DE10229849A1

DE10229849A1 - Herzratenmonitor und Herzratenmessverfahren

Info

Publication number: DE10229849A1
Application number: DE10229849A
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Takahashi; Wayne Baker; Hajime Shiogai; Shinji Koshino; Shintaro Mitsuhashi
Original assignee: Japan Precision Instruments Inc
Current assignee: Japan Precision Instruments Inc
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2003-02-06
Also published as: US6783501B2; JP2003033328A; US20030018274A1

Abstract

Es wird ein Herzratenmonitor (10) vorgeschlagen, umfassend ein Lichtaussendeelement (11), ein Lichtempfangselement (12) und eine CPU (14), wobei Licht vom Lichtaussendeelement (11) an Blut reflektiert bzw. durch Blut transmittiert wird, welches in einem Blutgefäß strömt, wobei das Lichtempfangselement (12) das reflektierte oder transmittierte Licht erfaßt, wobei die CPU (14) eine Veränderung des im Blutgefäß strömenden Blutstroms aus einer Veränderung der Intensität des vom Lichtempfangselement (12) erfaßten Lichts mißt, wobei die CPU (14) ferner eine Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus dem gemessenen Wert berechnet und die berechnete Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit einer Herzrate gleichsetzt, wobei das Lichtaussendeelement (11) und das Lichtempfangselement (12) dazu ausgelegt sind, an einem menschlichen Kopf mit einem Zwischenabstand zwischen 4 mm und 10 mm angebracht zu sein, und wobei mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, das vom Lichtaussendeelement (11) ausgesandt wird, an einer bzw. durch eine Subkutanarterie und/oder in der Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert und durch das Lichtempfangselement (12) erfaßt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Messung der Herzrate.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Herzratenmonitor zum Messen der Herzrate einer Versuchsperson, während sie läuft, joggt oder einen anderen Sport betreibt, während sie eine leichte Betätigung ausübt, oder auch während einer medizinischen Behandlung.
Der Begriff "Herzrate" hat in dieser Anmeldung die Bedeutung "Pulsereignisse pro Zeiteinheit".

Als Herzratenmeßverfahren kennt man ein Verfahren zur Erfassung eines elektrokardiographischen Signals mittels Elektroden, die in der Nähe des Herzens angebracht sind, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 60-116325 offenbart, ebenso ein Verfahren zur optischen Erfassung einer Pulsrate an einem Blutgefäß eines Lobus, wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 61-43057 offenbart, ferner ein Verfahren zur Erfassung von Druckpulsen durch mechanische Vibration bei einer Arterie nahe einer Körperoberfläche, wie in der US 4038976 offenbart, sowie ein Verfahren in Kombination mit einem Hämodynamometer, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 4-279146 offenbart.

Bei diesem Stand der Technik tauchen jedoch die folgenden Probleme auf:
Bei dem Verfahren zur Erfassung eines elektrokardiographischen Signals mittels Elektroden, die in einem Gebiet in der Nähe des Herzens angebracht werden, müssen diese Elektroden in Kontakt mit der Haut des Thorax der Versuchsperson befestigt werden, und daher wird üblicherweise ein Band mit elastischen Eigenschaften verwendet, welches um den Thorax gewickelt wird. Die Versuchsperson muß sich somit vorübergehend entkleiden, damit dieses Band an ihr angebracht werden kann, und das Band muß an der Brust festgezurrt werden, um ein Herabfallen zu verhindern, was häufig bei der Versuchsperson ein unangenehmes Druckgefühl auslöst, wenn das Band lange Zeit befestigt bleibt.

Ferner muß dann, wenn die Herzrate durch das am Thorax erfaßte elektrokardiographische Signal gemessen wird, zum Zweck der Bereitstellung des Signals für die Versuchsperson eine Anzeigeeinheit, beispielsweise am Handgelenk oder dergleichen, bereitgestellt werden, und ein Signal muß vom Thorax zum Handgelenk gesendet werden, beispielsweise mittels Funk.

