ähnlich wie im oben erläuterten Fall erfolgt die Mittelwertbildung durch geeignete Verrechnung einer voreingestellten Anzahl von aufeinanderfolgenden Messpunkten innerhalb eines sich mit dem Zeitablauf bewegenden Fensters.Especially at a high sampling rate can be used for noise reduction a low-pass filtering of the data may be required. This can be, for example in an analogous manner based on the output voltages of the load cells respectively. Alternatively or additionally, a data smoothing also take place in that the signal by education sliding Average values is smoothed. Similar to the above explained Case, the averaging is done by appropriate offsetting a preset number of consecutive measuring points within one with the time window moving.

Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäß gemessenen Primärgrößen sowie hiervon abgeleitete Sekundärgrößen bei geeigneter Analyse eine hohe Korrelation mit pathologischen Bewegungsmustern von Probanden aufweisen. Diese Analyse wird in dem erfindungsgemäßen Mustererkennungsschritt durchgeführt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Ermittlung des Musters eine Spektralanalyse des Signals durchgeführt. Bevorzugt wird das Signal, d. h. bei aus mehreren Teilsignalen bestehenden Signalen wenigstens ein Teilsignal, einer Fourier-Analyse bzw. Fourier-Transformation unterzogen, was zu einem Frequenzspektrum des so analysierten Signals führt. Das so ermittelte Spektrum kann anschließend mit gespeicherten Referenzspektren verglichen werden, um eine Klassifizierung des Signals in vordefinierte Klassen, die durch die Referenzspektren repräsentiert sind, zu ermöglichen.It it has been found that the measured according to the invention Primary quantities and derived therefrom Secondary quantities with suitable analysis a high correlation with pathological movement patterns of subjects exhibit. This analysis is used in the invention Pattern recognition step performed. In one embodiment The invention is a spectral analysis to determine the pattern carried out of the signal. Preferably, the signal, i. H. in the case of signals consisting of several sub-signals, at least a partial signal, a Fourier analysis or Fourier transformation resulting in a frequency spectrum of the signal thus analyzed leads. The spectrum thus determined can subsequently be compared with stored reference spectra to a classification of the signal in predefined classes, through the reference spectra are represented.

Alternativ kann auch eine Parametrisierung der erzeugten Spektren durchgeführt werden und eine Klassifizierung durch Vergleich mit hinterlegten, die Klassen definierenden Parametern erreicht werden.alternative can also be a parameterization of the generated spectra performed and a classification by comparison with deposited, the Class defining parameters can be achieved.

