DE4241336A1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen des Herzpulses, welche Vor­ richtung Mittel zum Erkennen und Verarbeiten eines eine Herzpulsinformation tragenden Signals und zum Anzeigen des Herzpulses einem Benutzer der Vorrich­ tung aufweist.

Im Spitzensport, beim Training von Sportlern und beim Fitneß-Training ist es wichtig, den Herzpuls während einer Leistung zuverlässig und ohne Unterbre­ chungen zu messen, ohne daß die Messung von der Lei­ stung gestört wird. Einerseits sind zu diesem Zweck entwickelte, in der Hand getragene Meßvorrichtungen bekannt, die auf der Messung eines EKG-Herzpulssig­ nals z. B. an den Fingerspitzen des Benutzers basie­ ren, anderseits wiederum sind auf einer telemetri­ schen, drahtlosen Übertragungsverbindung zwischen einer separaten, am Körper befestigten Sendervorrich­ tung und einem am Handgelenk getragenen Empfänger basierende Meßvorrichtungen bekannt, vgl. z. B. Fin­ nische Patente 55 761 und 68 734.

Die auf Kontakt basierende Messung ist immer einigermaßen inexakt, je nach der Anatomie des Benut­ zers und der Weise, wie er die Vorrichtung in der Hand hält. Das Halten in der Hand und eine Verfolgung von Werten an einer Anzeige binden die Aufmerksamkeit des Benutzers während der Leistung auch unnötig an die Vorrichtung selbst. Deswegen werden Vorrichtungen dieser Art vor allem von Amateuren benutzt, was auf den mäßigen Preis, die Meßgenauigkeit und die leichte Handhabung dieser Vorrichtungen zurückzuführen ist. Im Vergleich zu den obigen ist die Meßgenauigkeit der drahtlosen Vorrichtungen etwas besser, in denen ein Herzpulssignal kontinuierlich mittels hinsichtlich des Körpers unbeweglicher EKG-Geber verfolgt wird. Dazu ist es dank des kontinuierlichen Meßprinzips möglich gewesen, Pulsverfolgungs- und -statistik­ funktionen in den Vorrichtungen einzuschließen. Der ziemlich hohe Preis dieser Vorrichtungen hat jedoch ihren Gebrauch so eingeschränkt, daß sie zunächst nur von Berufssportlern und Sportvereinen verwendet wer­ den.

Auf Grund einer kontinuierlichen Entwicklung elektronischer Kreise und der Herstellungstechnik sind die Preise verschiedener Meßgeräte einem An­ schaffungsentschluß selbst eines zufälligen Benutzers nicht mehr hinderlich. Die Zweiteilung der bekannten Vorrichtungen gemäß Gebrauchseigenschaften hat sich jedoch erhalten, was Widersprüche zwischen der leich­ ten Handhabung (in der Hand getragene Meßgeräte) und der Vielseitigkeit der Eigenschaften und der Meßge­ nauigkeit (drahtlose Meßgeräte) verursacht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung zum Messen des Herzpulses Zustandezubringen, wodurch der obenerwähn­ te Nachteil eliminiert wird. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vor­ richtung einerseits Mittel zum Empfangen und Verar­ beiten eines telemetrisch gesendeten Herzpulssignals und anderseits Mittel zum Verarbeiten von dem Herz­ puls entsprechenden Signalen aufweist, die von in einer Kapsel oder einem Armband der Vorrichtung ein­ gebauten Elektroden oder Gebern erkannt werden.

Die übrigen vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, was später in den Patent­ ansprüchen angeführt wird.

Im folgenden wird die Erfindung mittels einiger vorteilhaften Ausführungsformen und Figuren unter Be­ zugnahme auf beigefügte Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein bekanntes, telemetrisches Daten­ übertragungs- und Messungsverfahren des Herzpulses,

Fig. 2 ein bekanntes, auf Hautkontakt basie­ rendes Messungsverfahren des Herzpulses,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Blockdiagramms,

Fig. 4 eine Ausführungsform eines in einem Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingebauten Gebers und

Fig. 5 eine zweite Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt also eine bekannte, telemetri­ sche, an der Brust getragene Sendervorrichtung 1 und eine am Handgelenk getragene Empfängervorrichtung 2 des Herzpulses. Ein EKG-Signal einer Person wird mit­ tels in der Sendervorrichtung angebrachter EKG- Elek­ troden 3 erkannt und in der Sendervorrichtung 1 in ein Spulen speisendes Wechselstromsignal elektronisch umgewandelt. Wenn das Wechselstromsignal durch die Spulen läuft, erzeugt es gleichzeitig ein entspre­ chendes Magnetfeld in einem Bereich Hx in der Umge­ bung der Spule. Entsprechend mißt eine Spule der Emp­ fängervorrichtung das Magnetfeld in einem Bereich hx in der Umgebung der Empfängervorrichtung 2.