Beim Verfahren zur optischen Erfassung einer Pulsrate bei einem Blutgefäß eines Lobus besteht dann, wenn die Versuchsperson eine schwere körperliche Betätigung ausübt oder beispielsweise rennt, die Möglichkeit eines Meßfehlers, wenn nämlich die Pulsrate unter dem Einfluß von Körpervibrationen optisch erfaßt wird. Wenn die Pulsrate an einem Blutgefäß gemessen wird, bei dem arteriovenöse Anastomose auftritt, führt diese arteriovenöse Anastomose zu einer Einstellung des Blutstroms basierend auf einer Korrelation zwischen der Außentemperatur und der Körperwärme, und somit wird der Blutstrom durch diese Einstellfunktion verringert, was die Messung in einigen Fällen erschwert.

Beim Verfahren zur Erfassung von Druckpulsen durch mechanische Vibration bei einer Arterie nahe einer Körperoberfläche haben Körpervibrationen einen größeren Einfluß als bei der oben genannten Methode der optischen Erfassung einer Pulsrate, und es besteht die Möglichkeit, daß insbesondere während einer körperlichen Betätigung oder Sport ein Meßfehler groß wird.

Beim Verfahren zur Durchführung der Erfassung in Kombination mit einem Hämodynamometer kann die Messung verhältnismäßig einfach erfolgen, da die Pulsrate durch ein optisches Verfahren oder dergleichen erfaßt wird, während ein Blutgefäß mit einer Manschette oder dergleichen zugedrückt wird. Dieses Zudrücken des Meßbereichs durch die Manschette oder dergleichen ist jedoch für die Versuchsperson während der Messung unangenehm.

Bei Blutdruckmessungen ist die Messung nach verhältnismäßig kurzer Zeit beendet, und das Zudrücken des Meßbereichs während dieser kurzen Zeit ist akzeptabel. Da Herzratenmessungen jedoch während einer langen Zeitdauer und zudem während einer körperlichen Betätigung erfolgen, ist dieses Zudrücken des Meßbereichs durch eine Manschette oder dergleichen nachteilig.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Herzratenmonitor bereitzustellen, der der Versuchsperson minimale Unannehmlichkeiten bereitet, bei körperlicher Betätigung wenig anfällig für Körpervibrationen ist und die Herzrate, d. h. die Pulshäufigkeit pro Zeiteinheit, genau messen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Herzratenmonitor, umfassend ein Lichtaussendeelement, ein Lichtempfangselement und eine CPU, wobei Licht vom Lichtaussendeelement an Blut reflektiert bzw. durch Blut transmittiert wird, welches in einem Blutgefäß strömt, wobei das Lichtempfangselement das reflektierte oder transmittierte Licht erfaßt, wobei die CPU eine Veränderung des im Blutgefäß strömenden Blutstroms aus einer Veränderung der Intensität des vom Lichtempfangselement erfaßten Lichts mißt, wobei die CPU ferner eine Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus dem gemessenen Wert berechnet und die berechnete Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit einer Herzrate gleichsetzt, wobei das Lichtaussendeelement und das Lichtempfangselement dazu ausgelegt sind, an einem menschlichen Kopf mit einem Zwischenabstand zwischen 4 mm und 10 mm angebracht zu sein, und wobei Licht mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, das vom Lichtaussendeelement ausgesandt wird, an einer bzw. durch eine Subkutanarterie und/oder in der Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert und durch das Lichtempfangselement erfaßt wird.

Beim erfindungsgemäßen Herzratenmonitor wird Licht an einem Blutgefäß und/oder an Blut reflektiert bzw. durch das Blutgefäß und/oder durch das Blut transmittiert, und anschließend erfaßt. Als Blutgefäß, bei dem die Herzrate gemessen wird, ist zwecks genauer Bestimmung der Herzrate eine dicke Arterie bevorzugt, bei der arteriovenöse Anastomose den Blutstrom nicht beeinträchtigt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors kann die Herzrate mit hoher Genauigkeit und mit minimaler Unannehmlichkeit für die Versuchsperson sowie mit minimaler Störung bei körperlicher Betätigung gemessen werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfaßt der Herzratenmonitor ferner eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen der berechneten Herzrate, wobei die Anzeigeeinheit die berechnete Herzrate mittels einer Anzeige, mittels Sprache, mittels Funk und/oder mittels Knochenleitung zu einer Meßperson und/oder zu einer Versuchsperson überträgt.

Vorzugsweise umfaßt der erfindungsgemäße Herzratenmonitor ferner eine Speichervorrichtung zum Speichern der gemessenen Herzrate.

