DE3150925A1

DE3150925A1 - Anordnung zur pulsmessung mit einem photoelektrischen nutzsignalaufnehmer

Info

Publication number: DE3150925A1
Application number: DE19813150925
Authority: DE
Inventors: Rolf 5106 Roetgen Wilden
Original assignee: Honeywell BV
Current assignee: Honeywell BV
Priority date: 1981-12-23
Filing date: 1981-12-23
Publication date: 1983-06-30

Description

Anordnung zur Pulsmessung mit einem photelektrischen
iutzsignalaufnehmer Die Erfindung betrifft e-ine Anordnung zur Pulsmessung mit einem in der Nähe eines durchblutenden Bereichs anzuordnenden photoelektrischen Nutzsignalaufnehmer.
Derartige Anordnungen sind bekannt und erden u.a. für arbeits- oder sportmedizinische Untersuchungen eingesetzt.
Häufig bussen diese Untersuchungen aber bei körperlicher Belastung des Patienten, z.B. während eines Laufes, durchgeführt werden. Dabei treten rhythmische Störsignale auf,deren Amplitude in der Größenordnung der Amplitude des Nutzsignals liegt und deren Frequenz im Bereich der Pulsfrequenz liegt. Derartige Störsignale verfälschen aber die Herzpuls-Messungen.
Aus der US-PS 41 98 988 ist eine Anordnung bekannt, bei der der Winfluo von Bewegungsstörungen dadurch ausgeschaltet werden soll, daß der bei Bewegungsstörungen auftretende hohe Gleichspannungsanteil aus dem Nutzsignal im Frequenzbereich unter 1 Iz eliminiert wird. Die durch die Bewegungsstörungen verursachten höheren Frequenzkomponenten bleiben jedoch unbeeinflu#t.
In der D72-OS 27 27 138 ist ein Signalformer beschrieben, der neben Umgebungslicht-Störungen auch Bewegungsstörungen vermeiden soll. Dazu wird ein Korrelationsfilter verwendet, das als PLL-Schaltung ausgebildet ist. Der Nachteil eines solchen Filters ist, das es rhythmische Störsignale im Frequenzbereich des Nutzsignals nicht vom Nutzsignal trennen kann.
Aufgabe der vorlie;;enden Erfindung ist es, den ,influn von rythmischen Störungen im Frequenzbereich des Herzpulses auf die .erzpulsmessun~ wirksam zu verringern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dan in der Nähe des utzsignaiaufnehmers ein photoelektrischer Störsignalaufnehmer so angeordnet ist, da er nur durch Bewegungen hervorgerufene Störsignale erfassen kann, das eine Schaltung zur Anpassung der Amplitude des Störsignals und des im Nutzsignal enthaltenden Störanteils vorgesehen -ist und daß die in der Amplitude aneinander angepaßten Signale in einer Subtrahierschaltung voneinander subtrahiert werden; Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer den Störsignalaufnehmer und den Nutzsignalaufnehmer enthaltenden Anordnung, Fig. 1b einen Ausschnitt aus einer solchen Anordnung und Fig. 2 das Blockschaltbild der zur Auswertung erforderlichen Schaltung.
Nutzsignalaufnehmer und Störsignalaufnehmer sind auf einem ringförmigen Träger 1 befestigt, der aus Kunststoff besteht und zwei ilälften aufweist, die um eine Achse 2 auf der einen Längsseite geklappt werden können und auf der anderen Seite einen elastisch wirkenden SchnappverschluS 3 aufweisen. Der ringförmige Träger ist so bemessen, daß. er auf einem Finger einer Person,- z.B. dem Ringfinger, angebracht werden kann.
Auf der Innenseite des ringförmigen Trägers sind der Nutzsignalaufnehmer und der Störsignalaufnehmer angeordnet.
Der Nutzsignalaufnehmer enthält bei 2a eine Lichtquelle, z.B. eine lichtemittierende Diode, und bei 2b einen Wandler, z.B. eine t'otodiode. Das von der Lichtquelle vorzugsweise olit einer -ellenlänse von etwa 900 nm (Infrarot) ausgestrahlte Licht wird von dem durchbluteten Gewebe im Bereich der flenstelle reflektiert und das reflektierte Licht wird von dem wandler 2b in ein elektrisches Signal umgesetzt.Die Amplitude des Signals hängt einerseits von dem iiomentanwert der- Durchblutung ab, wird aber andererseits auch wesentlich von Bewegungen des Patienten störend beeinfluqt.
Der Störsignalaufnehmer 5 ist ähnlich aufgebaut wie der Nutzsignalaufnehmer 4a, 4b, ist jedoch durch eine flexible nichttransparente und auf ihrer Innenseite reflektierende Folie 6 abgedeckt. Das elektrische Ausgangssignal dieses Aufnehmers ändert sich daher im Rhythmus der die Pulsmessung störenden Bewegung.
Bei der Messung befindet sich der Nutzsignalaufnehmer 4a, 4b genau unterhalb des Fingers, während der Störsignalaufnehmer demgegenüber um etwa 60 Grad versetzt ist. Das vom Störsignalaufnehmer gelieferte Störsignal hat daher praktisch die gleiche Phase wie der Störanteil im Nutzsignal.
Wie schematisch angeordnet, kann der ringförmige Träger noch weitere für die Signalverarbeitung erforderliche Bauteile enthalten, z.B. Batterien 6, eine integrierte Schaltung 7 und eine Anzeigeeinrichtung 8.
Fig 2 zeigt die Schaltung zur Auswertung der von den Signalaufnehnehmern gelieferten Signale.
Das vom Signalaufnehner 4b gelieferte Signal wird von einem #;eeignete#n Verstärker 7 verstärkt, währen#d das Ausgangssignal des törsignalaufnehmers 5 von einem entsprechend aufgebauten Verstärker 3 verstärkt wird. Da der otörsignalaufnehmer 5 und der Nutzsignalaufnehmer 4a,4b relativ dicht beieinander angeordnet sind, haben das Störsignal und der Jtöranteil im Nutzsignal nahezu die (leichte Phasela, jedoch können die Amplituden der beiden Signale voneinander abweichen. Um eine Amplitudenanpassung zu erreichen, ist in den Ubertragungsweg des vom Störsignalaufnehmer gelieferten Signals ein Verstärker 9 eingeschaltet, dessen Verstärkung entsprechend einer zteuerspannung an einem Steuereingang veränderbar ist. Diese Steuerspannung wird von einem Dividierer 10 geliefert, der den Quotienten aus den Ausgangssignalen der Verstärker 7 und 8 bildet. Der bei dieser Art der Amplitudenanpassung auftretende Fehler ist um so geringer, je größer der Störanteil im Nutzsignal im Vergleich zum eigentlichen ##utzanteil ist; in der Praxis verhalten sich diese beiden Anteile bei durch Laufen gestörten Pulsmessungen etwa wie 2:1.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 7 und des in seiner Verstärkung steuerbaren Verstärkers 9 werden durch einen Differenzverstärker 11 voneinander subtrahiert, so daß sich das Störsignal und der Störanteil im Nutzsignal weitgehend kompensieren. Gleichwohl ist das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 auch bei exakter Amplitudenanpassung nicht frei von Störungen. Durch die Bewegung wird nämlich einerseits dem Nutzsignal ein Störsignal (additiv) überlagert, das durch die Subtraktion im Idealfall vollständig beseitigt werden kann, jedoch werden aufgrund von nichtlinearen Effekten Stör- und Nutzsignal auch multiplikativ miteinander verknüpft, so daS eine Modulation des Nutzsignals durch das Störsignal auftritt, die durch die beschriebene Schaltungsanordnung nicht beseitigt werden kann. Allerdings ist der aufgrund dieser Tatsache verbleibende Störanteil nicht allzu ausgeprägt; mit Hilfe eines Schmitt-Triggers 12 kann daher der Ilerzpuls erfaßt werden.
Die Amplitudenanpa3sung kann auch dadurch erfolgen, da? in jedem der beiden tJDertragunbswege eine automatische Verstärkun7sregelunst vorgesehen wird, die sowohl das nutzsignal als auch das törsial auf eine bestimmte Amplitude bringt.

