DE2543713C3

DE2543713C3 - Verfahren zur Messung der Herzpulsfrequenz und Herzpulsfrequenzmesser zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2543713C3
Application number: DE19752543713
Authority: DE
Inventors: Richard 7417 Pfullingen Häussermann
Original assignee: Keiper Trainingsysteme GmbH and Co
Current assignee: Keiper Trainingsysteme GmbH and Co
Priority date: 1975-10-01
Filing date: 1975-10-01
Publication date: 1981-04-02
Also published as: BE846451A; DE2543713A1; DE2543713B2

Description

0,8 £·„_ ,<£■„< 1,2 E_n-,

erfüllt.

möglichst einfach ausgebildeten, dennoch aber zuverlässig arbeitenden Herzpulsfrequenzmesser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe ist durch ein Herzpulsfrequenzmesser mit den Merkmalen des Anspruches 5 gelöst.

Ein derartiger Herzpulsfrequenzmesser hat gegenüber dem bekannten Frequenzmesser der eingangs genannten Art nicht nur den Vorteil, daß die Rechenschaltung wesentlich weniger Speicherplätze benötigt. Es fehlt auch der bei dem bekannten Herzpulsfrequenzmesser erforderliche Zwischenspeicher.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Filter ein Bandfilter, an dessen Ausgang die Impulse in Form der Λ-Zacke auftreten, und ein nachgeschaltetes digitales Filter auf. Letzteres besteht aus einem nur auf die positiven Signalspannungsanteile der /?-Zacke-Impulse ansprechenden ersten Trigger, einem nur auf den

6ö negativen Signalimpulsanteil ansprechenden zweiten Trigger, einem die Ausgangsimpulse des einen Triggers invertierenden Inverter und einem die Ausgänge des Inverters und des anderen Triggers verknüpfenden UND-Gatter.

Durch eine solche Filterung der Pulssignale lassen sich in einfacher Weise Störeinflüsse praktisch vollständig unterdrücken.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines in der

Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert.

Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des erfmdungsgemäßen Herzpulsfrequenzmessers.

Ein Herzpulsfrequenzmesser, der iriibesondere zur Messung der Herzpulsfrequenz einer Testperson vorgesehen ist, die sich einem Leistungstest unterzieht und daher in Bewegung ist, weist zwei Elektroden 1 auf, welche als Arm- oder Brustwandelektroden ausgebildet sind und f/ie bei einem Elektrokardiogramm die Ableitung der Herzmuskelströme gestatten. Sie werden daher in der üblichen Weise an der Testperson befestigt

Die Elektroden 1 liegen am Eingang eines hochohmigen Differenzverstärkers 2, dem ein Bandfilter 3 mit einer von 5 Hz bis 30 Hz reichenden Bandbreite nachgeschaltet ist. Dieses Bandfilter unterdrückt höherfrequente Störspannungen. An seinem Ausgang erhält man daher Impulse, welche die für die Herzströme typische /?-Zacke haben.

Dem Bandfilter 3 ist ein Abschwächer 4 nachgeschaltet, mittels dessen die unter anderem von der Anordnung der Elektroden 1 abhängige Signalintensität auf einen geeigneten Wert eingestellt werden kann.

Um in noch stärkerem Maße Störeinflüsse auszuschalten, ist dem Abschwächer 4 ein digitales Filter nachgeschaltet, das zwei Trigger 5 und 6 aufweist, die je als Monoflop ausgebildet sind und deren Eingang mit dem Ausgang des Abschwächers 4 verbunden ist Der Trigger 5 spricht nur auf die beiden positiven Signalspannungsanteile jeder /?-Zacke, der Trigger 6 nur auf den negativen Signalspannungsanteil jeder Ä-Zacke an. Dem Trigger 5 ist ein Inverter 7 nachgeschaltet, und ein UND-Gatter 8 verknüpft die Ausgangssignale des Inverters 7 mit den Ausgangssignalen des Triggers 6. Da beide Ausgangssignale Rechteck-Impulse sind, deren Signaldauer von der Signaldauer der sie auslösenden Signalspannungsanteile der Ausgangssignale des Abschwächers 4 abhängt, tritt am Ausgang des UND-Gatters 8 nur dann ein Rechteckimpuls auf, wenn das Ausgangssignal des Triggers 6 zeitlich mit dem invertierten Ausgangssignal des Triggers 5 zusammenfällt.

