DE2142095A1

DE2142095A1 - Pulsüberwachungsgerät

Info

Publication number: DE2142095A1
Application number: DE19712142095
Authority: DE
Inventors: Thomas Southampton; Ogden Roland Portsmouth; Hampshire Orr (Großbritannien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-09-29
Filing date: 1971-08-23
Publication date: 1972-03-30
Also published as: HK65976A; GB1312107A; DE2142095B2; DE2142095C3; CH540041A; NL165370B; NL7112008A; JPS5934370B1; US3807388A; NL165370C; FR2106237A5

Description

2U209S

Thomas ORR, Flat 14, Sandringham Court, 18 Winn Road, Southampton, Hampshire, England

Pulsüberwachungsgerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Pulsüberwachungsgerät für medizinische Zwecke.

Die übliche Methode, die Pulsfrequenz einer Person festzustellen, besteht darin, die Pulsschläge mit der meist am Handgelenk dieser Person angelegten Hand während einer bestimmten Zeiteinheit unter gleichzeitiger Beobachtung einer Uhr zu zählen. Diese Methode ist nicht ganz befriedigend, weil die Zählperiode üblicherweise kürzer als eine Minute gewählt wird und dadurch Irrtümer bzw. Ablesefehler entstehen. Außerdem hat diese bekannte Methode den Nachteil, daß die Pulsfrequenz nur während der verhältnismäßig kurzen Zeit der Zählung gemessen wird und daß diese etwas zeitraubende Tätigkeit jedesmal wiederholt werden muß, wenn eine neue Messung bzw. Überwachung gewünscht wird. Dies ist besonders unbequem, wenn bei manchen Erkrankungen bzw. kritischen Zuständen des Kreislaufes schnelle und häufige Messungen bzw. länger dauernde· Überwachungen gewünscht werden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, ein neuartiges Pulsüberwachungsgerät anzugeben, bei welchem die vorstehend genannten Nachteile vermieden sind. Zu diesem Zweck besteht ein Pulsüberwachungsgerät für medizinische Zwecke erfindungsgemäß aus der Kombination eines auf die Pulsschläge ansprechenden Sensors, der elektrische Signale im Rhythmus des Pulses liefert, und wenigstens eines von diesen Signalen bzw. daraus abgeleiteten Hilfssignalen gespeisten Anzeigegerätes, auf welchem die jeweilige Pulsfrequenz angezeigt wird.

ORiGiNALiNSPEGTED - 2 -

209814/0868

2142090

Es ist vorteilhaft, in dem Pulsüberwachungsgerät eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeitreferenzsignales und eine weitere Vorrichtung vorzusehen, in welcher das vom Sensor .gelieferte Signal mit dem Zeitreferenzsignal verglichen und daraus ein Hilfssignal abgeleitet wird, welches dem Anzeigegerät zwecks Anzeige der Pulsfrequenz zugeführt wird.

Es hst sich als zweckmäßig erwiesen, wenn das Zeitreferenzsignal von einem kristallgesteuerten Oszillator abcjeleitet wird.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pulsüberwachungsgerätes wird das Zeitreferenzsignal von einem an sich bekannten Uhrwerk, vorzugsweise von dessen Unruhe mittels einer elektromagnetischen Abnahmevorrichtung abgenommen .

In manchen Fällen ist es vorteilhaft, wenn das Zeitreferenzsignal von einer Stimmgabel oder von einem durch elektrische Impulse angetriebenen Pendel abgeleitet wird.

Es ist günstig, wenn der Sensor entweder einen Widerstand enthält, dessen Widerstandswert von der Größe cfes jeweils auf ihn ausgeübten Druckes abhängig ist oder einen durch Druckschwankungen steuerbaren Transistor enthält.

Es hat sich bewährt, als Anzeigegerät ein Drehspulinstrument vorzusehen, das einen beweglichen Zeiger enthält, dessen zugehörige Skala in Herzschlägen pro Minute geteilt bzw. bezeichnet ist, jedoch bietet in speziellen Fällen die Verwendung von Leuchtdioden zur Anzeige der Herzschlagfrequenz Vorteile.

Das erfindungsgemäße Pulsüberwachungsgerät wird zweckmäßigerweise an einem Armband befestigt, und es ergibt sich eine für den praktischen Gebrauch besonders günstige Ausführungsform, wenn es in eine Armbanduhr eingebaut ist.

