DE102015005000B3

DE102015005000B3 - Verfahren und Messanordnung zur Bestimmung der Pulsfrequenz

Info

Publication number: DE102015005000B3
Application number: DE102015005000.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Rausch
Original assignee: Elopto oHG
Current assignee: Elopto oHG
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2016-08-25
Anticipated expiration: 2035-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Pulsfrequenz einer Person unter Verwendung einer ersten optischen Sensoreinheit (S1) und zumindest einer zweiten optischen Sensoreinheit (S2), die jeweils zumindest eine Lichtquelle (1, 2) und zumindest einen, ein Sensorsignal (10, 11) liefernden lichtempfindlichen Sensor (5, 6) aufweisen, wobei die Lichtquellen (1, 2) ansteuerungsabhängig Licht bestimmungsgemäß auf einen Ausschnitt der Haut (3a) der Person emittieren und reflektiertes Licht von zumindest einem der Sensoren (5, 6) detektiert wird. Die Sensorsignale (10, 11; 14, 15; 17,18; 20, 21) werden daraufhin geprüft, ob ein bestimmter dominanter Frequenzanteil nur in einem der beiden Sensorsignale (10, 11; 14, 15; 17,18; 20, 21) enthalten ist. Dieser wird dann als aktuelle Pulsfrequenz abgespeichert und/oder angezeigt. Die Erfindung betrifft ferner eine Messanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Pulsfrequenz einer Person, beispielsweise eines Sportlers oder eines Rehabilitationspatienten, unter Verwendung einer ersten optischen Sensoreinheit und zumindest einer zweiten optischen Sensoreinheit, die jeweils zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen, ein Sensorsignal liefernden lichtempfindlichen Sensor aufweisen, wobei die Lichtquellen ansteuerungsabhängig Licht bestimmungsgemäß auf einen Ausschnitt der Haut der Person emittieren und das reflektierte Licht von zumindest einem der Sensoren detektiert wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Messanordnung zur Anwendung des Verfahrens.
Zur Messung und Anzeige der Pulsfrequenz eines Menschen bei körperlicher Belastung, insbesondere sportlichen Aktivitäten werden häufig sogenannte Pulsuhren verwendet, die man an das Handgelenk anlegen kann. Der am weitesten verbreitete technische Ansatz basiert auf der Messung der elektrischen Herzaktivität (EKG). Hierzu wird mit Hilfe eines Brustgurtes, in dem mehrere Elektroden integriert sind, in unmittelbarer Nähe des Herzens ein Elektrokardiogramm (EKG) abgeleitet. Zur Gewährung größtmöglicher Freiheit ist es bekannt, gemessenen EKG-Daten drahtlos an einen Empfänger zu übertragen, der in der Regel in einem Armband untergebracht ist. Die gemessene Pulsfrequenz wird dann auf der Uhr angezeigt. Systeme, die nach diesem Prinzip die Pulsfrequenz ermitteln, sind von vielen Herstellern erhältlich. Dieses Messprinzip ist in der Regel sehr genau und zuverlässig, weist aber den entscheidenden Nachteil auf, dass der benötigte Brustgurt von vielen Anwendern als störend empfunden wird. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass bei Benutzung eines Messsystems durch mehrere Anwender (z. B. bei der Rehabilitation von Herzinfarkt-Patienten) ein erheblicher Aufwand für die Reinigung des Brustgurts anfällt.
Ein alternativer Ansatz, der die Messung der Pulsfrequenz ohne Verwendung eines Brustgurtes ermöglicht, ist die Verwendung eines optischen Sensors zur Bestimmung eines Photoplethysmogramms (PPG). Dieser muss an nur einer Körperstelle, z. B. am Handgelenk angelegt werden. Dieses Verfahren ist grundsätzlich aus der Pulsoximetrie bekannt. Die Messung basiert auf der Veränderung der optischen Absorption am Messpunkt durch Druck- und damit verbundener Volumenänderung der darunter befindlichen Blutgefäße. Die Messung kann hierbei transmissiv erfolgen, wobei Lichtquelle und Sensor gegenüberliegend angeordnet sind, so dass das Gewebe durchleuchtet wird, oder reflektiv erfolgen, wobei die Lichtquelle und der Sensor auf der gleichen Seite liegen, und das vom Gewebe reflektierte Licht gemessen wird.
Eine Messanordnung der genannten Art ist beispielsweise aus der deutschen Veröffentlichung DE 11 2009 000 339 T5 bekannt, die eine Blutdruckinformationsmessvorrichtung und eine Detektiereinheit hierfür beschreibt. Diese verwendet eine unter Druck zu setzende Handgelenk-Manschette, weshalb sie für Sportler ungeeignet ist.
Eine andere optische Messanordnung nach dem reflektiven Prinzip ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 022 919 A1 bekannt. Sie beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Pulsmessung mit mehreren optischen Sensoren, jeweils bestehend aus einem Emitter zum Aussenden von Licht und einem Detektor zum Empfangen reflektierten Lichts. Die Sensoren sind zur Anordnung auf der Innenseite eines Armbands vorgesehen. Die DE 10 2008 022 919 A1 befasst sich damit, für das Licht den Wellenlängenbereich zwischen 520 nm und 600 nm zu verwenden, d. h. grünes bis gelbes Licht, um die Pulsmessung zu verbessern.
Ein Nachteil des genannten Standes der Technik besteht darin, dass nur dann eine zuverlässige Pulsmessung möglich ist, wenn das die Messanordnung tragende Körperteil unbewegt ist. Denn durch eine Bewegung des Körperteils, wie sie bei einem Sportler infolge seiner Eigenbewegung, z. B. beim Joggen, auftritt und gegebenenfalls überlagerter Erschütterungen des ganzen Körpers, wie sie beim Fahrradfahren über unebenen Boden auftreten, kommt es zu Relativbewegungen des Sensors oder der Sensoren auf der Haut, so dass das Messergebnis verfälscht wird. Bei sportlicher Aktivität des Trägers wird daher das Messsignal durch starke Bewegungsartefakte überlagert, die eine Bestimmung der Pulsfrequenz stark erschweren bzw. sogar unmöglich machen.