Alternativ oder zusätzlich kann bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass zur Ermittlung des Musters eine Kreuzkorrelation des Signals mit einem oder mehreren gespeicherten Referenzsignalen durchgeführt wird. Hier könnten in einer Referenzsignal-Bibliothek beispielsweise typische Signalverläufe gespeichert sein. Durch Kreuzkorrelation mit dem aktuell aufgenommenen Signal kann ein Ähnlichkeitsgrad bestimmt und eine entsprechende Klassifizierung vorgenommen werden.Alternatively or additionally, it can be provided in a further embodiment of the invention that for determining the pattern cross-correlation of the signal with one or more fed cherten reference signals is performed. Here, for example, typical signal curves could be stored in a reference signal library. By cross-correlation with the currently recorded signal, a degree of similarity can be determined and a corresponding classification can be made.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann automatisch nach der Klassifizierung des Signals ein dem Klassifizierungsergebnis entsprechendes, vorbestimmtes Ereignis ausgelöst werden. Im einfachsten Fall kann bei Klassifizierung des aktuell aufgenommen Signals als repräsentativ für ein pathologisches Bewegungsmuster ein Alarm ausgelöst werden. Beispiele hierfür wären etwa die Erkennung von Krampfanfällen oder das Versagen der Atmung des Probanden.at a development of the invention can automatically according to the classification the signal a predetermined according to the classification result Event to be triggered. In the simplest case can at Classification of the currently recorded signal as representative an alarm is triggered for a pathological movement pattern become. Examples of this would be recognition from seizures or the failure of the subject's breathing.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung, die beispielsweise bevorzugt zur Überwachung von Probanden im Schlaflabor eingesetzt werden kann, kann vorgesehen sein, dass das ausgelöste Ereignis eine Erhöhung der zeitlichen Auflösung des Signals umfasst. Ein wesentliches Problem der Überwachung im Schlaflabor ist die lange Beobachtungszeit und die entsprechend große, später auszuwertende Datenmenge. Typischerweise nehmen jedoch die interessierenden Aktivitäten des Probanden einen nur geringen Zeitraum der Gesamtbeobachtungszeit ein. Während dieser kurzen Zeiten ist eine gute zeitliche Auflösung der Beobachtung wünschenswert. während der übrigen Zeiten ist dies nicht erforderlich. Dem wird bei der erwähnten Weiterbildung der Erfindung dergestalt Rechnung getragen, dass grundsätzlich mit einer relativ niedrigen zeitlichen Auflösung überwacht wird und erst dann, wenn das Klassifizierungsergebnis ein interessierendes Probandenverhalten nahelegt, eine hohe zeitliche Auflösung eingestellt wird.at another embodiment of the invention, for example preferred for monitoring subjects in the sleep laboratory can be used, it can be provided that the triggered Event an increase in the temporal resolution of the Includes signal. A major problem of surveillance in the sleep laboratory is the long observation time and the corresponding large amount of data to be evaluated later. typically, however, the subject's interest activities take one only a small period of the total observation time. While These short times is a good time resolution the observation desirable. while the rest This time is not required. This is mentioned in the Development of the invention such that accounted for in principle monitored with a relatively low temporal resolution and only when the classification result is a subject behavior of interest suggests a high temporal resolution is set.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das ausgelöste Ereignis eine Aktivierung wenigstens einer zusätzlichen Überwachungseinrichtung umfasst, die kann beispielsweise eine Videokamera sein kann. Diese würde bei der geschilderten Ausführungsform der Erfindung nur während der interessierenden Bewegungsphasen des Probanden eingeschaltet werden.alternative or additionally, it may be provided that the triggered Event an activation of at least one additional monitoring device includes, which may be, for example, a video camera. These would in the described embodiment of the Invention only during the movement phases of interest be turned on by the subject.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following, detailed description and the drawings.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 1 : A schematic representation of an apparatus for carrying out the method according to the invention

2: eine schematisierte Darstellung der Signalerzeugung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 : A schematic representation of the signal generation in the context of the method according to the invention.

Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDescription of preferred embodiments

1 zeigt in schematischer Darstellung ein typisches Krankenhausbett 10 mit einer Trägerfläche 12, auf der ein Proband oder Patient gelagert wird, und vier Stützpfosten 14, an deren unteren Enden vorzugsweise schwenkbar gelagerte Rollen 16 angeordnet sind. In jedem Pfosten 14 ist eine Wägezelle 18 integriert. Vorzugsweise sind die Pfosten 14 in einer in 1 nicht näher dargestellten Weise aus teleskopartig ineinander verschachtelten Rohren bzw. Rundstäben aufgebaut, an deren Schnittstellen die Wägezellen 18 angeordnet sind. Dies erlaubt eine gute Dichtung der Wägezellen gegenüber der Umgebung, was insbesondere unter den gesteigerten hygienischen Anforderungen in einem Krankenhausbetrieb und den resultierenden, erheblichen Belastungen bei der Reinigung, bei der hohe Temperaturen und scharfe Reinigungsmittel Anwendung finden, vorteilhaft ist. Die Wägezellen 18 können herkömmliche, industrielle Wägezellen sein. Ihr konkreter Aufbau ist für die vorliegende Erfindung nicht erheblich. Insbesondere können nach dem Kompensationsprinzip arbeitende Wägezellen, aber auch beispielsweise piezoelektrische oder andere Wägezellen eingesetzt werden. Auch ist es für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung, ob in den Wägezellen erzeugte Ausgangsspannungen unmittelbar in der Wägezelle digitalisiert oder über analoge Leitungen zu einem entfernt angeordneten Analog/Digital-Wandler übermittelt werden. 1 shows a schematic representation of a typical hospital bed 10 with a support surface 12 on which a subject or patient is stored, and four support posts 14 , at whose lower ends preferably pivotally mounted rollers 16 are arranged. In every post 14 is a load cell 18 integrated. Preferably, the posts 14 in an in 1 not shown in detail from telescopically nested tubes or round bars constructed at the interfaces, the load cells 18 are arranged. This allows a good seal of the load cells against the environment, which is particularly advantageous under the increased hygienic requirements in a hospital operation and the resulting, significant burdens in the cleaning, in which high temperatures and strong cleaning agents find application. The load cells 18 may be conventional, industrial load cells. Their concrete structure is not significant to the present invention. In particular, load cells operating according to the compensation principle, but also, for example, piezoelectric or other load cells can be used. Also, it is not important for the present invention whether output voltages generated in the load cells are digitized directly in the load cell or transmitted via analog lines to a remote analog / digital converter.