209814/0868 _ _

2U2095

Im nachstehenden werden vier Ausführungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Hierbei sind alle zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Einzelheiten der besseren Übersicht halber fortgelassen worden und einander entsprechende Teile in den Figuren in gleicher Weise bezeichnet.

Es zeigt:

Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Sensors bzw. Transducers zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines anderen Sensors,

Fig. 3 schematisch die Befestigung des Sensors auf einem Armband,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 3,

Fig. 5 bis 8 die Prinzipschaltbilder des elektrischen Teiles von vier verschiedenen Pulsüberwachungsgeräten.

Jede der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen des Pulsüberwachungsgerätes enthält einen sogenannten Sensor, welcher für den Pulsschlag sensibel ist und ein elektrisches Signal abgibt, welches eine Funktion der Pulsfrequenz ist. Es werden spezielle Ausführungsformen des Sensors beschrieben, doch ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und es können auch andere geeignete Sensoren verwendet werden, die ein von der Pulsfrequenz abhängiges elektrisches Signal erzeugen.

In der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß der Sensor am Handgelenk einer Person angeordnet bzw. befestigt istf doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Denn das elektrische Signal kann von verschiedenen anderen Stellen des Körpers abgenommen werden.

2098U/0668

2U2095

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Transducer enthält einen als druckempfindlicher Widerstand ausgebildeten Sensor 1, der seinen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem auf ihn ausgeübten Druck ändert. Dieser Sensor wird an der Person, deren Puls überwacht werden soll, mit einem Band, vorzugsweise einem Armband derart befestigt, daß er· auf der Innenseite etwas vorragt, wie dies in den Figuren 3 und 4 schematisch angedeutet ist. Dieser Sensor 1 bildet ein Glied eines elektrischen Spannungsteilers 2, der an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen ist. Wenn durch die Wirkung des Pulsschlages bzw. der dadurch auf den Sensor ausgeübten Druckschwankungen der Widerstand im Sensor 1 sich ändert, dann wird die Spannung am Schaltungspunkt 3 sich im selben Rhythmus ändern. Die dort abgenommenen Spannungsschwankungen bzw. Signale werden einem Verstärker 4 zugeführt, der zweckmäßigerweise zusammen mit den übrigen elektrischen Elementen als integrierter Bauteil ausgeführt ist und das entsprechende (nicht dargestellte) Anzeigegerät speist.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform des Transducers dargestellt, bei welchem als Sensor ein auf DruckSchwankungen ansprechender Transistor 10 dient. Dessen Basis ist an den Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände 11 und 12 angeschlossen, während der Kollektor über den Widerstand an einen positiven Pol und der Emitter direkt an den negativen Pol einer geeigneten Stromquelle angeschlossen ist. Dies ergibt eine konstante Vorspannung an der Basis des Transistors IC, und antcprechond den Schwankungen des auf den Transistor ausgeübten Druckes wird sich der Kollektorstrom ändern, so daß ein der Pulsfrequenz entsprechenden elektrisches Signal am Abgriff 14 abgenommen und dem Verstärker 15 zugeführt werden kann.

2098U/0868

In der schematisch vereinfachten Darstellung der Figuren 3 und 4 ist der druckempfindliche Sensor, welcher entweder ein druckempfindlicher Widerstand 1 gemäß Fig„ 1 oder ein auf DruckSchwankungen ansprechender Transistor 10 gemäß Fig. 2 sein kann, auf einem Armband 20 befestigt und von einem Rahmen 21 umgeben, welcher den Einfluß störender Verschiebungen des Armbandes relativ zum Handgelenk 22 verringert. Der Rahmen 21 wird zweckmäßigerweise aus nachgiebigem Material gemacht und, um sicherzustellen, daß das druckempfindliche Element stärker gegen das Handgelenk gepreßt wird als der Rahmen, ragt es über die Oberfläche des Rahmens etwas vor«

Bei anderen Ausführungsformen ist der druckempfindliche Sensor derart befestigt, daß er längere Zeit oder dauernd an einem anderen Teil des Körpers befestigt werden kann, oder er ist in ein kleines elastisches Band oder Druckstück eingebaut, welches zur Durchführung der Messungen um den betreffenden Teil des Körpers geschlungen bzw» gegen diesen gedruckt werden kann.