Zur Erkennung bewegungsbedingter Verfälschung des Messergebnisses offenbart die DE 10 2008 022 919 A1 die Verwendung eines Beschleunigungssensors. Gleichwohl wird dieser aber nicht eingesetzt, Bewegungen zu analysieren und so das Messergebnis zu verbessern. Vielmehr soll die Messung der Pulsfrequenz nur dann durchgeführt werden, wenn von dem Beschleunigungssensor keine Körperbewegung festgestellt wird. Somit ist die Messanordnung der DE 10 2008 022 919 A1 ebenfalls nicht für Sportler geeignet.
In der Offenlegungsschrift WO 2013/038296 A1 wird ein Verfahren beschrieben, dass trotz starker Bewegungsartefakte eine zuverlässige Bestimmung der Pulsfrequenz ohne Verwendung eines Brustgurtes ermöglichen soll. Auch hier wird die Verwendung eines Bewegungs- bzw. Beschleunigungssensors zusätzlich zum eigentlichen Pulssensor vorgeschlagen. Das vom Pulssensor erfasste Signal wird zunächst in den Frequenzbereich transformiert. Anhand der Höhe der Maxima im Frequenzspektrum wird dann entschieden, ob die Signalqualität zur Berechnung der Pulsfrequenz ausreicht. Ist dies der Fall, erfolgt eine unmittelbare Ausgabe des berechneten Wertes, in der WO 2013/038296 A1 „Modus 1” genannt. Liegen die Maxima im Spektrum unterhalb eines festgelegten Grenzwertes, erfolgt eine Berechnung der Pulsfrequenz basierend auf der Frequenz des Bewegungs- bzw. Beschleunigungssignals, das Pulssignal wird dann nicht mehr in die Berechnung einbezogen. Dabei wird davon ausgegangen, dass z. B. im Falle einer Anwendung am Handgelenk eine Steigerung der Herzfrequenz unmittelbar mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Arms korreliert ist, in der WO 2013/038296 A1 „Modus 2” genannt. Hierin ist ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens zu sehen. Denkt man beispielsweise an einen typischen Anwendungsfall beim Radfahren, kann es bei einer Bergabfahrt über unebenen Boden zu starken hochfrequenten Erschütterungen kommen, die vom Bewegungssensor erfasst und damit fälschlicherweise als körperliche Aktivität interpretiert werden. Dies wird zu erhöhten Anzeigewerten führen, obwohl die wahre Pulsfrequenz deutlich niedriger liegt. Die angezeigte Pulsfrequenz kann also in einem solchen Fall nur ein Schätzwert sein und wird unter Umständen stark vom tatsächlichen Wert abweichen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren sowie eine entsprechende Messanordnung zur optischen Bestimmung der Pulsfrequenz bereitzustellen, das gleichermaßen bei in Ruhe wie in körperlicher insbesondere sportlicher Aktivität befindlichen Personen eingesetzt werden kann und ohne Brustgurt und Beschleunigungssensor auskommt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Messanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung der Pulsfrequenz einer Person unter Verwendung einer ersten optischen Sensoreinheit und zumindest einer zweiten optischen Sensoreinheit vorgeschlagen, die jeweils zumindest eine Lichtquelle und zumindest einen, ein Sensorsignal liefernden lichtempfindlichen Sensor aufweisen, wobei die Lichtquellen ansteuerungsabhängig, vorzugsweise abwechselnd, Licht bestimmungsgemäß auf einen Ausschnitt der Haut der Person emittieren und das reflektierte Licht von zumindest einem der Sensoren detektiert wird, wobei die Sensorsignale daraufhin geprüft werden, ob ein bestimmter dominanter Frequenzanteil nur in einem der beiden Sensorsignale enthalten ist und dieser als aktuelle Pulsfrequenz abgespeichert und/oder angezeigt wird.
Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, zusätzlich zu einer ohnehin zur optischen Pulsmessung erforderlichen Sensoreinheit eine zweite Sensoreinheit zu verwenden, die ein Referenzsignal ausgibt, zu dem das Sensorsignal der ersten Sensoreinheit in Bezug gesetzt werden kann, um den die Pulsfrequenz bestimmenden Frequenzanteil, d. h. das Nutzsignal einerseits, und einen die Pulsfrequenz störendes Frequenzanteil, d. h. ein Störsignal andererseits zu identifizieren. Diesem Ansatz liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass sich Bewegungen der Person auf beide Sensoreinheiten gleichermaßen auswirken und zu entsprechenden bewegungsbedingten Frequenzanteilen, d. h. zu dem Störsignal, führen, das bzw. die in beiden Sensorsignalen mit nahezu gleicher Frequenz und Amplitude vorhanden sind. Demgegenüber ist das Nutzsignal mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit nur in einem der beiden Sensoreinheiten enthalten, weil bei bestimmungsgemäßer Verwendung der Messanordnung nur eine der Sensoreinheiten nahe zu einem das Licht reflektierenden Blutgefäß liegt. Die andere oder anderen Sensoreinheiten liegen dagegen weiter von diesem Blutgefäß entfernt, so dass sie die Reflexion des Lichts nicht oder nur schwach detektieren und somit überwiegend nur bewegungsbedingte Störsignale aufnehmen. Deshalb ergibt sich die Pulsfrequenz mit hoher Wahrscheinlichkeit gerade aus demjenigen dominanten Frequenzanteil, der nur in einem der beiden Sensorsignale enthalten ist. Die Pulsfrequenz ergibt sich durch Umrechnung der Frequenz von Hz bzw 1/s in bpm (beats per minute). Dies entspricht einer Multiplikation mit dem Faktor 60.
Unter einem dominanten Frequenzanteil ist im Sinne der Erfindung ein solcher Frequenzanteil zu verstehen, der eine bestimmte Rauschschwelle überschreitet, d. h. im Frequenzspektrum als deutlicher Peak gegenüber den rauschbedingten Störfrequenzen auftritt.
