DE7927017U1

DE7927017U1 - Fotoelektrischer Pulsabnehmer

Info

Publication number: DE7927017U1
Application number: DE7927017U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Publication date: 1981-03-26

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 79 G 5062 BRD

Fotoelektrischer Pulsabnehmer

Die Erfindung bezieht sich auf einen fotoelektr-ischen
Pulsabnehmer, bestehend aus wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger für elektromagnetische Strahlung, wobei Sender und Empfänger in einem starren Kern zur Applikationsfläche hin zwecks Auflage an ein Körperteil eingesetzt sind, welcher Kern am inneren Umfang
eine^Vorzugsweise elastischen Ringes angeordnet ist, so daß bei Aufziehen des Ringes die Applikationsfläche des Kerns ortsfest auf dem zu untersuchenden Körperteil aufliegt.

Aus dem DE-GM 76 10 033 ist ein fotoelektrischer Pulsabnehmer der eingangs genannten Art vorbekannt, der als Ringabnehmer am Finger eines Patienten insbesondere zur Langzeitüberwachung verwendet wird. Bei diesem Pulsabnehmer wird speziell gleichzeitig in Reflexion und
Transmission gemessen, so daß aus dem Verhältnis von
reflektiertem und transmittiertem Signal signifikante

Aussagen über den physiologischen Zustand des Patienten

Wht 5 Rl / 18.9.1979

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gemacht werden können. Für viele Überwachungszwec.¹^ genügt jedoch auch ein fotoelektrischer Pulsabnehmer, bei dem lediglich Reflexionssignale erfaßt worden.

Es hat sich gezeigt, daß der aus dem DE-GM 76 10 033 vorbekannte Pulsabnehmer den in der Praxis geforderten Bedingungen noch nicht in idealer Weise genügt. Es müssen nämlich solche Ringabnehraer mit verschiedenen Ringöffnungen bereitgehalten werden. Dadurch ergeben sich ein nicht unerheblicher Aufwand an Lagerhaltung mit unnötig hohen Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserten Pulsabnehmer zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einerseits der Kern mit Leitungsanschluß als separates Bauteil eine bestimmte Raumform hat und daß andererseits der Ring eine durch die Raumform des Kerns vorgegebene Aussparung, in der der starre Kern für den betriebsmäßigen Gebrauch fixierbar ist, aufweist.

Mit der Erfindung wird der Anwendungsbereich der PuIsabnehmer wesentlich erweitert. Es brauchen tatsächlich nur noch Ringe mit unterschiedlichen inneren Durchmessern bereitgehalten zu werden, in denen der gleiche starre Kern als Träger aller elektronischen Bauteile fixiert werden kann. Derartige Ringe sind technologisch einfach herstellbar, so daß sie aufgrund billiger Massenfertigung auch als Einmalartikel benutzt werden können. In spezieller Ausbildung des starren Kerns mit zusätzlichem Halterungselement kann dieser Kern auch in übliche Armbänder od. dgl. eingeknöpft werden. Der Kern mit Leitungsanschluß ist aber auch als separater Rezeptor in bekannter Weise, beispielsweise als Stirnpuls-

- 3 - VPA 79 G 5062 BRD abnehmer, verwendbar.

Bei der Erfindung finden als Sender und Empfänger Halbleiterbauelemente, wie Lumineszenzdioden und Fotodioden Verwendung, wobei die Abstrahlwellenlänge der Lumineszenzdioden vorzugsweise im nichtsichtbaren Bereich des Lichtspektrums liegen. Dabei sind in vorteilhafter Weise mehrere Sender symmetrisch um einen Empfänger gruppiert. Es können so das Meßsignal optimiert und Störeinflüsse minimiert werden. Es hat sich auch als geeignet erwiesen, die Sender und Empfänger gegenüber Applikations fläche des starren Kerns in rückwärts versetzte Ausnehmungen anzuordnen. Dabei bilden die Symmetrieachsen von den so gebildeten Strahlungskanälen mit der Mittelsenkrechten der Empfängerfläche einen einzigen Schnittpunkt. Durch diese geometrische Anordnung sind die einzelnen Bauelemente optisch gut voneinander isoliert, so daß auf den Strahlungsempfänger lediglich die reflektierte Strahlung als Signalerzeuger trifft. Die Ausnehmungen sind mit einem eingefärbten Gießharz als optisches Fenster ausgefüllt, das sichtbares Licht als Störquelle weitgehend abdämpft.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den weiteren Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 ein erstes Ausführungsbeispiel sowie

Fig. 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines

erfindungsgemäßen Pulsabnehmers, wobei starrer Kern und Ring jeweils separat

dargestellt sind,

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Fig. 5 und 6 Schnittdarstellungen der Pulsabnehmer nach Fig. 1/2 bzw. 3/4 im fixierten Zustand,

Fig. 7 ein Armband zum Einknöpfen eines Pulsabnehmers nach Fig. 3/4,

Fig. 8 und 9 eine Aufsicht auf die Applikationsfläche und eine Schnittdarstellung des starren Kerns nach Fig. 1.