Claims

PATW1#TAJf#PRUChE: 9 Anordnung zur Pulsmessung mit einem in der Nähe eines durchblutenden Bereichs anzuordnenden photoelektrischen Nutzsignalaufnehner, dadurch gekennzeichnet, da in der Nähe des I###+z#ignalaufnehmers (4a,4b) ein photoelektrischer Strsignalaufnehmer (5) so angeordnet ist, da er nur durch Bewegungen hervorgerufene Störsignale erfassen kann, daß eine Schaltung (9,10) zur Anpassung der Amplitude des Störsignals und des im Nutzsignal enthaltenden Störanteils vorgesehen ist und daß die in der Amplitude aneinander angepa<3ten Signale in einer Subtrahierschaltung (11) voneinander subtrahiert werden.
2 Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daa die Schaltung zur Anpassung der von dem Signalaufnehmer gelieferten Signalamplituden einen im Ubertragungsweg des einen Signalaufnehmers (5) angeordneten Verstärker (9) enthält, dessen Verstärkung durch ein vom Verhältnis von Nutz- und Störsignal abhängiges Steuersignal steuerbar ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, da das Steuersignal von einer Dividierschaltung (10) gebildet wird, die den Quotienten aus dem Nutzsignal und dem Störsignal bildet.
40 Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, da" der Nutzsignalaufnehmer (4a,4b) und der Storsignalaufnehmer gegeneinander versetzt auf der Innenfläche eines auf einen Finger schiebbaren Ringes (1) angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch dekennzeichnet, da der otörsignalaufnehmer durch eine flexible, lichtdichte und auf der Innenseite reflektierenden Folie (6# abgedichtet ist.