Das im Rahmen der hier beschriebenen Erfindung vorgestellte Verfahren und die zugehörige Messanordnung besitzen den oben beschriebenen Nachteil nicht und ermöglichen daher eine zuverlässige Messung der Pulsfrequenz auch unter dem Einfluss von Bewegungen der Person.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: eine Prinzipdarstellung einer auf der Haut angeordneten Messanordnung zur optischen Pulsmessung
2: ein Signalflussdiagramm der Messanordnung
3: Autokorrelation
4: ein Frequenzspektrum eines beispielhaften autokorrelierten Sensorsignals
5: ein beispielhaftes Sensorsignal
6: eine Darstellung der Häufigkeitsverteilung der Frequenzanteile
7: eine tabellarische Übersicht möglicher Signalanteile in den Sensorsignalen
8: Darstellung der Beabstandung der Sensoreinheiten
9: Sensoreinheiten mit mehreren Lichtquellen und mehreren Sensoren
10: eine Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung in einem Armband für das Handgelenk
11: eine Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung in einem Stirnband
12: eine Verwendung der erfindungsgemäßen Messanordnung in einem Gurt für den Oberarm
13: ein beispielhaftes, nahezu ungestörtes Sensorsignal sowie die durch den Algorithmus daraus berechneten Daten
14: ein beispielhaftes Sensorsignal, welches eine nichtperiodische Störung enthält sowie die durch den Algorithmus daraus berechneten Daten
1 veranschaulicht das Grundprinzip einer reflektiven optischen Pulsmessung mittels einer Messanordnung, die auf einem Bereich der Haut 3a aufliegt oder in geringem Abstand zu dieser angeordnet wird. Die Pulsmessung erfolgt durch Verwendung zweier vorzugsweise identischer Sensoreinheiten S1, S2, die jeweils eine Lichtquelle 1, 2 und einen optischen Sensor 5, 6 umfassen, erreicht. Licht von beiden Lichtquellen 1, 2 strahlt ansteuerungsabhängig in das Gewebe 3 ein. Die beiden Sensoreinheiten S1, S2 werden an zwei unterschiedlichen Positionen auf der Hautoberfläche 3a platziert, so dass nur Licht von einer der Lichtquellen 1, 2 auf ein Blutgefäß 4 trifft. Von dort wird es reflektiert und von einem der Sensoren 5, 6 detektiert, hier von dem Sensor 5 der ersten Sensoreinheit S1. Das reflektive Messprinzip hat hierbei den Vorteil, dass auch an Körperstellen wie beispielsweise der Stirn gemessen werden kann, die aufgrund der Anatomie (Gewebedicke und/oder Knochen) transmissiv nicht erfasst werden können.
Um zu gewährleisten, dass nur Licht von einer der Lichtquellen 1, 2 auf ein Blutgefäß 4 trifft beträgt der Mittelpunktsabstand D1 der beiden Sensoreinheiten S1, S2 zwischen 10 mm bis 30 mm, insbesondere zwischen 15 mm und 25 mm, vorzugsweise ca. 20 mm. Demgegenüber beträgt der Abstand D2 zwischen den zueinander gerichteten Außenkanten der beiden Sensoreinheiten S1, S2 zwischen 5 und 15 mm, vorzugsweise ca. 8 mm.
Im Falle von Bewegungen der Sensoreinheiten S1, S2 auf der Hautoberfläche bzw. Bewegungen der Haut 3a selbst kann man davon ausgehen, dass beide Sensorsignale 10, 11 neben den eigentlich benötigten Nutzsignalanteilen, welche die Informationen für die Pulsbestimmung beinhalten, Störsignalanteile beinhalten, die alleine auf die Bewegung der Person zurückzuführen sind. Bewegungsbedingte Störungen kommen also grundsätzlich in beiden Sensorsignalen vor. Dies ist insbesondere auch dadurch bedingt, dass beide Sensoreinheiten auf einem gemeinsamen Träger 22, 23, 24 angeordnet sind, wie nachfolgend noch verdeutlicht wird.
2 zeigt ein elektrisches Signalflussdiagramm der erfindungsgemäßen Messanordnung zur Messung der Pulsfrequenz, wobei hier beispielhaft nur eine Lichtquelle 1, 2 und nur ein Sensor 5, 6 pro Sensoreinheit S1, S2 gezeigt sind. Die Lichtquellen 1, 2 werden von einer Steuer- und Auswerteeinheit 7, beispielsweise einem Mikrocontroller oder einem FPGA (Field Programmable Gate Array), mit Hilfe zweier Steuersignale 8, 9 angesteuert. Dabei erfolgt die Aktivierung idealerweise abwechselnd, so dass bei der Detektion von Licht durch die Sensoren 5, 6 bekannt ist, von welcher Lichtquelle 1, 2 das detektierte reflektierte Licht jeweils stammt. Ferner wird dadurch verhindert, dass das die Pulsinformation tragende Sensorsignal der einen Sensoreinheit infolge Streulichts der anderen Sensoreinheit verschlechtert wird. Denn dies wäre möglich, wenn beide Lichtquellen 1, 2 gleichzeitig Licht emittieren.
Die Aktivierung der Lichtquelle 1 der ersten Sensoreinheit S1 erfolgt durch ein entsprechendes erstes Steuersignal 8 der Steuer- und Auswerteeinheit 7. Entsprechend erfolgt die Aktivierung der Lichtquelle 2 der zweiten Sensoreinheit S2 durch ein entsprechendes zweites Steuersignal 9 der Steuer- und Auswerteeinheit 7.
Die Sensoren 5, 6 wandeln die gemessenen Lichtintensitäten in zwei proportionale analoge Sensorsignale 10, 11 um, die anschließend jeweils von einer Verstärkerschaltung 12, 13 verstärkt werden. Die verstärkten Ausgangssignale 14, 15 der Verstärkerschaltungen 12, 13 werden mithilfe eines Analog-Digital-Wandlers 16 digitalisiert und als digitale Signale 17, 18 der Steuer- und Auswerteeinheit 7 zur weiteren Verarbeitung zugeleitet.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 7 entgegen der Darstellung in 2 als eine konstruktive Einheit alternativ durch zwei getrennte Einheiten, d. h. als eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Lichtquelle einerseits und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorsignale andererseits ausgebildet sein kann.
Die die beiden verstärkten analogen Ausgangssignale 14, 15 repräsentierenden digitalen Signale 17, 18 werden zunächst über eine bestimmte Zeitdauer, vorzugsweise über einige Sekunden, aufgezeichnet und in einem Speicher 19 abgelegt, der Teil der Steuer- und Auswerteeinheit 7 ist, wie dies in 3 dargestellt ist. Dabei bilden die aufgezeichneten Zeitabschnitte der digitalen Signale 17, 18 jeweils einen Datensatz. Die Datensätze werden hierbei in regelmäßigen Zeitabständen aktualisiert. Dies kann entweder blockweise, z. B. einmal pro Sekunde, oder quasi-kontinuierlich erfolgen, wobei in diesem Fall mit jedem neuen vom AD-Wandler 16 gelieferten Wert der älteste Wert aus dem Speicher gelöscht wird (FIFO Prinzip). Vorzugsweise ist die Speicherung so realisiert, dass während der laufenden Berechnung der Pulsfrequenz keine neuen Daten gespeichert werden. Nach Ablauf der Berechnung werden die Sensorsignale dann während eines neuen Zeitabschnitts aufgezeichnet und der alte Datensatz überschrieben. Die im Folgenden beschriebenen weiteren Verarbeitungsschritte werden mittels dieser zwei zeitgleich gespeicherten Datensätze der beiden Sensoren 5, 6 durchgeführt.
