DE4001574A1

DE4001574A1 - Vital organ's functioning tester for new born baby - has contactless pick=up providing signals subjected to Fourier transformation so that upper harmonics of heart beat can be evaluated

Info

Publication number: DE4001574A1
Application number: DE19904001574
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Steiner
Original assignee: WALZ ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: WALZ ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 1990-01-20
Filing date: 1990-01-20
Publication date: 1991-07-25

Abstract

At least one signal pick-up is positioned between a base and a couch for the patient, esp. new-born baby. Following components evaluate the signal(s) for at least ascertaining functioning at the lower heart range. The output of the pick-up is connected to the input of a low-pass filter whose cut-off frequency is at most half as great as the scanning frequency to be used later to act as an antialiasing filter. The output of the filter extends to an a-d converter. The output of the latter is connected to a first window function component coupling its input signal with a function whose start and end at the start and end of the window is equal to nil. The output of the function component is coupled to a first Fourier Transformation component whose output signal contains at least the heart frequency component. ADVANTAGE - Determines not only breathing, which can remain still without danger for some time, but more importantly heart beat without contact.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a device according to the preamble of the main claim.

Es ist bekannt, berührungslos die Atemtätigkeit von Neugeborenen zu erfassen. Man versucht dadurch den sogenannten Krippentod zu verhindern, dem ca. drei Promille der Neugeborenen zum Opfer fallen.It is known to record the breathing activity of newborns without contact. One tries to prevent the so-called crib death, the approximately three Per thousand of newborns fall victim.

Die Vorteile der berührungslosen Verfahren sind, daß kein Sensor am Lebewesen befestigt werden muß, so daß damit auch kein Sensor abfallen kann, kein elektrisch leitender Kontakt zum Lebewesen besteht, die Handhabung stark vereinfacht ist, die physiologische Hemmschwelle vor dem Einsatz des Gerätes sehr niedrig ist (z. B. ist ein Säugling nicht von vielen Kabeln umgeben, was den Eltern gleich einen Schreck einjagt) und das Lebewesen sich nicht strangulieren kann, was insbesondere bei Säuglingen über ca. 4 Monate Lebensalter gefährlich ist.The advantages of the contactless method are that there is no sensor on the living being must be attached so that no sensor can fall off, no electrical there is managerial contact with the living being, handling is greatly simplified, the physiological inhibition threshold before using the device is very low (e.g. an infant is not surrounded by many cables, which is the same as the parents frightens) and the living being cannot strangle what is particularly dangerous in infants over 4 months of age.

Nachteilig an den berührungslosen Verfahren ist, daß die Signalaufnahme stärker gestört sein kann als bei berührenden Verfahren, da zwischen Signal und Sensor ein größerer Weg liegt, innerhalb dessen Störungen eingreifen können und daß man mit den seither bekannten Vorrichtungen nur die Atemfunktion erfassen kann, nicht aber den Puls. A disadvantage of the non-contact method is that the signal pickup is stronger can be more disturbed than with touching methods, because between signal and sensor there is a greater path within which interference can intervene and that one can only detect the respiratory function with the devices known since then, but not the pulse.

Es ist bei Kleinkindern ungefährlich, wenn sie eine gewisse Zeitdauer (ca. 10 sec.) nicht mehr atmen. Um Fehlalarme zu vermeiden, muß deshalb mit einem Alarm aufgrund eines Atemaussetzers mindestens diese Zeit abgewartet werden. Ansonsten würde das ohnehin strapazierte Personal noch stärker beansprucht und die Geräteakzeptanz drastisch sinken.It is harmless for small children if they spend a certain amount of time (approx. 10 sec.) no longer breathe. In order to avoid false alarms, an alarm must be used wait at least this time due to a misfire. Otherwise, the already stressed staff would be even more stressed and device acceptance will drop drastically.

Könnte der Puls miterfaßt werden, so ist man in der Lage, die diagnostischen Möglichkeiten (z. B. beim Erstellen von Statistiken) bei der Auswertung beider Vitalfunktionen deutlich zu verbessern und die Alarmkriterien zu erweitern.If the pulse could be recorded, the diagnostic is able to Possibilities (e.g. when creating statistics) when evaluating both Significantly improve vital functions and expand the alarm criteria.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der man auch die Herztätigkeit von Lebewesen berührungslos erfassen kann.The object of the invention is to provide a device with which the Can capture heart activity of living beings without contact.