In der Fig. 1 kennzeichnet 1 den starren Kern mit Flächen 2 und 3 als Träger von zur Applikationsfläche 2 ausgerichteten optischen und elektrischen Bauelementen (in der perspektivischen Darstellung nicht erkennbar). Der Kern 1 ist als flaches Prisma mit trapezförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die Trapezgrundlinie des Querschnittes an der der Applikationsfläche 2 gegenüberliegenden Fläche 3 verläuft, also die Rückseite des Kerns definiert. Von dem flachen Prisma wird etwa ein schwalbenschwanzartiger Körper mit Grundfläche von etwa 25 x 16 mm und einer Höhe von rund 7 mm gebildet. Am Kern angeschlossen ist ein mehradriges Kabel 4 als elektrische Zu- und Rückleitung, das distal einen Stecker 5 zum Anschluß an ein Betriebsgerät aufweist.

In der Fig. 2 bedeutet 6 einei Fingerring aus weichelastischem Material, beispielsweise einem Polyurethan-Elastomer oder Weichgummi. Solche Materialien sind mittels Spritzgießen oder Verformen in geeigneter Weise zum Aufziehen auf einen Finger ausformbar. Der Ring 6 hat beispielsweise einen Außendurchmesser von rund 27 mm und eine Länge von 30 mm. Der innere Durchmesser des Ringes ist in einer üblichen Ausführungsform etwa 15 mm.

Der innere Umfang des Ringes 6 braucht nicht exakt

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kreisrund zu sein, sondern kann etwa elliptische Ausbildung zur Anpassung an einen Finger haben. Der innere Umfang des Ringes 6 wird im oberen Abschnitt von einer ebenen Fläche 7 begrenzt. Die Geometrie der Fläche 7 bestimmt unmittelbar Form und Größe des inneren Umfanges, die auch durch Einformen einer zweiten, parallelen Fläche bei der Herstellung des Ringes 6 gezielt beeinflußt werden kann. An der Fläche 7 ist in den Ring eine Yolumenaus sparung 8 eingebracht, die exakt auf Form und Größe des starren Kerns 1 abgestimmt ist. Durch die gegenseitige Abstimmung der Raumform kann der starre Kern 1 in die Aussparung 8 des Ringes 6 eingesetzt werden, wobei im fixierten Zustand der Kern 1 mit seiner Applikationsfläche 2 mit der Fläche 8 des elastischen Ringes 6 abschließt. Der Abschluß braucht nicht exakt bündig zu sein. Es ist oft günstig, wenn die Applikationsfläche 2 geringfügig gegenüber der Fläche 7 abgesetzt ist. Dadurch wird in jedem Fall bei aufgezogenem Ring 6 ein ortsfester Jitz des Pulsabnehmers gewährleistet. Der Leitungsanschluß 4 des Kerns 1 ist in einer Längsaussparung 9 des Ringes 6 einlegbar.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Kern 10 als Prisma mit trapezförmigem Querschnitt so ausgebildet, daß die Trapezgrundlinie die Applikationsf?*"¹-^ 11 definiert. Mit 14 und 15 ist dort wiederum der elektrische Anschluß mit Kabel und Stecker bezeichnet. An der Oberseite 12 des Kerns 10 ist ein Stift 13 angeordnet, der endständig mit einer flachen Scheibe 13a abschließt.

Dementsprechend ist einem zugehörigen elastischen Ring 16 mit parallelen Abschnittsflächen 17 und 18 nach Fig. zusätzlich zu der dem Kern 10 entsprechenden Aussparung 19 eine kreisförmige Ausnehmung 20 in der Ringwandung vorhanden, die als Gegenelement für den abgesetzten Stift 13 nach Fig. 3 dient. Die Höhe a des Stiftes 13

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entspricht dabei genau der Wandstärke des Ringes 16. Der Kern 10 kann also mit dem Stift 13 in die Ausnehmung 20 eingeknöpft werden, wobei in diesem Zustand durch die Scheibe 13a die Fixierung bewirkt wird. Die Kanten der Ausnehmungen sind an den Kanten 20a leicht abgeschrägt. Zusätzlich ist wieder eine Durchführung 21 für das Betriebskabel 14 vorhanden.