Die digitalisierten Sensorsignale 17, 18 können vor ihrer Auswertung einer Autokorrelation unterzogen werden. Dadurch werden Störungen eliminiert, die nichtperiodischen Ursprungs sind, beispielsweise einmalig auftretende Erschütterungen oder Rauschen. Die hieraus resultierenden Autokorrelationssignale 20, 21 enthalten nur noch periodische Anteile, die durch die Pulswelle und eventuell vorhandene periodische Störungen, z. B. wiederkehrende Armbewegungen beim Laufen, hervorgerufen werden.
Die Autokorrelation kann vor oder nach der Abspeicherung der digitalisierten Sensorsignale 17, 18 erfolgen. In 3 veranschaulichen die durchgezogenen Pfeile die Anwendung der Autokorrelation vor der Speicherung im Speicher 19, so dass die autokorrelierten Sensorsignale 20, 21 gespeichert werden. Die gestrichelten Pfeile veranschaulichen demgegenüber die Speicherung der unkorrelierten digitalen Sensorsignale 17, 18. Eine Autokorrelation kann hier nach dem Auslesen der Datensätze aus dem Speicher 19 erfolgen. Im Falle rein periodischer Störungen, d. h. wenn keine Erschütterungen zu erwarten sind, kann jedoch auf eine Autokorrelation verzichtet und die weitere Berechnung der Pulsfrequenz direkt aus den ursprünglichen digitalen Ausgangssignalen 17, 18 durchgeführt werden. Das Ergebnis ist dabei genauer, da mit ungefilterten Originalwerten gearbeitet wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann die erfindungsgemäße Messanordnung eine Einstellbarkeit einer bestimmten körperlichen Aktivität aufweisen, bei der die Messanordnung verwendet wird. Diese Einstellbarkeit kann beispielsweise die Wahl zwischen verschiedenen, insbesondere einer Vielzahl von Sportarten ermöglichen. Zu jeder Aktivität, insbesondere Sportart ist dann in der Messanordnung geschlüsselt, ob eine Autokorrelation stattfindet. So kann durch die Person bestimmt werden, ob, bedingt durch aktivitätstypische oder sportarttypische Erschütterungen oder sonstige nicht periodische Bewegungen eine Autokorrelation bei der Signalauswertung angewendet werden soll oder nicht. Wird dann beispielsweise eine Sportart ausgewählt, bei der keine Erschütterungen zu erwarten sind, beispielsweise Fahrradfahren auf einem Ergometer, so verzichtet die Messanordnung bei der Signalauswertung auf eine Autokorrelation. Wird alternativ beispielsweise eine Sportart ausgewählt, bei der Erschütterungen typischerweise zu erwarten sind, beispielsweise Joggen oder Fahrradfahren im Freien, so verwendet die Messanordnung bei der Signalauswertung eine Autokorrelation.
In einem nächsten Schritt werden aus den beiden digitalisierten Sensorsignalen 17, 18 oder den autokorrelierten Sensorsignalen 20, 21 respektive den gespeicherten Datensätzen die jeweils enthaltenen periodischen Frequenzanteile ermittelt. Dies kann im Frequenzbereich oder im Zeitbereich erfolgen.
Für die Auswertung im Frequenzbereich wird in an sich bekannter Weise eine Fouriertransformation der digitalisierten Sensorsignale 17, 18 oder der autokorrelierten Sensorsignalen 20, 21 oder der Datensätze durchgeführt, so dass man das Frequenzspektrum der Sensorsignale erhält. Dies ist in 4 für ein autokorreliertes Sensorsignal und den Fall dargestellt, dass in diesem ein durch den Puls bedingter erster Frequenzanteil mit der Frequenz f1 (Nutzsignal) und ein durch eine Bewegung bedingter zweiter Frequenzanteil mit der Frequenz f2 enthalten ist. Bei diesen beiden Frequenzen f1, f2 liegt im Frequenzspektrum jeweils ein Maximum, weshalb sie bezogen auf die anderen vorhandenen Frequenzanteile als dominante Frequenzanteile bezeichnet werden können. Das Maximum kann jeweils in an sich bekannter Weise ermittelt und dazu die entsprechende Frequenz f1, f2 berechnet werden.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante werden in den digitalen Sensorsignalen 17, 18 oder den Autokorrelationssignalen 20, 21 oder den Datensätzen die Zeitabstände Δt1, Δt2, Δt3, benachbarter Maxima ermittelt. Dies ist in 5 veranschaulicht. Die im Sensorsignal enthaltenen Frequenzanteile ergeben sich dann aus den Kehrwerten der Zeitabstände f1 = 1/Δt1, f2 = 1/Δt2, f3 = 1/Δt3, wobei in 5 aufgrund gleicher Zeitabstände die erste und die dritte Frequenz gleich sind, f1 = f3.
Erfolgt die Berechnung wie oben beschrieben im Frequenzbereich, werden die ermittelten Frequenzanteile bzw. Frequenzen f1, f2, f3 usw. anschließend über einen bestimmten Zeitraum gemittelt. Messungenauigkeiten können dadurch kompensiert werden. Der Zeitraum kann eine Sekunde bis mehrere Sekunden betragen. Vorzugsweise erfolgt eine gleitende Mittelwertbildung, so dass stets eine Anzahl von Werten für jeden Frequenzanteil bzw. jede Frequenz f1, f2, f3 usw. vorliegt.