Als Lebewesen kommen primär Kleinkinder ab ihrer Geburt in Frage; aber auch Erwachsene; ferner Tiere, zum Beispiel Versuchstiere.Infants are primarily considered as living beings from their birth; but also Adults; also animals, for example experimental animals.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst. Durch einige spezielle, mathematisch aufwendige Signalverarbeitungmethoden ist es möglich, aus einem mechanisch erfaßten Signal den Puls zu bestimmen.According to the invention, this object is achieved by the characterizing part of the Main claims apparent features solved. Through some special, mathematically elaborate signal processing methods, it is possible to mechanically detected signal to determine the pulse.

Die Vorrichtung ist hierzu in der Lage, obwohl beim Auflegen eines Kleinkindes kurzzeitig Kräfte von über 200 N auftreten können, das Gewicht des Säuglings im Kilogramm-Bereich liegt, die Herztätigkeit sich als Beschleunigungssignal äußert und die dadurch verursachte Kraftdifferenz auf den Signalaufnehmern im Bereich von kleiner ca. 1 mN liegt. Wird die Körpermasse größer, dann wird im allgemeinen das Nutzsignal auch größer. Die Erfindung arbeitet jedoch auch dann, wenn sehr kleine Körpermassen vorhanden sind. Bei der Vorrichtung hat es keine Bedeutung welche Lage der Säugling hat. Das auf der Liege befindliche Gesamt gewicht beeinflußt den Nutzeffekt nicht. Wird das System zum Beispiel durch die Motorik des Säuglings überlastet so sorgt ein nicht weiter erwähnter Schaltungsteil für raschen Ladungsausgleich, damit die auftretenden großen Ladungs mengen abgeleitet werden und das System sofort nach Überlast wieder empfindlich ist.The device is able to do this, even when hanging up an infant For a short time, forces of over 200 N can occur, the weight of the infant is in the kilogram range, the heart activity as an acceleration signal expresses and the resulting force difference on the signal transducers in the Range of less than approx. 1 mN. If the body mass increases, then in general the useful signal is also larger. However, the invention also works if there are very small body masses. The device has none Meaning the position of the baby. The total on the couch weight does not affect the efficiency. For example, the system the motor skills of the baby are overloaded so a not mentioned worries Circuit part for rapid charge equalization, so the large charge that occurs quantities are derived and the system becomes sensitive again immediately after overload is.

Die Erfindung kann entweder zum Nachrüsten schon vorhandener Kleinkinder- Bettchen verwendet werden, indem ein Bauteil unter das Kleinkind in die Wiege gelegt wird oder indem die Wiege gleich von vornherein erfindungsgemäß aus geführt wird.The invention can either be used to retrofit existing toddler Cribs are used by placing a component under the toddler in the cradle is placed or by the cradle according to the invention from the outset to be led.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels be schrieben. In der Zeichnung zeigenThe invention will now be based on a preferred embodiment wrote. Show in the drawing

Fig. 1 die Draufsicht auf einen Einsatz, Fig. 1 is a plan view of an insert,

Fig. 2 eine Ansicht gemäß dem Pfeil 2 in Fig. 1, Fig. 2 is a view according to the arrow 2 in Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht wie Fig. 1 jedoch mit weiteren, beim fertig montierten Einsatz nicht sichtbaren Einzelteilen, Fig. 3 is a view like Fig. 1, however, with further, not visible in the fully assembled insert parts

Fig. 4 ein Blockschaltbild, Fig. 4 is a block diagram,

Fig. 5 eine Darstellung der Spannung am Ausgang des Analog-/Digital-Wandlers, Fig. 5 is a representation of the voltage at the output of the analog / digital converter,

Fig. 6 und Fig. 7 zwei Diagramme zur Erläuterung der Tätigkeit des Fensterfunktions- bausteins, Fig. 6 and Fig. 7 are two diagrams for explaining the operation of the window function block,

Fig. 8 eine Darstellung der Spannung über die Frequenz am Ausgang des Leistungsspektrum-Bausteins, Fig. 8 is an illustration of the voltage across the frequency spectrum at the output of the power block,

Fig. 9 ein Spannungsdiagramm über der Zeit am Ausgang des Betrags- Berechnungs-Bausteins, Fig. 9 is a voltage diagram over time at the output of the magnitude calculation block,