In einer bevorzugten Weiterbildung umfaßt der erfindungsgemäße Herzratenmonitor ferner ein Kopfband zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers, wobei das Lichtaussendeelement, das Lichtempfangselement, die CPU und die Anzeigeeinheit an dem Kopfband angebracht sind.

In einer alternativen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße Herzratenmonitor ein Brillengestell zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers umfaßt, wobei das Lichtaussendeelement, das Lichtempfangselement, die CPU und die Anzeigeeinheit an dem Brillengestell angebracht sind.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der erfindungsgemäße Herzratenmonitor eine Sonnenblende zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers umfassen, wobei das Lichtaussendeelement, das Lichtempfangselement, die CPU und die Anzeigeeinheit an der Sonnenblende angebracht sind.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, daß der erfindungsgemäße Herzratenmonitor einen Behälter zum Einsetzen in eine Ohrmuschel eines menschlichen Körpers umfaßt, wobei das Lichtaussendeelement, das Lichtempfangselement, die CPU und die Anzeigeeinheit an dem Behälter befestigt sind.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Messen einer Herzrate, umfassend die Schritte:

- Anbringen eines Lichtaussendeelements und eines Lichtempfangselements an einem menschlichen Körper;
- Reflektieren oder Transmittieren von Licht, das durch das Lichtaussendeelement ausgesandt wird, an bzw. durch Blut, das in einem Blutgefäß strömt, und Erfassen des Lichts durch das Lichtempfangselement;
- Messen einer Veränderung im Blutstrom, der innerhalb des Blutgefäßes strömt, anhand einer Veränderung der Intensität des durch das Lichtempfangselement erfaßten Lichts;
- Berechnen einer Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus dem gemessenen Wert und Gleichsetzen der berechneten Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit mit der Herzrate,

wobei das Lichtaussendeelement und das Lichtempfangselement am Kopf des menschlichen Körpers mit einem Zwischenabstand zwischen 4 mm und 10 mm angebracht sind, und wobei Licht mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, das von dem Lichtaussendeelement ausgesandt wird, an oder durch eine Subkutanarterie und/oder in der Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert und von dem Lichtempfangselement erfaßt wird.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben werden.

Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht im Bereich der Oberfläche des Kopfs einer Versuchsperson;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors;
Fig. 3 eine Perspektivansicht eines Anbringungsbeispiels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Anbringungsbeispiels einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 5 eine Perspektivansicht eines Anbringungsbeispiels einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 6 eine Perspektivansicht eines Anbringungsbeispiels einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 7 eine Seitenansicht eines Anbringungsbeispiels einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Anbringungsbeispiels einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors bei einer Versuchsperson;
Fig. 9 ein Beispiel einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herzratenmonitors, die an einem Ohr der Versuchsperson angebracht ist; und
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht eines Ohrbereichs der Versuchsperson im Anbringungsbeispiel gemäß Fig. 9.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend erläutert werden. Allgemein ist jedoch zunächst für alle diese Ausführungsformen auf folgendes hinzuweisen:
Erfindungsgemäß wird zur Messung der Herzrate mit minimaler Unannehmlichkeit für die Versuchsperson und minimaler Beeinträchtigung bei körperlicher Betätigung Licht an einem oder durch ein Blutgefäß und/oder Blut reflektiert bzw. transmittiert und danach wird das Licht erfaßt. Um die Herzrate genau zu messen, sollte als Blutgefäß vorzugsweise eine dicke Arterie ausgewählt werden, bei der der Blutstrom nicht durch arteriovenöse Anastomose beeinträchtigt ist.
Allerdings sind beim menschlichen Körper dicke Arterien normalerweise nicht nahe der Körperoberfläche vorhanden. Selbst wenn Licht an der Körperoberfläche ausgesandt wird, ist es daher normalerweise schwierig, Licht zu messen, welches an einer bzw. durch eine nicht-zusammengedrückte Arterie reflektiert bzw. transmittiert wurde, um die genaue Herzrate zu bestimmen.
Während jedoch dicke Arterien normalerweise tief im menschlichen Körper vorhanden sind, verlaufen sie hingegen im Kopf verhältnismäßig nahe der Körperoberfläche. Daher kann man als Blutgefäß, bei dem die Herzrate gemessen wird, eine subkutane Arterie im Kopf des Menschen verwenden.
Insbesondere verlaufen dicke Arterien im Weichgewebe zwischen den Schädelknochen und der Haut, und unabhängig von der Physis der Versuchsperson ist in dem Weichgewebe weniger Fettgewebe vorhanden, welches die Messung beeinträchtigen könnte.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der Kopf der stabilste Punkte eines menschlichen Körpers bei körperlicher Tätigkeit oder bei sportlicher Betätigung, beispielsweise Laufen, ist. Dies schützt das Gehirn bei der Bewegung vor Stößen, und somit ist der Kopf auch der geeignetste Ort, um während einer Betätigung zuverlässig Daten bei einem menschlichen Körper zu erfassen.
Als weiterer Vorteil können funktionelle Teile zum Übertragen einer durch Weiterverarbeitung der gemessenen Daten erhaltenen Herzrate zur Versuchsperson infolge von Verbesserungen bei der Elektronik in Größe und Gewicht verringert werden. Da die erhaltene Herzrate mittels Licht oder Schall bzw. Sprache zu den Augen oder Ohren der Versuchsperson übertragen wird, kann der Herzratenmonitor dann, wenn die Daten am Kopf erfaßt werden, alle erforderlichen Komponenten integriert enthalten und somit hervorragend arbeiten.
Ferner wurde eine optimale Wellenlänge des Lichts des Lichtaussendeelements und ein optimaler Abstand zwischen dem Lichtaussendeelement und dem Lichtempfangselement festgestellt: Licht mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, vorzugsweise zwischen 950 nm und 1050 nm, kann den menschlichen Körper besonders günstig durchdringen und wird durch die Bewegung einer Arterie und den Blutstrom moduliert. Ferner sollte der Abstand zwischen dem Lichtaussendeelement und dem Lichtempfangselement 4 mm bis 10 mm betragen, vorzugsweise 7 mm bis 9 mm, womit das genannte modulierte Licht besonders gut erfaßt werden kann.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die oben genannten Zeichnungen erläutert werden:
Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht im Bereich der Oberfläche des Kopfs einer Versuchsperson.
Weichgewebe 2 befindet sich zwischen Schädelknochen 1 und der Haut 3, und im Weichgewebe verlaufen beispielsweise eine Arterie 4, wie z. B. eine Supraorbitalarterie, eine Vene 5 und Kapillargefäße 6. Ein Lichtaussendeelement 11 und ein Lichtempfangselement 12 sind an der Haut 3 angebracht. Blut strömt in der Arterie 4, der Vene 5 und dem Kapillargefäß 6, und die Arterie 4 pulsiert entsprechend der Herzrate.
Das Lichtaussendeelement 11 ist vorzugsweise eine Infrarot-LED oder dgl. und erzeugt Licht mit einer Wellenlänge von 900 nm bis 1200 nm, vorzugsweise 950 nm bis 1050 nm. Infrarotlicht mit dieser Wellenlänge wird im Körpergewebe kaum absorbiert, sondern durch das Weichgewebe 2 transmittiert und erreicht die Arterie 4 und dergleichen, wo es moduliert und reflektiert wird, so daß es durch das Lichtempfangselement 12 erfaßt werden kann. Vorzugsweise kann als Lichtempfangselement 12 ein Phototransistor oder dergleichen eingesetzt werden.