Im Falle der Berechnung im Zeitbereich wird zu jedem Datensatz ein Histogramm über die ermittelten Frequenzen f1, f2 usw. erstellt und abgespeichert. Auf diese Art und Weise entsteht eine Häufigkeitsverteilung aller ermittelten Frequenzanteile bzw. Frequenzen in den Signalen. Die Histogrammbildung ermöglicht die statistische Auswertung der Messdaten und eine nachfolgend beschriebene Qualitätskontrolle. Eine exemplarische Häufigkeitsverteilung ist in 6 dargestellt, die dem Frequenzspektrum in 4 zugehörig ist. Aus diesem Grunde umfasst das Histogramm zwei Häufigkeitsverteilungen, nämlich von der ersten Frequenz f1 und der zweiten Frequenz f2. Die Häufigkeitsverteilung bezieht sich auf die Analyse im Zeitbereich. Das Zeitfenster ist vorteilhafterweise so gewählt, dass in dieses mehrere Pulsschläge fallen, beispielsweise 5 Sekunden. Geeigneterweise ist das Zeitfenster so gewählt, dass mindestens 5 Pulsschläge in ihm enthalten sind. Die Zeiten zwischen den einzelnen Pulsschlägen (peaks) werden berechnet und bilden die Basis für das Histogramm, welches den obigen Annahmen entsprechend mindestens 5 Werte enthält. Die Häufigkeitsverteilung kommt dadurch zustande, dass die Pulsfrequenz leicht schwankt und Messunsicherheiten bestehen.
Aus den für beide Sensorsignale 17, 18 oder 20, 21 gebildeten Häufigkeitsverteilungen werden anschließend diejenigen Frequenzen bestimmt, bei denen ein lokales Maximum vorliegt, die also am häufigsten vorkommen. Dies entspricht einer Mittelwertbildung der Frequenzen. Liegt eine Frequenz unterhalb einer festgelegten Häufigkeitsschwelle, in der Regel eine Häufigkeit von 2 innerhalb des betrachteten Zeitintervalls, wird diese nicht berücksichtigt. Diejenigen Frequenzen, deren Häufigkeit die Schwelle überschreitet, sind in jedem Fall dominante Frequenzen und werden für das weitere Verfahren zur Pulsfrequenzbestimmung herangezogen.
Die ermittelten dominanten Frequenzen bzw. Frequenzanteile werden anschließend einer Plausibilitätsprüfung unterzogen, die einen, zwei oder auch mehr Schritte umfassen kann.
So wird im Rahmen der Plausibilitätsprüfung untersucht, ob eine der dominanten Frequenzen festgelegte (physiologische) Grenzwerte unter- und/oder überschreitet. Ein unterer Grenzwert kann beispielsweise zwischen 30 und 40 BPM, insbesondere bei 35 BPM (beats per minute = Schläge pro Minute liegen, 60 BPM = 1 Hz). Ein oberer Grenzwert kann beispielsweise zwischen 210 und 230 BPM, insbesondere bei 220 liegen. Unterschreitet eine Frequenz bzw. ein Frequenzanteil den unteren Grenzwert oder überschreitet er den oberen Grenzwert, so handelt es sich um eine nicht plausible Frequenz bzw. Frequenzanteil und wird verworfen. Diese Plausibilitätsprüfung kann als einen Prüfschritt oder zwei Prüfschritte umfassend betrachtet werden.
Ein ungestörtes Sensorsignals 10, 11 eines über einem Blutgefäß 4 angeordneten Sensors 5, d. h. ein solches Sensorsignal 10, 11, das nicht durch Bewegungen des Sensors 5 relativ zur Haut 3a beispielsweise infolge einer sportlichen Aktivität der Person beeinträchtigt ist, besitzt eine Häufigkeitsverteilung, die nur ein lokales Maximum aufweist, also auch nur eine dominante Frequenz f1 enthält. Diese Frequenz f1 repräsentiert direkt die Pulsfrequenz fp und kann aus fp = f1·60 BMP·s berechnet werden.
Liegt eine Störung vor, zum Beispiel hervorgerufen durch Bewegungen des Sensors, 5, 6 relativ zur Haut 3a, ergibt sich in der Häufigkeitsverteilung ein zweites Maximum bei einer anderen Frequenz f2, die die Störung repräsentiert. Das Frequenzspektrum eines solchen Sensorsignals ist in 4, sein Histogramm in 6 gezeigt.
Bei der Initialisierung der erfindungsgemäßen Messanordnung wird davon ausgegangen, dass die Sensoreinheiten ein oder zwei ungestörte Photoplethysmogramme erfassen, da es unwahrscheinlich ist, dass ein Sportler die Messanordnung in Betrieb nimmt, während er seinen Sport betreibt. Dies erfolgt vielmehr zu Beginn der sportlichen Aktivität, so dass die Messung in dieser Zeit nicht durch Erschütterungen oder sonstige starke Bewegungen beeinträchtigt wird.
Wird über einen bestimmten Zeitraum, in der Regel einige Sekunden, ein stabiler Zustand registriert, d. h. die in einem oder beiden Sensorsignalen enthaltenen Frequenzanteile verändern sich nicht oder nur geringfügig, so wird die ermittelte Frequenz als aktuelle Pulsfrequenz fp gespeichert. Dies hat den Vorteil, dass sie im weiteren Verfahren als Referenzpulsfrequenz fp_ref verwendet werden kann. Konnte eine Pulsfrequenzfrequenz fp ermittelt werden, liegt eine erfolgreiche Initialisierung vor.
Als zusätzliches Qualitätsmerkmal kann hierbei auch die Standardabweichung der ermittelten Häufigkeitsverteilung herangezogen werden. Bei Überschreiten einer festgelegten Standardabweichung wird dann dem Benutzer eine Warnung angezeigt, dass die Messung unsicher ist
Nach erfolgreicher Initialisierung der Messanordnung beginnt der Algorithmus entsprechend des nachfolgend beschriebenen Verfahrens mit der Ermittlung der aktuellen Pulsfrequenz fp.
Dabei werden die zuvor bereits beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt, d. h. die Sensorsignalen 10, 11 werden verstärkt, digitalisiert, für eine Zeitdauer TA aufgezeichnet, um einen Datensatz zu erhalten, der anschließend gegebenenfalls autokorreliert wird, dann in den Frequenzbereich transformiert wird, anschließend werden die im Frequenzspektrum vorhandenen dominanten Frequenzanteile ermittelt, eine Häufigkeitsverteilung dieser dominanten Frequenzanteile bestimmt, diejenigen Frequenzanteile ermittelt, die einen Häufigkeitsschwellwert überschreiten, und diese Frequenzanteile dann der o. g. Plausibilitätsuntersuchung unterzogen.