In Fig. 5 ist das Prinzipschaltbild der elektrischen Schaltanordnung eines Pulsüberwachungsgerätes dargestellt, welches in eine elektronische Armbanduhr eingebaut ist und zugleich einen Teil dieser bildet, wobei die Zeitangabe und die Pulsfrequenz durch Leuchtdioden angezeigt werden» Die Schaltanordnung enthält einen kristallgesteuerten Oszillator 30, der mit 16.384 kHz schwingt. Dessen Ausgangssignal wird einem 15-stufigen Frequenzteiler 31 zugeführt, der ein Ausgp.ngssignal von 0,5 Hz liefert, von dem die Zeitanzeige abgeleitet werden kann. Dieses Signal wird direkt einem binärcodierten Dezimal/Dezimal-Decoder 32 zugeführt, um einen Ausgang für die Sekundenanzeige vorzusehen und über einen weiteren Frequenzteilerkreis 33 den Decodern: 34 und 35 zugeführt für die Anzeige der Minuten und der Stunden.

209814/0868

-c-

Der Ausgang der Decoder 32, 34 und 35 wird zu einem aus Leuchtdioden gebildeten Tableau 36 geführt, auf dem die Zeit digital angezeigt wird.

Das vom Oszillator 30 abgenommene Signal wird ferner mit dem Signal verglichen, welches der Pulsfrequenz-Sensor 37 (der entsprechend Fig. 1 oder Fig. 2 ausgeführt werden kann) liefert, um eine digitale Anzeige der Pulsfrequenz zu ermöglichen. Das vom Sensor 37 gelieferte Signal wird über einen Impulsformer 38 einer UND-Torschaltung 39 zugeführt, der auch ein vom Frequenzteiler 31 abgeleitetes Signal zugeführt wird. Damit es unerheblich ist, ob ein vom Frequenzteiler 31 abgeleiteter Impuls verloren geht, sollte die Frequenz der dem Frequenzteiler 31 der Torschaltung 39 zugeführten Signale etwa lOOmal so groß sein wie die schnellste Pulsfrequenz von z.B. 150 Herzschlägen pro Minute; daraus ergibt sich eine gewünschte Impulsfrequenz von ungefähr 250 Impulsen pro Sekunde. Um dieses Signal zu erhalten, kann der Frequenzteiler 31 angezapft sein, so daß er Impulse mit einer Frequenz vora 256 pro Sekunde liefert; dieses Signal wird der Torschaltung 39 zugeführt. Der Ausgang der Torschaltung 39 wird einem summierenden Zähler 40 zugeführt; die Zahl der Impulse bei der geringsten Pulsfrequenz von z.B. 30 Pulsschlägen pro Minute bestimmt die Kapazität des Zählers 40, welche im vorstehend beschriebenen Beispiel gleich 512 ist.

Um die Möglichkeit der Anzeige gelegentlicher Unregelmäßigkeiten der Pulsfrequenzen zu verringern, ist es zweckmäßig, daß die Frequenz der vom Impulsformer 38 abgegebenen Signale durch einen Frequenzteiler 41 weiter herabgesetzt wird. Die in ihrer Frequenz herabgesetzten Signale werden der Torschaltung 39 zugeführt, so daß die Messung über mehrere Pulsperioden gemittelt wird. In diesem Fall ist es erforderlich, die Kapazität des Zählers 40 zu erhöhen.

2098U/0868

2U2095

Insbesondere bei der vorstehend beschriebenen Schaltanordnung ist es wünschenswert, daß der Ausgang des Zählers 10 einem Gedächtnis 42 zugeführt wird, so daß die während einer vorhandenen Zählperiode durchgeführte Messung während der jeweils laufenden Zähl-periode angezeigt werden kann. Ein weiterer Ausgang der Torschaltung 39 wird einem Rückstell— kreis 43 zugeführt, welche den Zähler am Ende jeder Zählperiode zurückstellt und dann veranlaßt, daß das Zählergebnis im Zähler 40 gelesen und zum Gedächtnis 42 übertragen wird» Die Anzahl der während jeder Zählperiode gezählten Impulse ändert sich entgegengesetzt wie die Herzschlagfrequenz, und infolgedessen kann ein geeigneter Lesekreis 44 vorgesehen werden, der Signale entsprechend den Hunderten, Zehnern und Einern der Herzschlagfrequenz an ein Tableau 45 von Leuchtdioden zuführt, so daß dort die Pulsfrequenz angezeigt wird.

