DE60101434T2

DE60101434T2 - Elektrodenstruktur

Info

Publication number: DE60101434T2
Application number: DE60101434T
Authority: DE
Inventors: Seppo NISSILÄ
Original assignee: Polar Electro Oy
Current assignee: Polar Electro Oy
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: FI20001914A0; FI20001914A; EP1186272A1; FI111129B; HK1043931A1; ES2212783T3; HK1043931B; US6754517B2; EP1186272B1; DE60101434D1; US20020026114A1

Description

Bereich der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum nichtinvasiven Messen der Herzfrequenzinformation, und insbesondere auf einen Herzfrequenzmonitor, der in Verbindung mit körperlicher Übung und Sport verwendet wird.
Hintergrund
In Zusammenhang mit körperlicher Übung ist die Messung der Pulsrate eine wichtige Aufgabe. Die Pulsrate, d. h. die Herzfrequenz, gibt Informationen, beispielsweise über die Übungsintensität, über die Erholung und über Änderungen des körperlichen Zustands einer Person und ermöglicht eine bessere Überwachung und Planung der Beziehung zwischen Übung und Ruhe.
Die Herzfrequenz wird an der Haut einer Person auf der Basis eines Elektrokardiogramm-(EKG-)Signals gemessen, das durch einen Herzschlag erzeugt wird. Weitere Informationen zum EKG findet man in Human Physiology and Mechanisms of Disease von Guyton, Arthur C., dritte Ausgabe, Kapitel 13: Das Elektrokardiogramm, W. B. Sanders Company 1982, ISBN 4-7557-0072-8. Ein elektrokardiographisches Signal ist ein elektromagnetisches Signal, das durch den Herzschlag erzeugt und am Körper einer zu messenden Person erfasst wird. Das Signal wird unter Verwendung von Elektroden gemessen, die an wenigstens zwei Stellen mit dem Körper in Kontakt kommen. In der Praxis wirkt eine Elektrode, die sich am nächsten zum Herzen auf einem Polarisationsvektor befindet, als die eigentliche Messelektrode, während eine weitere Elektrode das Massepotenzial bildet, wobei eine von der Messelektrode gemessene Spannung mit dem Massepotenzial als Funktion der Zeit verglichen wird. Die Veröffentlichung US 6,018,677 , die hier als Referenz eingeschlossen ist, offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Herzfrequenz auf der Basis eines gemessenen EKG-Signals. 3A der Patentanmeldung GB 2 339 833A , eingereicht von der vorliegenden Anmelderin, offenbart eine zum Stand der Technik gehörende Lösung zur Positionierung von Elektroden in einem Elektrodengürtel. Nach der Offenbarung in dieser Veröffentlichung wird der Elektrodengürtel an der Brust positioniert, wobei an der Brust anzuordnende Elektroden das von dem Herzschlag erzeugte EKG-Signal messen.
Hinsichtlich der Benutzerfreundlichkeit ist diese zum Stand der Technik gehörende Lösung zum Messen der Herzfrequenz unter Verwendung eines Elektrodengürtels eine optimale Anordnung für den Benutzer. Der Gürtel, der eine beträchtliche Größe hat, muss unter dem Hemd des Benutzers angeordnet werden, was die Anordnung und mögliche Einstellung des Gürtels geeigneterweise, um bessere Messergebnisse während einer körperlichen Übung zu gewährleisten, schwierig macht.
Die EP 0 540 154 zeigt einen EKG-Monitor, der eine Handgelenksmanschette mit einer Handgelenkselektrode und einer Fingerelektrode verwendet. Die EP 0 444 934 zeigt einen EKG-Monitor, der zwei Fingermanschetten verwendet.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Ein Ziel der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen des elektrischen Herzfrequenzsignals am Körper einer Person bereitzustellen. Dies wird durch das im Folgenden offenbarte Verfahren erreicht. Das Verfahren ist eine Methode zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut einer Person, wobei bei dem Verfahren eine von dem EKG-Signal verursachte Potenzialdifferenz mittels einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode in einem Elektrodenaufbau gemessen wird, die in Kontakt mit der Haut der Person kommen. Bei dem Verfahren befindet sich die erste Elektrode wenigstens teilweise auf einer Innenfläche des um einen Finger herum anzuordnenden Elektrodenaufbaus, wobei die Innenfläche an dem Finger anliegt, während sich die zweite Elektrode auf der Außenfläche des Elektrodenaufbaus befindet.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Elektrodenaufbau zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut einer Person. Der an dem Finger der Person anzuordnende Elektrodenaufbau hat eine Innenfläche, die an dem Finger anliegt, wobei die Innenfläche des Elektrodenaufbaus eine Innenflächenelektrode hat, der Elektrodenaufbau weiterhin eine der Innenfläche gegenüberliegende Außenfläche hat, die Außenfläche des Elektrodenaufbaus eine Außenflächenelektrode hat, die an einer anderen Stelle auf der Haut der Person als an dem Finger, an dem der Elektrodenaufbau angeordnet ist, anzuordnen ist, und der Elektrodenaufbau so angeordnet ist, dass er eine durch das EKG-Signal zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verursachte Potenzialdifferenz misst.