Zusätzlich wird im Rahmen der Plausibilitätsuntersuchung ein Vergleich der ermittelten dominanten Frequenzanteile mit der Referenzpulsfrequenz fp_ref durchgeführt. Es sei an dieser Stelle als selbstverständlich vorausgesetzt, dass der Vergleich dieser Größen mit gleichen Einheiten erfolgt, d. h. entweder die zu vergleichenden Frequenzanteile in die Einheit der Pulsfrequenz, z. B. BPM (Beats per Minute), oder die Referenzpulsfrequenz in die Einheit Hertz (1/s) umgerechnet wird. Der Vergleich kann durch eine Bewertung der Abweichung und/oder der Änderungsgeschwindigkeit erfolgen, wobei die Änderungsgeschwindigkeit eine zeitbezogene Abweichung, insbesondere die mathematische Ableitung der Pulsfrequenz darstellt.
Weicht ein Frequenzanteil um ein vordefiniertes Maß, beispielsweise um mehr als 10 BPM, von der Referenzpulsfrequenz ab, wird die ermittelte Frequenz als nicht plausibel eingestuft, da im physiologischen Fall keine sprunghaften Veränderungen der Pulsfrequenz möglich sind. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Änderungsgeschwindigkeit als Plausibilitätskriterium für den Vergleich herangezogen werden. Würde sich für einen Frequenzanteil eine Änderungsgeschwindigkeit der Pulsfrequenz gegenüber der Referenzpulsfrequenz ergeben, die einen vordefinierten Wert übersteigt, beispielsweise 10 BPM pro Sekunde, so wird dieser Frequenzanteil als nicht plausibel eingestuft.
Trotz der beschriebenen verschiedenen Maßnahmen zur Auswertung der Sensorsignale (Autokorrelation, dominante Frequenzanteile herausfiltern, häufige Frequenzen herausfiltern, Plausibilitätsprüfung anhand physiologischen Bereichsgrenzen, Plausibilitätsprüfung anhand Vergleich mit der letzten bekannten Pulsfrequenz), kann es sein, dass bewegungsbedingte periodische Störungen, die jeweils zu Frequenzanteilen im Spektrum führen, aber nicht der Pulsfrequenz entsprechen, nicht vollständig eliminiert werden können. In diesem Fall kann eine weitere Signalauswertung zur Ermittlung der aktuellen Pulsfrequenz durchgeführt werden, nachfolgend Fallprüfung genannt. Das hierzu verwendete Schema basiert auf der in 7 dargestellten Matrix, die der Veranschaulichung der verschiedenen Fälle dient.
In der Matrix sind alle Fälle aufgeführt, die Bezüglich des Vorhandenseins bestimmter Frequenzanteile in den beiden Sensorsignalen rein theoretisch auftreten könnten. Grundsätzlich können hier 16 Fälle bezüglich der enthaltenen Signalanteile auftreten, wobei hier zwischen dem die Pulsfrequenz enthaltenden Frequenzanteil (Nutzsignal) und einem bewegungsbedingten Frequenzanteil (Störsignal) unterschieden wird. Praktisch betrachtet, können jedoch diejenigen Fälle nicht auftreten, bei denen in nur einem der beiden Sensorsignale ein Störsignal enthalten ist. Dies sind die Fälle 2, 3, 6, 7, 10, 11, 14 und 15. Denn bedingt durch die Anordnung der Sensoreinheiten S1, S2 auf einem gemeinsamen Träger, müssen sich Störungen, die speziell durch Bewegungen der Sensoren auf der Hautoberfläche 3a bedingt sind, in beiden Sensorsignalen zeigen. Aus diesem Grund werden diese Fälle in der weiteren Betrachtung nicht berücksichtigt. Es bleiben also diejenigen Fälle übrig, bei denen entweder kein Störsignal oder in beiden Sensorsignalen ein Störsignalen vorhanden ist. Dies sind in der Matrix der 7 die Fälle 1, 4, 5, 8, 9, 12, 13 und 16.
Erfindungsgemäß wird zunächst die Gesamtanzahl der in beiden Sensorsignalen enthaltenen dominanten Frequenzanteilen bestimmt. Dies entspricht letztendlich der Zeilensumme des jeweiligen Falles in der Matrix gemäß 7. Diese kann 0, 1, 2, 3 oder 4 betragen, je nachdem, ob

– in den Sensorsignalen kein Störsignal, aber in wenigstens einem ein Nutzsignal ist, so dass die Zeilensumme dann eins ist,
– beide Sensorsignale entweder nur ein Störsignal oder nur ein Nutzsignal enthalten, so dass die Zeilensumme dann zwei ist,
– in einem der Sensorsignale sowohl ein Störsignal als auch ein Nutzsignal und in dem anderen Sensorsignal ein Störsignal oder ein Nutzsignal enthalten ist, so dass die Zeilensumme dann drei ist,
– in beiden Sensorsignale sowohl ein Störsignal als auch ein Nutzsignal enthalten ist, so dass die Zeilensumme dann vier ist.

Bei dem Verfahren zur Bestimmung der Pulsfrequenz werden daher die im Folgenden genannten Fälle unterschieden. Die Bestimmung der Gesamtanzahl der in beiden Sensorsignalen enthaltenen dominanten Frequenzanteile kann vor oder nach der Plausibilitätsprüfung erfolgen.
Fall 1
Keiner der beiden Sensoren 5, 6 liefert ein Signal (weder Nutz- noch Störsignal). Dieser Fall ist in der Praxis nicht relevant, da davon ausgegangen wird, dass bei korrekter Positionierung immer mindestens einer der beiden Sensoren über einem Blutgefäß 4 platziert ist und somit ein Nutzsignal liefern muss. Tritt dieser Fall dennoch auf, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, insbesondere angezeigt, die sinngemäß beispielsweise hinweist „Kein Signal, bitte Sensorposition überprüfen.”.
Fälle 5 und 9
Ist in nur einem der beiden Sensorsignale ein bestimmter dominanter Frequenzanteil enthalten, ist die Zeilensumme eins. Dieser Fall liegt dann vor, wenn nur einer der Sensoren über einem Blutgefäß 4 liegt, bzw. einer der Sensoren keine Reflexion von einem Blutgefäß erhält, und sich die Person nicht wesentliche bewegt, d. h. die Sensoren sich nicht gegenüber der Hautoberfläche 3a bewegen. Es kann dann folglich darauf geschlossen werden, dass der dominante Frequenzanteil in nur einem der beiden Sensorsignale durch den Puls hervorgerufen wird und folglich die Pulsfrequenz repräsentiert. Ist die Plausibilitätsprüfung bereits erfolgt, kann der dominante Frequenzanteil unmittelbar als aktuelle Pulsfrequenz abgespeichert werden bzw. zunächst in die für die Pulsfrequenz verwendete Einheit umgerechnet und dann abgespeichert und/oder zur Anzeige gebracht. werden.