Fig. 10 eine Rampenfunktion. Fig. 10 is a ramp function.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 steht ein flacher, in eine Kinderwiege einsetzbarer Einsatz 11 von rechteckiger Gestalt auf vier Dämpfungsfüßen 12. Gemäß Fig. 2 ist der Einsatz flach. Gemäß Fig. 3 ist der durch zahlreiche, aus der Figur ersichtliche Rippen 13 versteift. Man erhält so einen Rahmen, der in seinem Mittenbereich eine rechteckige Ausnehmung 14 hat. Diese ist durch einen Boden 16 nach unten abgeschlossen. Mit Abstand von den Rändern der Ausnehmung 14 steht mittelbar auf dem Boden 16 ein Flächeneinsatz 17. Dieser ist durch Versteifungs rippen 18 versteift, die spiegelbildlich zur gemäß Fig. 3 senkrechten Mittenebene 19 angeordnet sind und dorthin konvergieren, wo später vom Säugling etwa die Schultern liegen. Der Kopf liegt später auf dem Versteifungsfachwerk 21. Senk recht zur Mittenebene 19 sind die Versteifungsrippen 18 gemäß Fig. 3 noch durch eine Querrippe 22 verbunden. Der Flächeneinsatz 17 steht auf Kraftaufnehmern 23, 24, 26, die eine Piezo-Keramik enthalten. Es wird ein Operationsverstärker als Ladungsverstärker und ein Überlastschutz verwendet. Mittels Leitungen 27, 28, 29 sind die Kraftaufnehmer 23, 24, 26 mit einer gedruckten Schaltung 31 verbunden die einen Addierer 32, einen Tiefpass 33 und einen Analog-/Digital-Wandler 34 umfaßt. Über den Einsatz 17 und den diesen umgebenden Rahmen 35 ist eine nicht dargestellte Folie geklebt, die in Z-Richtung nachgiebig und in x/y-Richtung steif ist.According to FIGS. 1 to 3, there is a flat insert 11 of rectangular shape that can be inserted into a cradle and has four damping feet 12 . According to Fig. 2 of the insert is flat. According to FIG. 3, the ribs 13 , which can be seen in the figure, are stiffened. A frame is thus obtained which has a rectangular recess 14 in its central region. This is closed at the bottom by a bottom 16 . At a distance from the edges of the recess 14 there is a surface insert 17 indirectly on the bottom 16 . This is stiffened by stiffening ribs 18 , which are arranged in mirror image to the vertical center plane 19 according to FIG. 3 and converge where later about the shoulders of the infant lie. The head later lies on the stiffening framework 21 . Perpendicular to the center plane 19 , the stiffening ribs 18 according to FIG. 3 are still connected by a transverse rib 22 . The surface insert 17 stands on force transducers 23, 24, 26 which contain a piezo ceramic. An operational amplifier is used as a charge amplifier and overload protection. By means of lines 27 , 28 , 29 , the force transducers 23 , 24 , 26 are connected to a printed circuit 31 which comprises an adder 32 , a low pass 33 and an analog / digital converter 34 . A film, not shown, is glued over the insert 17 and the frame 35 surrounding it, which is flexible in the Z direction and stiff in the x / y direction.

Hinsichtlich der von den Kraftaufnehmern 23, 24, 26 aufgenommenen Signale wurde folgendes gefunden:The following was found with regard to the signals picked up by the force transducers 23 , 24 , 26 :

a) The useful signals are in the frequency range of less than approx. 40 Hz. With a sampling rate of approx. 180 Hz this signal can be safely digitize.
b) The horizontal components are very small in amplitude. In the For example, breathing is twenty to thirty times weaker than that Vertical components and strongly dependent on the position of the person. It could not find any fixed phase relationships or curve shapes will.
c) The motor skills (movement of the extremities) are very good in all components large amplitudes. The detection of breath and pulse is therefore in Motor skills not possible. But this is not necessary either, because the person in is alive in this case, so that during that time never Alarm must be given.
d) The breathing signal is a weight shift in the longitudinal direction dar = → My (torque around the y-axis).
e) The heart signal mainly occurs only on the side facing the chest. Therefore, it has a force component Fz (the z-direction is shown in Fig. 1 in the drawing plane, from bottom to top), and a torque My, that is, a torque about the y axis which is perpendicular in Fig. 1 to the drawing plane .
f) The heart signal is an acceleration signal.
g) The heart signal has many harmonics, which is reflected by the pulse Explain the occurrence of the signal. It is namely a Odd duty cycle signal.
h) The heartbeat can stimulate the insert 11 to vibrate predominantly in the vertical direction of vibration.

Als Störsignale treten Gebäudeschwingungen und Luftzug auf. Die Gebäude schwingungen gliedern sich in zwei Klassen:Building vibrations and drafts occur as interference signals. The buildings vibrations are divided into two classes:

- Natural resonance vibrations of the building parts, e.g. B. stimulated by wind, tram or the like. They are in the frequency range above approx. 10 Hz and are low in harmonics. Due to the signal processing shown in FIG. 4, these vibrations only have an extremely weak influence on both breathing and the pulse.
- In the immediate vicinity of the described device 11 excited building vibrations. You will e.g. B. generated by people walking by or rolling handcarts. These vibrations are not subject to any recognizable restrictions in the frequency range or in the curve shape. Due to their generally short-term occurrence, they only influence the surveillance temporarily.