Das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 sind an der Haut 3 vorzugsweise mit einem Zwischenraum von 4 mm bis 10 mm, besonders bevorzugt mit einem Zwischenabstand von 7 mm bis 9 mm angebracht. Vorzugsweise sollte nämlich der Abstand zwischen beiden Elementen klein sein, um das vom Lichtaussendeelement 11 ausgesandte und an der Arterie 4 reflektierte Licht mittels des Lichtempfangselements 12 zu erfassen. Allerdings ist es schwierig, beide Elemente direkt über der Arterie 4 anzuordnen, oder sie in einem Zustand anzuordnen, in dem beide Elemente über der Arterie 4 gespreizt positioniert sind, und ferner weicht die genaue Position der Arterie 4 von Individuum zu Individuum geringfügig ab. Wenn daher das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 den genannten Abstand von 4 mm bis 10 mm aufweisen, vorzugsweise 7 mm bis 9 mm, kann das an der Arterie 4 reflektierte Licht zuverlässig empfangen werden. Vorzugsweise kann ferner die Zahl der Lichtempfangselemente auf zwei oder mehr erhöht werden, und sie können um das Lichtaussendeelement 11 als Zentrum herum angeordnet werden, um hierdurch das an der Arterie 4 reflektierte Licht effizient und stabil zu empfangen und eine vergleichende Verarbeitung von Signalen von einer Mehrzahl der Lichtempfangselemente durchzuführen, was eine Anordnung ergibt, bei der der Einfluß äußeren Lichts ausgeschaltet ist.
Insbesondere kann eine Arterie nahe einem äußeren Gehörgang als Plazierungsposition für das Lichtaussendelement 11 und das Lichtempfangselement 12 verwendet werden.
Dies führt zu einer Anordnung, bei der Licht in Richtung einer superfiziellen, d. h. oberflächennahen Temporalarterie (Schläfenarterie) ausgesandt wird, die in diesem Bereich verläuft, und das reflektierte oder das transmittierte Licht wird erfaßt. Man kann hierbei eine Gestaltung wählen, bei der das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 an der Seite der superfiziellen Temporalarterie im Außenohr angeordnet sind, wobei wie oben beschrieben ein Zwischenraum zwischen ihnen vorgesehen ist, oder aber eine Gestaltung wählen, bei der das Lichtaussendeelement 11 innerhalb des äußeren Gehörgangs und das Lichtempfangselement 12 jenseits der superfiziellen Temporalarterie angeordnet ist.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Herzratenmonitors 10.
Licht, das vom Lichtaussendeelement 11 erzeugt wird, wird an einer Arterie des menschlichen Körpers pulsmoduliert und reflektiert und vom Lichtempfangselement erfaßt, welches ein elektrisches Signal erzeugt. Das erhaltene elektrische Signal wird in einem Verstärker 13 in geeigneter Weise verstärkt und einer CPU 14 (central processing unit) zugeführt. Vorzugsweise leuchtet das Lichtaussendeelement 11 nicht ständig, sondern sendet Pulse aus, um elektrische Energie zu sparen, was die Lebenszeit einer Batterie des Herzratenmonitors 10 erhöht.
Die CPU 14 vergleicht ein dem Lichtaussendeelement 11 zugeführtes Signal mit dem vom Lichtempfangselement 12 erfaßten, modulierten elektrischen Signal, eliminiert dann Störfaktoren, wie z. B. Außenlicht, und bestimmt das Pulsieren einer Subkutanarterie und/oder eine Veränderung im Blutstrom in der Subkutanarterie. Anschließend berechnet die CPU 14 die Pulsrate bei der Änderung des Blutstroms pro Zeiteinheit aus der gemessenen Pulsrate und dergleichen, und dieses Ergebnis wird als Herzrate angesehen.
Ferner wandelt die CPU 14 die berechnete Herzrate in einen numerischen Wert um und überträgt ihn mittels einer Anzeigeeinheit zu der Versuchsperson und/oder einer Meßperson.
Als konkrete Übertragungsmethoden kann vorzugsweise die berechnete Herzrate der Versuchsperson oder einer anderen Person durch optisches Anzeigen auf einer Anzeige 15 zugeführt werden, durch Umwandeln der Herzrate in der numerischen Form in synthetische Sprache und Zuführen zu einem Ohrhörer oder Kopfhörer 16, durch Zuführen der Herzrate in der synthetischen Sprache zu einem Knochenleitungselement 17 und/oder dergleichen.
Erforderlichenfalls kann ferner eine Gestaltung gewählt werden, bei der die Herzratendaten von einer Übertragungseinrichtung 18 durch Funk oder dergleichen ausgesandt und von einem Empfänger bei der Meßperson empfangen werden.
Vorzugsweise ist die CPU 14 mit einer Datenspeichervorrichtung 19 versehen.
Mit dieser Gestaltung kann ein Herzratenmeßwert innerhalb einer gewünschten Zeitdauer vorübergehend in der Datenspeichervorrichtung 19 gespeichert werden. Durch Auslesen und Analysieren der vorübergehend gespeicherten Daten mittels eines Computers oder dergleichen können Daten bezüglich der Bewegungskapazität, der physischen Kondition und dergleichen im Hinblick auf die Versuchsperson erhalten werden, ohne durch die Meßzeit beschränkt zu sein.
Die Fig. 3 bis 7 zeigen Beispiele von Herzratenmonitoren 10 mit der genannten Gestaltung und Beispiele ihrer Anbringung an einer Versuchsperson.