In jedem Fall werden die Ausgangsdaten der Wägezellen 18 in einer Verarbeitungseinheit 20 zusammengeführt, die bei der dargestellten Ausführungsform als vorzugsweise abnehmbar angeordneter Kasten am Fußende des Bettes 10 angeordnet ist.In any case, the output data of the load cells 18 in a processing unit 20 merged in the illustrated embodiment as preferably removably arranged box at the foot of the bed 10 is arranged.

In der Verarbeitungseinheit 20 werden die Ausgangsdaten der Wägezellen 18 zur Berechnung einer auf alle Wägezellen 18 wirkenden Gesamtkraft sowie der Schwerpunktlage verarbeitet. Die Berechnung einer auf eine Mehrzahl von Wägezellen wirkenden Gesamtkraft sowie die Berechnung einer Schwerpunktlage eines Gewichtes, welches auf mehrere, räumlich verteilte Wägezellen 18 wirkt, ist dem Fachmann bekannt. Die spezielle Wahl der verwendeten Berechnungsalgorithmen ist für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung. Man beachte, dass sich der Begriff der Schwerpunktlage im vorliegenden Kontext auf die Projektion des dreidimensionalen Schwerpunktes in die Ebene der Trägerfläche 12 bezieht. Weiter ist zu beachten, dass die Teilkräfte, die zum gemessenen Gesamtgewicht und zum gemessenen Schwerpunkt beitragen, auch von der speziellen Konstruktion des Bettes 10 abhängig sind. In jedem Fall – und allein hierauf kommt es bei der vorliegenden Erfindung an – tragen das Gewicht des Probanden sowie seine Körperlage wenigstens auch zum gemessenen Gesamtgewicht bzw. gemessenen Schwerpunkt bei.In the processing unit 20 become the output data of the load cells 18 to calculate one on all load cells 18 acting total force and the center of gravity processed. The calculation of a total force acting on a plurality of load cells as well as the calculation of a center of gravity of a weight which refers to several spatially distributed load cells 18 acts, is known in the art. The particular choice of calculation algorithms used is not relevant to the present invention. Note that the term center of gravity in the present context refers to the projection of the three-dimensional center of gravity into the plane of the support surface 12 refers. It should also be noted that the partial forces that contribute to the measured total weight and to the measured center of gravity, including the special design of the bed 10 are dependent. In any case - and this alone is what matters in the present invention - contribute the weight of the subject and his body position at least also to the measured total weight or measured center of gravity.

In 2 ist dies schematisch verdeutlicht. Dargestellt ist die Trägerfläche 12 mit einem darauf liegenden Probanden 22.In 2 this is illustrated schematically. Shown is the support surface 12 with a subject lying on it 22 ,

Die Trägerfläche 12 ist an ihren vier Ecken von den Wägezellen 18 unterstützt, die lediglich als schwarze Kästen dargestellt sind, um nochmals zu verdeutlichen, dass ihr konkreter technischer Aufbau für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist. Die Wägezellen 18 sind über Datenstrecken 24, die vorzugsweise als Kabel ausgebildet sind, mit der Verarbeitungseinheit 20 verbunden. Typischerweise handelt es sich bei den Datenstrecken 24 um Analogleitungen, die Ausgangsspannungen der Wägezellen 20 übertragen. Sofern eine Digitalisierung der Daten bereits in den Wägezellen 18 selbst stattfindet, können die Datenstrecken 24 auch als Digitalleitungen ausgeführt sein. Insbesondere in letztgenanntem Fall lassen sich auch Funkstrecken oder ähnliche Datenübertragungswege realisieren.The support surface 12 is at its four corners by the load cells 18 supported, which are shown only in black boxes to make it clear again that their concrete technical structure for the present invention is not important. The load cells 18 are over data links 24 , which are preferably formed as a cable, with the processing unit 20 connected. Typically these are the data links 24 analog lines, the output voltages of the load cells 20 transfer. Provided a digitization of the data already in the load cells 18 itself takes place, the data links can 24 also be designed as digital lines. Especially in the latter case, it is also possible to realize radio links or similar data transmission paths.

Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform weist die Verarbeitungseinheit 20 drei Ausgänge auf, die mit G(t), x(t) bzw. y(t) gekennzeichnet sind. Dies symbolisiert zum einen den zeitlichen Verlauf des gemessenen Gesamtgewichtes G(t) sowie die zeitlichen Verläufe der Einzelkoordinaten x(t) und y(t) der Schwerpunktlage, die hier zusammenfassend als C(t) bezeichnet wird. Die Gesamtheit der erzeugten Teilsignal wird im vorliegenden Kontext als Signal bezeichnet und ist mit S(t) symbolisiert. Die einzelnen Teilsignale können bei der weiteren Verarbeitung und Bewertung des Signals S(t) in unterschiedlicher Wichtung eingehen.At the in 2 embodiment shown, the processing unit 20 three outputs labeled G (t), x (t) and y (t), respectively. This symbolizes, on the one hand, the temporal course of the measured total weight G (t) and the temporal courses of the individual coordinates x (t) and y (t) of the center of gravity, which is referred to collectively here as C (t). The entirety of the generated partial signal is referred to in the present context as a signal and is symbolized by S (t). The individual sub-signals may be included in the further processing and evaluation of the signal S (t) in different weighting.

In einem besonders einfachen Anwendungsfall kann die Erfindung zur reinen Überwachung des Vorliegens oder Nichtvorliegens einer Bewegung des Probanden 22 genutzt werden. Hierbei kann es ausreichend sein, lediglich das Teilsignal C(t) auf Änderungen oder die Stärke von Veränderungen hin zu untersuchen. Bei räumlich hochauflösenden Systemen ist es nämlich möglich, bereits die durch Atmung und sonstige Organaktivität des Probanden verursachten, minimalen Schwerpunktänderungen zu registrieren. Solche Systeme können beispielsweise zur Atmungsüberwachung eingesetzt werden. Bei einer Anwendung zum Beispiel zur Überwachung der Aufwachphase nach einer Narkose kann durch Betrachtung der Größe der Änderungen der Schwerpunktlage zwischen dem Schlafzustand, bei dem lediglich die Organaktivität registriert wird, und dem Aufwachzustand unterschieden werden.In a particularly simple application, the invention may be for the mere monitoring of the presence or absence of movement of the subject 22 be used. In this case it may be sufficient to examine only the partial signal C (t) for changes or the magnitude of changes. In spatially high-resolution systems, it is possible to register the minimum changes in the center of gravity caused by respiration and other organ activity of the subject. Such systems can be used for example for respiration monitoring. For example, in an application for monitoring the wake-up phase after anesthesia, a distinction can be made between the sleep state, where only the organ activity is registered, and the wake-up state, by considering the magnitude of the changes in the center of gravity.

