DE102022100257A1

DE102022100257A1 - Messaufnehmer zum Messen einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, sowie System und Verfahren zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe

Info

Publication number: DE102022100257A1
Application number: DE102022100257.8A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Beise
Original assignee: Biosign Medical UGhb
Current assignee: Biosign Medical UGhb
Priority date: 2022-01-06
Filing date: 2022-01-06
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2042-01-07
Also published as: DE102022100257B4; WO2023131365A1

Abstract

Messaufnehmer (10) zum Messen eines Pulses mit einem optischen Sensor (20) zur Messung des Pulses, mit einer Energiequelle (30) und mit einer Ausgabeeinheit (40), welche ein der Messung des Pulses entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (40) eine Lichtquelle (41) zur Ausgabe eines optischen Signals und der Messaufnehmer (10) eine mit dem optischen Sensor (20) verbundene Ansteuereinheit (50) umfasst, welche zur Ausgabe des der Messung des Pulses entsprechenden Messsignals die Lichtquelle (41) mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik ansteuert bzw. ansteuern kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Messaufnehmer zum Messen einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, mit einem optischen Sensor zur Messung der dynamischen Größe, mit einer Energiequelle und mit einer Ausgabeeinheit, welche ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann. Ebenso betrifft die Erfindung ein System zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe mit einer eine Kamera umfassenden Recheneinheit und mit einem derartigen Messaufnehmer sowie ein Verfahren zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe, wobei die Auswertung mittels einer eine Kamera umfassenden Recheneinheit erfolgt.
Aus der DE 10 2015 116 044 A1 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quantifizierung einer respiratorischen Sinusarrhythmie bekannt, wobei zunächst eine Herzfrequenzkurve gemessen und anschließend der zeitliche Abstand zweiter Herzschläge bestimmt und dann durch eine Analyse in der Phasendomain die Herzratenvariabilität quantifiziert wird. Dabei erhält man eine aussagekräftigere Quantifizierung, wenn bei der Quantifizierung geeignete Koeffizienten genutzt bzw. die Herzfrequenz interpoliert werden.
Vorrichtungen und Verfahren zur optischen Übertragung von Daten im freien Raum sind beispielsweise aus der DE 10 2014 008 405 A1 , aus der DE 10 2018 124 339 A1 , aus der US 2005/264694 A1 und aus der DE 20 2005 010 370 U1 bekannt, wobei beispielsweise aus der DE 20 2005 010 370 U1 auch der optische Datenaustausch mit Mobiltelefonen bekannt ist. Aus der US 2013/234850 A1 ist auch das optische Übertragen als digitale Werte vorliegender biometrischer Daten in Form digitaler Signale beispielsweise von einer Pulsuhr oder ähnlichem an ein Mobiltelefon bekannt.
Aus der EP 2 265 170 A1 ist bekannt, einen Transduktor derart auszugestalten, dass er Lichtfluktuationen durch Gewebe innerhalb einer anatomischen Extremität beleuchtet und überwacht und ein Signal erzeugt, welches dann etwaige Fluktuationen, die auf diese Weise gemessen werden, beispielsweise in der Art einer Ampel anzeigt.
Auch ist die Verwendung einer Videokamera mit einer Objektivlinse zum Durchführen einer Blutanalyse beispielsweise aus der EP 2 346 387 A1 bekannt. Eine optische Datenübertragung wird auch zur Überwachung einer Fötusbewegung eingesetzt, wie in der EP 3 432 791 A1 beschrieben ist. Der allgemeine Datenempfang über eine Kamera wird beispielsweise auch in der CN 106713751 A beschrieben.
Es sind darüber hinaus Versuche gemacht worden, mittels der Kamera eines Mobiltelefons den Puls am menschlichen Körper zu messen, wobei die an dem Mobiltelefon beispielsweise als Blitzlicht oder zur sonstigen Beleuchtung genutzte Lichtquelle als eine in den menschlichen Körper, beispielsweise in den Finger, strahlende Lichtquelle genutzt wird, um dann mittels der Kamera auf den Puls zu schließen. Wegen der unterschiedlichen Anordnungen der Kameras und der entsprechende Lichtquellen bei unterschiedlichen Mobiltelefonen und wegen der verhältnismäßig hohen Anforderungen an die Positionsgenauigkeit des Fingers in Bezug auf die Kamera und die Lichtquelle erweisen sich die hierbei gewonnen Resultate als nicht ausreichend zuverlässig, um beispielsweise die Herzratenvariabilität mit ausreichender Genauigkeit zu bestimmen.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, die Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, über eine eine Kamera umfassenden Recheneinheit, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, möglichst zuverlässig zu ermöglichen.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch Messaufnehmer sowie durch Mess- und Auswertesysteme und -verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere, ggf. auch unabhängig hiervon, vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Hierbei geht die Erfindung insbesondere von der Grunderkenntnis aus, dass durch ein Bereitstellen eines der optisch messbaren, dynamischen Größe entsprechendes Messsignals, welches dann über eine Kamera zur eigenen Messung einer Recheneinheit zur Verfügung gestellt werden kann, bessere Werte durch die Recheneinheit ermittelt werden können. Auch kann ein entsprechender Messaufnehmer für die jeweilige Messung optimiert sein, um so, anders als eine möglichst vielseitig anwendbare Kamera eines Mobiltelefons oder einer sonstigen Recheneinheit, optimale Messungen durchzuführen. So kann beispielsweise zum Messen ein an sich bekannter Pulssensor oder eine andere für die jeweilige Messung optimierter Sensor zum Einsatz kommen. Bei Pulssensoren sind dieses beispielsweise bekannte Pulssensoren, wie entsprechende Ohrclips oder Fingerleser.
Um die Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, über eine Kamera umfassende Flächeneinheit, die beispielsweise ein Mobiltelefon, möglichst zuverlässig zu ermöglichen, kann sich ein Messaufnehmer zum Messen eines Pulses mit einem optischen Sensor zur Messung des Pulses, mit einer Energiequelle und mit einer Ausgabeeinheit, welche ein der Messung des Pulses entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann, dadurch auszeichnen, dass die Ausgabeeinheit eine Lichtquelle zur Ausgabe eines optischen Signals und der Messaufnehmer eine mit dem optischen Sensor verbundene Ansteuereinheit umfasst, welche zur Ausgabe des der Messung des Pulses entsprechenden Messsignals die Lichtquelle mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik ansteuert bzw. ansteuern kann.
Unter einem „Puls“ kann im vorliegenden Zusammenhang vorzugsweise das Beschreiben von mechanischen Auswirkungen der durch den systolischen Blutausstoß vom Herz stammenden Druck- und Volumenschwankung auf die direkte Umgebung des Herzens oder deren Fortleitung in entfernte Regionen des Körpers durch das Blutgefäßsystem verstanden werden, was ggf. auch als Pulswelle bezeichnet wird. Zudem kann der Puls sowohl die Frequenz der beim Pulszählen erfassbaren Druckstöße als auch deren Amplitude und Verlauf bezeichnen. Die Druckstöße können beispielsweise in Anzahl pro Minute angegeben werden und der Verlauf kann auch auf Aufschluss über die Pulsqualität, wie beispielsweise einen weichen, schwachen oder schwirrenden Puls geben. Im Gefäßsystem bereitet sich der Puls als Welle aus mit lokalen Zeitverläufen jeweils des Drucks, der Querschnittsfläche und des Volumenstroms bzw. der Strömungsgeschwindigkeit.
Der Puls kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden. Eine praktisch sehr einfache, kostengünstige und genaue Messmethode zur Erfassung des Momentanwerts ist die Verwendung eines Pulsoxymeters, welches als Clip auf einen Finger gesteckt wird und neben dem aktuellen Puls auch die Sauerstoffsättigung im Blut misst und anzeigt. Weitere Methoden sind die Verwendung von speziellen Herzfrequenzmessgeräten, welche je nach Ausführung beispielsweise auch die Erfassung der Pulsfrequenz über längere Zeit mit automatischer Datenaufzeichnung erlauben. Eine weitere einfache und verbreitete Methode ist die manuelle Messung mit Hilfe einer Uhr, wobei die Anzahl der Herzschläge pro Zeiteinheit gezählt wird. Es kann aber auch umgekehrt die für eine bestimmte Anzahl von Pulsschlägen nötige Zeit auf der Uhr abgelesen werden. Gewöhnlich wird der Puls in Schlägen pro Minute angegeben. Wie der Stand der Technik, aber auch die vorliegende Erfindung zeigt, kann der Puls auch mit Mitteln gemessen werden, welche die meisten Menschen üblicherweise ohnehin bei sich tragen, wie beispielsweise mit einem Smartphone.
