AT501698A1

AT501698A1 - Vorrichtung zur mehrpulserfassung

Info

Publication number: AT501698A1
Application number: AT4652005A
Authority: AT
Inventors: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss
Original assignee: Felix Dipl Ing Dr Himmelstoss
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-10-15
Also published as: AT501698B1

Description

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Vorrichtung zur Mehrfachpulserfassung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Mehrpulsanalyse, bestehend aus Licht emmitierenden Dioden (LEDs) als Sendedioden und zugehörigen Empfangsdioden.
Die ständig steigenden Kosten im Gesundheitswesen zwingen längerfristig dazu neue Wege einzuschlagen. Dazu gehört der Einbau alternativer Diagnose- und Behandlungsweisen, die aus dem grossen Schatz der aussereuropäischen Kulturen herangezogen werden können. Eine sehr interessante Diagnosetechnik stellt die in Tibet und Indien verwendete Dreipulsmethode dar. Eine Einführung findet sich z.B. in Yeshi Donden: Gesundheit durch Harmonie, Einführung in die tibetische Medizin, München (Diederichs) 1990.
Im folgenden wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der mehrere Pulse gleichzeitig erfasst und graphisch aufgezeichnet werden können.

Dadurch wird auf einfache Weise die Dreipulsmethode auch nicht geschultem Personal zugänglich gemacht. Es ermöglicht damit die Schulung und das Überprüfen von Zusammenhängen. So kann östliches Erfahrungswissen für westliches Verständnis zugänglich gemacht werden.
Die Grundvorrichtung besteht aus mehreren aufeinander abgestimmten optischen Sendern und Empfängern, das sind Leuchtdioden mit darauf abgestimmten Empfangsdioden, die auf einem Träger montiert sind. Dieser wird auf die Haut an der Stelle gedrückt, wo sonst per Hand mit der Dreipulsmethode gemessen wird. Die optische Pulserfassung mit der Transmissionsmethode ist seit langem bekannt und wird z.B. in der Sportmedizin oder bei Heimtrainern gern verwendet.

Sie beruht auf der unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeit in Abhängigkeit zur Durchblutung und diese ändert sich innerhalb einer Herzperiode.
Die unterschiedliche Lichtdurchlässigkeit wird auch hier verwendet. Es müssen nun mehrere Kanäle gleichzeitig erfasst werden, ohne dass eine gegenseitige Beeinflussung erfolgt. Dazu werden die Leuchtdioden reihum je einzeln angesteuert, so dass jeweils nur maximal eine Leuchtdiode abstrahlt, das Signal wird mit der zugehörigen Empfangsdiode empfangen. (Es sei auch an dieser Stelle schon angemerkt, dass alle anderen Empfangsdioden ebenfalls (schwächere) Signale detektieren würden und auch auf diese Weise Information über das unterschiedliche Pulsverhalten des Probanden ermittelt werden kann.

Dies setzt jedoch weitere Forschungsarbeit voraus.) Die Ansteuerung der einzelnen Dioden ist dabei nur kurz und wiederholt sich mit einer Frequenz, die deutlich grösser als die Pulsfrequenz ist. Damit stehen pro Kanal ausreichend viele Abtastwerte des Pulssignals zur Verfügung, um das Signal vollständig aufzuzeichnen. Für die weitere Verarbeitung stehen nun eine ganze Reihe
P71/fh/2.3.2005/19.3.2005 i von Möglichkeiten zur Verfügung.

Eine sehr einfache ist die Tiefpassfilterung der einzelnen Kanäle, dadurch entstehen wieder kontinuierliche Signale und Aufzeichnung derselben mit einem Oszilloskop.
Die Vorrichtung wird also erfindungsgemäss dadurch realisiert, dass die Sendedioden nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert sind, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden, abwechselnd nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht wird und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an je ein Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist. Auch kann vor dem synchron arbeitenden Schalter der Empfangsdiode ein zweiter Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet werden.

Statt Empfangsdioden können auch lichtempfindliche Widerstände (LDR) mit eventuell nachgeschalteten Verstärkern, die gleichzeitig Tiefpasscharakter haben können, verwendet werden. Die Ausgangssignale der Filter mit Tiefpasscharakteristik können je auf einen Träger aufmoduliert werden und das dann durch eine Additionsschaltung erzeugte Signal aller Ausgangssignale der Modulatorstufen kann über die Soundkarte in den PC übernommen werden. Eine weitere Möglichkeit ergibt sich durch eine rein digitale Lösung.