Eine aufwendigere Anwendung der vorliegenden Erfindung ist im Zusammenhang mit langfristigen Überwachungen, die auch eine Aufzeichnung der Daten zur späteren Auswertung erfordern, denkbar. Beispiele hierfür wäre die Datenaufnahme in Schlaflabors. Hierzu können Bewegungsmuster, vorzugsweise codiert als zeitliche Verläufe von Schwerpunktlage und/oder Gesamtgewicht bzw. hiervon abgeleitete Größen in einem Speicher der Verarbeitungseinheit 20 oder einer nachgeschalteten Auswerteeinheit hinterlegt werden. Wird eine hinreichende Übereinstimmung des Signals S(t) mit bestimmten hinterlegten Mustern erkannt, kann die Qualität der Überwachung verändert werden. So kann während ”normaler” und daher in der Regel uninteressanter Phasen die Datenaufnahme mit vergleichsweise geringer zeitlicher Auflösung erfolgen. Dies reduziert die erforderliche Speicherkapazität. Wird dann aufgrund der Musterübereinstimmung der Beginn einer interessierenden Phase erkannt, kann die zeitliche Auflösung der Datenaufnahme erhöht werden, um während dieser Phase eine optimale Datengrundlage für eine nachfolgende Auswertung zu schaffen. Alternativ oder zusätzlich können weitere Beobachtungs- bzw. Überwachungsapparaturen zugeschaltet werden. In 1 ist dies beispielhaft durch die Videokamera 26 angedeutet. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Aktivierung der Videokamera 26 über eine Funkstrecke 28 zwischen der Verarbeitungseinheit 20 und der Kamera 26. Auch das Ende der interessierenden Phase kann anhand von Musterübereinstimmungen erkannt und der zuvor erhöhte Überwachungsaufwand wieder zur Speicherplatzoptimierung reduziert werden.A more complex application of the present invention is conceivable in connection with long-term monitoring, which also requires a recording of the data for later evaluation. Examples include data collection in sleep laboratories. For this purpose, movement patterns, preferably encoded as temporal courses of the center of gravity and / or total weight or variables derived therefrom in a memory of the processing unit 20 or a downstream evaluation unit. If a sufficient match of the signal S (t) with certain stored patterns is detected, the quality of the monitoring can be changed. Thus, during "normal" and therefore generally uninteresting phases, data acquisition can take place with comparatively low temporal resolution. This reduces the required storage capacity. If the beginning of a phase of interest is then recognized on the basis of the pattern match, the temporal resolution of the data acquisition can be increased in order to create an optimal data basis for a subsequent evaluation during this phase. Alternatively or additionally, further observation or monitoring equipment can be switched on. In 1 this is exemplified by the video camera 26 indicated. At the in 1 illustrated embodiment, the activation of the video camera 26 over a radio link 28 between the processing unit 20 and the camera 26 , The end of the phase of interest can also be recognized by means of pattern matching and the previously increased monitoring effort can again be reduced to optimize storage space.

Bei einer weiteren Anwendung der vorliegenden Erfindung können die erzeugten Daten, d. h. das Signal S(t) als Grundlage für eine weitergehende Diagnostik verwendet werden. So lassen sich insbesondere durch die parallele Aufnahme der Teilsignale C(t) und G(t) unterschiedliche Bewegungszustände des Probanden 22 gut voneinander unterscheiden. In 2 ist das Beispiel der isolierten Aktivität einer Extremität (hier des Beines 30) angedeutet. Diese Unterscheidungen sind aufgrund der erfindungsgemäßen Erfassung von Mustern und deren Vergleich mit hinterlegten Mustern möglich. Auf diese Weise lässt sich das Signal S(t) als Grundlage einer weitergehenden Diagnostik klassifizieren.In a further application of the present invention, the generated data, ie the signal S (t), can be used as a basis for further diagnostics. Thus, in particular by the parallel recording of the partial signals C (t) and G (t) different states of movement of the subjects 22 well different from each other. In 2 is the example of isolated activity of a limb (here leg 30 ) indicated. These distinctions are possible due to the inventive detection of patterns and their comparison with stored patterns. In this way, the signal S (t) can be classified as the basis for further diagnostics.