Bei der alternativen Ausführungsvariante wird die Plausibilitätsprüfung nach der Fallprüfung durchgeführt. Wird die Frequenz bzw. der Frequenzanteil als plausibel klassifiziert, wird dieser Wert unmittelbar als aktuelle Pulsfrequenz bzw. als neuer Referenzpulsreferenz gespeichert und zur Anzeige gebracht. Liefert die Plausibilitätsprüfung ein negatives Ergebnis, d. h. die Frequenz wird nicht als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, wird auf eine technische Störung geschlossen und eine entsprechende Fehlermeldung, beispielsweise „Sensor defekt” ausgegeben, weil dieser Fall theoretisch nicht auftreten kann. Der ermittelte Frequenzanteil wird verworfen.
Fälle 4 und 13
Ist in beiden Sensorsignalen jeweils ein bestimmter, identischer Frequenzanteil enthalten, wird zunächst die oben beschriebene Plausibilitätsprüfung durchgeführt. Wird die ermittelte Frequenz als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, wird deren Wert als letzter bekannter Pulsfrequenzwert gespeichert und zur Anzeige gebracht (Fall 13). Liefert die Plausibilitätsprüfung ein negatives Ergebnis, d. h. die Frequenz wird nicht als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, wird der ermittelte Wert verworfen. In diesem Fall (Fall 4) wird zum Beispiel der letzte bekannte Pulsfrequenzwert und/oder der Hinweis „Störung” angezeigt.
Fälle 8 und 12
Sind in einem der beiden Sensorsignale zwei unterschiedliche Frequenzanteile in dem anderen nur einer enthalten, wird die Frequenz der oben beschriebenen Plausibilitätsprüfung unterzogen, die nur in einem der beiden Sensorsignale enthalten ist. Wird die ermittelte Frequenz als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, wird deren Wert als letzter bekannter Pulsfrequenzwert gespeichert und zur Anzeige gebracht. Liefert die Plausibilitätsprüfung ein negatives Ergebnis, d. h. die Frequenz wird nicht als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, wird der ermittelte Wert verworfen. In diesem Fall wird zum Beispiel der letzte bekannte Pulsfrequenzwert oder der Hinweis „Störung” angezeigt.
Fall 16
Sind in beiden Sensorsignalen jeweils zwei identische Frequenzanteile enthalten, wird zunächst die oben beschriebene Plausibilitätsprüfung für alle ermittelten Frequenzanteile durchgeführt, und die Frequenz als letzte bekannte Pulsfrequenz gespeichert und zur Anzeige gebracht, die als plausible Pulsfrequenz klassifiziert wurde. Liefert die Plausibilitätsprüfung für alle Frequenzanteile ein negatives Ergebnis, d. h. keine Frequenz, wird als plausible Pulsfrequenz klassifiziert, werden die ermittelten Werte verworfen. In diesem Fall wird zum Beispiel der letzte bekannte Pulsfrequenzwert oder der Hinweis „Störung” angezeigt.
8 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messanordnung. Die Lichtquellen 1, 2 und die dazugehörigen Sensoren 5, 6 einer Sensoreinheit S1, S2 sind in einem bestimmten Abstand d, beispielsweise 10 bis 30 mm, zueinander beabstandet angeordnet, sodass im Betrieb gewährleistet ist, dass nur einer der beiden Sensoren 5, 6 unmittelbar über einem Blutgefäß 4, der andere in einem größeren Abstand zu diesem Blutgefäß liegt und auch kein anderes Blutgefäß in unmittelbarer Nähe hat. Hierdurch wird erreicht, dass einer der Sensoren überwiegend Störsignalanteile, der andere überwiegend Nutzsignalanteile erfasst.
Zur Vergrößerung der Detektionsfläche können mehrere Einzelsensoren elektrisch zusammengeschaltet werden, so dass sie ein gemeinsames Sensorsignal ausgeben. Vorzugsweise sind die Sensoren hierfür parallel geschaltet. Hierdurch wird erreicht, dass bei der Positionierung der Sensoren auf der Haut 3a eine höhere Wahrscheinlichkeit besteht, die Pulsation eines Blutgefäßes zu erfassen.
Alternativ oder in Kombination können auch die mehrere einzelne Lichtquellen vorgesehen sein, die elektrisch zusammengeschaltet werden. Die Lichtintensität wird dadurch erhöht und eine stärkeres Sensorsignal erreicht, wodurch die Messgenauigkeit erhöht wird. Darüber hinaus kann mit mehreren Leuchtquellen erreicht werden, dass die Detektionsfläche der Sensoren homogen ausgeleuchtet wird.
In 9 sind exemplarisch jeweils vier Lichtquellen 1, 2 und sechs Einzelsensoren 5, 6 für jede der beiden Sensoreinheiten S1, S2 dargestellt.
Die erfindungsgemäße Messanordnung kann an verschiedenen Körperteilen einer Person verwendet werden. Hierfür sind die Sensoreinheiten S1, S2, die Steuer- und Auswerteeinheit sowie die weiteren Signalverarbeitenden Komponenten wie Verstärker und A/D Wandler auf einem gemeinsamen bandförmigen Träger angeordnet.
10 zeigt exemplarisch die Anwendung der Messanordnung am Handgelenk in Form eines Armbandes 22 oder einer Armbanduhr. Diese Positionierung bietet zum einen den Vorteil, dass am Handgelenk ein sehr gutes Pulssignal zu messen ist und zum anderen ein hoher Tragekomfort für den Anwender erreicht wird. Weiterhin bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass die Datenvisualisierung direkt im selben Gerät vereint werden kann.