Aus den Fig. 5 und 6 ist im einzelnen erkennbar, daß im betriebsmäßigen Zustand des Pulsabnehmers jeweils der Kern mit festem Sitz im elastischen Ring fixiert ist. Mit dem separaten Halteteil am Pulsabnehmer nach Fig. 3 kann der starre Kern 10 auch ebensogut in andere Bänder bzw. Gurte eingeknöpft werden. In der Fig. 7 ist ein Armband 22 dargestellt, das eine Ausnehmung 23 aufweist. Der Stift 13 des Kernes 10 kann darin fixiert werden, so daß der Pulsabnehmer mit Kern 10 mit dem Armband unmittelbar etwa am Handgelenk positioniert werden kann, wobei sicn das flexible Band 22 an die Raumform des Kernes anpaßt.

In den Fig. 1 bis 6 sind Kern und zugehörige Aussparung zur Verdeutlichung aus ebenen Flächen mit Kanten zusammengesetzt. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Kanten leicht abzurunden, wodurch sich die Fixierung des Kerns in der zugehörigen Aussparung des Ringes aber nicht ändert. Insbesondere das elastische Band 22 wird sich dann noch besser anpassen.

In der Fig. 8 bedeutet 2 die Applikationsfläche des Kernes 1 nach Fig. 1 (untere Seite dec schwalbenschwanzartigen Prismas). Auf der Applikationsfläche 2 sind vier optische Sender 24 bis 27 symmetrisch um einen optischen Empfänger 28 angeordnet. Als Sender 24 bis 27 werden in zweckmäßiger Weise identische Halbleiterdioden vom Typ

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LD 261 YI, als Empfänger 28 eine Fotodiode vom Typ BPW 34 verwendet. Die Arbeits-wellenlängen dieser optischen Bauelemente liegen außerhalb des sichtbaren Lichtes (Infrarot). Dadurch wird der Störabstand zu Fehlerquellen durch Umgebungslicht groß gehalten. "Wenn statt der Tier Sender lediglich zwei verwendet werden sollen, ist es günstig, diese entlang der Diagonale der Applikationsfläche (also gegeneinander versetzt) anzuordnen.

Aus der Fig. 9 ist die räumliche Anordnung der Liehtstrahler 24 bis 27 im einzelnen erkennbar. Gegenüber der Applikationsfläche 2 des Kerns sind die Halbleiterdioden 24 bis 27 in Ausnehmungen schräg zurückversetzt angeordnet, so daß die Stirnfläche der konvex gewölbten Lumineszenzdioden 24 bis 27 in der Applikationsfläche 2 liegt. Von den Ausnehmungen werden Licht-- ' .ahlungskanäle gebildet, deren Symmetrielinien einen Winkel von ca. zur Senkrechten einschließen. Aufgrund der symmetrischen Gruppierung der Halbleiterdioden 24 bis 27 um die Fotodiode 28 bilden die Symmetrielinien der Strahlungskanäle uiit der Mittelsenkrechten auf der Empfängerfläche einen einzigen Schnittpunkt. Die Fotodiode 28 ist ebenfalls leicht zurückversetzt angeordnet. Alle Aussparungen sind mit einem eingefärbten Gießharz als optische Fenster ausgefüllt, die Umgebungslicht weitgehend abdämpfen, für die Meßwellenlänge dagegen gute Durci I ssigkeit haben. Mit dieser Anordnung werden Störeinflü-sse weitgehend verringert und eine Optimierung des von der Fotodiode 28 empfangenen Reflexionssignal ο bewirkt.

Im starren Kern 1 ist weiterhin ein Vorwiderstand 33 als zusätzliches Bauteil im Kern 1 angedeutet. Es können sich sämtliche elektronischen Bauelemente für den Ansteuerbetrieb der Leuchtdioden 24 bis 27 im Kern 1 bzw.

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10 befinden; ebensogut können aber diese Bauelemente im Stecker 5 bzw. 15 angeordnet werden. Seitlich ist das Anschlußkabel 4 unmittelbar im Kern 1 eingegossen und mittels Quetschring 34 als Zugentlastung gesichert. 5 Mit dem so beschriebenen Pulsabnehmer ist also ein Rezeptor für die Langzeitüberwachung geschaffen, der unter den verschiedensten Bedingungen zur Messung des peripheren Pulses verwendet werden kann. Mit einer solchen Anordnung ist auch insbesondere in bekannter Weise ein Betrieb mit gepulstem Licht möglich. Dadurch können Störeinflüsse aus der Umgebung weiter verringert werden.