Vorliegend betrifft der Puls insbesondere den Puls eines Tieres. Vorzugsweise wird der Messaufnehmer zum Messen des Pulses eines Warmblüters eingesetzt. Insbesondere betrifft vorliegende Erfindung die Anwendung bei einem Säugetier bzw. bei einem Menschen. Ein Mensch könnte sehr stark von dem erfindungsgemäßen Messaufnehmer bzw. von dem Mess- und Auswerteverfahren profitieren, weil zum einen die Kontrolle des Pulses bei Menschen wesentlich häufiger und üblicher ist als bei anderen Tieren. Zum anderen kann die Technologie der vorliegenden Erfindung mit Smartphones kombiniert werden, welche nur vom Menschen benutzt werden, sodass sich die Erfindung besonders zur Pulsmessung bei Menschen eignet. Es versteht sich aber, dass die grundlegende Funktionsweise der Pulsmessung auch so auf entsprechende Gerätschaften übertragen lässt, dass beispielsweise der Puls von Tieren gemessen werden kann.
Um die Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, über eine Kamera umfassenden Recheneinheit, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, möglichst zuverlässig zu ermöglichen, kann sich kumulativ bzw. alternativ hierzu ein Messaufnehmer zum Messen einer optisch messbaren, dynamischen Größe mit einem optischen Sensor zur Messung der dynamischen Größe mit einer Energiequelle und mit einer Ausgabeeinheit, welche ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann, dadurch auszeichnen, dass die Ausgabeeinheit eine Lichtquelle zur Ausgabe eines optischen Signals und der Messaufnehmer eine mit dem optischen Sensor verbundene Ansteuereinheit umfasst, welche zur Ausgabe des der Messung der dynamischen Größe entsprechenden Messsignals die Lichtquelle mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik ansteuert bzw. ansteuern kann. Hierdurch lassen sich insbesondere auch optisch messbare, dynamische Größen entsprechend messen, wenn diese nicht ein Puls sind.
Der „optische Sensor“ kann in vorliegendem Zusammenhang jede Einrichtung sein, welche auf optischen Wege einen Puls messen und ein dem Puls in seiner Dynamik folgendes, vorzugsweise elektrisches bzw. elektronisches, Signal ausgeben kann. Wie eingangs bereits erläutert, sind aus dem Stand der Technik bereits optische Sensoren bekannt, die zur Messung des Pulses eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise ist der optische Sensor Teil eines an sich bekannten Pulssensors. So kann ein an sich bekannter Pulssensor genutzt werden. Was gerade eine bekannte und anerkannte Methodik zur Pulsmessung ermöglicht. Da die Messung des Pulses insbesondere über ein Mobiltelefon erfolgen soll, wäre auch ein elektrischer Anschluss des Pulssensors an das Mobiltelefon bzw. an die Recheneinheit denkbar, was letztlich dem Einsatz der bekannten Pulssensoren entspricht. Vorliegend wird mithin der Einsatz eines bekannten Pulssensors bei gleichzeitiger Ausgabe des durch den Pulssensor gemessenen Signals über eine optische Schnittstelle, welche die oder eine Kamera eines Mobiltelefons oder einer sonstigen Recheneinheit umfasst, an das Mobiltelefon bzw. an die Recheneinheit ermöglicht.
Wie beispielsweise bereits bei bekannten Pulssensoren umgesetzt, können der optische Sensor bzw. der Pulssensor eine eigene Lichtquelle umfassen, die beispielsweise ein konstantes Licht in den Körper einstrahlt. Durch den Puls bedingte Schwankungen können dann mit einem geeigneten lichtempfindlichen Energiewandler, wie beispielsweise einer Photozelle, erfasst und an die Ausgabeeinheit bzw. an die Ansteuereinheit weitergeleitet werden.
Dadurch, dass die Lichtquelle der Ausgabeeinheit mit der von dem optischen Sensor bzw. von dem Pulssensor gemessenen Dynamik angesteuert wird, kann andererseits dem Mobiltelefon bzw. der Recheneinheit sowie der zugehörigen Kamera suggeriert werden, es würde unmittelbar der Puls oder die andere optische messbare dynamische Größe durch die Kamera erfasst werden.
Als „Ausgabeeinheit“ kann im vorliegenden Zusammenhang jede Einheit dienen, die dazu in der Lage ist, ein der Messung des Pulses entsprechendes Messsignal auszugeben. In diesem Zusammenhang kann die Ausgabe sowohl in Form einer digitalen als auch in Form einer analogen Ausgabe bzw. sowohl in Form eines digitalen als auch in Form eines analogen Signals erfolgen.
Die Ausgabeeinheit umfasst vorliegend eine Lichtquelle, welche ein optisches Signal ausgibt und mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik angesteuert werden soll. Dementsprechend kann als Lichtquelle jede leuchtfähige Anordnung genutzt werden, die mit einer ausreichend hohen Dynamik, also mit einer dem Puls entsprechenden Dynamik, angesteuert werden kann. Insbesondere kann die Lichtquelle durch jede Art elektrischer Leuchte realisiert sein, welche mit ausreichend hoher Frequenz angesteuert werden kann, um der dem Puls entsprechenden Dynamik zu folgen, und welche ein durch eine Kamera aufnehmbares Lichtsignal ausgeben kann. Soll also der menschliche Puls gemessen werden, reicht es eigentlich aus, wenn die Leuchte mit einer Frequenz von bis zu 300 Lichtblitzen pro Minute, also bis zu 50 Hz, ansteuerbar ist. Wenn der Dynamik genauer gefolgt oder höher frequente dynamische Größen, beispielsweise die Pulsschläge kleinerer Tiere, gemessen werden sollen, so ist auch bei den zugehörigen Leuchten eine entsprechend höhere Dynamik notwendig. Entsprechende Dynamiken lassen sich bei herkömmlichen Leuchten, wie Glühbirnen oder LEDs, aber auch bei anderen Leuchten ohne weiteres realisieren.
Vorzugsweise ist die Lichtquelle der Ausgabeeinheit eine IR-Lichtquelle.
Unter einer IR-Lichtquelle kann im vorliegenden Zusammenhang eine Lichtquelle verstanden werden, die in Infrarotstrahlung ausstrahlt, wobei IR die Abkürzung für Infrarot darstellt. Die Infrarotstrahlung ist in der Physik elektromagnetische Strahlung im Spektralbereich zwischen sichtbaren Licht und der längerwelligen Terraherzstrahlung. Üblicherweise ist damit Licht mit einer Wellenlänge zwischen 780 nm und 1 mm gemeint. Dies entspricht einem Frequenzbereich von 300 GHZ bis 400 THZ. Der Vorteil für die Verwendung einer IR-Lichtquelle als Lichtquelle ist, dass die Infrarotstrahlung für den Menschen unsichtbar ist, sodass keine oder nur geringe Störung zu erwarten ist und gängige Kameras, insbesondere von Mobiltelefonen, das Licht trotzdem aufnehmen können. Zudem könnten möglicherweise IR-Sensoren auch direkt in Mobiltelefonen verbaut sein, was bei bestimmten Mobiltelefonen ohnehin der Fall ist. Zumindest bei älteren Modellen der Mobiltelefone waren IR-Sensoren ohnehin verbaut, um beispielsweise Daten zwischen mehreren Geräten zu übertragen. Es versteht sich, dass die Leuchtfrequenz der Lichtquelle vorzugsweise derart gewählt ist, dass möglichst viele gängige Kameras, insbesondere bei gängigen Mobiltelefonen, entsprechend abgegebene Lichtsignale der Lichtquelle messend erfassen können.
Kumulativ bzw. alternativ kann die Lichtquelle der Ausgabeeinheit auch eine LED sein.