Anbringungsbeispiel 1

Fig. 3 zeigt ein Beispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10, die Anzeige 15 und der Ohrhörer 16 an einem Kopfband 31 angebracht sind, welches um den Kopf eines Menschen gewickelt ist. Wenn bei diesem Beispiel der Herzratenmonitor 10 an der Stirn plaziert ist, kann als Arterie zur Erfassung der Herzrate eine Supraorbitalarterie oder dergleichen verwendet werden, und wenn er an einem Temporalbereich plaziert ist, kann eine superfizielle Temporalarterie, eine Zygoma- Orbitalarterie, d. h. eine Jochbogen-Orbitalarterie oder dergleichen benutzt werden.
Als Anzeige 15 kann eine Flüssigkristallanzeige oder dergleichen eingesetzt werden, allerdings kann bei Verwendung mit einer kopfbefestigten Anzeige vorzugsweise der angezeigte Zahlenwert der Versuchsperson als virtuelles Bild dargestellt werden, als ob es beispielsweise 50 cm vor ihr läge, während die Anzeige selbst tatsächlich nahe den Augen der Person angeordnet ist.
Im Beispiel gemäß Fig. 3 sind sowohl eine Anzeige 15 als auch ein Ohrhörer 16 vorgesehen, es kann jedoch auch eines dieser beiden Elemente alleine eingesetzt werden.

Anbringungsbeispiel 2

Fig. 4 zeigt ein Beispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10 und ein Knochenleitungselement 17 an dem Kopfband 31 angeordnet sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Das Knochenleitungselement 17 überträgt ein synthetisches Sprachsignal von der CPU 14 in Form von Vibrationen, und daher kann eine Versuchsperson die synthetische Sprache sogar dann hören, wenn um sie herum Lärm herrscht.
Bei dieser Gestaltung können sowohl der Herzratenmonitor 10 als auch das Knochenleitungselement 17 am Kopfband 31 plaziert sein, was eine einfache Gestaltung und eine leichte Handhabung ermöglicht.

Anbringungsbeispiel 3

Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10 und der Transmitter, d. h. die Übertragungseinrichtung 18, an dem Kopfband 31 plaziert sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist.
Der Transmitter 18 überträgt durch Funk ein Herzratensignal von der CPU zum Empfänger.
Der Herzratenmonitor 10 kann derart ausgebildet sein, daß das vom Empfänger empfangene Herzratensignal beispielsweise gespeichert, gedruckt, angezeigt und/oder analysiert wird. Um der Versuchsperson die Daten mitzuteilen, ist eine Gestaltung mit einer optischen Anzeige oder synthetischer Sprache bevorzugt.
Bei dieser Gestaltung können sowohl der Herzratenmonitor 10 als auch der Transmitter 18 am Kopfband 31 angeordnet sein, was eine einfache Gestaltung und eine leichte Handhabung ermöglicht.
Die genannten Anbringungsbeispiele, insbesondere Anbringungsbeispiel 2 und Anbringungsbeispiel 3, sind auch für Herzratenmessungen während einer sportlichen Betätigung geeignet, beispielsweise während Schwimmen, Leichtathletik oder Ballspielen, bei denen der Kopf geschüttelt wird oder starke Bewegungen vollzieht.
Vorzugsweise ist das mit dem Herzratenmonitor 10 und dergleichen versehene Kopfband 31 beispielsweise in einer Schwimmkappe integriert, um bei Herzratenmessungen während des Schwimmens die Unannehmlichkeit für die Versuchsperson weiter zu reduzieren.

Anbringungsbeispiel 4

Fig. 6 ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10 und die Anzeigeeinheit an einem Brillengestell 32 angeordnet sind.
In diesem Beispiel ist der Herzratenmonitor 10 an einem Brillenbügelbereich des Brillengestells 32 angeordnet, und daher kann als Arterie, bei der die Herzrate erfaßt wird, eine superfizielle Temporalarterie, eine Zygoma-Orbitalarterie und dergleichen verwendet werden. Als Anzeigeeinheit kann die Anzeige 15 eingesetzt werden, die Flüssigkristalle oder dergleichen verwendet, wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel, und eine Gestaltung mit einer kopfgestützten Anzeige ist ebenfalls vorteilhaft.
Selbstverständlich können auch in dieser Ausführungsform ein Ohrhörer 16 und/oder ein Knochenleitungselement 17 eingesetzt werden.