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Herzfrequenzmessanordnung zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut einer Person. Die Herzfrequenzmessanordnung hat einen Elektrodenaufbau, der an dem Finger einer Person anzuordnen ist, und eine Handgelenksempfängereinheit, wobei der Elektrodenaufbau eine Innenfläche hat, die an der Haut auf dem Finger anliegt, die Innenfläche des Elektrodenaufbaus eine Innenflächenelektrode hat, der Elektrodenaufbau weiterhin eine der Innenfläche gegenüberliegende Außenfläche hat, die Außenfläche des Elektrodenaufbaus eine Außenflächenelektrode für die Anordnung an einer anderen Stelle auf der Haut der Person als auf dem Finger hat, auf dem der Elektrodenaufbau angeordnet ist, der Elektrodenaufbau EKG-Verarbeitungseinrichtungen aufweist, die mit den Elektroden zur Messung einer Potenzialdifferenz, die durch das EKG-Signal mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode verursacht wird, und zur Erzeugung einer Herzfrequenzinformation auf der Basis der gemessenen Potenzialdifferenz verbunden sind, der Elektrodenaufbau weiterhin einen Sender zum Senden der Herzfrequenzinformation zum Handgelenksempfänger hat, der einen Empfänger zum Empfangen der Herzfrequenzinformation aufweist, die von dem Elektrodenaufbau gesendet wird, und der Handgelenksempfänger weiterhin einen Bildschirm zur Anzeige der Herzfrequenzinformation hat.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen eines Herzfrequenzsignals auf der Haut einer Person. Der bei einer Lösung der Erfindung zum Einsatz kommende Elektrodenaufbau ist wenigstens teilweise um den Finger des Benutzers anzuordnen. Bei einer Ausführungsform hat der Elektrodenaufbau zwei offene Enden, wodurch der Elektrodenaufbau über einen beträchtlichen Abschnitt des Fingers und um ihn herum geschoben werden kann. Bei einer Ausgestaltung hat der Elektrodenaufbau ein geschlossenes Ende, wobei in diesem Fall der Elektrodenaufbau über den Finger so geschoben wird, dass das geschlossene Ende an der Fingerspitze anliegt. Der Elektrodenaufbau ist dann vorzugsweise wie ein Zylinder geformt, d. h. er hat einen kugeligen Querschnitt. Es ist offensichtlich, dass der Elektrodenaufbau nicht genau zylindrisch sein muss, sondern beispielsweise konisch sein kann. Bei einem konischen Aufbau ist beispielsweise der Querschnitt des Endes des Elektrodenaufbaus, der sich weiter weg von der Fingerspitze befindet, größer als der des Endes, das näher zur Fingerspitze liegt. Der Elektrodenaufbau kann natürlich auch eine Querschnittsform in Form eines Quadrats, Rechtecks, einer Ellipse oder dergleichen haben.
An seiner am Finger anliegenden Innenfläche hat der Elektrodenaufbau eine Innenflächenelektrode. Der Elektrodenaufbau hat auch eine Außenfläche, bei der es sich um eine Fläche handelt, die nicht mit der Haut am Finger in Kontakt steht, an dem der Elektrodenaufbau angeordnet ist. An seiner Außenfläche hat der Elektrodenaufbau eine Außenflächenelektrode für die Anordnung an einer anderen Stelle an der Haut der Person als an dem Finger, auf dem Elektrodenaufbau angeordnet ist. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf einen Elektrodenaufbau beschränkt ist, der nur eine Innenflächenelektrode und eine Außenflächenelektrode hat, es können nämlich mehr als eine derartige Elektrode vorhanden sein. Die Innenfläche und die Außenfläche des Elektrodenaufbaus sind voneinander elektrisch isoliert, damit eine Potenzialdifferenz in den Elektroden gemessen werden kann. Um ein optimale Messung eines Herzfrequenzsignals zu ermöglichen, wird die Außenflächenelektrode auf eine Stelle auf der Haut gesetzt, die sich auf einer Seite eines von dem Herzschlag gebildeten elektrischen Vektors befindet, die sich von der Seite, auf der Finger anliegt, unterscheidet, wodurch ein EKG-Signal gemessen werden kann. Während der Messung ist die Außenflächenelektrode beispielsweise an der Stirn oder einem Finger der Hand eines Benutzers angeordnet, an der dem der Elektrodenaufbau nicht angeordnet ist. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung hat der Elektrodenaufbau eine Steuereinheit zum Bestimmen eines Zeitpunkts, zu dem die Elektroden in Kontakt mit der Haut des Benutzers gebracht werden. Das dabei eingesetzte Vorgehen verwendet vorzugsweise Impedanz- oder Druckmesstechniken.