Unter einer LED kann vorzugsweise eine Leuchtdiode verstanden werden, welche vorzugsweise ein Halbleiter-Bauelement ist, das Licht ausstrahlt, wenn elektrischer Strom in Durchlassrichtung fließt. In Gegenrichtung sperrt die LED. Somit entsprechen die elektrischen Eigenschaften der LED denjenigen einer Diode. Die Wellenlänge des imitierten Lichts hängt vom Halbleitermaterial und der Dotierung der Diode ab. Das Licht kann für das menschliche Auge sichtbar oder auch im Bereich von Infrarot- oder Ultraviolettstrahlung sein.
Wenn für die Lichtquelle eine LED eingesetzt wird, kann eine solche baulich besonders einfach ausgestaltet sein und ist zudem besonders energieeffizient. Es versteht sich, dass theoretisch auch beliebige andere Leuchtmittel anstatt LED eingesetzt werden können, wie beispielsweise Glühbirnen, Energiesparlampen, Leuchtstoffröhre oder Halogenlampen, da alle in der Lage sind, entsprechende optische Signale auszusenden.
Als „Ansteuereinheit“ kann jede bauliche und/oder informationstechnische Einheit genutzt werden, welche einerseits in der Lage ist, eine Lichtquelle, insbesondere eine der vorgenannten bzw. die in dem Messaufnehmer angeordnete Lichtquelle, mit der vom optischen Sensor gemessenen Dynamik und mit einer für den vorliegenden Zweck ausreichenden Helligkeitsvariabilität, also insbesondere mit einer Helligkeitsvariabilität, die von einer Kamera ausreichend erfasst werden kann, anzusteuern.
Hierbei kann die Lichtquelle, je nach Erfordernissen, einerseits ein sichtbares Licht ausstrahlen. Andererseits kann die Lichtquelle auch Licht mit einer Wellenlänge ausstrahlen, die für den Menschen unsichtbar ist. Das Licht wird dann mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik moduliert, was vorzugsweise durch eine Modulation der Helligkeit erfolgt, da eine derartige Modulation etwaigen Helligkeitsschwankungen, die durch die optisch messbare dynamische Größe bzw. durch den Puls bedingt sind und eigentlich von der Kamera unmittelbar erfasst werden könnten, entspricht. Es versteht sich, dass, sollte die optisch messbare Größe ihre Dynamik in einer anderen optisch messbaren Eigenschaft, wie beispielsweise in einer Wellenlängenschwankung, ausdrücken, die Lichtquelle vorzugsweise in einer entsprechenden Eigenschaft, also ebenfalls in ihrer Wellenlänge, moduliert werden kann.
Im vorliegenden Zusammenhang kann unter der „Dynamik“ vorzugsweise das zeitliche Verhalten eines Systems verstanden werden. Insoweit das entsprechende System dann diesem zeitlichen Verhaltend entsprechend eine dynamische Größe aufweist, die optisch messbar ist, wie dieses beispielsweise der Puls ist, kann dann auch eine Messung über herkömmliche und ohnehin vorhandene Messeinrichtungen, wie beispielsweise über Kameras, die mit Recheneinheiten, wie diese beispielsweise in Mobiltelefonen, Tabletts, Laptops oder Desktops zu finden sind, verbunden oder verbindbar sind, versucht werden. Bei einer geeigneten Gesamtkonstellation kann dann, wie bereits vorstehend erläutert, auch versucht werden, die Messung zur Gänze mit am Markt bereits vorhandenen Gerätschaften durchzuführen, was sich jedoch, wie ebenfalls vorstehend bereits erläutert, momentan nicht in jedem Falle als durchführbar erweist. Genau hier setzt dann der vorliegend beschriebene Messaufnehmer an, der auf kostengünstige Weise eine ausreichend genaue Messung sowie die Nutzung an sich bekannter und in handelsüblichen Gerätschaften vorhandener Recheneinheiten ermöglicht. Im vorliegenden Zusammenhang bezeichnet somit an sich der Puls bzw. die Pulswelle eine derartige optisch messbare Größe, die über den Messaufnehmer gemessen, in geeigneter Weise gewandelt und dann zur Ausgabe eines Messsignals, welches dann mit herkömmlich erhältlichen und kostengünstigen Recheneinheiten verarbeitet werden kann.
Hierbei versteht es sich, dass die Dynamik, mit welcher die Lichtquelle von der Ansteuereinheit angesteuert wird, nicht exakt der Dynamik der dynamischen Größe entsprechen muss. Beispielsweise ist es denkbar, dass zwar die Änderung der Steigung des Messignals der Änderung der Steigung der dynamischen Größe bzw. der gemessenen Dynamik entspricht, während die Amplitude oder sogar der Absolutwert der Steigung entsprechend der Reaktionszeit und der Empfindlichkeiten der Kamera geeignet gewählt ist. Auch ist es beispielsweise denkbar, Frequenzanteile der Dynamik der optisch messbaren dynamischen Größe bzw. der durch den optischen Sensor ausgegebenen Messung nicht bei der Ansteuerung der Lichtquelle zu berücksichtigen, wenn diese für die Art der Messung bzw. Auswertung, die mit dem Messsignal dann durchgeführt werden soll, nicht von Bedeutung erscheint.
Dementsprechend ist vorliegend das Merkmal, dass die Lichtquelle mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik angesteuert wird bzw. werden kann, dahingehend zu verstehen, dass die Ansteuerung der Lichtquelle und mithin das von dieser ausgesandte Messignal in seiner für die durchzuführende Messung wesentlichen Frequenz bzw. in seinen für die durchzuführende Messung wesentlichen Frequenzen der Dynamik der gemessenen Dynamik folgen soll.
Es ist dementsprechend von Vorteil, wenn die Ansteuereinheit die Lichtquelle innerhalb einer vorgegebenen Messgenauigkeit zur Ausgabe eines analogen Signals ansteuert bzw. ansteuern kann. Eine digitale Auswertung und Analyse in der Auswerteeinheit ist möglich, aber es wird dann vorzugsweise zumindest ein quasi-analoges Messsignal. Ansonsten kann das Messsignal auch analog durchgeleitet werden, auch wenn ggf. durch digitale Parameter, beispielsweise durch digitale Ansteuerung eines Eingangs eines im Übrigen analogen Operationsverstärkers, digital auf das Signal bzw. zur Ausgabe des Messsignals eingewirkt wird.
Unter einem „analogen Signal“ kann im vorliegenden Zusammenhang im Rahmen der Signaltheorie eine Form eines Signals mit stufenlosem und unterbrechungsfreiem Verlauf verstanden werden. Daher kann ein Analogsignal als glatte Funktion beschrieben werden und es lässt sich damit beispielsweise der zeitlich kontinuierliche Verlauf einer physikalischen Größe beschreiben, welche im vorliegenden Zusammenhang beispielsweise das Pulssignal bzw. die Pulswelle ist. Der Wertebereich eines Analogsignals wird als Dynamikumfang bezeichnet, was in allgemein technischen, physikalischen oder mathematischen Zusammenhängen den Quotienten auf das Maximum und Minimum einer physikalischen Größe oder Funktion bezeichnet. So kann auch mit dem vorliegend erläuterten Messaufnehmer eine Dynamik des Pulses gemessen werden.
Im Gegensatz zum analogen Signal beschreibt im vorliegenden Zusammenhang ein „digitales Signal“ vorzugsweise ein Signal, welches durch diskrete Werte repräsentiert wird und eine zeitliche Entwicklung beschreibt. Das digitale Signal kann aus einem analogen Signal gebildet werden, welches den zeitlich-kontinuierlichen Verlauf einer physikalischen Größe beschreibt. Die Umwandlung eines Analogsignals in ein Digitalsignal kann durch Quantisierung und Abtastung geschehen, welche zu definierten Zeitpunkten erfolgt. Digitale Werte sind üblicherweise als Binärzahlen kodiert. Ihre Quantisierung wird somit in Bits angegeben. So kann das von der Ansteuereinheit ausgegebene analoge Signal beispielsweise auch in ein digitales Signal umgewandelt werden, wenn sich dieses zur weiteren Verarbeitung besser eignet als das analoge Signal.