Es ist nicht wesentlich, daß entweder die Zeitanzeigevorrichtung oder die Anzeigevorrichtung für die Pulsfrequenz kontinuierlich sein soll und,da der elektrische Leistungsverbrauch in den Tableaus 36 und 45 verhältnismäßig groß im Hinblick auf den anderen Teil der üblicherweise als integrierte Bauelemente ausgeführten Elektronik ist, kann es in vielen Fällen zweckmäßig sein, wenn die Tableaus nur zeitweise aufleuchten - z.B. wahlweise bei Betätigung eines Druckknopfes.

Bei einer anderen Ausführungsform können die Tableaus 36 und 45 der Leuchtdioden durch geeignete mechanische Bauteile ersetzt werden, wobei die Zeit üblicherweise mittels Zifferblatt und Zeiger und die Hersschlagfrequenz mittels Zeiger und einer in Herzschlägen pro Minute beschrifteten Skala ancezeiqt wird.

2098U/0868

2U2095

Fig. 6 erläutert die Schaltung eines Pulsüberwachungsgerätes, welches in eine mechanische Armbanduhr eingebaut ist und einen Teil dieser bildet. In diesem Fall wird das elektrische Zeitsignal von der Unruhe 50 der Uhr abgenommen, welche mit ungefähr 5 Hz schwingt. Das elektrische Signal wird mittels einer elektromagnetischen Einrichtung erhalten, bei welcher das Vorbeibewegen einer geeigneten Speiche oder eines Vorsprunges der Unruhe 50 den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kraftlinienweges verändert und dadurch einen Kipposzillator 51 triggert. Der Ausgang des Oszillators 51 wird über einen monostabilen Kreis 52 einer UND-Torschaltung f 39 zugeführt. Der Torschaltung 39 wird ferner das Ausgangssignal vom Sensor 37 über einen Impulsformer 38 und einen Frequenzteiler 41 zugeführt; der Frequenzteiler hat zweckmäßigerweise ein Teilerverhältnis 1:5, so daß die Messung den Durchschnittswert über den Zeitraum von fünf Pulsschlägen ermittelt und dadurch eine annehmbare Genauigkeit erzielt wird.

Der Ausgang der Torschaltung 39 wird dem Zähler 40 zugeführt, welcher einen Teiler enthält, um zu erreichen, daß die erhaltenen Meßwerte sich auf konventionelle Zeitperioden beziehen. So wie bei Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist . ein weiterer Ausgang der Torschaltung 39 einem Rückstellkreis 43 zugeführt, durch den der Zähler 40 am Ende jeder Zählperiode zurückgestellt wird und das inzwischen im Zähler 40 erzielte Ergebnis der Zählung in ein Gedächtnis übertragen wird. Der Ausgang des Gedächtnisses 42 wird einer geeigneten Anzeigevorrichtung zugeführt, welche einen zur Umwandlung der binärcodierten Signale in Analogsignale geeigneten Wandler 60 enthält und ein als Anzeigeinstrument dienendes Drehspulinstrument 61, das die Herzschlagfrequenz mittels eines beweglichen Zeigers an einer entsprechend bezeichneten Skala anzeigt. Das Drehspulinstrument 61 hat

2098U/0868

übliche Bauform und enthält eine Drahtaufhängung j die Größe ist so gewählt, daß es für den Einbau in eine Uhr geeignet ist.

Fig. 7 zeigt das Prinzipschaltbild eines Pulsüberwachungsgerätes, welche in eine elektrische Armbanduhr eingebaut ist, wobei die Unruhe des üblichen Antriebs durch ein elektrisch angetriebenes Pendel ersetzt ist, das mit derselben Frequenz arbeitet oder durch einen Stimmgabeloszillator, der mit höbarer Frequenz arbeitet. Beide genannten Varianten sind in Fig. 7 angedeutet; im Fall des Pendelsystems liefert das Pendel 70 ein Signal an ein Räderwerk oder eine andere aneignete Mechanik 71, welche die Zeiger der Uhr bewegt, während im Fall eines Stimmgabelsystems die Stimmgabel 72 ein Signal über den Frequenzteiler 73 an die Mechanik 71 liefert. In beiden Fällen wird das erhaltene Signal einem monostabilen Kreis 52 zugeführt, dessen Aus= gangssignal der Torschaltung 39 zugeführt wird, die ebenso wie die nachfolgenden elektronischen Bauteile in analoger Weise arbeitet, wie vorstehend in Verbindung mit Fig_o 6 beschrieben.