Vorzugsweise sind die Elektroden in dem Elektrodenaufbau mit einer zentralen Verarbeitungseinheit verbunden, die auf der Basis des von den Elektroden gemessenen Herzfrequenzsignalen Zeitpunkte für erfasste Herzschläge schätzt und außerdem auf der Basis der erfassten Zeitpunkte für die Herzschläge die Herzfrequenz berechnet. Die zentrale Verarbeitungseinheit befindet sich beispielsweise in einer am Handgelenk des Benutzers getragenen, uhrförmigen Vorrichtung und ist beispielsweise ein Herzfrequenzmonitor oder ein Handgelenksrechner. Die Informationen werden dann zwischen dem Elektrodenaufbau und dem Herzfrequenzmonitor unter Verwendung bekannter Methoden ermittelt, beispielsweise optisch, elektromagnetisch oder durch einen Übertragungsschaltung. Bei einer solchen Ausgestaltung ist vorzugsweise auch ein Bildschirm zum Anzeigen der Herzfrequenzinformation in dem Handgelenksempfänger angeordnet. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind alle notwendigen Teile in der Vorrichtung und von diesen Teilen ausgeführten Vorgänge zum Messen, Verarbeiten und Anzeigen der Herzfrequenzinformationen in dem an dem Finger getragenen Elektrodenaufbau vorgesehen und ausgeführt. Die Herzfrequenzinformationen werden dann vorzugsweise von einem Bildschirm an der Außenfläche des Elektrodenaufbaus angezeigt, beispielsweise auf einem Flüssigkristallbildschirm. Im Falle einer gesonderten Empfängereinheit schließen sich natürlich der Bildschirm des Elektrodenaufbaus und der Bildschirm des Herzfrequenzmonitors gegenseitig nicht aus, vielmehr können beide Einheiten oder nur eine solche Einheit einen Bildschirm aufweisen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass verglichen mit den bekannten Lösungen der Elektrodenaufbau kaum erkennbar und benutzerfreundlicher ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung im Einzelnen unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
1A zeigt, wie die Herzfrequenz unter Verwendung eines Elektrodenaufbaus gemäß der Ausgestaltung der Erfindung gemessen wird,
1B eine bevorzugte Anordnung der Elektroden in dem Elektrodenaufbau zeigt,
1C brauchbare Messstellen für die Elektroden am Körper einer Person zeigt,
2 eine Anordnung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Erzeugung der Herzfrequenz zeigt, und
3 eine bevorzugte Ausgestaltung eines Verfahrens nach der Erfindung zeigt.
Ins Einzelne gehende Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausgestaltungen und unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen 1A bis 3 beschrieben. 1A zeigt einen Elektrodenaufbau 100, der am Finger einer Person 102, bei dem Beispiel der Figur ist dies ein Daumen, angeordnet ist. Der offenbarte Elektrodenaufbau 100 ist leicht konisch, was bedeutet, dass der Querschnittsdurchmesser des der Fingerspitze des Fingers 102 zugewandten Endes des Elektrodenaufbaus kleiner ist als der des Endes an der Basis des Fingers 102. Der offenbarte Elektrodenaufbau 100 hat zwei offene Enden, es ist jedoch selbstverständlich, dass das der Fingerspitze zugewandte Ende des Elektrodenaufbaus ebenfalls wie ein Mantel geschlossen sein kann, wobei in diesem Fall das elektrische EKG-Signal, das von dem Herzschlag erzeugt wird, auch auf der Haut an der Fingerspitze des Fingers 102 gemessen werden kann. Beispielsweise wird von einem Finger 104 an der Hand der Person, an der der Elektrodenaufbau nicht angeordnet ist, eine Außenflachenelektrode berührt, die sich auf der Außenfläche des in der Figur gezeigten Elektrodenaufbaus 100 befindet. Unter Verwendung der bekannten Verfahren wird vorzugsweise das zu messende EKG-Signal in dem Elektrodenaufbau 100 verarbeitet, beispielsweise gefiltert, verstärkt und identifiziert, damit die aus dem EKG-Signal erfassten Herzschläge zu einer Empfängereinheit 110 gesendet werden können. Zum Erfassen des Herzschlags ist der Elektrodenaufbau 100 die Potenzialdifferenz oder die Spannung zwischen den Elektroden. Die Herzfrequenz wird beispielsweise auf der Basis eines QRS-Komplexes gemessen, der aus einem Herzsignal erfassbar ist, wobei die Buchstaben Q, R und S sich auf Potenzialphasen in dem elektrischen Signal beziehen, das durch eine elektrische Aktivierung des Herzens verursacht wird. In einer Ausführungsform kann die QRS-Erfassung unter Verwendung eines abgestimmten Filters durchgeführt werden, wobei in diesem Fall ein Modellkomplex mit dem gemessenen QRS-Komplex in dem Elektrodenaufbau verglichen wird und, wenn der Vergleich eine bestimmte Schwellengrenze überschreitet, der gemessene Komplex als ein Herzschlag akzeptiert wird.
