DE2142095B2

DE2142095B2 - Pulsüberwachungsgerät

Info

Publication number: DE2142095B2
Application number: DE2142095A
Authority: DE
Inventors: Roland Portsmouth Ogden; Thomas Warsahs Southampton Orr
Original assignee: Orr, Thomas, Warsahs, Southampton, Hampshire (Ver. Koenigreich)
Priority date: 1970-09-29
Filing date: 1971-08-23
Publication date: 1980-05-29
Also published as: NL7112008A; DE2142095C3; GB1312107A; DE2142095A1; JPS5934370B1; NL165370B; US3807388A; NL165370C; FR2106237A5; HK65976A; CH540041A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Pulsüberwachungsgerät für medizinische Zwecke mit einem auf Pulsschläge ansprechenden Sensor, der ein der jeweiligen Pulsfrequenz entsprechendes elektrisches Signal abgibt, mit einem Anzeigegerät, dessen Anzeige für den Benutzer sichtbar ist.

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.

Ein Pulsüberwachungsgerät der eingangs genannten Art ist durch die DE-OS 15 41 111 bekannt In dieser wird eine spezielle Ausführungsform des Sensors beschrieben, der bei jedem Pulsschlag ein elektrisches Signal abgibt Der Sensor enthält mehrere Kapazitäten, die in einer Brückenschaltung eingeschaltet sind, welche bei jedem Pulsschlag verstimmt wird. Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein neuartiges Pulsüberwachungsgerät anzugeben, bei welchem die vorstehend genannten Schwierigkeiten vermieden sind und dieses Gerät derart auszubilden, daß es in bequemer Weise von der Person, deren Puls überwacht werden soll, mitgenommen werden kann und ihr die jeweilige Pulsfrequenz anzeigt

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeitreferenzsignals und eine Vergleichsschaltung, in welcher das vom Sensor gelieferte Signal mit dem Zeitreferenzsignal verglichen und ein elektrisches Signal abgegeben wird, welches eine Funktion der Pulsfrequenzzeiteinheit ist, und eine davon gesteuerte Anzeigevorrichtung, welche die jeweilige Pulsfrequenz angibt, in einem Uhrgehäuse angeordnet sind. Durch diese neuartige, integrierte Bauweise wird der Vorteil erreicht, daß die Pulsfrequenz von der zu überwachenden Person unterwegs, während der Arbeit und auch bei körperlichen Anstrengungen selber überwacht werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

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

F i g. 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Sensors bzw. Transducers zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung, F i g. 2 das Prinzipschaltbild eines anderen Sensors,

F i g. 3 schematisch die Befestigung des Sensors auf einem Armband,

F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der F i g. 3 und

F i g. 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.

In der nachfolgenden Beschreibung wird vorausgesetzt, daß der Sensor am Handgelenk einer Person angeordnet bzw. befestigt ist; das elektrische Signal kann jedoch von verschiedenen anderen Stellen des Körpers abgenommen werden.

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, z. B. einem Armband derart befestigt, daß er auf der Innenseite etwas vorragt, wie dies in den F i g. 3 und 4 schematisch angedeutet ist Dieser Sensor 1 bildet ein Glied eines elektrischen Spannungsteilers 2, der en 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 iu 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 ι ^r> 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 U und 12 angeschlossen, während der Kollektor über den Widerstand 13 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 10, und entsprechend den Schwankungen des auf den Transistor ausgeübten Druckes wird sich der Kollektorstrom ändern, so daß ein der Pulsfrequenz entsprechendes elektrisches Signal am J" Abgriff 14 abgenommen und dem Verstärker 15 zugeführt werden kann.

In der schematisch vereinfachten Darstellung der F i g. 3 und 4 ist der druckempfindliche Sensor, welcher entweder ein druckempfindlicher Widerstand 1 gemäß J^r> F i g. 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 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. ·» ¹J

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 dar- " gestellt 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 *>ο 16 384 kHz schwingt Dessen Ausgangssignal wird einem 15stufigen Frequenzteiler 31 zugeführt, der ein Ausgangssignal 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.

Der Ausgang der Decoder 32, 31 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 F i g. 1 oder F i g. 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 von 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, wird die Frequenz der vom Impulsformer 38 abgegebenen Signale durch einen Frequenzteiler 41 weiter herabgesetzt. 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.

Der Ausgang des Zählers 10 wird einem Gedächtnis 42 zugeführt, so daß die während einer vorhandenen Zählperiode durchgeführte Messung während der jeweils laufenden Zählperiode angezeigt werden kann. Ein weiterer Ausgang der Torschaltung 39 wird einem Rückstellkreis 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 Einem der Herzschlagfrequenzen 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, läßt man die Tableaus nur zeitweise aufleuchten — z. B. wahlweise bei Betätigung eines Druckknopfes.

Bei einer anderen Ausführungsform sind die Tableaus 36 und 45 der Leuchtdioden durch geeignete mechanisehe Bauteile ersetzt, wobei dis Zeit üblicherweise mittels Zifferblatt und Zeiger und die Herzschlagfrequenz mittels Zeiger und einer in Herzschlägen pro Minute beschrifteten Skala angezeigt wird.