Die Sendedioden werden dabei auch hier nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden; abwechselnd wird nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an ein einziges Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet, dessen Ausgangssignal synchron mit den Schaltern mit einem Analogdigitalwandler digitalisiert und über eine Schnittstelle an einen Rechner zur Weiterverarbeitung gebracht wird.
Es folgt nun beispielhaft die Realisierung an Hand von Zeichnungen. Figur 1 zeigt eine diskrete Realisierung, an der die Funktion gut darstellbar ist. Figur 2 beschreibt die Modulationsvorrichtung.

Eine sehr einfache und preiswerte Modulationsstufe zeigt Fig.3. Figur 4 zeigt eine einfache digitale Aufbereitung.
Die Realisierung wird an Hand einer diskret aufgebauten Schaltung (Fig. 1) beschrieben. Sie kann natürlich auch mit einem Mikrocontroller realisiert sein. Ein Taktgenerator liefert ein Rechtecksignal mit einer Frequenz, deren Minimalwert entsprechend der Anzahl der Kanäle und der Anzahl der Abtastpunkte pro Kanal gewählt wird. Dieses Signal wird einem Zähler
P71/fh/2.3.2005/19.3.2005 2 zugeführt und dekodiert. Damit wird einerseits ein Schalter in Serie mit einer Sendediode und andererseits ein Schalter im Empfangskreis der zugehörigen Empfangsdiode angesteuert. Dadurch wird immer nur eine Sendediode angesteuert und zeitgleich das Empfangssignal weitergeschaltet.

Zur Impedanzwandlung und zur Signalanpassung ist ein nichtinvertierender Verstärker angeordnet, dem ein einfacher RC Tiefpass nachgeschaltet ist. Es ist anzumerken, dass bei sorgfältiger Dimensionierung der Impedanzwandler unnötig ist aber den Aufbau erleichtert. Zusätzlich kann dem Frequenzgang Tiefpasscharakteristik gegeben werden, um störende höhere Frequenzen zu beseitigen. Die Spannungen upj können nun mit einem Oszilloskop aufgezeichnet werden. Sinnvoller ist aber die Übernahme auf einen PC zwecks Speicherung und Archivierung.

Es gibt preiswerte Einschubkarten für mehrere Kanäle, mit denen eine Oszilloskopfunktion realisiert werden kann oder ein Kästchen mit Batterie, mehreren Eingängen zur niederfrequenten Aufzeichnung von Signalen und einer Schnittstelle zum PC, mit denen die Signale in den PC übernommen und dort am Bildschirm aufgezeichnet und zur Weiterverarbeitung gespeichert werden können.
Strebt man jedoch ein autarkes Gerät an, so bietet sich eine Modulation der aufgenommenen Signale und Eingabe in den Rechner über die Eingänge LINE IN oder MC an. Man nutzt dann den im Rechner eingebauten Analog-Digital Konverter zur Digitalisierung. Die Weiterverarbeitung (Demodulation, Aufzeichnung und Auswertung) kann dann entweder selbst programmiert oder mit Hilfe von entsprechenden Programmpaketen wie LABVIEW durchgeführt werden.
Figur 2 zeigt die Prinzipschaltung der Modulationsstufe.

Für jeden Kanal wird ein (sinusförmiger) Oszillator mit unterschiedlicher Frequenz verwendet. Mit einem Multiplizierer wird das Oszillatorsignal mit dem zu modulierenden Signal multipliziert. Alle Multipliziererausgänge werden mit einer Addierstufe zusammengefasst. Die so zu Stande gekommene Modulation ist eine Zweiseitenbandamplitudenmodulation ohne Träger. Möchte man eine Zweiseitenbandamplitudenmodulation mit Träger, so muss man die Trägersignale, d.h. die Oszillatorsignale dazu addieren. Die Additionsstufe wird am einfachsten mit einem invertierenden Summierverstärker realisiert, der einen niederohmigen Ausgang hat und daher problemlos das Signal über die Leitung zum PC treiben kann.

Die Reduktion des Signals auf den für den PC Eingang zulässigen Wert erfolgt erst nach der Leitung unmittelbar vor dem Eingang mit einem Spannungsteiler, um Rauschen und Störungen gering zu halten.
Neben der hier beschrieben Amplitudenmodulation ist natürlich - auch aus Störgründen die Frequenzmodulation verwendbar. Dazu benötigt man pro Kanal einen VCO.
P71/fh/2.3.2005/19.3.2005 3 Eine etwas andere Modulationstechnik zeigt Fig. 3. Die Realisierung ist wieder mit Analogschaltern gezeigt. Man spart damit die teuren Analogmultiplizierer. Mit dem Taktsignal wird das Eingangssignal entweder direkt oder invertiert durchgeschaltet. Ein passives RC Filter ist nachgeschaltet. Die Zusammenfassung der Signale kann über Differenzverstärker erfolgen.
Fig. 4 zeigt eine digitale Aufbereitung.