Fig. 2 zeigt eine gleichfalls bekannte, am Handgelenk getragene Herzpulsmeßvorrichtung, deren erste EKG-Elektrode 4 aus einer Bodenplatte der Meß­ vorrichtung und deren zweite EKG-Elektrode 5 aus einem Gehäuse der Meßvorrichtung besteht. Beim Messen des Herzpulses wird z. B. mit dem Zeigefinger 6 einer Hand auf das Gehäuse (die zweite Elektrode) 5 der Vorrichtung gedrückt, wobei die Bodenplatte 4 mit entsprechender Kraft an das Handgelenk 7 gepreßt wird und das Herzpulssignal zwischen den Händen mit den Elektroden 4 und 5 gemessen wird. Dieses Signal kann mittels im Gehäuse 5 angebrachter Elektronik verar­ beitet werden (vgl. Fig. 4), und das Ergebnis ist an einer Anzeige 8 am Gehäuse abzulesen.

Fig. 3 zeigt ein Blockdiagramm der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung weist zwei Ein­ gangszweige, der eine für das telemetrische Daten­ übertragungsverfahren und der andere für das auf Hautkontakt basierende Messungsverfahren, und gemein­ same Verarbeitungs- und Anzeigeeinheiten auf. Im te­ lemetrischen Eingangszweig wird das von der Empfän­ gerspule 9 erkannte Magnetfeld in einem empfindlichen Vorverstärker 10 verstärkt, wonach das Signal in einen Signalverstärker 11 geleitet wird. Aus dem Ver­ stärker 11 wird das Signal in einen Mikrocomputer 12 geleitet, um darin verarbeitet zu werden.

In dem auf Hautkontakt basierenden Zweig einer Ausführungsform der Erfindung sind die den Herzpuls erkennenden Elektroden, die in einer Kapsel oder einem Armband z. B. einer Vorrichtung nach Fig. 2 an­ gebracht sind, an differentielle Eingangsklemmen 15 und 16 eines EKG-Vorverstärkers 17 angeschlossen. Das von dem Vorverstärker 17 ausgegebene EKG-Herzsignal wird zur Eliminierung von Störungen zu einem Bandfil­ ter 18 geleitet. Danach wird das Signal mit einem AGC-Verstärker 19 auf einen für einen Pulsbearbeiter 20 passenden Pegel verstärkt, und das von dem Pulsbe­ arbeiter ausgegebene Signal wird dem Mikrocomputer 12 eingegeben. Mittels des Mikrocomputers 12 ist es mög­ lich, die beim Messen berechneten Pulsdaten in einem Halbleiterspeicher 13 zu speichern, von dem die Daten abgelesen werden können, um weiterverarbeitet und an einer Flüssigkristallanzeige 14 ausgegeben zu werden. Mit Hilfe des Mikrocomputers können vielerlei Analy­ sen der Meßdaten vorgenommen werden, wie z. B. Ana­ lysen betreffend Pulsrückkehr oder Überschreitung der Sicherheitsgrenzen des Pulses und statistische Analy­ sen.

Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfin­ dung können auch andersartige, auf Hautkontakt basie­ rende Geräte zum Messen des Herzpulses aufweisen. Der Herzpuls kann auch mit Hilfe von Licht so gemessen werden, daß die Intensität eines beispielsweise von einer Fingerspitze durch das Gewebe gelaufenen Lichts gemessen wird, welche Intensität im Takt des Herzpul­ ses variiert und hauptsächlich von der gemäß dem Puls variierenden Blutmenge im Gewebe abhängig ist. Zum Pulsdetektor paßt in diesem Fall z. B. ein Photodio­ den-Phototransistorpaar 21, 22 gemäß Fig. 4, wobei der Phototransistor 22 zum Beispiel an die Stelle des EKG-Gebers nach Fig. 3 angeschlossen wird. Als re­ flektierende Fläche 23 kann u. a. die Unterfläche eines Nagels fungieren.