Die von dem Elektrodenaufbau 100 gemessene Herzfrequenzinformation wird telemetrisch 108 zu einer uhrartigen Empfängereinheit 110 vermittelt, die an dem Handgelenk getragen wird, beispielsweise zu einem Herzfrequenzmonitor, Handgelenksrechner oder dergleichen. Der Elektrodenaufbau 100 hat dann einen Sender zum Senden der Herzfrequenzinformation zur Empfängereinheit 110, die ihrerseits einen Empfänger zum Empfangen der Informationen hat. Im Falle einer telemetrischen induktiven Übermittlung als Beispiel haben der Sender und der Empfänger eine Spule, was bedeutet, dass die Vermittlung in Form von einem oder mehreren magnetischen Impulsen pro Herzschlag erfolgt. Anstelle der Übermittlung 108 in Form magnetischer Impulse können die Herzfrequenzsignalinformationen, die von den Elektroden in dem Elektrodenaufbau 100 gemessen werden, der Empfängereinheit 110 beispielsweise optisch, als HF-Übertragung, durch einen Transferkreis oder auf irgendeine andere bekannte Weise übermittelt werden.
Bei einer Ausgestaltung hat die Empfängereinheit 110 Zuführeinrichtungen 114, um der Vorrichtung Befehle zu erteilen. Die Befehle können beispielsweise Befehle sein, die Herzfrequenzmessung zu beginnen/zu beenden, Herzfrequenzgrenzen zu setzen, eine Lichtquelle für andere Funktionen in den Herzfrequenzmonitoren zu aktivieren. Selbstverständlich können die erforderlichen Befehle im Elektrodenaufbau auf ähnliche Weise unter Einsatz der Verbindung 108 übermittelt werden, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der Übertragung der Herzfrequenzinformationen von dem Elektrodenaufbau 100 an die Empfängereinheit 110 beschrieben wurden. Bei einer Ausgestaltung hat die Empfängereinheit 100 einen Bildschirm 112 zum Anzeigen der erzeugten Herzfrequenzinformationen. Herzfre quenzinformationen sind die Informationen, die aus der Pulsrate erzeugt werden, oder Informationen, die der physikalischen Übung aufgrund der Herzfrequenz zugeordnet sind, beispielsweise Puls/Minute, Pulsänderung, eingestellte Pulsgrenzen oder die Dauer der körperlichen Übung innerhalb eines bestimmten Pulsbereichs. Bei einer Ausführung hat der Elektrodenaufbau 100 einen Bildschirm 106 zum Anzeigen der Herzfrequenzinformationen. Die anzuzeigenden Herzfrequenzinformationen werden dem Elektrodenaufbau 100 vorzugsweise unter Verwendung des gleichen Verfahrens übermittelt, wie es beim Übermitteln der Herzfrequenzinformation zur Empfängereinheit 110 zum Einsatz kommt, ohne jedoch dadurch die Erfindung auf ein solches Datenübertragungsverfahren zu beschränken.
1B zeigt eine Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Um den Zeigefinger 102 einer Person herum ist ein zylindrischer Elektrodenaufbau 100 angeordnet. Der zylindrische Elektrodenaufbau 100 kann an dem Finger 102 angeordnet werden, beispielsweise durch Ziehen des Fingers 102 durch das offene Ende hindurch oder durch Befestigen des Aufbaus 100 an dem Finger 102 mittels eines selbsthaftenden Befestigungsbandes oder dergleichen. An seiner Innenfläche 116 hat der Elektrodenaufbau 100 eine Innenflächenelektrode 118. Die Größe der Innenflächenelektrode 118 ist für die Erfindung nicht von Bedeutung. Der Finger 102 steht beispielsweise nur teilweise in Kontakt mit der Elektrode 118, die bezogen auf die Innenfläche klein ist, oder die Elektrode 118 ist so angeordnet, dass sie die ganze Innenfläche 116 abdeckt. Auf seiner Außenfläche 120 hat der Elektrodenaufbau 100 weiter eine Außenflächenelektrode 122 für die Anordnung an einer anderen Stelle auf der Haut. Eine solche andere Stelle auf der Haut ist vorzugsweise beispielsweise die Stirn oder die Haut der anderen Hand der Person. Die Stärke eines EKG-Signals auf der menschlichen Haut ändert sich hauptsächlich auf einem Vektor, dessen Maximalwert am Ausgangspunkt des Vektors an der rechten Schulter und dessen Minimum am Endpunkt des Vektors an der linken Ferse erhalten wird. Üblicherweise kann ein maximales EKG-Signal an einem Menschen dadurch gemessen werden, dass die Elektroden an den Endpunkten des Vektors angeordnet werden. Die bei dem Elektrodenaufbau 100 verwendeten Elektroden sind beispielsweise Kunststoffstrukturen, die den Elektroden entsprechen, die bei den Herzfrequenzmonitoren nach dem Stand der Technik verwendet werden. Der Elektrodenaufbau 100 ist beispielsweise aus isolierendem Kunststoff hergestellt, damit die Elektroden 118, 122 elektrisch isoliert werden können. Die Elektroden 118, 122 sind ihrerseits mit elektrisch leitendem Material beschichtet oder sind aus elektrisch leitendem Kunststoff oder Metall hergestellt.