Anbringungsbeispiel 5

Fig. 7 ist ein Beispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10 und die Anzeigeeinheit an einer Sonnenblende 33 angeordnet sind.
In diesem Beispiel ist zusammen mit der Verwendung der Sonnenblende 33 der Herzratenmonitor 10 in einem Stirnbereich oder einem Temporalbereich plaziert, und daher kann als Arterie, bei der die Herzrate erfaßt wird, eine Supraorbitalarterie, eine superfizielle Temporalarterie, eine Zygoma-Orbitalarterie und dergleichen verwendet werden. Als Anzeigeeinheit kann wie bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel die Anzeige 15 verwendet werden, die Flüssigkristalle oder dergleichen benutzt, aber die Gestaltung mit einer kopfgestützten Anzeige ist ebenfalls vorteilhaft.
Selbstverständlich kann auch bei diesem Anbringungsbeispiel ein Ohrhörer 16 und/oder ein Knochenleitungselement 17 verwendet werden.

Anbringungsbeispiel 6

Fig. 8 zeigt ein Beispiel, bei dem der Herzratenmonitor 10 selbst die Form eines Ohrbefestigungsgeräts aufweist und in eine Ohrmuschel eingesetzt ist.
Wie in den Fig. 9 und 10 vergrößert dargestellt, ist bei diesem Beispiel das Lichtaussendeelement 11 in einem äußeren Gehörgang 7 angeordnet. Hierbei ist Fig. 9 eine Perspektivansicht, die die Situation zeigt, in der das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 des Herzratenmonitors derart angeordnet sind, daß die Arteria auricularis posterior 8 (hintere Aurikulararterie) zwischen ihnen liegt, und Fig. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, bei der das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 derart angeordnet sind, daß die Arteria auricularis posterior 8 zwischen ihnen liegt.
Wie aus Fig. 10 deutlich wird, wird vom Lichtaussendeelement 11 emittiertes Licht durch die Arteria auricularis posterior 8 transmittiert und erreicht das Lichtempfangselement 12. Aus dem das Lichtempfangselement 12 erreichenden Licht kann die Herzrate ermittelt werden.
Eine vorteilhafte Gestaltung, die weitgehend unempfindlich gegen äußeres Licht ist, kann erhalten werden, wenn das Lichtaussendeelement 11 und das Lichtempfangselement 12 derart plaziert sind, daß die Arteria auricularis posterior 8 zwischen ihnen liegt, und wenn das Lichtaussendeelement 11 an einer Seite eines äußeren Gehörgangs 7 positioniert ist.
Vorzugsweise sollte die Form des Ohrbefestigungsgeräts für die Befestigung geeignet gestaltet sein und das Lichtaussendeelement 11, das Lichtempfangselement 12, die CPU 14 und den Ohrhörer 16 innerhalb eines Behälters des Ohrbefestigungsgeräts integral aufnehmen, um hierdurch die Belastung für die Versuchsperson zu verringern.
Vorzugsweise kann auch bei dieser Gestaltung ein synthetisches Sprachsignal von der CPU 14 unter Verwendung eines in das Ohrbefestigungsgerät integrierten Knochenleitungselements 17 zur Versuchsperson übertragen werden.
Ferner kann in den oben beschriebenen Anbringungsbeispielen 1 bis 6 die Datenspeichervorrichtung 19 vorteilhafterweise in der CPU vorgesehen sein. Somit wird die Herzrate, d. h. Pulshäufigkeit pro Zeiteinheit, bei minimaler Unannehmlichkeit für eine Versuchsperson genau gemessen, ohne daß die Messung durch Körpervibrationen bei körperlicher Betätigung, Sport etc. beeinträchtigt wird. Allgemein sind beim erfindungsgemäßen Herzratenmonitor ein Lichtaussendeelement 11 und ein Lichtempfangselement 12 an einem Kopf eines menschlichen Körpers angebracht, Licht vom Lichtaussendeelement 11 wird an oder durch eine Subkutanarterie 4 und/oder durch die Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert, das reflektierte oder transmittierte Licht wird mittels des Lichtempfangselements 12 erfaßt, und unter Verwendung einer CPU 14 wird das Pulsieren der Subkutanarterie 4 und/oder eine Veränderung des in der Subkutanarterie 4 fließenden Blutstroms aus einer Veränderung der vom Lichtempfangselement 12 erfaßten Lichtintensität gemessen, dann wird eine Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus diesem Meßwert berechnet, und die berechnete Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit wird als Herzrate angesehen.