Die Empfangsdioden werden wie gehabt über Analogschalter synchron zu den Sendedioden an einen Widerstand mit parallel liegendem Kondensator geschaltet. Dieses Signal wird mit einem Digital-Analog Wandler digitalisiert. Sinnvoll ist nach jedem Durchlauf, oder zumindest nach jeden ganzzahligen Vielfachen davon, ein Synchronisierwort zu senden. Die Übergabe in den Rechner erfolgt dann auf bekannte Weise über eine Schnittstelle.
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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse, bestehend aus Licht emmitierenden Dioden (LEDs) als Sendedioden (4) und zugehörigen Empfangsdioden (6), wobei die Sendedioden nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert sind, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden und wobei abwechselnd nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht wird und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an je ein Filter (8) mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Filter mit Tiefpasscharakteristik je auf ein Trägersignal aufmoduliert werden und das durch eine Additionsschaltung (12) erzeugte Signal aller Ausgangssignale der Modulatorstufen (16)

über eine Soundkarte in einen Personal Computer übernommen wird.

1. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse, bestehend aus Licht emmitierenden Dioden LEDs als Sendedioden und zugehörigen Empfangsdioden dadurch gekennzeichnet, dass die Sendedioden nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert sind, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden, abwechselnd nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an je ein Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist.

2. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse, bestehend aus Licht emmitierenden Dioden (LEDs) als Sendedioden (4) und zugehörigen Empfangsdioden (6), wobei die Sendedioden nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert sind, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden und wobei abwechselnd nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht wird und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an je ein Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Filter (8)

mit Tiefpasscharakteristik je auf ein Trägersignal aufmoduliert werden und die durch Additionsschaltungen erzeugten Signale von je mehreren Ausgangssignalen der Modulatorstufen über die Eingänge einer Soundkarte in einen Personal Computer übernommen werden.

2. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass auch vor dem synchron arbeitenden Schalter der Empfangsdiode ein zweiter Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist.

3. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass statt Empfangsdioden lichtempfindliche Widerstände (LDR) mit eventuell nachgeschalteten Verstärkern, die gleichzeitig Tiefpasscharakter haben können, verwendet werden.

4. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Filter mit Tiefpasscharakteristik über ein Oszilloskop oder über ein zwischengeschaltetes Interface auf einem PC zur Anzeige gebracht wird.

5. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Filter mit Tiefpasscharakteristik je auf einen Träger aufmoduliert werden und das durch eine Additionsschaltung erzeugte Signal aller Ausgangssignale der Modulatorstufen über die Soundkarte in den PC übernommen wird.

6. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangssignale der Filter mit Tiefpasscharakteristik je auf einen Träger aufmoduliert werden und die durch Additionsschaltungen erzeugten Signale von je mehreren Ausgangssignalen der Modulatorstufen über die Eingänge der Soundkarte in den PC übernommen werden.

7. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse, bestehend aus Licht emmitierenden Dioden LEDs als Sendedioden und zugehörigen Empfangsdioden dadurch gekennzeichnet, dass die

P71/fh/2.3.2005/19.3.2005 5 Sendedioden nebeneinander und in gewissem Abstand die Empfangsdioden auf einem Träger montiert sind, wobei die optischen Achsen von Sende- und Empfangsdioden einen Winkel von kleiner 90 Grad bilden, abwechselnd nur jeweils eine Sendediode für kurze Zeit zum Leuchten gebracht und das Signal der zugehörigen Empfangsdiode synchron über einen während dieser Zeit leitenden Schalter zur Weiterverarbeitung an ein einziges Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist, dessen Ausgangssignal synchron mit den Schaltern mit einem Analogdigitalwandler digitalisiert und über eine Schnittstelle an einen Rechner zur Weiterverarbeitung gebracht wird.

P71/fh/2.3.2005/19.3.2005 Patentansprüche

3. Vorrichtung zur Meh[phi]ulsanalyse gemäss Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass auch vor dem synchron arbeitenden Schalter jeder Empfangsdiode ein zweiter Filter mit Tiefpasscharakteristik geschaltet ist.

NACHGEREICHT