Die Frequenzen der durch Luftzug erzeugten Signale liegen im Atemfrequenz bereich. Die Kurvenform dieser Luftschwingungen ist meist sinusförmig, so daß das Signal kaum Oberwellen enthält. Dabei entsteht hauptsächlich die Kraft komponente Fz. Da aber nur die Drehmomentkomponente My weiterverarbeitet wird, ist der Luftzugeinfluß sehr gering. Indem der Flächeneinsatz 17 verwendet wird (Verringerung der Angriffsfläche; geringere Drehmomentbeeinflussung), der wesent lich kürzer ist als der gesamte Einsatz 11, erhält man eine weit überproportionale Reduzierung des Luftzugeinflusses.The frequencies of the signals generated by drafts are in the respiratory rate range. The curve shape of these air vibrations is usually sinusoidal, so that the signal contains hardly any harmonics. This mainly creates the force component Fz. However, since only the torque component My is processed, the influence of drafts is very low. By using the surface insert 17 (reduction of the contact surface; less influence on the torque), which is significantly shorter than the entire insert 11 , a far disproportionate reduction in the influence of the air draft is obtained.

Die Signale der Kraftaufnehmer 23, 24, 26 werden durch den Addierer 32 derart miteinander verbunden, daß das verarbeitete Signal nur noch die Komponente My (Drehmoment um die y -Achse) enthält. Dieses Signal wird in einen (Antialiasing-) Tiefpass 33 gegeben. Dieser sorgt dafür, daß bei der nachfolgenden Digitalisierung mit dem AD-Wandler 34 das Abtasttheorem nach Shannon nicht verletzt wird, denn durch eine zu niedrig gewählte Abtastfrequenz würden falsche Frequenzen im abgetasteten Signal erscheinen (sogenannte Aliasfrequenzen). Es wird ein aktiver Tiefpass 2. Ordnung mit einer Grenzfrequenz von 19 Hz eingesetzt. Die Abtastrate beträgt 180 Hz. Die Digitalisierung des am Tiefpassausgang stehenden Signals mit dem AD-Wandler 34 wird mit einer Auflösung von 12 Bit durchgeführt. Ein Beispiel für ein digitalisiertes Signal ist in Fig. 5 dargestellt. Bei diesem extrem guten Signal sind der Atem und Puls bereits hier mit bloßem Auge leicht erkennbar. Dem Atem entspricht die sinusförmige Grundwelle des Signals, dem Puls die nach oben und unten gerichteten Signalspitzen.The signals from the force transducers 23 , 24 , 26 are connected to one another by the adder 32 in such a way that the processed signal only contains the component My (torque about the y axis). This signal is put into an (anti-aliasing) low pass 33 . This ensures that the subsequent digitization with the AD converter 34 does not violate the Shannon sampling theorem, because if the sampling frequency is chosen too low, wrong frequencies would appear in the sampled signal (so-called alias frequencies). An active 2nd order low-pass filter with a cut-off frequency of 19 Hz is used. The sampling rate is 180 Hz. The digitization of the signal at the low pass output with the AD converter 34 is carried out with a resolution of 12 bits. An example of a digitized signal is shown in FIG. 5. With this extremely good signal, the breath and pulse are easily recognizable with the naked eye. The sinusoidal fundamental wave of the signal corresponds to the breath, the pulse corresponds to the upward and downward signal peaks.

Die Fourier-Analyse geht von einem nicht zeitlimitierten Signal aus. Die in der Technik vorliegenden Signale sind aber stets zeitlimitiert. Um trotzdem eine Fourier-Analyse durchführen zu können, muß künstlich ein nicht zeitlimitiertes Signal erzeugt werden. Damit dabei keine zu großen Fehler entstehen, wird mit einem Fensterfunktions-Baustein 36 eine Fensterung durchgeführt (an ihm kommt eine Spannung 37 an, wie sie im Prinzip in Fig. 6 gezeichnet ist). Dabei wird das Signal mit einer entsprechend dem Anwendungsfall gewählten Funktion multipliziert. Die hier verwendete Fensterfunktion ist unter dem Begriff "Cosinus Window" (s. Seite 11; W1 (n) bekannt. Sie ist das in Fig. 6 gezeichnete bogenförmige Signal 38.The Fourier analysis assumes that the signal is not time-limited. However, the signals available in technology are always time-limited. In order to still be able to carry out a Fourier analysis, a non-time-limited signal must be generated artificially. In order that no large errors occur, a window function module 36 is used for windowing (a voltage 37 arrives at it, as is shown in principle in FIG. 6). The signal is multiplied by a function selected according to the application. The window function used here is known under the term "cosine window" (see page 11; W1 (n). It is the arcuate signal 38 shown in FIG. 6.