Man beachte, dass die konkrete Durchführung des Mustererkennungsschrittes für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist. So ist insbesondere denkbar, das aktuell gemessene Signal S(t) mit entsprechenden Original- oder standardisierten, gespeicherten Signalverläufen zu vergleichen. Dies kann beispielsweise durch Kreuzkorrelationsanalyse erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Vergleich durch geeignete Parametrisierung des Signals und Vergleich der ermittelten Parameter auf Basis einer Fuzzy Logic erfolgen. Auch eine Analyse in der Frequenzdomäne und nachfolgender Spektralvergleich mit hinterlegten Spektralmustern, ist denkbar. Wie erwähnt, sind nicht nur die in 2 explizit aufgeführten Teilsignale für solche Analysen verwendbar. Alternativ oder zusätzlich können abgeleitete Daten verwendet werden, beispielsweise zeitliche Ableitungen erster und höherer Ordnung, Mittelwerte, Standardabweichungen etc. Insbesondere im letztgenannten Fall bietet sich die Berechnung eines gleitenden Mittelwertes bzw. einer gleitenden Standardabweichung an, bei der der entsprechende Wert aus einer Anzahl aufeinander folgender abgetasteter Werte entsteht, wobei das Fenster, welches die zur Berechnung herangezogenen Werte umfasst, mit der Aufnahme weiterer Datenpunkte mitwandert.Note that the concrete execution of the pattern recognition step is of minor importance to the present invention. Thus, it is particularly conceivable to compare the currently measured signal S (t) with corresponding original or standardized, stored signal profiles. This can be done for example by cross-correlation analysis. Alternatively or in addition the comparison can be made by suitable parameterization of the signal and comparison of the determined parameters on the basis of a fuzzy logic. Also an analysis in the frequency domain and subsequent spectral comparison with stored spectral patterns is conceivable. As mentioned, not only are those in 2 explicitly listed sub-signals for such analyzes usable. Alternatively or additionally, derived data may be used, for example first-order and higher-order time derivatives, mean values, standard deviations, etc. Especially in the latter case, the calculation of a moving average or a sliding standard deviation is appropriate in which the corresponding value is made up of a number of consecutive sampled values, wherein the window comprising the values used for the calculation, along with the inclusion of further data points mitwandert.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere können die konkrete Ausführung der Wägezellen und ihre Anordnung im Bereich der Stützen, z. B. innerhalb teleskopartiger Stützen, an Endpunkten der Stützen o. ä. an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden. Auch die zur Verarbeitung verwendeten Algorithmen können vom Fachmann an den jeweiligen Einzelfall angepasst gewählt werden. Schließlich ist der Begriff der Trägerfläche weit zu verstehen und umfasst nicht nur Betten, sondern auch Liegen, Sitze, Podeste, Plattformen etc.Naturally put those discussed in the special description and in the Figures shown embodiments only illustrative embodiments The expert is in the light of the local Revelation a wide range of possible variations given by. In particular, the specific execution the load cells and their arrangement in the area of the supports, z. B. within telescopic supports, at endpoints the supports o. Ä. To the respective requirements be adjusted. Also the algorithms used for processing can be adapted by the specialist to the respective individual case to get voted. Finally, the concept of To understand carrier surface wide and does not include only beds, but also chairs, seats, platforms, platforms etc.

1010: Bettbed
1212: Trägerflächesupport surface
1414: Stützpfostensupport posts
1616: Radwheel
1818: Wägezelleload cell
2020: Verarbeitungseinheitprocessing unit
2222: ProbandFamily
2424: Kabelelectric wire
2626: Videokameravideo camera
2828: Funkstreckeradio link
3030: Beinleg

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 19536632 A1 [0003]

Claims

Method for monitoring movement activities of a subject ( 22 ) on a support surface ( 12 ), comprising the steps of: - detecting a time course of at least one force generated by movements of the subject and generating a time-dependent signal based on the detected force curve, - determining at least one pattern defined by predetermined parameters in the signal, - classifying the signal by comparing the identified sample with stored reference patterns, characterized in that the signal is a representation of a position of the center of gravity of the subject ( 22 ) as a primary size and / or secondary variable derived therefrom.

Method according to Claim 1, characterized in that the signal is a representation of a total force, namely a sum of at least three individual forces, each by means of one in each case in the region of one of at least three supports ( 14 ) of the support surface ( 12 ) arranged force transducer ( 18 ), as a primary size and / or secondary variable derived therefrom.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a secondary size a sliding standard deviation of a primary size is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the signal is gliding by formation Average values is smoothed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the pattern, a spectral analysis the signal is carried out.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the pattern, a cross-correlation the signal is performed with a stored reference signal becomes.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that after the classification of the signal a predetermined one depending on the classification result Event is triggered.

Method according to claim 7, characterized in that that the triggered event is an increase of includes temporal resolution of the signal.

Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the triggered event activation of at least one additional monitoring devices ( 26 ).

Device for monitoring movement activities of a subject ( 22 ) on a support surface ( 12 ), in particular according to a method according to one of the preceding claims, comprising: - sensor means ( 18 ), which chronologically follow at least one movement of the test subject ( 22 ), - signal generating means ( 20 ), which generate a time-dependent signal on the basis of the at least one detected force curve, - pattern recognition means ( 20 ) which determine at least one pattern defined in the signal by predetermined parameters, classifying means ( 20 ), which classify the signal by comparing the detected pattern with stored reference patterns, characterized in that the sensor means comprise at least three in each case one of at least three supports ( 14 ) of the support surface ( 12 ) arranged force transducer ( 18 ) and that of the signal generating means ( 20 ) generated a representation of a position of the center of gravity of the subject ( 22 ) as a primary size and / or secondary variable derived therefrom.