VPA 79 G 5062 BRD Zusammenfassung

Fotoelektrischer Pulsabnehmer

Die Erfindung besji'eht sich auf einen fotoelektrischen Pulsabnehmer, bestehend aus wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger für elektromagnetische Strahlung, wobei Sender und Empfänger in einem starren Kern zur Applikationsfläche hin swecks Auflage an einem Körpert°il eingesetzt sind, welcher Kern am inneren Umfang eines vorzugsweise elastischen Ringes in eine vorgeformte Ausnehmung einpaßbar ist, so daß bei Aufziehen des

ortsfest elastischen Ringes die Applikationsfläche des Kernes/auf dem zu untersuchenden Körperteil aufliegt. Es sind solehe Pulsabnehmer bekannt, bei denen der Kern fest im Ring eingegossen ist. Gemäß vorliegender Erfindung weist einerseits der Kern (1, 10) mit Leitungsanschluß (4, 14) als separates Bauteil eine bestimmte Raumform und andererseits der Ring (6, 16) eine durch die bestimmte Raumform des Kerns (1, 10) vorgegebene Aussparung (8, 19) auf, in welcher der starre Kern (1, 10) für den betriebs mäßigen Gebrauch fixierbar ist. Es ergibt sich eine universelle Anwendbarkeit des Pulsabnehmers (Fig. 1).

Claims

- 1 - VPA 79 G 5062 BRD Schutzansprüche

1. Fotoelektrischer Pulsabnehmer, bestehend aus wenigstens einem Sender und wenigstens einem Empfänger für
elektromagnetische Strahlung, wobei Sender 'und Empfänger in einem starren Kern zur Applikationsfläche hin zwecks Auflage an ein Körperteil eingesetzt sind, welcher Kern am inneren Umfang eines vorzugsweise elastischen Ringes angeordnet ist, so daß bei Aufziehen des Ringes die

Applikationsfläche des Kerns ortsfest auf dem zu untersuchenden Körperteil aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Kern (1, 10) mit Leitungsanschluß (4, 14) als separates Bauteil eine bestimmte Raumform hat und daß andererseits der

Ring (6, 16) eine durch die Raumform des Kerns (1, 10)
vorgegebene Aussparung (8, 19)» in der der starre Kern (1, ίΰ) für den betriebsmäßigen Gebrauch fixierbar ist, aufweist.

2. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Raumform des Kerns (1, 10) in etwa prismenartig ist.

3. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des prismenartigen Kerns (1, 10) im wesentlichen trapezförmig ist.

4. Fotoelektrischer Pulsabnehner nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trapezgrundlinie auf der Applikationsfläche (2) abgewandten Seite des Kerns (1) liegt.

5. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der

Js

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prismenartige Kern (1, 10) sowie die Aussparung (S, 19) im Ring (6, 16) abgerundete Kanten aufweisen.

6. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) auf seiner rückwärtigen Seite (12) ein Halterungselement (13) aufweist, mit dem der Kern (10) in Gegenelementen (20) unterschiedlich ausgeformter Ringe (16) für den betriebsmäßigen Gebrauch fixierbar ist. 10

7. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halterungselement ein abgesetzter Stift (13, 13a) ist, der in eine auf die Form des Stiftes abgestimmte Ausnehmung (20) im elastischen Ring (16) knöpfbar ist, wobei die Höhe (a) des Stiftes (13, 13a) der Wandstärke des Ringes (16) an der Ausnehmung (20) entspricht.

8. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß im starren Kern (1, 10) mehrere Sender (24 - 27) und ein Empfänger (28) angeordnet sind, wobei die Sender (24 27) symmetrisch um den Empfänger (28) angeordnet sind.

9. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im starren Kern (1, 10) angeordneten Z nder (24 - 27) und Empfänger (28) Halbleiterbauelemente wie Lumineszenzdioden und Fotodioden sind.

10. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Sender (24 - 27) Lumineszenzdioden mit solchen Abstrahlwellenlängen verwendet werden, die im nichtsichtbaren Bereich des Lichtspektrums liegen.

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11. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1, d.a durch gekennzeichnet, daß die Lumineszenzdioden (24 -27) zur Applikationsfläche (2, 11) des starren Kerns (1, 10) schräg rückwärts in Ausnehmungen (29 - 30) versetzt angeordnet sind, die Strahlungskanäle bilden, deren Symmetrieachsen mit der Mittelsenkrechten der Empfängerfläche einen einzigen Schnitt bilden.

12. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der starre Kern (1, 10) neben den Halbleiterbauelementen als optische Sender (24 - 27) und Empfänger (28) weitere elektrische Bauteile (33), wie Vorwiderstände und dgl., zum Ansteuerbetrieb von Sender (24 - 27) und Empfänger (28) aufweist.

13. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (29, 30, 31) für Sender und Empfänger (24 27, 28) mit einem solchen Gießharz als optisches Fenster ausgefüllt sind, das sichtbares Licht weitgehend abdämpft.

14. Fotoelektrischer Pulsabnehmer nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Ring ein Halteband (22) mit Öffnung (23) zum Einknöpfen des starren Kerns (10) ist.