1C zeigt brauchbare Messstellen an der Haut einer Person im Hinblick auf die Art und Weise, in der der Elektrodenaufbau zu positionieren ist. Bei dem Beispiel von 1 C wird der Elektrodenaufbau 100 am Daumen der rechten Hand angeordnet, während der Handgelenksempfänger 110, der die Herzschlaginformationen drahtlos empfängt, sich an dem linken Handgelenk befindet. Bei Menschen ist die Richtung eines elektrischen Aktivierungsvektors 136, d. h. der Spitzen-R-Vektor des QRS-Komplexes, der von dem Schlag des Herzens 134 erzeugt wird, gewöhnlich etwas schräg und befindet sich hauptsächlich bei einer geraden Linie, die die rechte Schulter mit der linken Ferse verbindet. Die Richtung des Aktivierungsvektors 134 ist in hohem Maße individuell und kann abhängig von der Person, also ob sie beispielsweise vertikal oder schräg ist, von der linken Schulter zur rechten Ferse gerichtet sein. Dann können bezogen auf das Herz 134 eine vertikale Mittellinie 130A und eine horizontale Mittellinie 130B unterschieden werden. Der Zweck der Mittellinien 130A zu 130B wird dadurch ersichtlich, dass, wenn in 1C sich die erste Elektrode in einem Viertel befindet, das unterhalb der horizontalen Mittellinie 130B und auf der linken Seite der vertikalen Mittellinie 130A liegt, die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden dadurch gemessen werden kann, dass eine Elektrode an einer Stelle auf der Haut platziert wird, die sich in irgendeinem der restlichen drei Viertel befindet. Beispielsweise zeigen die Sterne in der Figur vier andere Punkte auf der Haut, d. h. an der Stirn 132A, der rechten Schulter 132B, der linken Hand 132C und am linken Oberschenkel 132D.
2 zeigt den Aufbau der Anordnung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher alle Aufbauten und Funktionen, die zum Messen, Verarbeiten und Anzeigen der Herzfrequenz erforderlich sind, sich in einem an dem Finger getragenen Elektrodenaufbau befinden. Der Elektrodenaufbau 100 und insbesondere die Elektroden 118, 122 in ihm werden zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut des Benutzers zum Übermitteln des Signals zu einer EKG-Verarbeitungseinheit 200 verwendet. In der EKG-Verarbeitungseinheit 200 wird das EKG-Signal erforderlichen Verarbeitungsvorgängen unterworfen, beispielsweise einem Filtern und Verstärken. Außerdem wird in der Verarbeitungseinheit 200 die Herzfrequenz aus dem EKG-Signal dadurch erfasst, dass beispielsweise die Spitze R im QRS-Komplex als die stärkste in dem Signal bestimmt oder der Zeitpunkt des QRS-Komplexes mittels eines abgestimmten Filters erfasst wird. Die erzeugten Herzfrequenzerfassungen werden einer zentralen Verarbeitungseinheit 202 übermittelt, die die Arbeitsweise des Elektrodenaufbaus 100 koordiniert, wobei die Herzfrequenzerfassungen die Berechnung der Pulsrate ermöglichen. Andere Rechenquantitäten, d. h. Herzfrequenzinformationen, können mit einer Recheneinheit 206, die mit der zentralen Verarbeitungseinheit 202 verbunden ist, auf der Basis der Pulsrate, d. h. der Herzfrequenz, erzeugt werden. Die Herzfrequenzinformationen beziehen sich hier beispielsweise auf die Pulsrate, die Herzfrequenzänderung, die Änderungsgeschwindigkeit der Herzfrequenz, die Herzfrequenzgrenze oder eine andere derartige Quantität. Der als Herzfrequenzmonitor arbeitende Elektroden aufbau 100 hat weiterhin Zuführeinrichtungen 114 zur Bereitstellung von Eingabedaten, d. h. für ein Erfassen, wann mit dem Messen der Herzfrequenz begonnen wird und wann es beendet wird. Die Zuführeinrichtung 114 kann beispielsweise in Form von Druckknöpfen, einem Kontaktbereich auf einem Bildschirm, als Sprachsteuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Der Elektrodenaufbau 100 hat weiterhin einen Speicher 204, der einen Kurzzelt-RAM-Speicher zum Speichern der Herzfrequenzinformationen oder dergleichen enthält, und einen ROM-Speicher zum Speichern der erforderlichen Programme.