F i g. 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 Vorsprungs der Unruhe 50 den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kraftlinienweges ver- to ändert und dadurch einen Kipposzillator 51 trigger!. Der Ausgang des Oszillators 51 wird über einen monostabilen Kreis 52 einer UND-Torschaltung 39 zugeführt. Der Torschaltung 39 wird ferner das Ausgangssignal vom Sensor 37 ober einen Impulsformer

38 und einen Frequenzteiler 41 zugeführt; der Frequenzteiler hai 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 F i g. 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 42 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 übliche Bauformen und enthält eine Drahtaufhängung; die Größe ist so gewählt, daß es für den Einbau in eine Uhr geeignet ist.

Fig. 7 zeigt das Prinzipschaltbild eines Pulsüberwa- *o chungsgerätes, 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 höherer Frequenz arbeitet. Beide genannten Varianten sind in F i g. 7 angedeutet; im Fall des Pendelsystems liefert das Pendel 70 ein Signal an ein Räderwerk oder eine andere geeignete Mechanik 71, welche die Zeiger der Uhr bewegt, während im Fall eines Stimmgabelsystems die Stimmga bei 72 ein Signal über den Frequenzteiler 73 an dii Mechanik 71 liefert. In beiden Fällen wird das erhalten! Signal einem monostabilen Kreis 52 zugeführt, dessei Ausgangssignal der Torschaltung 39 zugeführt wird, dii ebenso wie die nachfolgenden elektronischen Bauteili in analoger Weise arbeitet, wie vorstehend ii Verbindung mit F i g. 6 beschrieben.

Das Stimmgabelsystem gibt eine höhere Meßgenau igkeit, weil ein Signal höherer Frequenz von den Frequenzteiler 73 abgenommen werden kann um dadurch während jeder durch den Frequenzteiler 41 vorgegebenen Meßperiode mehr Impulse gezähl werden können. Dadurch ist es in manchen Fäller möglich, den Frequenzteiler 4! fortzulassea Aiii übrigen Einzelheiten der Schaltanordnung und ihrei Funktion sind ebenso wie bei den im Zusammenhanf mit den F i g. 5 und 6 beschriebenen Beispielen.

F i g. 8 zeigt das Prinzipschaltbild eines Pulsüberwa chungsgerätes, welches unabhängig von jedem Uhrme chanismus ist.

In diesem Fall wird das vom Sensor 37 gelieferte Signal über einen Impulsformer 38 einem monostabilet Kreis 80 zugeführt, der ein Referenzsignal liefert, da: mit der Folge der vom Herzschlag abgeleiteten Impulse verglichen wird. Das aus dem Vergleich dieser beider Impulsfolgen abgeleitete Signal wird über eine Sieb Schaltung 81 einem Drehspulinstrument 62 zugeführt dessen Zeiger an einer entsprechend beschrifteter Skala die durchschnittliche Pulsfrequenz anzeigt Die Schaltung wird in an sich bekannter Weise derari ausgeführt, daß einerseits schnelle Schwankungen in dei Anzeige vermieden werden, andererseits das Anzeige gerät hinreichend schnell auf Änderungen der Pulsfre quenz anspricht.

Es ist nicht notwendig, daß der Sensor dauernd mi dem Anzeigegerät verbunden ist; so ist es z. B. bei dei Verwendung in Krankenhäusern oder in der Veterinärmedizin denkbar, daß die Anzeigevorrichtung sich ir einem Gehäuse befindet, das von einer Krankenpflegerin oder vom Arzt getragen wird, während der Sensor ir einem Druckstück eingebaut ist, welches entwedei dauernd oder zeitweise über Leitungen mit derr Anzeigegerät verbunden ist Für den Gebrauch ir Krankenhäusern kann das Pulsüberwachungsgerät auch derart ausgeführt sein, daß es eine dauernde Anzeige der Pulsfrequenz am Bette des Patienten oder irr Operationssaal ermöglicht

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pulsüberwachungsgerät für medizinische Zwekke mit einem auf Pulsschläge ansprechenden Sensor, der ein der jeweiligen Pulsfrequenz entsprechendes elektrisches Signal abgibt, mit einem Anzeigegerät, dessen Anzeige für den Benutzer sichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (30) zur Erzeugung eines Zeitreferenzsignals und eine Vergleichsschaltung (39), in welcher das vom Sensor gelieferte Signal mit dem Zeitreferenzsignal verglichen und ein elektrisches Signal abgegeben wird, welches eine Funktion der Pulsfrequenzzeiteinheit ist, und eine davon gesteuerte Anzeigevorrichtung (36, 45), welche die jeweilige Pulsfrequenz angibt, in einem Uhrgehäuse angeordnet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30) zur Erzeugung des Zeitreferenzsignals als quarzgesteuerter Oszillator ausgebildet ist

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (36, 45) aus LED-Anzeigeelementen besteht.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1,10) an einem Armband befestigt ist.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor, die Vorrichtung (30) zur Erzeugung eines Referenzsignales, die Vergleichsschaltung (39) und die Anzeigevorrichtung (36, 45) in das Gehäuse einer Armbanduhr eingebaut sind und einen Teil dieser Armbanduhr bilden.

6. Gerät 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.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen durch Druckschwankungen steuerbaren Transistor (10) enthält.

8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise als Drehspulinstrument ausgebildete Anzeigegerät (61, 62) einen beweglichen Zeiger enthält, dessen zugehörige Skala in Herzschlägen pro Minute geteilt bzw. bezeichnet ist.