Insbesondere ist es auch denkbar, dass ein digitales Signal in der Ansteuereinheit wieder analogisiert wird oder dass die Ansteuerung der Lichtquelle durch digitale Impulse erfolgt, die derart schnell sind, dass durch die Trägheit der Lichtquelle bzw. der das von der Lichtquelle ausgesandte Messignal aufnehmenden Kamera ein analoges Signal dargestellt ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Ansteuereinheit die Lichtquelle zur Ausgabe eines der Messung im Rahmen einer vorgegebenen Messgenauigkeit folgendes Messsignal ansteuert bzw. ansteuern kann, da auf diese Weise sowohl eine digitale als auch analoge Ansteuerung möglich ist, die dann als analoges Messsignal von der Kamera oder einem sonstigen optischen Empfänger aufgenommen werden kann.
Um das Messsignal zu verbessern, kann insbesondere eine Signalaufbereitung erfolgen, wobei die Ansteuereinheit beispielsweise einen Filter zum Herausfiltern unerwünschter Frequenzen des Pulses bzw. der optisch messbaren, dynamischen Größe umfasst. Unerwünschte Frequenzen, die herausgefiltert werden sollen, können beispielsweise regelmäßig wiederkehrende außergewöhnlich hohe Signalspitzen sein, die sehr unwahrscheinlich von der dynamischen Größe selber stammen können und beispielsweise irgendwelche äußeren Störsignale sind, die beispielsweise nichts mit dem Puls oder einer anderen optisch zu messenden Größe zu tun haben. Ebenso können sehr hochfrequente Signale herausgefiltert werden, wenn entsprechende Frequenzen an sich für eine nachfolgend durchzuführende Auswertung des Messergebnisses irrelevant sind.
Es versteht sich, dass neben einer frequenzbasierten Filterung der Filter auch bestimmte Phasen oder Amplituden aus dem Signal, welches der optische Sensor der Ansteuereinheit bereitstellt, herausfiltern kann. Insofern kann bereits der optische Sensor in gewisser Weise filternd wirken, da - naturgemäß - bereits eigene Eigenschaften des Signales, welches der optische Sensor aufnimmt, durch den optischen Sensor nicht an die Ansteuereinheit weitergegeben werden können. Vorliegend wird jedoch hinsichtlich des Filters der Ansteuereinheit vorzugsweise von einer elektrischen, elektronischen oder sogar signalverarbeitenden Filters gesprochen, mit welchem gezielt auf das von dem optischen Sensor zu der Ansteuereinheit gesandte Signal entsprechend eingewirkt wird.
Die Ansteuereinheit kann vorzugsweise kumulativ bzw. alternativ einen Verstärker umfassen. Das Signal kann dann über die Lichtquelle intensiviert werden, sodass eine Kamera oder eine andere optische Messeinrichtung dieses besser erfassen kann. Da jeder Mensch individuell ist, kann auch die Messung individuell gut durchgeführt werden. So könnte der Puls vom optischen Sensor von Mensch zu Mensch unterschiedlich gut gemessen werden, weil beispielsweise die Blutbewegungen nicht so gut erfasst werden können. Damit das möglichst schwache gemessene Signal dann jedoch möglichst fehlerfrei und genau weitergeleitet wird, um von der Kamera erfasst zu werden, kann dieses Signal verstärkt werden. Das Verstärken eines Signals im generellen ist aus dem Stand der Technik allgemeinen bekannt.
Unter einem „Verstärker“ kann im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine elektronische Baugruppe mit mindestens einem aktiven Bauelement verstanden werden, welche ein eingehendes analoges Signal so verarbeitet, dass die Ausgangsgröße größer wird als die Eingangsgröße. Dabei muss der Ausgang meist mehr Leistung abgeben können, als der Eingang aufnimmt. Die zusätzliche Leistung wird vorzugsweise der Energiequelle entnommen, also beispielsweise einer Batterie oder einem Netzteil. Wesentliches Kennzeichen ist in der Regel die Linearität, wobei diese, wie bereits vorstehend erläutert, vorliegend nicht so von wesentlicher Bedeutung ist, da es auf die Weitergabe der Dynamik ankommt.
Vorteilhafterweise umfasst die Ansteuereinheit eine Signalverarbeitung, um Artefakte oder auch typische Fehler der optischen messbaren, dynamischen Größe, wie beispielsweise einzelne Pulse, die übersprungen werden, bereits bereinigen zu können. Die Signalverarbeitung kann hierbei als zusätzliches Mittel dienen, um das Signal zu verbessern, sodass insgesamt wesentlich genauer der Puls dann als Messsignal ausgegeben und von der Kamera oder einem sonstigen optischen Empfänger gemessen werden kann.
Unter dem Begriff „Signalverarbeitung“ können im vorliegenden Zusammenhang alle Bearbeitungsschritte zusammengefasst verstanden werden, die das Ziel haben, Informationen aus einem empfangenen bzw. gemessenen Signal zu extrahieren oder Informationen für die Übertragung von einer Informationsquelle, also hier der optische Sensor, zu einem Informationsverbraucher, hier also die Kamera oder ein sonstiger optischer Empfänger, vorzubereiten. Im vorliegenden Fall bereitet die Signalverarbeitung also vorzugsweise das gemessene Signal zur Messung des Pulses für die entsprechende Übertragung vor. Die zur Signalverarbeitung notwendigen Komponenten können dabei beispielsweise in einer Hülle eines Mobiltelefons oder in einem Gehäuse des Messaufnehmers angeordnet sein. Insbesondere können die notwendigen Komponenten in der Ansteuereinheit und/oder in der Ausgabeeinheit bzw. durch Komponenten, in welchen die Ansteuereinheit bzw. die Ausgabeeinheit dargestellt sind, ebenfalls dargestellt sein.
Es kann zwischen digitaler und analoger Signalverarbeitung unterschieden werden. Somit können in der vorliegenden Erfindung durch die Signalverarbeitung Fehler sowohl von analogen als auch von digitalen Signalen bereinigt werden. Insbesondere eine digitale Signalverarbeitung ist von Vorteil, da hier bereits sehr tiefe Eingriffe in das Signal vorgenommen werden, die dann nicht mehr von der Recheneinheit durchgeführt werden müssen. Derartig einschneidende Eingriffe erscheinen jedoch dann wirklich sinnvoll, wenn letztlich die Art der am Ende durchzuführenden Auswertung in gewissen Grenzen bekannt ist. Auch bedeutet eine digitale Signalverarbeitung in der Regel, dass durch eine ausreichende Nachbearbeitung aus den digitalen Signalen wieder ein analoges oder quasi-analoges, also für die nachfolgenden Kamera, optische Erfassungen und Recheneinheiten, wie diese beispielsweise in Mobiltelefonen, Tabletts, Laptops oder sonstigen auch für Privatpersonen unmittelbar nutzbaren Computern zu finden sind, erfassbares Signal generiert werden muss bzw. sollte, wie dieses bereits vorstehend als vorteilhaft erläutert wurde.
Insoweit versteht es sich, dass insbesondere der Filter, der Verstärker bzw. die Signalverarbeitung, Teile derselben und/oder Funktionen derselben analog oder digital bzw. informationstechnisch umgesetzt sein können. Letztere beiden werden in der Regel eine Analogisierung bzw. Quasi-Analogisierung bei der Erzeugung des Messsignals bzw. bei der Ansteuerung der Lichtquelle bedingen, es sei denn, die über digitale bzw. informationstechnische Verfahrensschritte gewonnenen Ergebnisse werden zur Ansteuerung analoger Elektronikbaugruppen oder analoger elektrischer Baugruppen, wie beispielsweise analoger variabler Filter oder analoger Operationsverstärker genutzt.
Je nach konkreter Umsetzung können die Ausgabeeinheit und die Ansteuereinheit entsprechend analog oder digital bzw. informationstechnisch umgesetzt sein. Auch hier sind Kombinationen hiervon möglich. Ebenso ist es denkbar, dass die Ausgabeeinheit und die Ansteuereinheit gemeinsame Baugruppen bzw. informationstechnische Funktionalitäten teilen, dass die Ausgabeeinheit Teile der Ansteuereinheit oder die gesamte Ansteuereinheit umfasst bzw. dass die Ansteuereinheit Teile der Ausgabeeinheit oder die gesamte Ausgabeeinheit umfasst.