Das Stimmgabelsystem gibt eine höhere Meßgenauigkeit, weil ein Signal höherer Frequenz von dem Frequenzteiler 73 abgenommen werden kann und dadurch während jeder durch den Frequenzteiler 41 vorgegebenen Meßperiode mehr Impulse gezählt werden können. Dadurch ist es in manchen Fällen möglich, den Frequenzteiler 41 fortzulassen,, Alle übrigen Einzelheiten der Schaltanordnung und ihrer Funktion sind ebenso wie bei den im Zusammenhang mit den Figuren 5 und beschriebenen Beispielen.

Fig. 8 zeigt das Prinzipschaltbild eines Pulsüberwachungsgerätes, welches unabhängig von jedem Uhrmechanismus ist.

2098U/0868

In diesem Pall wird das vom Sensor 37 gelieferte Signal über einen Impulsformer 38 einem monostabilen Kreis 80 zugeführt, der ein Referenzsignal liefert, das mit der Folge der vom Herzschlag abgeleiteten Impulse verglichen wird. Das aus dem Vergleich dieser beiden Impulsfolgen abgeleitete Signal wird über eine Siebschaltung 81 einem Drehspulinstrument 62 zugeführt, dessen Zeiger an einer entsprechend beschrifteten Skala die durchschnittliche Pulsfrequenz anzeigt. Die Schaltung vjird in an sich bekannter Weise derart ausgeführt, daß einerseits schnelle Schwankungen in der Anzeige vermieden werden, andererseits das Anzeigegerät hinreichend schnell auf Änderungen der Pulsfrequenz anspricht.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern diese können in verschiedener Weise ssodifiziert werden. Es ist auch nicht notwendig, daß der Sensor dauernd mit dem Anzeigegerät verbunden ist; so ist es z.B. bei der Verwendung in Krankenhäusern oder in der Veterinärmedizin denkbar, daß die Anzeigevorrichtung sich in einem Gehäuse befindet, das von einer Krankenpflegerin oder vom Arzt geträgen wirdj während der Sensor in einem Druckstück eingebaut ist, welches entweder dauernd oder zeitweise über Leitungen mit dem Anzeigegerät verbunden ist. Für den Gebrauch in Krankenhäusern kann das Pulsüberwachungsgerät auch derart ausgeführt sein, daß es eine dauernde Anzeige der Pulsfrequenz am Bette des Patienten oder im Operationssaal ermöglichte

2098U/086S

Claims

Patentansprüche

f 1.jPulsuberwachungsgerät für medizinische Zwecke, gekennzeichnet durch die Kombination eines auf die Pulsschläge ansprechenden Sensors (1, 10, 37), der elektrische Signale im Rhythmus des Pulses liefert, und wenigstens eines von diesen Signalen bzw. daraus abgeleiteten Hilfssicnalen gespeisten Anzeigegerätes (45, 61, 62), auf welchem die jeweilige Pulsfrequenz angezeigt wird.
2. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (30) zur Erzeugung eines Zeitreferenzsignales und eine weitere Vorrichtung (39), in welcher das vom Sensor gelieferte Signal mit dem Zeitreferenzsignal verglichen und daraus ein Hilfssignal abgeleitet x^ird, welches dem Anzeigegerät (45) zwecks Anzeige der Pulsfrequenz zugeführt wird.
3. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 2₅ dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitreferenzsignal von einem kristallgesteuerten Oszillator (30) abgeleitet wird*

■r
4. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitreferenzsignal von einem an sich bekannten Uhrwerk, vorzugsweise von dessen Unruhe (50) mittels einer elektromagnetischen Abnahmevorrichtung abgenommen wird.
5. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitreferenzsignal von einer Stimmgabel (72) abgenommen wird.

- 12 -

209814/0868
6. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitreferenzsignal von einem durch elektrische Impulse angetriebenen Pendel (70) abgeleitet wird.
7. Pulsüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Widerstand enthält, dessen Widerstandswert von der Größe des jeweils auf ihn ausgeübten Druckes abhängig ist.
8. Pulsüberwachungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen durch Druckschwankungen steuerbaren Transistor (10) enthält.
9. Pulsüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät ein Drehspulinstrument (61, 62) enthält.
10. Pulsüberwachungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät (61, 62) einen beweglichen Zeiger enthält, dessen zugehörige Skala in Herzschlägen pro Minute geteilt bzw. bezeichnet ist.
11. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät Leuchtdioden (45) enthält.
12. Pulsüberwachungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1, 10) in einem Armband (20) befestigt ist.
13. Pulsüberwachungsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es in eine Armbanduhr eingebaut ist.

2098U/0868