11 und 12 zeigen weitere Ausführungsformen, bei denen die Messanordnung an der Stirn in Form eines Stirnbands 23 bzw. am Oberarm in Form eines Oberarmgurts 24 angebracht ist. Eine Anzeigeeinheit zur Visualisierung und/oder Aufzeichnung der ermittelten Pulsfrequenz über der Zeit (Datenlogger) kann extern zur Messanordnung vorgesehen sein. Die Anzeigeeinheit kann beispielsweise eine Pulsuhr oder Armbanduhr für das Handgelenk oder ein Smartphone sein. Vorzugsweise werden die ermittelten Pulsfrequenzen während des Betriebs der Messanordnung drahtlos an die externe Anzeigeeinheit gesendet. Dem Anwender wird dadurch ein hohes Maß an Komfort geboten.
In 13 und 14 ist das Vorgehen noch einmal exemplarisch anhand von zwei verschiedenen realen Messsignalen dargestellt. 13 zeigt im obersten Diagramm beispielhaft ein aufgezeichnetes, nahezu ungestörtes Messsignal. Nach einer Autokorrelation werden alle Werte kleiner als ein Grenzwert von beispielsweise 25% des absoluten Maximums gleich 0 gesetzt. Das Ergebnis („bearbeitete Autokorrelation”) ist im 2. Diagramm von oben zu sehen. Bei der „bearbeiteten Autokorrelation” handelt sich um einen weiteren Schritt. Nach der Autokorrelation werden alle lokalen Maxima, die einen gewissen Wert unterschreiten, verworfen, so dass das Signal bereinigt wird. Im Anschluss daran werden die Zeitabstände Δt zwischen benachbarten Amplitudenmaxima ermittelt, wie dies bereits bezüglich 5 beschrieben wurde. Aus den Zeitabständen werden die entsprechenden Frequenzen und daraus die Pulsfrequenzen in BPM ermittelt. Für diese wird anschließend eine Häufigkeitsverteilung ermittelt, die im 3. Diagramm von oben dargestellt ist. Als letzter Schritt und im untersten Diagramm ersichtlich, wird die Häufigkeitsverteilung durch einen „Gleitenden Mittelwert”-Filter geglättet. Das Maximum dieser Kurve wird nach bestandener Plausibilitätsprüfung als aktueller Pulswert gespeichert bzw. ausgegeben.
14 zeigt beispielhaft ein weiteres Messsignal, in diesem Fall mit einer nichtperiodischen Störung behaftet. Aufgrund dieser Störung ergibt sich in der Häufigkeitsverteilung ein weiteres Maximum. Durch die Glättung der Häufigkeitsverteilung, 3. Diagramm von oben, sowie der anschließenden Plausibilitätsprüfung wird dieser Wert als Störung erkannt und verworfen werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Pulsfrequenz einer Person unter Verwendung einer ersten optischen Sensoreinheit (S1) und zumindest einer zweiten optischen Sensoreinheit (S2), die jeweils zumindest eine Lichtquelle (1, 2) und zumindest einen, ein Sensorsignal (10, 11) liefernden lichtempfindlichen Sensor (5, 6) aufweisen, wobei die Lichtquellen (1, 2) ansteuerungsabhängig Licht bestimmungsgemäß auf einen Ausschnitt der Haut (3a) der Person emittieren und reflektiertes Licht von zumindest einem der Sensoren (5, 6) detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale (10, 11; 14, 15; 17, 18; 20, 21) daraufhin geprüft werden, ob ein bestimmter dominanter Frequenzanteil nur in einem der beiden Sensorsignale (10, 11; 14, 15; 17,18; 20, 21) enthalten ist, und dass dieser als aktuelle Pulsfrequenz abgespeichert und/oder angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtanzahl der in den Sensorsignalen (10, 11) enthaltenen, dominanten Frequenzanteile ermittelt wird und das derjenige dominante Frequenzanteil, der nur in einem der beiden Sensorsignale (10, 11) enthalten ist, als aktuelle Pulsfrequenz abgespeichert und/oder angezeigt wird, wenn die Gesamtanzahl drei ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kreuzkorrelation der beiden Sensorsignale (10, 11) berechnet und unter Verwendung der Kreuzkorrelation derjenige dominante Frequenzanteil bestimmt wird, der nur in einem der beiden Sensorsignale (10, 11) enthalten ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorsignale (10, 11) gefiltert werden und die Ermittlung des dominanten Frequenzanteils oder der dominanten Frequenzanteile aus den gefilterten Sensorsignalen (10, 11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterung eine Autokorrelation der Sensorsignale (10, 11) ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle der ersten und zweiten Sensoranordnung (S1, S2) so angesteuert werden, dass sie abwechselnd Licht emittieren.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des dominanten Frequenzanteils oder der dominanten Frequenzanteile im Frequenzbereich erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte dominante Frequenzanteil einer Plausibilitätsprüfung unterzogen und nur dann als Pulsfrequenz abgespeichert und/oder angezeigt wird, wenn die Plausibilitätsprüfung positiv ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung positiv ist, wenn der ermittelte dominante Frequenzanteil zwischen einem oberen und einem unteren Pulsgrenzwert liegt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte dominante Frequenzanteil als Pulsfrequenz verworfen wird, wenn er um ein vorgegebenes Maß von einer zuvor ermittelten Pulsfrequenz abweicht.
Messanordnung zur Bestimmung der Pulsfrequenz einer Person umfassend eine erste optische Sensoreinheit (S1) und zumindest eine zweite optische Sensoreinheit (S2), die jeweils zumindest eine Lichtquelle (1, 2) und zumindest einen, ein Sensorsignal (10, 11) liefernden lichtempfindlichen Sensor (5, 6) aufweisen, weiterhin umfassend eine Ansteuerungs- und Auswerteelektronik (7) zur Ansteuerung der Lichtquellen (1, 2) und zur Auswertung der Sensorsignale (10, 11), dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
Messanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sensoreinheit (S1, S2) mehrere ein gemeinsames Sensorsignal liefernde Sensoren (5, 6) aufweist.
Messanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (S1, S2) auf einem gemeinsamen Träger (22, 23, 24), insbesondere auf der Innenseite eines Stirn- oder Armbands (22, 23) oder Oberarmgurts (24) angeordnet sind.
Messanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungs- und Auswerteelektronik (7) auf dem Träger (22, 23, 24), insbesondere auf der Außenseite des Stirn- oder Armbands (22, 23) oder des Oberarmgurts (24) angeordnet ist.
Messanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheiten (S1, S2) in einem Mittelpunktsabstand (D1) zwischen 10 mm und 30 mm, insbesondere zwischen 15 mm und 25 mm zueinander angeordnet sind.