Eine dritte Weise ist, den Herzpuls nach dem aus Blutdruckmessern bekannten Prinzip zu messen, d. h. durch tonometrische Beobachtung von Druckimpul­ sen, die vom Herzpuls in Blutadern verursacht werden (vgl. z. B. Pressman & Newgard, "A transducer for the continuous external measurement of arterial blood pressure", IEEE Trans. Bio-Med. Electron., BME-10:73- 81, 1963). In der Praxis wird eine tonometrische Mes­ sung so ausgeführt, daß eine auf einer Ader liegende Platte durch Vermittlung einer Feder einer Kraft aus­ gesetzt wird und die in der Federkraft vorkommenden Änderungen als Funktion der Zeit beobachtet werden. Um zu fungieren, setzt das Verfahren voraus, daß die zu beobachtende Ader sich ausreichend nahe der Ober­ fläche der Haut befindet und daß darunter ein Bein liegt, das als Anschlagfläche dient und die Ader dar­ an hindert, in das Gewebe zu sinken. Eine solche Ader ist u. a. die Pulsader im Handgelenk des Menschen. Ein mit der Feder verbundener Kraftgeber übermittelt der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Druckschwankungen in der zu beobachtenden Ader als Pulse, von denen die Pulsfrequenz direkt zu berechnen ist. In der Vorrich­ tung der Fig. 3 kann der Kraftgeber an die Stelle des EKG-Gebers 17 angeschlossen werden. Eine nach Fig. 5 am Handgelenk, an der Pulsader angebrachte, erfindungsgemäße Vorrichtung kann dann die Pulsfre­ quenz des Herzens entweder drahtlos mittels des Sen­ ders nach Fig. 1 oder direkt an der Pulsader messen. Je nach der Situation und den Verhältnissen kann der Benutzer entweder das eine oder das andere Messungs­ verfahren wählen.

Auch andere auf Hautkontakt basierende Verfah­ ren zum Messen der Pulsfrequenz können im Rahmen der Erfindung ausgenutzt werden; diesen Verfahren ist wesentlich und gemeinsam nur die Grundidee, die darin besteht, ein passendes Hautgebiet mit dem Gehäuse, Armband oder einem ähnlichen Teil der Meßvorrichtung in Kontakt zu bringen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist somit Mittel zum Empfangen eines telemetrisch gesendeten Herzpulssignals, die aus der Empfängerspule 9 und den Verstärkern 10 und 11 bestehen, und Mittel zum Verar­ beiten von Herzpulssignalen auf, die von den in der Kapsel der Vorrichtung, d. h. dem Gehäuse und/oder Boden 4 in den Fig. 2 und 5, eingebauten Elektro­ den oder Gebern erkannt werden. Dem Benutzer steht frei zu entscheiden, welches Messungsverfahren er anwenden will, und die Wahl hängt von der jeweiligen Situation ab. Die Wahl wird vorzugsweise nur durch Anwendung des bezüglichen Verfahrens getroffen, wobei die Vorrichtung die Existenz der Pulsdaten unmittel­ bar identifiziert und automatisch auf den richtigen Weg zugreift, um sie zu verarbeiten.

Dem Fachmann ist es klar, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sich nicht nur auf das obenangegebene Beispiel einschränken, sondern im Rahmen der nachher anzuführenden Patentansprüche va­ riieren können.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Messen des Herzpulses, wel­ che Vorrichtung Mittel zum Erkennen (4, 5, 9) und Verarbeiten (10, 11, 17 bis 20) eines eine Herzpuls­ information tragenden Signals und zum Anzeigen (8, 12 bis 14) des Herzpulses einem Benutzer der Vorrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einerseits Mittel (9 bis 11) zum Emp­ fangen und Verarbeiten eines telemetrisch gesendeten Herzpulssignals und anderseits Mittel (17 bis 20) zum Verarbeiten von dem Herzpuls entsprechenden Signalen aufweist, die von in einer Kapsel (4, 5) oder einem Armband der Vorrichtung eingebauten Elektroden oder Gebern erkannt werden.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer armbanduhrartigen Einheit besteht, deren Ober­ fläche Gebiete (4, 5) mit den Herzpuls erkennenden Elektroden aufweist.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer armbanduhrartigen Einheit besteht, auf deren Oberfläche photoelektrische Komponenten (21, 22) zum Erkennen von Änderungen in der Lichtintensität eines durch ein Gewebe laufenden Lichtes vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (24) aus einer armbanduhrartigen Einheit besteht, auf de­ ren Oberfläche ein tonometrischer Geber zum Erkennen von Druckschwankungen in einer Ader in der Nähe der Oberfläche der Haut vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Magnetspule (9) aufweist, die aus einer separaten Sendervorrichtung (1) mittels teleme­ trischer Datenübertragung gesendete Herzpulssignale erkennt.