Der Elektrodenaufbau 100 hat vorzugsweise eine Steuereinheit 210, die mit der zentralen Verarbeitungseinheit 202 verbunden ist, damit Zeitpunkte, zu denen eine EKG-Signalmessung begonnen und beendet werden soll, in dem Elektrodenaufbau 100 gesteuert werden können. Der Zeitpunkt, zu dem eine EKG-Signalmessung beginnen soll, kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass ein extrem niedriger Strom, beispielsweise 50 Nanoampere, durch ein Paar von Elektroden geleitet und die Spannung zwischen den Messelektroden gemessen wird. Die gemessene Spannung geteilt durch den verwendeten Strom ergibt die Impedanz zwischen den Messelektroden. Die Impedanz zeigt an, ob ein Messvorgang beginnen soll, d. h. ob die Elektroden 118, 122 mit ihren Messstellen verbunden sind. Wenn beispielsweise die Impedanz zwischen den Elektroden 118, 122 kleiner als ein Megaohm ist, wird die Messung gestartet. Der Zeitpunkt, zu dem die Messung zu starten ist, kann auch dadurch bestimmt werden, dass druckempfindliche PVDF-Filme verwendet werden, die anzeigen, wann die obere Fläche des Elektrodenaufbaus genug gegen die untere Fläche gedrückt wird, um die Messung zu starten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt eine Vorrichtung 208 für die Abgabe von Schallsignalen in dem Elektrodenaufbau 100 ein Schallsignal jedes Mal dann, wenn die Messung erfolgreich beginnt. Die Signale werden beispielsweise 10 Sekunden lang gemessen, wonach die Vorrichtung 208 zum Abgeben eines Schallsignals vorzugsweise ein zweites Schallsignal abgibt, um anzuzeigen, dass die Messung abgeschlossen worden ist. Das Messergebnis wird dann auf dem Bildschirm 112 entweder bis zur nächsten Messung oder beispielsweise 15 Sekunden lang angezeigt. Der Bildschirm 112 ist beispielsweise als Flüssigkristallbildschirm ausgeführt, wobei zusätzlich zu der Herzfrequenz auf dem Bildschirm Informationen angezeigt werden, zu denen beispielsweise Herzfrequenzparameter, die von der Herzfrequenz ableitbar sind, oder numerische Werte gehören, die sich auf die körperliche Übung beziehen, beispielsweise Herzfrequenzgrenzen, Übungsdauer oder dergleichen. Die Steuereinheit 210 hat somit Einrichtungen zum Messen der Impedanz zwischen den Elektroden, Einrichtungen zum Ableiten auf der Basis der gemessenen Impedanz, ob die Elektroden in Kontakt mit der Haut des Benutzers kommen, sowie Einrichtungen zum Überwachen der EKG-Signalmesszeit.
Die erforderlichen Vorrichtungen in den unterschiedlichen Teilen der Anordnung, beispielsweise bei der zentralen Verarbeitungseinheit 202, der Berechnungseinheit 206 und der Steuereinheit, sind vorzugsweise in Form einer Software unter Verwendung eines Allzweck-Mikroprozessors ausgeführt, brauchbar sind jedoch auch andere Hardwaregeräte, beispielsweise ein Schaltungsaufbau, der besondere Logikkomponenten verwendet oder ein oder mehrere ASICs (Application Specific Integrated Circuit)
Anhand von 3 wird eine bevorzugte Ausgestaltung eines Verfahrens nach der Erfindung beschrieben. Beim Startschritt 300 des Verfahrens bereitet sich ein Benutzer beispielsweise auf eine körperliche Übung vor und plant die Messung seiner Herzfrequenz während der Übung. Im Schritt 302 wird ein Elektrodenaufbau nach der Erfindung angeordnet, beispielsweise um den Daumen der linken Hand herum. Um zu gewährleisten, dass der Elektrodenaufbau richtig auf den Finger passt, kann natürlich ein Aufbau mit Befestigungseinrichtungen vorgesehen werden, beispielsweise eine selbsthaftende oder eine Gurtfestzieheinrichtung. Außerdem kann der Elektrodenaufbau aus einem flexiblen Material bestehen und einen kleinen Querschnitt haben, so dass der Aufbau sich an seinem Platz fest um den Finger legen kann.
Bei dem Verfahrensschritt 304 wird ein durch den Herzschlag erzeugtes elektrisches EKG-Signal in Verbindung mit der körperlichen Übung gemessen, wobei eine Innenflächenelektrode, die sich auf der Innenfläche des Elektrodenaufbaus befindet, und eine Außenflächenelektrode verwendet wird, die sich auf seiner Außenfläche befindet. Während der Messung liegt die Innenflächenelektrode an dem Daumen der linken Hand an, während die Außenflächenelektrode beispielsweise an einem Finger der rechten Hand, am rechten Handgelenk, am rechten Oberschenkel oder an einem anderen derartigen Punkt auf der Haut angeordnet werden kann, der sich in dem anderen in 1 C gezeigten Viertel befindet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der Elektrodenaufbau einen Bildschirm aufweisen. Der Elektrodenaufbau hat an seiner Außenfläche, vorzugsweise seinen gegenüberliegenden Seiten, einen Bildschirm und eine Elektrode, ohne dass jedoch dadurch die Erfindung auf die Art und Weise beschränkt wird, in der diese beiden zueinander positioniert werden. Der Bildschirm und die Außenflächenelektrode können auch auf der gleichen Seite des Elektrodenaufbaus angeordnet sein. Die Elektroden sind ihrerseits bezogen aufeinander vorzugsweise so positioniert, dass, wenn sich die Außenflächenelektrode auf der unteren Seite der Außenfläche befindet, d. h. auf der einem Nagel gegenüberliegenden Seite, sich die Innenflächenelektrode auf der unteren Seite der Innenfläche befindet, die an der unteren Seite des Fingers im Einsatz anliegt. Die Innenflächenelektrode und die Außenflächenelekt- rode sind dann gegenüberliegend auf verschiedenen Seiten des Unterseite des Elektrodenaufbaus angeordnet und, wenn die Außenflächenelektrode gegen eine andere Stelle auf der Haut gedrückt wird, wird auch die Innenflächenelektrode gegen die Innenfläche des Fingers gepresst, so dass man ein genaueres Messergebnis erhält.