Es ist von Vorteil, wenn der Messaufnehmer eine IR-Lichtquelle zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor aufweist. Eine IR-Lichtquelle als Baugruppe des Messaufnehmers ermöglicht unter bestimmten Umständen ein präzises Messen, da Einflüsse von sichtbaren Licht minimiert und die Eindringtiefe längerer Wellenlänge größer ist, was beispielsweise zum Durchleuchten von Körperteile, wie dieses u.a. für Pulsmessungen umgesetzt wird, von Vorteil ist.
Es ist kumulativ bzw. alternativ vorteilhaft, wenn der Messaufnehmer als Ohrclip oder als Finger-Auflage-Sensor ausgebildet ist bzw. eine derartige Anordnung umfasst, da in diesem Fall eine an sich bekannte Gerätschaft zum Aufnehmen der Messung verwendet wird, die eine einfache Bedienbarkeit bei sehr präziser Messung ermöglicht. Der vorliegende Messaufnehmer kann somit auf bereits bekannte Vorrichtungen zum Messen des Pulses zurückgreifen. Auch weitere, vorstehend nicht genannte und bekannte Gerätschaften zur Pulsmessung könnten in bzw. mit dem Messaufnehmer zur Anwendung kommen.
Vorteilhafterweise umfasst die Energiequelle eine Batterie, wodurch möglichst einfach und in bekannter Weise umzusetzende Energieversorgung bereitgestellt werden kann und zudem die Energiequelle nicht von der Verbindung zu einem Netzteil abhängig ist. Besonders vorteilhaft könnte auch die Verwendung eines Akkus als Energiequelle sein bzw. die Energiequelle kumulativ bzw. alternativ einen Akku umfassen, der im Gegensatz zu einer Batterie wieder aufladbare Eigenschaften aufweist.
Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann die Energiequelle auch eine Induktionsladeeinrichtung umfassen, durch welche ebenfalls einfach und in bekannter Weise umzusetzende Energieversorgung bereitgestellt werden kann. Insbesondere beim Einsatz des Messaufnehmers mit einem Mobiltelefon, erweist sich diese Energiequelle als sehr vorteilhaft, da die Akkus von Mobiltelefonen in der Regel auch induktiv aufladbar sind und somit auch direkt über eine Induktionsladeeinrichtung verfügen. Hier kann ggf. eine entsprechende Kopplung erfolgen. Auch können dann bereits vorhandene Ladestationen auch für den vorliegend erläuterten Messaufnehmer genutzt werden.
Um denselben Vorteil zu erzielen, kann die Energiequelle kumulativ bzw. alternativ hierzu eine Licht-Ladeeinrichtung umfassen. Es versteht sich, dass hierbei sämtliche Möglichkeiten, Licht in Storm umzuwandeln, eingesetzt werden können, wie beispielsweise durch Fotovoltaik oder Fotozellen. Dieses ermöglicht eine regenerative Energieversorgung des Messaufnehmers unabhängig von weiteren Energiequellen.
Es versteht sich, dass die Energiequelle insbesondere Kombinationen der vorgenannten konkreten Energieversorgungsmöglichkeiten umfassen kann.
Um die Messung und Auswertung einer optischen messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, über eine Kamera umfassenden Recheneinheit, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, möglichst zuverlässig zu ermöglichen, kann ein System zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe mit einer eine Kamera umfassenden Recheneinheit sowie mit einem vorliegend beschriebenen Messaufnehmer eingesetzt werden.
Hierbei umfasst vorliegend der Begriff „Kamera“ insbesondere jeden optischen Empfänger, der in der Lage ist, das Licht bzw. die elektromagnetische Strahlung, welche von der Lichtquelle der Ausgabeeinheit ausgestrahlt wird, zu erfassen. Insofern können diesbezüglich beispielsweise Fotozellen oder Fotodioden oder ähnliches zum Einsatz kommen. Hierbei ist es insbesondere von Vorteil, wenn die Kamera, also ggf. die Fotozelle bzw. die Fotodiode bereits Teil der Recheneinheit ist, so dass diesbezüglich auf bereits vorhandene Komponenten zurückgegriffen werden kann. Insbesondere schließt der Begriff „Kamera“ Kameras im engeren Sinne ein, wie diese insbesondere an Mobiltelefonen, smart watches, Tabletts, Laptops oder sonstigen Computern bzw. sogar an Spielekonsolen und ähnlichem verbaut sind bzw. wie diese mit derartigen Einrichtungen einfach über herkömmliche Schnittstellen zu koppeln sind.
Insofern bezeichnet vorliegend der Begriff, dass die Recheneinheit eine Kamera umfasst, auch die Situationen, in welchen eine externe Kamera über eine elektronische Schnittstelle mit der Recheneinheit verbunden ist.
Vorzugsweise ist durch das Mess- und Auswertesystem die optisch messbare Größe, also insbesondere der Puls, über die Kamera messbar. Dieses kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass die Kamera auf die Größe bzw. auf den Körper, welcher die optisch messbare Größe trägt, gerichtet wird und durch die Recheneinheit dann eine entsprechende Messung initialisiert wird, welche dann durch die Recheneinheit entsprechend ausgewertet wird bzw. werden kann.
Zwar erscheint es zunächst widersinnig, wenn die optisch messbare Größe bereits über die Kamera messbar ist, dann noch den vorliegend beschriebenen Messaufnehmer zu verwenden. Durch den Messaufnehmer, der für seine Messaufgabe, das Messen beispielsweise eines Pulses oder einer sonstigen optisch messbaren Größe, optimiert ausgebildet sein kann, indem dieser beispielsweise einen an sich bekannten Pulssensor umfasst, indem beispielsweise eine zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor geeignete Lichtquelle auch in an sich bekannter bzw. geeigneter Weise in räumlicher Beziehung zu dem optischen Sensor angeordnet ist bzw. indem der optische Sensor für seine Messaufgabe optimiert ist, kann die Zuverlässigkeit der Messung maximiert werden, da die Messungen nicht mit Einrichtungen, also mit einer Kamera bzw. einer Lichtquelle, durchgeführt werden, die an sich für ganz andere Zwecke optimiert sind.
Ggf. können für die Messung durch die Recheneinheit noch ergänzende Maßnahmen, wie beispielsweise eine Zusatzbeleuchtung, bereitgestellt bzw. initialisiert werden. Im Konkreten kann dieses beispielsweise das Einschalten eines Leuchtmittels, wie beispielsweise einer auch als Blitzlicht verwendbaren Leuchtdiode oder einer sonstigen elektrisch mit der Recheneinheit verbindbare bzw. über die Recheneinheit ansteuerbare Lichtquelle, sein. Das reflektierte Licht, das durchscheinende Licht oder das in Reaktion auf diese Beleuchtung ausgesandte Licht des die optisch messbare Größe aufweisenden Körpers kann dann von der Kamera entsprechend erfasst werden.
Eine Kamera ist beispielsweise mittlerweile in den meisten Smartphones bzw. Mobiltelefonen integriert, sodass denkbar ist, dass beispielsweise ein System verwendet werden kann, das ein Mobiltelefon umfasst. Ein solches System könnte beispielsweise ein Mobiltelefon mit einer entsprechenden Hülle bilden. Eine Hülle könnte dann den Messaufnehmer beinhalten, während die Kamera durch das Mobiltelefon bereitgestellt wird. Andererseits sind auch andere Bauformen für den Messaufnehmer denkbar. Insbesondere kann ggf. auch eine als Blitzlicht verwendbare Leuchtdiode oder eine ähnliches Leuchtmittel des Mobiltelefons als Lichtquelle für eine Photozelle oder ähnliches der Energiequelle des Messaufnehmers genutzt werden.
Um die Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, über eine Kamera umfassenden Recheneinheit, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, möglichst zuverlässig zu ermöglichen, kann sich ein Verfahren zur Messung und Auswertung eines Pulses, wobei die Auswertung mittels einer eine Kamera umfassenden Recheneinheit erfolgt, dadurch auszeichnen, dass der Puls mittels eines von der Recheneinheit separaten Messaufnehmers gemessen und über eine optische Schnittstelle aus der Kamera der Recheneinheit einerseits und aus einer Lichtquelle des Messaufnehmers andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer zu der Recheneinheit ausgegeben wird.
Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann sich, um die Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, insbesondere eines Pulses, mittels einer eine Kamera umfassenden Recheneinheit, beispielsweise eines Mobiltelefons, möglichst zuverlässig zu ermöglichen, ein Verfahren zur Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, wobei die Auswertung mittels der die Kamera umfassenden Recheneinheit erfolgt, dadurch auszeichnen, dass die dynamische Größe mittels eines von der Recheneinheit separaten Messaufnehmers gemessen und über eine optische Schnittstelle aus der Kamera der Recheneinheit einerseits und aus einer Lichtquelle des Messaufnehmers andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer zu der Recheneinheit ausgegeben wird.
Unter einer „Recheneinheit“ kann im vorliegenden Zusammenhang vorzugsweise ein Gerät verstanden werden, das mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeitet. Somit könnte eine Recheneinheit beispielsweise ein Computer, ein Laptop, ein Tablet-PC, eine Smartwatch oder ein Smartphone bzw. ein Mobiltelefon sein. Es versteht sich, dass auch andere vorstehend nicht genannte Recheneinheiten entsprechend eingesetzt werden können.
Bei Mobiltelefonen oder Tabletts, welche mit einer Kamera ausgestattet sind, wird zusätzlich fast immer auch eine Lichtquelle eingesetzt, die auf der Seite des Mobiltelefons angeordnet ist, auf welcher auch die Kamera angeordnet ist. Diese Lichtquelle dient dann beispielsweise als Blitzlicht oder kann beispielsweise auch als Taschenlampe verwendet werden. Eine derartige Lichtquelle kann entsprechend als LED ausgebildet sein.
Es ist von Vorteil, wenn die Schnittstelle IR-Licht nutzt. Dieses ist für Menschen unsichtbar, sodass keine oder nur geringe Störung zu erwarten ist. Gängige Kameras, die mit Recheneinheiten verbunden werden können oder in diesen verbaut sind, können IR-Licht trotzdem erfassen.
Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann die Schnittstelle wenigstens eine LED als Lichtquelle nutzen, da eine LED baulich einfach zu integrieren ist und zudem äußerst energieeffizient arbeitet.
Vorzugsweise gibt die Lichtquelle ein im Rahmen der Messgenauigkeit der Kamera oder der Recheneinheit analoges Messsignal aus. Hierbei ist letztlich die schlechteste Genauigkeit dieser beiden Einheiten maßgeblich, da die Genauigkeit an sich wie ein Filter für über der Genauigkeitsgrenze liegende Ereignisse wirkt. Weist beispielsweise die Kamera eine gewisse Trägheit auf, so erscheint ein hochfrequentes Blitzen der Lichtquelle in dem von der Kamera ausgegeben Bild als gleichförmig, wenn durch die Blitzfrequenz die Aufnahmegeschwindigkeit der Kamera in ausreichendem Maße überschritten wird. Insofern kann durch den Messwertaufnehmer durchaus eine digitale Signalaufbereitung oder -verarbeitung und eine Ausgabe eines getakteten Messsignals durch eine von der Ansteuereinheit oder ggf. auch auf anderer Weise angesteuerte Lichtquelle erfolgen, die dann zumindest als quasi-analoges Messsignal von der Kamera angesehen wird. Ansonsten kann das Messsignal natürlich auch analog durchgeleitet bzw. analog aufbereitet werden, auch wenn ggf. durch digitale Parameter, beispielsweise durch digitale Ansteuerung eines Eingangs eines im Übrigen analogen Operationsverstärkers, digital auf das Signal bzw. Ausgabe des Messsignals eingewirkt wird.
Insbesondere kann die Lichtquelle ein der Messung im Rahmen einer vorgegebenen Messgenauigkeit folgendes Messsignal ausgeben. Hierdurch verbleiben Freiheiten in der Ausgabe des Messsignals, da dieses dann lediglich im Rahmen der vorgegebenen Messgenauigkeit der Dynamik der optischen messbaren Größe bzw. des Pulses folgen muss. Insoweit wird die vorgegebene Messgenauigkeit vorzugsweise an die Genauigkeit der vorgesehenen Auswertung angepasst. Insoweit das ausgegebene Messsignal im Rahmen der vorgegebenen Messgenauigkeit der Dynamik folgt, spielt es letztlich keine Rolle, ob das Messsignal analog oder digital ausgegeben wird, da dann innerhalb der Messgenauigkeit die Kamera bzw. die Recheneinheit zwischen den unterschiedlichen Ausgestaltungen des Messsignals nicht unterscheidet oder da dann die Auswertung etwaige Unterschiede nicht berücksichtigt bzw. nicht zu berücksichtigen braucht.
Es ist vorteilhaft, wenn in dem Messaufnehmer die gemessene dynamische Größe bis zur Ausgabe als Messsignal gefiltert wird. Hierdurch kann eine erste Signalaufbereitung zur Verbesserung des Messsignals erfolgen. Beispielsweise können hierbei unerwünschte Frequenzen herausgefiltert werden. Diese können sich beispielsweise durch stark ausreißende Amplituden äußern, also Amplituden, die ungewöhnlich stark von den anderen Amplituden einer gemessenen Pulswelle oder einer anderen dynamischen Größe abweichen. Diese stammen dann mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht von den Blutbewegungen selbst sondern können als Artefakte abgetan werden, sodass ein Herausfiltern dieser das Messsignal und somit auch die Messsignalqualität verbessern kann. Selbiges kann für sehr hochfrequente Anteile gelten, die letztlich für die durchzuführende Messung und Auswertung uninteressant sein können.
Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann in dem Messaufnehmer die gemessene dynamische Größe bis zur Ausgabe als Messsignal verstärkt werden, um das Signal dann über die Lichtquelle intensivieren zu können, sodass eine Kamera das Signal besser erfassen kann. Damit ein möglicherweise nur schwach messbares Signal dann jedoch möglichst fehlerfrei und genau weitergeleitet wird, wenn es von der Kamera erfasst wird, kann dieses Signal verstärkt werden.
Kumulativ bzw. alternativ hierzu kann in dem Messaufnehmer die gemessene dynamische Größe bis zur Ausgabe als Messsignal verarbeitet werden. Artefakte oder auch typische Fehler der optisch messbaren, dynamischen Größe, wie bspw. einzelne Pulse, die übersprungen werden, können auf diese Weise bereits bereinigt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die optisch messbare Größe bzw. der Puls über die Kamera messbar sein, sodass an sich eine Messung auch über die Kamera bzw. ein die Recheneinheit umfassendes Gerät erfolgen könnte. An sich erscheint dann die Verwendung eines separaten Messaufnehmers widersinnig, da die entsprechende Messung ja durch die Recheneinheit bzw. unter Verwendung der Kamera durchgeführt werden könnten. Andererseits sind die Recheneinheit bzw. die Kamera bzw. die entsprechenden Gerätschaften, welche diese beinhalten, in der Regel nicht für derartige Messungen ausgelegt, so dass der Messaufnehmer auf diese Messungen spezialisiert werden kann, solange er über die Lichtquelle ein Messsignal für die Kamera zur Verfügung stelle, dass entsprechend optimiert bzw. für die Kamera gut erfassbar ausgebildet sein kann.
Unter einem „analogen Signal“ kann im vorliegenden Zusammenhang im Rahmen der Signaltheorie eine Form eines Signals mit stufenlosem und unterbrechungsfreiem Verlauf verstanden werden, wie es auch beim Aufzeichnen eines menschlichen Pulses zu erwarten ist. Daher kann ein Analogsignal in der Regel als glatte Funktion beschrieben werden, und es lässt sich damit beispielsweise der zeitlich kontinuierliche Verlauf einer physikalischen Größe beschreiben, welche im vorliegenden Zusammenhang das Pulssignal bzw. die Pulswelle ist. Der Wertebereich eines Analogsignals wird als Dynamikumfang bezeichnet.
Im Gegensatz zum analogen Signal beschreibt im vorliegenden Zusammenhang ein „digitales Signal“ vorzugsweise ein Signal, welches durch diskrete Werte repräsentiert wird und eine zeitliche Entwicklung beschreibt. Ein gemessener Puls kann auch als digitales Signal vorliegen, insbesondere wenn die Messung bereits digital erfolgt.
Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:

1 ein herkömmliches Mobiltelefon mit einer zugehörigen Klapptasche, in welche ein erster Messaufnehmer integriert ist;
2 das Mobiltelefon nach 1 in einer von der Klapptasche getrennten Anordnung;
3 einen zweiten, als Fingerpulsmesseinrichtung bzw. Finger-Auflage-Sensor ausgestalteten Messaufnehmer und ein herkömmliches Mobiltelefon mit als Blitzlicht nutzbarer LED; und
4 einen dritten, als Ohrclip ausgestalteten Messaufnehmer mit einer mit einer Recheneinheit verbundenen Kamera.

In einem ersten Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 umfasst ein Messaufnehmer 10 einen optischen Sensor 20, der zur Messung eines Pulses dient, eine Energiequelle 30 und eine Ausgabeeinheit 40. Der optische Sensor 20 ist hierbei als Pulssensor 21 zur Messung des Pulses ausgebildet.
Die Ausgabeeinheit 40 umfasst eine Lichtquelle 41 zur Ausgabe eines optischen Signals. Zudem umfasst der Messaufnehmer 10 eine mit dem optischen Sensor 20 verbundene Ansteuereinheit 50. Die Ansteuereinheit 50 kann die Lichtquelle 41 mit der Dynamik ansteuern, welche auch von dem optischen Sensor 20 gemessen wird, um ein Messsignal auszugeben, das der Messung des Pulses entspricht.
Zudem kann der optische Sensor 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels naturgemäß eine andere optisch entsprechend messbare, dynamische Größe messen. Ggf. kann hierzu der optische Sensor 20 gerade nicht als Pulssensor 21 sondern als für die Messung dieser Größe geeigneter Sensor optimiert sein. Hierbei steuert dann die Ansteuereinheit 50 die Lichtquelle 41 mit der Dynamik an, die vom optischen Sensor 20 gemessen wurde, um das der Messung der dynamischen Größe entsprechende Messsignal auszugeben.
Darüber hinaus umfasst die Ansteuereinheit 50 einen Filter 51 zum Herausfiltern unerwünschter Frequenzen des Pulses bzw. der optisch messbaren, dynamischen Größe. Hierdurch erfolgt eine erste Signalaufbereitung zur Verbesserung des Messsignals.
Auch umfasst die Ansteuereinheit 50 einen Verstärker 52, durch welchen das Signal über die Lichtquelle 41 intensiviert wird, sodass eine Kamera 71 das Signal besser erfassen kann.
Zusätzlich ist eine Signalverarbeitung 53 Teil der Ansteuereinheit 50, wodurch Artefakte oder auch typische Fehler der optisch messbaren, dynamischen Größe, wie beispielsweise einzelne Pulse, die übersprungen werden, bereits bereinigt werden können.
Der Messaufnehmer 10 bzw. dessen Pulssensor 21 weisen auch eine IR-Lichtquelle 22 zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor 20 auf. Dieser sorgt für ein präzises Messen, da ein definiertes Lichtsignal dem optischen Sensor 20 zur Verfügung gestellt wird, welches beispielsweise Körperteile durchleuchten kann, sodass das durchscheinende Licht oder ein ansonsten hierdurch zurückgegebenes Licht dann von dem optischen Sensor 20 detektiert werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Messaufnehmer 10 bzw. der Pulssensor 21 als Finger-Auflage-Sensor 12 ausgebildet, um eine einfache Bedienbarkeit und eine präzise Messung mit an sich bekannten Gerätschaften zu ermöglichen.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel bildet ein Mess- und Auswertesystem 70 zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe und umfasst dabei den Messaufnehmer 10 sowie eine Recheneinheit 72. Die Recheneinheit 72 des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist als Mobiltelefon 73 ausgebildet, welches die Kamera 71 umfasst, über welche die optisch messbare Größe messbar ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Mobiltelefon 73 in einer zugehörigen Klapptasche 13 angeordnet bzw. anordenbar, wie es in der 1 dargestellt ist. Die 2 zeigt hierbei die Anordnung des Mobiltelefons 73 außerhalb der Klapptasche 13.
Die Energiequelle 30 des Messaufnehmers 10 umfasst einen Akku 31, wodurch eine einfach und in bekannter Weise umzusetzende Energieversorgung bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus umfasst die Energiequelle 30 außerdem eine Induktionsladereinrichtung 32, um den Akku 31 ggf. wieder aufzuladen.
Die Messung und Auswertung eines Pulses erfolgt u.a. über die Recheneinheit 72, welche die Kamera 71 umfasst. Dabei wird der Puls mittels des Messaufnehmers 10 gemessen und über eine optische Schnittstelle 80 aus der Kamera 71 der Recheneinheit 72 einerseits und der Lichtquelle 41 des Messaufnehmers 10 andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer 10 zu der Recheneinheit 72 ausgegeben. Entsprechend werden auch die dynamische Größe mittels eines von der Recheneinheit 72 separaten Messaufnehmers 10 gemessen und über die optische Schnittstelle 80 der Kamera 71 der Recheneinheit 72 einerseits und der Lichtquelle 41 des Messaufnehmers 10 andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer 10 zu der Recheneinheit 72 ausgegeben.
Die Schnittstelle 80 nutzt hierbei IR-Licht, da dieses für den Menschen unsichtbar ist, sodass keine bzw. nur geringe Störung zu erwarten ist, wobei die Frequenz derart gewählt ist, dass gängige Kameras dieses noch erfassen trotzdem aufnehmen. Hierbei wird konkret eine LED als Lichtquelle 41 für die Schnittstelle 80 genutzt, da diese baulich einfach und energieeffizient ist.
Die Lichtquelle 41 gibt ein im Rahmen der Messgenauigkeit der Kamera 71 oder der Recheneinheit 72 analoges Messsignal aus. Dieses ermöglicht, je nach konkreter Umsetzung, eine digitale Auswertung und Analyse, aber es wird dann zumindest ein quasi-analoges Messsignal ausgegeben. Ansonsten kann das Messsignal natürlich auch analog durchgeleitet werden, auch wenn ggf. durch digitale Parameter, beispielsweise durch digitale Ansteuerung durch die Ansteuerung 50 eines Eingangs eines im Übrigen analogen Operationsverstärkers, digital auf das Signal bzw. zur Ausgabe des Messsignals eingewirkt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 3 ist ein zweiter Messaufnehmer 10 eines Mess- und Auswertesystems 70 ebenfalls derart ausgestaltet, dass dieser eine Lichtquelle 41 der Ausgabeeinheit 40, eine Ansteuereinheit 50, eine Energiequelle 30 sowie einen optischen Sensor 20 umfasst.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Energiequelle 30 als Licht-Ladeeinrichtung 33 ausgestaltet, wodurch Licht in Strom umgewandelt werden kann. Hier ist es denkbar, dass sämtliche Möglichkeiten eingesetzt werden können, um Licht in Strom umzuwandeln, wie beispielsweise Photovoltaik.
Außerdem ist der optische Sensor 20 als Pulssensor 21 ausgebildet, der gleichzeitig auch ein Finger-Auflage-Sensor 12 ist. Zudem verwendet der optische Sensor 20 eine IR-Lichtquelle 22 zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor 20.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Recheneinheit 72 ebenfalls als Mobiltelefon 73 ausgebildet, wobei neben der Kamera 71 auch an dem Mobiltelefon 73 eine als Blitzlicht nutzbare LED 74 der Recheneinheit 72 angeordnet ist. Letztere kann genutzt werden, um die Licht-Ladeeinrichtung 33 anzustrahlen und so dem Messaufnehmer 10 Energie zuzuführen. Ggf. kann ergänzend noch ein Akku 31 vorgesehen sein, um etwaige Dunkelphasen überbrücken zu können.
Über die als Blitzlicht nutzbare LED 74 der Recheneinheit 72 als Lichtquelle und die Kamera 71 könnte ggf. der Puls ebenfalls gemessen und dann in der Recheneinheit 72 ausgewertet werden. Andererseits sind LED 74 und Kamera 71 nicht optimal gegeneinander ausgerichtet, um einen Puls zu messen, was bei dem als Finger-Auflage-Sensor 12 ausgebildeten Pulssensors 21 der Fall ist, so dass eine optimierte Messung erfolgen kann. Entsprechende Messmöglichkeiten bestünden auch mit dem Mobiltelefon nach 1 und 2, insoweit dieses ebenfalls über eine entsprechende Lichtquelle verfügt. Hierbei können die Mobiltelefone 73 ggf. ausgetauscht werden, da die Messaufnehmer 10 entsprechend flexibel mit der jeweiligen Kamera 71 kommunizieren können.