Es stellt einen guten Kompromiß zwischen Nebenzipfeldämpfung und Selektivität dar. Das Signal am Ausgang des Fensters 1 ist schematisch in Fig. 6 dargestellt.It represents a good compromise between secondary lobe attenuation and selectivity. The signal at the output of window 1 is shown schematically in FIG. 6.

Dieses Signal wird in einem ersten FT-Baustein (Fourier-Transformation) 39 verarbeitet. Eine solche Anordnung ist zum Beispiel in der Entscheidung 17 W (pat) 112/86 in GRUR 1989, Heft 5, ab Seite 338 beschrieben. Im dortigen Ausführungsbeispiel wird bevorzugt die für Rechner zugeschnittene FFT (Fast- Fourier-Transformation) verwendet. This signal is processed in a first FT module (Fourier transform) 39 . Such an arrangement is described, for example, in decision 17 W (pat) 112/86 in GRUR 1989, number 5, from page 338. In the exemplary embodiment there, the FFT (Fast Fourier Transform) tailored for computers is preferably used.

Am Ausgang des FT-Bausteins 39 hat man ein im mathematischen Sinne komplexes Spektrum. Für die weitere Verarbeitung ist die darin enthaltene Phaseninformation nicht relevant. Es reicht aus, das Leistungsspektrum (Leistung als Funktion der Frequenz) zu kennen. Hierzu ist der Leistungsspektrum-Baustein 41 vorgesehen. Am Ausgang von 41 erhält man ein Frequenzspektrum gemäß Fig. 8. Darin ent spricht die niederfrequente Spektrallinie höher Amplitude 42 der Atmung.At the output of the FT module 39 there is a complex spectrum in the mathematical sense. The phase information contained therein is not relevant for further processing. It is sufficient to know the range of services (power as a function of frequency). The power spectrum module 41 is provided for this purpose. At the output of 41 , a frequency spectrum according to FIG. 8 is obtained . This corresponds to the low-frequency spectral line with a higher amplitude 42 of respiration.

Die Pulsgrundschwingung ist nicht zu sehen. Sie müßte etwa bei 2 Hz liegen. Man erkennt aber deutlich die Oberwellen des Pulssignals 43. Deren Abstand voneinander entspricht der gesuchten Pulsfrequenz (Physikalisches Grundgesetz: Die Oberwellen müssen immer ganzzahlige Vielfache der Grundwelle sein; beim vorliegenden Signaltyp treten die gerad- und ungeradzahligen Oberwellen auf). Die eingezeichneten Oberwellen treten nicht immer an derselben Stelle innerhalb des Spektrums auf. Außerdem sind sie im Normalfall nicht mit dem Auge im Spektrum zu erkennen (in Fig. 8 wurde zur Verdeutlichung der Beschreibung ein extrem ausgeprägtes Signal gewählt). An sich besteht der Kern der Erfindung darin, mit den durch die Spitzen 43 gekennzeichneten Oberwellen weiterzuarbeiten, und zwar unabhängig davon, wo und wie stark sie im Frequenzbereich auftreten. Dies gelingt nur durch eine weitere Fouriertransformation. Bei dieser Verarbeitung ist die Grundschwingung nicht erforderlich, was Grundlage jeder analogen Ver arbeitung ist. Man betrachtet dazu das Frequenzspektrum nach Fig. 8, als wäre es ein Zeitsignal und verwendet einen zweiten FT-Baustein 44. Dadurch gelingt es, die komplette im Spektrum über den Puls enthaltene Information auszuwerten. Da wiederum im Ausgangssignal nach dem zweiten FT-Baustein 44 auch eine nicht interessierende Phaseninformation vorhanden ist, wird ähnlich dem Leistungsspektrum- Baustein 41 ein Betrags-Berechnungs-Baustein 46 verwendet. An dessen Ausgang erhält man ein Signal gemäß Fig. 9. Dieses Diagramm enthält, an den Spitzen 47 deutlich erkennbar, das Herzsignal. Es wird durch einen Puls-Erkennungs-Baustein 48 erkannt (der Abstand der Spitzen 47 voneinander entspricht der Zeit zwischen zwei Herzschlägen).The fundamental pulse is not visible. It should be around 2 Hz. However, the harmonics of the pulse signal 43 can clearly be seen. Their spacing from one another corresponds to the pulse frequency sought (basic physical law: the harmonics must always be integer multiples of the fundamental; the even and odd-numbered harmonics occur with this signal type). The harmonics shown do not always appear at the same point in the spectrum. In addition, they are normally not visible to the eye in the spectrum (in Fig. 8, an extremely pronounced signal was chosen to clarify the description). As such, the essence of the invention is to continue working with the harmonics identified by the peaks 43 , regardless of where and how strong they occur in the frequency domain. This can only be achieved by a further Fourier transformation. With this processing, the fundamental wave is not necessary, which is the basis of all analog processing. If one considers the frequency spectrum of Fig. 8, as if it were a time signal and uses a second FT-block 44th This makes it possible to evaluate the complete information contained in the spectrum about the pulse. Since again phase information of no interest is present in the output signal after the second FT module 44 , an amount calculation module 46 is used similarly to the power spectrum module 41 . A signal according to FIG. 9 is obtained at its output . This diagram contains the cardiac signal, which can be clearly recognized at the tips 47 . It is recognized by a pulse detection module 48 (the distance between the tips 47 corresponds to the time between two heartbeats).