Die Ausgangssignale des UND-Gatters 8, deren zeitlicher Abstand der zugeordneten Herzpulsperiode entspricht, werden zur Steuerung von zwei Zählern 9 und 10 verwendet, denen Zählimpulse / zugeführt werden, die von einem Impulsgenerator 11 erzeugt werden und im Ausführungsbeispiel eine Frequenz von 50 Hz haben.

Da der erfindungsgemäße Frequenzmesser die Herzpulsfrequenz in Form eines gleitenden Mittelwertes aus 25 Herzpulsperioden angibt, zählt der Zähler 9 stets die Anzahl der Zählimpulse i, welche 'n den Zeitraum zwischen der — 1. und der 24. Herzpulsperiode fallen. Der Zähler 10 bildet hingegen ständig die Summe der in den Zeitraum zwischen der 24. und 25.

Herzpulsperiode fallenden Zählimpulse. Die beiden von den Zählern 9 und 10 ermittelten Summen werden einer Summierschaltung 12 zugeführt, der auch der negative Wert der Ausgangsgröße einer Dividierschaltung 13 zugeführt wird, welche die vom "Zähler 9 gebildete Summe durch den Wert 25 dividiert. Für die Ausgangsgröße der Summierschaltung gilt daher die Gleichung

24 -I

Σ,

Durch im einzelnen nicht dargestellte Schaltungsteile werden alle diejenigen Ausgangsimpulse des UND-Gatters 8, deren Periodendauer unter 0,2 see und über 2 see liegt, unterdrückt

Der Summierschaltung 12 ist eine Dividierschaltung 14 nachgeschaltet welche im Ausführungsbeispiel die Größe

75000

Σ'

E = O

ermittelt Die Größe F stellt den gleitenden Mittelwert aus 25 Herzpulsperioden £dar, gemessen in Pulsschlägen pro Minute. Aus dieser Dimension sowie der Frequenz der Zählimpulse und der Anzahl der für die Mittelwertbildung herangezogenen Herzpulsperioden ergibt sich der im Zähler stehende Wert

Die Dividierschaltung ist so ausgebildet, daß sich pro Herzpulsperiode der Wert F nur um eine Einheit nach oben oder unten ändern kann. Da sich auch die Herzpulsfrequenz entsprechend langsam ändert werden hierdurch zusätzlich Störeinflüsse unterdrückt

Zur Ausschaltung von Störeinflüssen kann ein weiteres Filter vorgesehen sein, das ein Zeitfenster mit den Bedingungen

0,8 £„-,<£·„< 1,2 £·„.,

bildet und alle Impulse unterdrückt, die nicht in dieses Zeitfenster fallen.

Die Aufgaben der Zähler 9 und 10, der Summierschaltung 12 und der Dividierschaltungen 13 und 14 können auch mit Vorteil von einem arithmetischen Rechner mit Programmspeicher ausgeführt werden, welcher in diesem Falle zweckmäßigerweise aus einer Eingangs-

Ausgangs-Einheit (I/O-port), einem Mikroprozessor und einem ROM/RAM-Speicher besteht Von besonderem Vorteil ist hierbei, daß für die Berechnung der Summe der Zählimpulse nur zwei Speicherplätze erforderlich sind.

Der gleitende Mittelwert F wird im Ausführungsbeispiel ständig oder auf Abruf in digitaler Form auf einem Display 15 angezeigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Messung der Herzpulsfrequenz in Form eines Mittelwertes für den Zeitraum einer vorgegebenen Anzahl π von aufeinanderfolgenden Herzpulsperioden aufgrund der Anzahl von Zählimpulsen konstanter Frequenz, die in den der Mittelwertbildung zugrunde liegenden Zeitraum Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Herzpulsfrequenz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einen Herzpulsfrequenzmesser zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art (DE-OS 23 52 692) werden der Mittelwert ebenso wie der Momentanwert mit Hilfe eines Rechners aufgrund der mittels eines Zählers ermittelten, in den Meßzeitraum fallenden Zählimpulse durch Umrechnung des Zählwer-

fallen, dadurch gekennzeichnet, daß die io tesaufdie Pulsfrequenz errechnet Da diese Berechnung