Claims

1. Herzratenmonitor (10), umfassend ein Lichtaussendeelement (11), ein Lichtempfangselement (12) und eine CPU (14), wobei Licht vom Lichtaussendeelement (11) an Blut reflektiert bzw. durch Blut transmittiert wird, welches in einem Blutgefäß strömt, wobei das Lichtempfangselement (12) das reflektierte oder transmittierte Licht erfaßt, wobei die CPU (14) eine Veränderung des im Blutgefäß strömenden Blutstroms aus einer Veränderung der Intensität des vom Lichtempfangselement (12) erfaßten Lichts mißt, wobei die CPU (14) ferner eine Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus dem gemessenen Wert berechnet und die berechnete Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit einer Herzrate gleichsetzt, wobei das Lichtaussendeelement (11) und das Lichtempfangselement (12) dazu ausgelegt sind, an einem menschlichen Kopf mit einem Zwischenabstand zwischen 4 mm und 10 mm angebracht zu sein, und wobei Licht mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, das vom Lichtaussendeelement (11) ausgesandt wird, an einer bzw. durch eine Subkutanarterie und/oder in der Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert und durch das Lichtempfangselement (12) erfaßt wird.

2. Herzratenmonitor (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen der berechneten Herzrate, wobei die Anzeigeeinheit die berechnete Herzrate mittels einer optischen Anzeige, mittels Sprache, mittels Funk und/oder mittels Knochenleitung zu einer Meßperson und/oder zu einer Versuchsperson überträgt.

3. Herzratenmonitor (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend eine Speichervorrichtung (19) zum Speichern der berechneten Herzrate.

4. Herzratenmonitor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Kopfband (31) zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers, wobei das Lichtaussendeelement (11), das Lichtempfangselement (12), die CPU (14) und die Anzeigeeinheit an dem Kopfband (31) angebracht sind.

5. Herzratenmonitor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend ein Brillengestell zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers, wobei das Lichtaussendeelement (11), das Lichtempfangselement (12), die CPU (14) und die Anzeigeeinheit an dem Brillengestell angebracht sind.

6. Herzratenmonitor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Sonnenblende (33) zur Anbringung am Kopf eines menschlichen Körpers, wobei das Lichtaussendeelement (11), das Lichtempfangselement (12), die CPU (14) und die Anzeigeeinheit an der Sonnenblende (33) angebracht sind.

7. Herzratenmonitor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Behälter zum Einsetzen in eine Ohrmuschel eines menschlichen Körpers, wobei das Lichtaussendeelement (11), das Lichtempfangselement (12), die CPU (14) und die Anzeigeeinheit an dem Behälter befestigt sind.

8. Verfahren zum Messen einer Herzrate, umfassend die Schritte:

- Anbringen eines Lichtaussendeelements (11) und eines Lichtempfangselements (12) an einem menschlichen Körper;

- Reflektieren oder Transmittieren von Licht, das durch das Lichtaussendeelement (11) ausgesandt wird, an bzw. durch Blut, das in einem Blutgefäß strömt, und Erfassen des Lichts durch das Lichtempfangselement (12);

- Messen einer Veränderung im Blutstrom, der innerhalb des Blutgefäßes strömt, anhand einer Veränderung der Intensität des durch das Lichtempfangselement (12) erfaßten Lichts;

- Berechnen einer Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit aus dem gemessenen Wert und Gleichsetzen der berechneten Pulsrate der Veränderung im Blutstrom pro Zeiteinheit mit der Herzrate,

wobei das Lichtaussendeelement (11) und das Lichtempfangselement (12) am Kopf des menschlichen Körpers mit einem Zwischenabstand zwischen 4 mm und 10 mm angebracht sind, und wobei Licht mit einer Wellenlänge zwischen 900 nm und 1200 nm, das von dem Lichtaussendeelement (11) ausgesandt wird, an oder durch eine Subkutanarterie und/oder in der Subkutanarterie strömendem Blut reflektiert bzw. transmittiert und von dem Lichtempfangselement (12) erfaßt wird.