Zu den noch nicht beschriebenen, in ihrer Schaltung aus Fig. 4 entnehmbaren Bausteinen ist folgendes auszuführen: Mit dem Ausgang des Analog-/Digital-Wandlers 34 ist ein Betrags-Integral-Baustein 49 vorgesehen, der das Betrags-Integral dieses Ausgangssignals bildet. Er speist sowohl einen Motorik-Test-Baustein 51, als auch einen Mindestsignal-Test-Baustein 52. Von 51 aus kann man erkennen, daß ein sich stark bewegendes Kind auf dem Einsatz 11 liegt. Von 52 aus kann man erkennen, ob auf dem Einsatz 11 überhaupt ein (lebendes) Kind liegt.The following must be carried out with respect to the components of the circuit from FIG. 4 which have not yet been described: With the output of the analog / digital converter 34 , an integral component 49 is provided which forms the integral of this output signal. It feeds both a motor function test module 51 and a minimum signal test module 52 . From 51 one can see that a strongly moving child lies on the insert 11 . From 52 one can see whether there is a (living) child on the insert 11 at all.

Baustein 41 speist einen Bandpass-Atem-Baustein 53 (ein für die möglichen Atemfrequenzen dimensionierter Bandpass) und dieser wiederum einen Atem erkennungsbaustein 54. Von dort aus kann man, wie der nach links abgehende Pfeil zeigt, die Atemfrequenz anzeigen. Nach 54 folgt ein Bandpass-Puls- Definierungsbaustein 56. Dieser definiert in Abhängigkeit von der erkannten Atemfrequenz die untere Grenzfrequenz eines für den Puls zugeschnittenen Band passes, dem Bandpasspuls-Baustein 57. Dieser steuert einen Baustein 58, der eine Multiplikation mit einer Rampenfunktion durchführt. Diese Rampenfunktion ist schematisch in Fig. 10 dargestellt und ist in diesem Beispiel linear. Man er reicht dadurch eine Anhebung der ansonsten zu hohen Frequenzen hin abfallenden Oberwellen.Module 41 feeds a bandpass-breath module 53 (a bandpass dimensioned for the possible breathing frequencies) and this in turn supplies a breath-recognition module 54 . From there, you can display the respiratory rate, as the arrow pointing to the left shows. A bandpass pulse definition module 56 follows after 54 . Depending on the detected breathing frequency, this defines the lower limit frequency of a bandpass tailored to the pulse, the bandpass pulse module 57 . This controls a module 58 which carries out a multiplication with a ramp function. This ramp function is shown schematically in FIG. 10 and is linear in this example. It is enough to raise the harmonics that otherwise drop to high frequencies.

Aus dem gleichen Grund wie bei 36 folgt nun ein zweiter Fensterfunktions- Baustein 59. Dessen Ausgangssignal wird zur Verstärkung der Differenzen in einem Quadrier-Baustein 61 quadriert, und hierauf folgt der schon erwähnte zweite FT-Baustein. For the same reason as at 36 , a second window function module 59 now follows. Its output signal is squared in a squaring module 61 to amplify the differences, and this is followed by the already mentioned second FT module.