Im Verfahrensschritt 306 wird die Herzfrequenz auf der Basis der gemessenen Herzfrequenzsignale berechnet. Abhängig von der Ausführungsform der Lösung nach der Erfindung wird die Herzfrequenz unter Verwendung der Berechnungseinrichtung in dem Elektrodenaufbau berechnet oder die gemessene Herzfrequenzinformation wird einer gesonderten Empfängereinheit für die weitere Verarbeitung übermittelt, beispielsweise an eine Vorrichtung, die am Handgelenk getragen wird. Bei dem Verfahrensschritt 308 wird die Herzfrequenzinformation für den Benutzer auf dem Bildschirm des Handgelenkempfängers und/oder des Elektrodenaufbaus angezeigt, wobei der Benutzer auf der Basis dieser Information in der Lage ist, auf Wunsch seine Trainingsintensität einzustellen.
Obwohl die Erfindung vorstehend unter Bezug auf die Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen beschrieben wurde, ist selbstverständlich, dass die Erfindung darauf nicht beschränkt ist, sondern vielfältig im Rahmen der Erfindungsidee modifiziert werden kann, die in den beiliegenden Ansprüchen offenbart ist.

Claims

Verfahren zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut einer Person, wobei bei dem Verfahren eine durch das EKG-Signal verursachte Potentialdifferenz mittels einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode in einem Elektrodenaufbau gemessen (304) wird, die in Kontakt mit der Haut der Person kommen, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Elektrode wenigstens teilweise auf einer Innenfläche des Elektrodenaufbaus für die Anordnung (302) um einen Finger herum befindet, wobei die Innenfläche an dem Finger anliegt, und dass sich die zweite Elektrode an einer Außenfläche des Elektrodenaufbaus befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Messung die zweite Elektrode auf der Haut an der Hand der Person angeordnet ist, jedoch nicht an der Hand, an der der Elektrodenaufbau an ihrem Finger angeordnet ist, um die von dem EKG-Signal zwischen den Elektroden verursachte Potentialdifferenz zu messen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenaufbau zylindrisch geformt ist, um einen Kontakt zwischen der ersten Elektrode und der Haut an dem Finger zu gewährleisten.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenaufbau ein zylindrischer Aufbau mit zwei offenen Enden ist, um dem Elektrodenaufbau die Anordnung um den Finger herum zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode voneinander elektrisch isoliert sind.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Erzeugung von Herzfrequenzinformationen durch eine EKG-Verarbeitungseinrichtung in dem Elektrodenaufbau auf der Basis des von den Elektroden gemessenen EKG-Signals und durch Anzeigen der erzeugten Herzfrequenzinformationen für die Person.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Anzeigen der erzeugten Herzfrequenzinformationen auf einem sich auf der Außenfläche des Elektrodenaufbaus befindlichen Bildschirm.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Überwachen eines Zeitpunkts, zu dem die Elektroden in dem Elektrodenaufbau in Kontakt mit der Haut der Person gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Beginnen mit dem Messen des EKG-Signals auf der Basis des Zeitpunkts, zu dem die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht worden sind.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Durchführen einer Überwachung während des Hautkontakts, indem der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein elektrischer Strom zugeführt wird, durch Überwachen der Impedanz eines von den Elektroden gebildeten Stromkreises und durch Ableiten, dass die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht worden sind, wenn die Impedanz unter einen Schwellenwert abfällt.
Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Ausführen einer Überwachung während des Hautkontakts mittels eines druckempfindlichen Films in dem Elektrodenaufbau.