Ein Mensch 60 kann somit seinen Finger 61 nutzen, um diesen auf den Finger-Auflage-Sensor 12 zu legen, der als Pulssensor 21 fungiert, sodass ein Mensch 60 somit über seinen Finger 61 den Puls messen kann. Ähnlich ist auch der Pulssensor 21 des in 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels zu nutzen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel nach 4 ist der Messaufnehmer 10 bzw. Pulssensor 21 als Ohrclip 11 ausgebildet. Der Ohrclip 11 kann an einem Ohr 62 eines Menschen 60 angeordnet werden, wobei optische Sensor 20 sowie die IR-Lichtquelle 22 zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor 20 des Messaufnehmers 10 in dem Bereich angeordnet sind, in welchem der Ohrclip 11 an dem Ohr 62 angebracht ist. Auf diese Weise kann in an sich bekannter Art der Puls sehr genau ermittelt werden.
Über eine Lichtquelle 41 der Ausgabeeinheit 40 wird das entsprechende Messsignal dann ausgegeben, wobei durch die Lichtquelle 41 und eine Kamera 71 eine optische Schnittstelle 80 gebildet ist, die eine Verbindung mit einer Recheneinheit 72 zur Messung und Auswertung ermöglicht.
Der Messaufnehmer 10 der erläuterten Ausführungsbeispiele kann insofern nicht nur bei einem Mobiltelefon 73 zum Messen des Pulses an einem menschlichen Finger 61, sondern auch beispielsweise an einem menschlichen Ohr 62 oder auch auf völlig andere Weise angewendet werden, solange die grundlegende beanspruchte Funktionsweise umgesetzt wird. Andererseits kann die Wechselwirkung des Messaufnehmers 10 über die Kamera 71 mit an sich jeder bekannten Recheneinheit 72, wie beispielsweise einem Laptop, Tablett oder sonstigem Computer, erfolgen, insoweit dort eine entsprechende Messung und Auswertung erfolgen kann. Insbesondere können bereits auf einer Recheneinheit 72 lauffähige Mess- und Auswerteprogramme weiterhin genutzt werden, insoweit der Messaufnehmer 10 über seine Ansteuereinheit 50 ein dem Puls in seiner Dynamik in ausreichendem Maße folgendes Messsignal über die Lichtquelle 40 der Ausgabeeinheit 40 ausgibt.
Bezugszeichenliste

10: Messaufnehmer
11: Ohrclip
12: Finger-Auflage-Sensor
13: Klapptasche für Mobiltelefon 73
20: optischer Sensor
21: Pulssensor
22: IR-Lichtquelle zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor 20
30: Energiequelle
31: Akku
32: Induktionsladeeinrichtung
33: Licht-Ladeeinrichtung
40: Ausgabeeinheit
41: Lichtquelle der Ausgabeeinheit 40
50: Ansteuereinheit
51: Filter
52: Verstärker
53: Signalverarbeitung
60: Mensch
61: Finger
62: Ohr
70: Mess- und Auswertesystem
71: Kamera
72: Recheneinheit
73: Mobiltelefon
74: als Blitzlicht nutzbare LED der Recheneinheit
80: optische Schnittstelle aus der Kamera 71 und der Lichtquelle 41

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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DE 102018124339 A1 [0003]
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EP 2265170 A1 [0004]
EP 2346387 A1 [0005]
EP 3432791 A1 [0005]
CN 106713751 A [0005]

Claims

Messaufnehmer (10) zum Messen eines Pulses mit einem optischen Sensor (20) zur Messung des Pulses, mit einer Energiequelle (30) und mit einer Ausgabeeinheit (40), welche ein der Messung des Pulses entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (40) eine Lichtquelle (41) zur Ausgabe eines optischen Signals und der Messaufnehmer (10) eine mit dem optischen Sensor (20) verbundene Ansteuereinheit (50) umfasst, welche zur Ausgabe des der Messung des Pulses entsprechenden Messsignals die Lichtquelle (41) mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik ansteuert bzw. ansteuern kann.
Messaufnehmer (10) zum Messen einer optisch messbaren, dynamischen Größe mit einem optischen Sensor (20) zur Messung der dynamischen Größe, mit einer Energiequelle (30) und mit einer Ausgabeeinheit (40), welche ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal ausgibt bzw. ausgeben kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (40) eine Lichtquelle (41) zur Ausgabe eines optischen Signals und der Messaufnehmer (10) eine mit dem optischen Sensor (20) verbundene Ansteuereinheit (50) umfasst, welche zur Ausgabe des der Messung der dynamischen Größe entsprechenden Messsignals die Lichtquelle (41) mit der von dem optischen Sensor gemessenen Dynamik ansteuert bzw. ansteuern kann.
Messaufnehmer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Sensor (20) Teil eines Pulssensors (21) ist.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (41) eine IR-Lichtquelle und/oder eine LED ist.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (50) die Lichtquelle (41) innerhalb einer vorgegebenen Messgenauigkeit zur Ausgabe eines analogen Signals ansteuert bzw. ansteuern kann.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (50) die Lichtquelle (41) zur Ausgabe eines der Messung im Rahmen einer vorgegebenen Messgenauigkeit folgendes Messsignal ansteuert bzw. ansteuern kann.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (50) einen Filter (51) zum Herausfiltern unerwünschter Frequenzen des Pulses bzw. der optisch messbaren, dynamischen Größe umfasst.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (50) einen Verstärker (52) umfasst.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (50) eine Signalverarbeitung (53) umfasst.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (10) eine IR-Lichtquelle (22) zur Wechselwirkung mit dem optischen Sensor (20) aufweist.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Messaufnehmer (10) als Ohrclip (11) oder als Finger-Auflage-Sensor (12) ausgebildet ist bzw. eine derartige Anordnung umfasst.
Messaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle (30) eine Batterie, einen Akku (31), eine Induktionsladeeinrichtung (32) und/oder eine Licht-Ladeeinrichtung (33) umfasst.
System (70) zur Messung und Auswertung eines Pulses bzw. einer optisch messbaren, dynamischen Größe mit einer eine Kamera (71) umfassenden Recheneinheit (72) sowie mit einem Messaufnehmer (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Mess- und Auswertesystem (70) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch messbare Größe über die Kamera (71) messbar ist.
Verfahren zur Messung und Auswertung eines Pulses, wobei die Auswertung mittels einer eine Kamera (71) umfassenden Recheneinheit (72) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der Puls mittels eines von der Recheneinheit (72) separaten Messaufnehmers (10) gemessen und über eine optische Schnittstelle (80) aus der Kamera (71) der Recheneinheit (72) einerseits und aus einer Lichtquelle (41) des Messaufnehmers (10) andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer (10) zu der Recheneinheit (72) ausgegeben wird.
Verfahren zur Messung und Auswertung einer optisch messbaren, dynamischen Größe, wobei die Auswertung mittels einer eine Kamera (71) umfassenden Recheneinheit (72) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Größe mittels eines von der Recheneinheit (72) separaten Messaufnehmers (10) gemessen und über eine optische Schnittstelle (80) aus der Kamera (71) der Recheneinheit (72) einerseits und aus einer Lichtquelle (41) des Messaufnehmers (10) andererseits ein der Messung der dynamischen Größe entsprechendes Messsignal von dem Messaufnehmer (10) zu der Recheneinheit (72) ausgegeben wird.
Mess- und Auswerteverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (80) IR-Licht und/oder wenigstens eine LED nutzt.
Mess- und Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (41) ein im Rahmen der Messgenauigkeit der Kamera (71) oder der Recheneinheit (72) analoges Messsignal ausgibt.
Mess- und Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (41) ein der Messung im Rahmen einer vorgegebenen Messgenauigkeit folgendes Messsignal ausgibt.
Mess- und Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messaufnehmer (10) die gemessene dynamische Größe bis zur Ausgabe als Messsignal gefiltert, verstärkt und/oder verarbeitet wird.
Mess- und Auswerteverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch messbare Größe bzw. der Puls über die Kamera (71) messbar ist.