Die nachfolgenden 17 Gleichungen beschreiben die Funktion der Schaltung nach Fig. 4 mathematisch. Dabei kommen die in der ersten Zeile stehenden Signale von den Kraftaufnehmern 23, 24, 26. Die Gleichung 1 gehört zu 32, die Gleichung 2 zu 33, die Gleichung 3 zu 34, die Gleichung 4 zu 49, die Gleichung 5 zu 36 die Gleichung 6 zu 39, die Gleichung 7 zu 41, die Gleichung 8 zu 53, die Gleichung 9 zu 54, die Gleichung 10 und 11 zu 56, die Gleichung 12 zu 57, die Gleichung 13 zu 58, die Gleichung 14 zu 59, die Gleichung 15 zu 61, die Gleichung 16 zu 44, die Gleichung 17 zu 46: The following 17 equations mathematically describe the function of the circuit according to FIG. 4. The signals in the first line come from the force transducers 23 , 24 , 26 . Equation 1 belongs to 32 , Equation 2 to 33 , Equation 3 to 34 , Equation 4 to 49 , Equation 5 to 36, Equation 6 to 39 , Equation 7 to 41 , Equation 8 to 53 , the equation 9 to 54 , Equations 10 and 11 to 56 , Equation 12 to 57 , Equation 13 to 58 , Equation 14 to 59 , Equation 15 to 61 , Equation 16 to 44 , Equation 17 to 46 :

Eine Möglichkeit zur Berechnung der Autokorrelation ist:One way to calculate the autocorrelation is:

wobei τ einer Zeitverschiebung entspricht.where τ corresponds to a time shift.

Eine Möglichkeit zur Berechnung der Kreuzkorrelation ist:One way to calculate the cross correlation is:

Die Cepstrumanalyse ist durch folgenden Verarbeitungsablauf gekennzeichnet:The cepstrum analysis is characterized by the following processing sequence:

FT → Leistungsspektrum → Logarithmierung → IFTFT → Range of Services → Logarithming → IFT

Stellt man sich ein Spektrum vor, das aus zwei miteinander multiplikativ verknüpften Spektren entstanden ist (entspricht einer Faltung der Signale im Zeitbereich), so läßt sich dieses Signal unter bestimmten Voraussetzungen mittels der Cepstrumanalyse in seine Komponenten aufteilen.Imagine a spectrum that consists of two multiplicative with each other linked spectra has arisen (corresponds to a convolution of the signals in the time domain), this signal can be used under certain conditions divide into its components using cepstrum analysis.

Bei der spektralen Mittelung werden Zeitsignale zuerst in den Frequenzbereich transformiert und die dann erhaltenen Spektren gemittelt. Dabei können nur das Betrags- und Leistungsspektrum gemittelt werden, da in ihnen keine Phaseninformation mehr enthalten ist.With spectral averaging, time signals are first in the frequency domain transformed and the spectra then obtained averaged. Only can the range of amounts and services are averaged, since none of them Phase information is more included.

Nach der Mittelung kann das Spektrum in den Zeitbereich zurücktransformiert werden.After averaging, the spectrum can be transformed back into the time domain will.

Vorteil dieses Verfahrens ist, daß man keinen Trigger wie bei einer Mittelung im Zeitbereich benötigt.The advantage of this method is that you don't have a trigger like with a Averaging required in the time domain.

Nachteilig dagegen ist der hohe Rechenaufwand des Verfahrens und der Verlust von Phaseninformationen.On the other hand, the high computational complexity of the method and the Loss of phase information.

Bei der Zeitmittelung werden die Werte einzelner, nacheinander erfaßter Zeitabschnitte punktweise gemittelt:With time averaging, the values of individual, sequentially recorded Periods averaged point by point:

Wert (i) = [Wert (i, 0) + Wert (i, 1) . . . + Wert (i, m,)]/mValue (i) = [value (i, 0) + value (i, 1). . . + Value (i, m,)] / m

m = Anzahl der Zeitabschnitte
i = 0 . . . n; n = Anzahl der Zeitpunkte innerhalb des Zeitabschnittes.m = number of time periods
i = 0. . . n; n = number of times within the time period.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung könnte man 53, 54 und 56 auch weg lassen, wenn man keine Atemerkennung wünscht. In diesem Fall schneidet der Bandpasspuls-Baustein 57 aus dem Spektrum diejenigen Bereiche heraus, in denen auf keinen Fall Nutzsignale enthalten sind. Sind die Bausteine 53, 54, 56 vorhanden, so benützt man sie, um einmal im hohen Spektrumsbereich und einmal im niederen Spektrumsbereich abzuschneiden. Welche Spektrumsteile im tiefen Bereich weg geschnitten (und nicht weiterverarbeitet) werden, hängt von der Atemtätigkeit ab. Es wird auf jeden Fall der Bereich so gewählt, daß die Atemfrequenz weg geschnitten wird. Hört die Atmung ganz auf, dann wird nur ein Minimum des Spektrums weggeschnitten, und zwar derjenige Bereich, der ohnehin weggeschnitten wird. Es wird um so mehr weggeschnitten je höher die Atemfrequenz ist. Die Atemfrequenz kann niemals so hoch sein wie die Oberwellen des Pulses sind. Die Oberwellen des Pulses sind ja ein Vielfaches der Pulsfrequenz. Sie liegen im 10-Hz-Bereich oder noch höher. Eine Atemfrequenz über ca. 3,5 Hz ist bei Menschen physiologisch nicht möglich.In one embodiment of the invention, one could omit 53, 54 and 56 if one does not want breath detection. In this case, the bandpass pulse module 57 cuts out those areas from the spectrum in which useful signals are in no case contained. If the building blocks 53 , 54 , 56 are present, they are used to cut off once in the high spectral range and once in the lower spectral range. Which parts of the spectrum are cut away in the deep area (and not further processed) depends on the breathing activity. In any case, the range is selected so that the respiratory rate is cut away. If breathing stops completely, then only a minimum of the spectrum is cut away, and that is the area that is cut away anyway. The higher the respiratory rate, the more it is cut away. The respiratory rate can never be as high as the harmonics of the pulse. The harmonics of the pulse are a multiple of the pulse frequency. They are in the 10 Hz range or even higher. A breathing rate above approx. 3.5 Hz is physiologically not possible in humans.