ständig wiederholt werden muß, ist der Aufwand für den Rechner, insbesondere für seinen Speicher, relativ groß. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Messung der Herzpulsfrequenz in Form eines Mittelwertes zu schaffen, bei dem die Mittelwertbildung in einer Weise durchgeführt werden kann, welche beim Einsatz eines Rechners einen möglichst geringen Aufwand seitens des Rechners erforderlich macht. Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren mit den

der Mittelwertbildung zugrunde gelegte Summe der Zählimpulse aus drei Summanden gebildet wird, v<. η denen der erste Summand der Summe der Zählimpulse im Zeitraum —1 bis η — 1, der zweite Summand dem negativen Quotienten aus dem ersten Summanden und der vorbestimmten Zahl η von Herzpulsperioden und der dritte Summand der Zahl der Impulse im Zeitraum π — 1 bis π entspricht.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn

zeichnet, daß Änderungen des Mittelwertes der 20 Merkmalen des Anspruches 1 gelöst
Herzpulsfrequenz innerhalb einer Herzperiode von Für die Berechnung eines gleitenden Mittelwertes

mehr als einer einzigen Einheit unterdrückt werden. aufgrund der im Anspruch 1 genannten Summanden

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch benötigt der Rechner nur zwei Speicherplätze. Der gekennzeichnet, daß Pulssignale, deren Perioden- Aufwand für den Rechner ist deshalb erheblich geringer dauer außerhalb vorgegebener Grenzen liegt, bei 25 als bei dem bekannten Verfahren.

der Mittelwertbildung unberücksichtigt bleiben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfin-

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dungsgemäßen Verfahrens werden Änderungen des dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Herzpuls- Mittelwertes der Herzpulsfrequenz innerhalb einer Perioden unterdrückt werden, deren zeitlicher Herzpulsperiode von mehr als einer einzigen Einheit Abstand vom vorhergehenden Herzimpuls um mehr jo unterdrückt, um Störeinflüsse weitgehend auszuschließen. Aus demselben Grunde ist es vorteilhaft, Pulssignale, deren Periode kleiner als 80% und größer als 120% der Periode des vorhergehenden Pulssignals

als 20% nach der einen oder anderen Seite von dem sich aus der Periodendauer dieses Impulses ergebenden Wert abweicht.

5. Herzpulsfrequenzmesser zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch am Körper einer Testperson zu befestigende Elektroden (1), einen Verstärker (2) und ein Filter (3, 5, 6, 7, 8) für die von den Elektroden abgeleiteten Signale, eine Mittelwertbildungseinrichtung (9 bis

ist, die also nicht die Bedingung

0,8 £·„_,<£·„< 1,2 E„_,

erfüllen, zu unterdrücken und diejenigen Pulssignale, deren Periodendauer außerhalb vorgegebener Grenzen, vorzugsweise unter 0,2 see und über 2 see liegt, bei der

14), weiche den Mittelwert der Pulsfrequenz über 40 Mittelwertbildung unberücksichtigt zu lassen,
einen Zeitraum von η Herzpulsperioden aufgrund Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde einen in diesen Zeitraum fallenden "

der in diesen Zeitraum fallenden Anzahl von Zählimpulsen (i) konstanter Frequenz bestimmt und Zähler (9, 10), welche die in die Zeiträume - 1 bis η -1 und π -1 bis π fallenden Zählimpulse (i) ermitteln, sowie eine Rechenschaltung (12).

6. Frequenzmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter ein Bandfilter (3), an dessen Ausgang die Impulse in Form der fl-Zacke auftreten, und ein nachgeschaltetes digitales Filter (5-8) aufweist, welches einen nur auf die positiven Signalspannungsanteile der Λ-Zacken-Impulse ansprechenden ersten Trigger (5), einen nur auf den negativen Signalspannungsanteil dieser Impulse ansprechenden zweiten Trigger (6), einen die Ausgangsimpulse des einen Triggers (5) invertierenden Inverter (7) und ein die Ausgänge des Inverters (7) und des anderen Triggers (6) verknüpfendes UND-Gatter (8) aufweist.

7. Frequenzmesser nach Anspruch 6, daß das Filter ein digitales Filter aufweist, das nur diejenigen Impulse passieren läßt, deren Periodendauer (E_n) die Bedingung