Elektrodenaufbau zum Messen eines EKG-Signals an der Haut einer Person, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Finger (102) der Person anbringbare Elektrodenaufbau (100) eine an dem Finger (102) anliegende Innenfläche (116) aufweist, die eine Innenflächenelektrode (118) hat, wobei der Elektrodenaufbau (100) weiterhin gegenüber der Innenfläche (116) eine Außenfläche (120) mit einer Außenflächenelektrode (122) für die Anordnung an einer anderen Stelle an der Haut der Person als an dem Finger (102) mit dem daran angeordneten Elektrodenaufbau (100) aufweist und der Elektrodenaufbau zum Messen einer Potentialdifferenz angeordnet ist, die von dem EKG-Signal zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode verursacht wird.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode an der Haut der Hand der Person, jedoch nicht an der Hand mit dem um ihren Finger herum angeordneten Elektrodenaufbau, anbringbar ist, um die Potentialdifferenz zu messen, die von dem EKG-Signal zwischen den Elektroden verursacht wird.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er zylinderförmig ist, um einen Kontakt zwischen der ersten Elektrode und der Haut an dem Finger zu gewährleisten.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er einen zylindrischen Aufbau mit zwei offenen Enden hat, um die Anordnung des Elektrodenaufbaus um den Finger herum zu ermöglichen.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zentrale Verarbeitungseinheit hat, die mit den Elektroden verbunden ist, um Herzfrequenzinformationen auf der Basis des von der Elektrode gemessenen EKG-Signals zu erzeugen.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er auf seiner Außenfläche einen Bildschirm zum Anzeigen von Herzfrequenzinformationen hat.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Kontrolleinheit zum Überwachen eines Zeitpunkts hat, an dem die Elektroden in dem Elektrodenaufbau in Kontakt mit der Haut der Person gebracht werden.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er für ein Beginnen des Messens des EKG-Signals auf der Basis des von der Kontrolleinheit erfassten Zeitpunkts angeordnet ist, zu dem die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht werden.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit, während sie den Zeitpunkt überwacht, an dem der Hautkontakt eintritt, für eine Zuführung von elektrischem Strom zu den Elektroden, zum Überwachen der Impedanz eines von den Elektroden gebildeten Stromkreises und zum Ableiten, dass die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht worden sind, wenn die Impedanz unter einen Schwellenwert abfällt, angeordnet ist.
Elektrodenaufbau nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er einen druckempfindlichen Film in Verbindung mit den Elektroden zur Erfassung des Hautkontakts der Elektroden aufweist.
Herzfrequenz-Messanordnung zum Messen eines EKG-Signals auf der Haut einer Person, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen an dem Finger (102) einer Person anbringbaren Elektrodenaufbau (100) und eine Handgelenksempfängereinheit (110) aufweist, wobei der Elektrodenaufbau (100) eine an der Haut des Fingers (102) anliegende Innenfläche (116) mit einer Innenflächenelektrode (118), weiterhin gegenüber der Innenfläche (116) eine Außenfläche (120) mit einer an einer anderen Stelle an der Haut einer Person als an dem Finger (102) mit dem daran angebrachten Elektrodenaufbau (100) anbringbaren Außenflächenelektrode, eine mit den Elektroden (118, 122) verbundene EKG-Verarbeitungseinrichtung zum Messen einer von dem EKG-Signal in einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode verursachten Potentialdifferenz und zur Erzeugung (200) von Herzfrequenzinformationen auf der Basis der gemessenen Potentialdifferenz, und weiterhin einen Sender zum Senden der Herzfrequenzinformationen zu dem Handgelenksempfänger (110) aufweist, der einen Empfänger zum Empfangen der von dem Elektrodenaufbau (100) gesendeten Herzfrequenzinformationen und weiterhin einen Bildschirm (112) zum Anzeigen der Herzfrequenzinformationen hat.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode an der Haut der Hand der Person, jedoch nicht an der Hand mit den an ihrem Finger angeordneten Elektrodenaufbau, zum Messen der von dem EKG-Signal zwischen den Elektroden verursachten Potentialdifferenz anbringbar ist.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche und die Außenfläche des Elektrodenaufbaus aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt sind, um es der Innenflächenelektrode und der Außenflächenelektrode zu ermöglichen, dass sie elektrisch voneinander isoliert sind.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenaufbau zylindrisch geformt ist, um einen Kontakt zwischen der ersten Elektrode und der Haut an dem Finger zu gewährleisten.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenaufbau eine Kontrolleinheit zum Überwachen eines Zeitpunkts aufweist, an dem die Elektroden in dem Elektrodenaufbau in KontaKt mit der Haut der Person gebracht werden.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass sie für ein Beginnen des Messens des EKG-Signals auf der Basis des von der Kontrolleinheit erfassten Zeitpunkts angeordnet ist, an dem die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht werden.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit, während sie den Zeitpunkt überwacht, zu dem ein Hautkontakt eintritt, für ein Zuführen von elektrischem Strom zu den Elektroden, für ein Überwachen der Impedanz eines von den Elektroden gebildeten Stromkreises und für ein Ableiten, dass die Elektroden in Kontakt mit der Haut gebracht worden sind, wenn die Impedanz unter einen Schwellenwert abfällt, angeordnet ist.
Herzfrequenz-Messanordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenaufbau einen druckempfindlichen Film in Verbindung mit den Elektroden zum Erfassen des Hautkontakts der Elektroden aufweist.