Claims

1. Device for the contactless detection of the activity of vital, low-frequency organs of living things, especially of newborns,
with a base
with a couch for the living being,
with at least one signal sensor arranged between the base and the bed,
and components for signal processing connected downstream of the signal pickup, characterized by the following features:

a) The device serves at least to record the heart activity lying in the lower Hertz range.
b) The output of the signal pickup is connected to the input of a low-pass filter, the cut-off frequency of which is at most half as large as the sampling frequency to be used later (anti-aliasing filter).
c) The output of the low pass is connected to an analog / digital converter.
d) The output of the analog / digital converter is connected to a first window function block, which links its input signal to a function, the beginning and end of which is zero at the beginning and end of the window.
e) The output of the first window function block is connected to a first FT block (Fourier transformation), the output signal of this FT block containing at least the heart rate components.

2. Device according to claim 1, characterized in that three signals transducers are provided that support the couch alone.

3. Device according to claim 2, characterized in that at several Signal recorders this is followed by an adder.

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the Signal pickups are mechanodes.

5. The device according to claim 1, characterized in that the output of the analog / digital converter with one motor function test block and one Minimum signal test block is connected, the output signals of the Control window function block when a motor signal and / or a There is a minimum signal.

6. The device according to claim 5, characterized in that the motor test- A motor indicator is connected downstream.

7. The device according to claim 5, characterized in that the minimum signal A minimum signal indicator is connected downstream.

8. The device according to claim 1, characterized in that in the signal a forming module is connected downstream of the first FT module, the mathematically transformed complex spectrum into a scalar spectrum and its Output on the one hand with a bandpass pulse module and preferably on the other hand with a control unit for the bandpass pulse module connected is.

9. The device according to claim 8, characterized in that the band pass pulse component is defined depending on the respiratory rate.

10. The device according to claim 9, characterized in that the bandpass breath module ( 53 ) used for breathing processing is defined as a function of the pulse frequency.

11. The device according to claim 8, characterized in that the tax unit for the bandpass pulse building block a bandpass breathing building block, a breath detection module and a bandpass pulse definition Module includes.

12. The apparatus according to claim 1, characterized in that after the FT module is a signal evaluation module ( 58 ) (multiplication with a ramp function, squaring).

13. The apparatus according to claim 8, characterized in that in the Line loop of the bandpass pulse module and / or a multiplication with ramp effect module and / or a square module and then a second FT module is connected, which is an amount calculation module, which is followed by a pulse detection Is connected downstream.

14. The apparatus according to claim 1 or 10, characterized in that that at least one of the FT blocks is an FFT block (Fast Fourrier Transformation) is.

15. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that at least one of the FT blocks either a forward transformation or a backward transformation executes.

16. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that in digital signal processing with autocorrelation and / or cross correlation and / or cepstrum analysis and / or spectral averaging and / or time averaging is carried out.

17. The apparatus according to claim 1, characterized in that the bed Frame part that corresponds to the length of the person that the Frame part has a recess approximately in the central area that the Recess has a bottom that a smaller, stiff surface use is provided and that the signal pickup between Floor and area use.

18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the surfaces is so short that the head and feet are normally on the Frame part lie and the fuselage lies on the wing insert.

19. The apparatus according to claim 17, characterized in that the signal transducers arranged symmetrically to the longitudinal center plane of the insert are.

20. The apparatus according to claim 19, characterized in that three signals transducers are provided.

21. The apparatus according to claim 19 and 20, characterized in that two of the signal pickups are in the area close to the head and one is located located in the area near the foot.

22. The apparatus according to claim 17 that the frame part including surfaces insert with a gap between the frame part and the surface insert bridging foil is pasted over.