DE9216805U1 - Heartbeat measuring device - Google Patents
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Description
Herzschlag-MeßvorrichtungHeartbeat measuring device
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Herzschlag-Meßvorrichtung. Sie findet Anwendung als Überwachungsvorrichtung des Herzrhythmus bei Sportbetätigung oder bei physiologischen Untersuchungen bezüglich der Herzfrequenz (Arbeitsmedizin, Sportmedizin, Herzrehabilitation, ...)The present invention relates to a heart rate measuring device. It is used as a heart rhythm monitoring device during sports activities or in physiological examinations regarding the heart rate (occupational medicine, sports medicine, cardiac rehabilitation, ...)
Vorrichtungen zur Messung der Herzfrequenz umfassen zwei Meßelektroden und gegebenenfalls eine Referenzelektrode, die über elektrische Leiter an einen Verarbeitungsschaltkreis angeschlossen sind. Diese Elektroden werden auf dem Körper des Patienten angebracht, im allgemeinen in Höhe des Thorax.Devices for measuring heart rate comprise two measuring electrodes and, if necessary, a reference electrode, connected by electrical conductors to a processing circuit. These electrodes are placed on the patient's body, generally at the level of the thorax.
Die üblicherweise auf medizinischem Gebiet verwendeten Elektroden sind Wegwerf-Elektroden und dazu bestimmt, individuell auf dem Korpus mit Hilfe eines Klebmaterials befestigt zu werden. Um einen korrekten elektrischen Kontakt sicherzustellen, wird eine Lösung oder ein leitendes Gel zwischen dem Körper und der Elektrode eingefügt. Dieser Elektrodentyp ist ziemlich lästig für den Patienten.The electrodes commonly used in the medical field are disposable and are designed to be individually attached to the body using an adhesive material. To ensure proper electrical contact, a solution or conductive gel is inserted between the body and the electrode. This type of electrode is quite annoying for the patient.
Man kennt auch komfortablere Vorrichtungen, die in Form eines Bandes oder eines Gürtels vorliegen, auf dem die Elektroden befestigt sind. Dieses Band umfaßt eine elastische Partie, die es ermöglicht, die Elektroden auf dem Körper des Patienten zu halten unter Sicherstellung eines bestimmten Drucks und infolgedessen eines befriedigenden elektrischen Kontaktes.More comfortable devices are also known, which are in the form of a band or belt on which the electrodes are attached. This band includes an elastic part that allows the electrodes to be held on the patient's body, ensuring a certain pressure and, consequently, a satisfactory electrical contact.
Die Veröffentlichung WO 88/09146 beschreibt eine Vorrichtung dieses zweiten Typs. Das Band ist auf einer ersten Seite mit zwei Elektroden versehen, die in elektrischem Kontakt mit zwei Steckern stehen, die gegenüber auf der anderen Seite des Bandes angeordnet sind. Elektrische Leitungen können an diese Verbinder angeschlossen werden, um die von den Elektroden erfaßten Signale zu einer Verarbeitungseinheit zu übertragen, welche letztere im übrigen auch auf dem Band montiert sein kann.Publication WO 88/09146 describes a device of this second type. The tape is provided on a first side with two electrodes which are in electrical contact with two connectors arranged opposite one another on the other side of the tape. Electrical leads can be connected to these connectors in order to transmit the signals detected by the electrodes to a processing unit, which can also be mounted on the tape.
Die Erfindung sucht diesen Typ von Meßvorrichtung für den Herzschlag zu verbessern und insbesondere eine größere Sicherheit bei der Anwendung zu erzielen. Dieses Ziel wird erreicht durch eine Konstruktion, die der Meßvorrichtung eine größere Dichtheit verleiht.The invention seeks to improve this type of heart rate measuring device and in particular to achieve greater safety in use. This aim is achieved by a construction which makes the measuring device more airtight.
Genauer gesagt hat die Erfindung zum Ziel eine Herzschlag-Meßvorrichtung, umfassend mindestens ein Paar von Meßelektroden zum Erfassen von Herzschlagsignalen, ein Mittel zum Verarbeiten der von den Elektroden aufgefangenen elektrischen Signale und elektrische Leitungen zum elektrischen Verbinden der Elektroden mit den Verarbeitungsmitteln, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektroden und die Verarbeitungsmittel auf einem dünnen, biegsamen Support montiert sind, welche Baugruppe dann von einem weichen aufgeformten Material umhüllt ist, das ein Band bildet.More specifically, the invention aims at a heart rate measuring device, comprising at least one pair of measuring electrodes for detecting heart rate signals, a means for processing the electrical signals picked up by the electrodes and electrical leads for electrically connecting the electrodes to the processing means, which device is characterized in that the electrodes and the processing means are mounted on a thin, flexible support, which assembly is then covered by a soft molded material forming a band.
Dieser Aufbau vermeidet das Vorhandensein von Steckverbindern auf dem Band und damit das Risiko einer Korrosion oder eines schlechten Kontakts zwischen den Elektroden und den elektrischen Leitungen.This design avoids the presence of connectors on the belt and therefore the risk of corrosion or poor contact between the electrodes and the electrical wires.
Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung, die auf die beigefügten, nur als Beispiel und nicht beschränkend zu verstehenden Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:The characteristics and advantages of the invention will become clearer from the following description, which refers to the accompanying drawings, given purely by way of example and not as a limitation, in which:
- die Figur 1 eine Gesamtansicht der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist,- Figure 1 is an overall view of the device according to an embodiment of the invention,
- die Figur 2a eine Ansicht von unten auf das Band vor der Aufformung ist, während Figur 2b eine Ausführungsvariante darstellt,- Figure 2a is a view from below of the strip before forming, while Figure 2b shows a variant embodiment,
- die Figur 3 eine Seitenansicht des Bandes der Vorrichtung vor dem Aufformen ist, wobei die aufgeformte Hülle gestrichelt darge-- Figure 3 is a side view of the belt of the device before molding, with the molded cover shown in dashed lines.
stellt ist,is,
- die Figur 4 schematisch eine Ausführungsform der Verarbeitungsmittel der Vorrichtung gemäß der Erfindung zeigt, und- Figure 4 shows schematically an embodiment of the processing means of the device according to the invention, and
- die Figur 5 eine Variante der Ausführung des Ausnutzungsmoduls der Verarbeitungsmittel der Figur 4 darstellt. - Figure 5 represents a variant of the embodiment of the module for utilising the processing means of Figure 4.
Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Meßvorrichtung für die Herzfrequenz gemäß der Erfindung. Diese Vorrichtung besteht aus einem Band 2, auf dessen Vorderseite ein Gehäuse 4 montiert ist, das ein Verarbeitungsmittel enthält, und nahe jedem der beiden Enden ein Niet 6. Dieser dient zum Befestigen eines elastischen Gurtes 8 mit einstellbarer Länge mittels zweier Ösen 10. Das Band kann auf diese Weise leicht auf dem Brustkorb des Patienten befestigt werden. Die Elektroden der Vorrichtung sind auf der hinteren Seite des Bandes (nicht sichtbar in Figur 1) angeordnet.Figure 1 shows an embodiment of the heart rate measuring device according to the invention. This device consists of a band 2, on the front of which is mounted a housing 4 containing a processing means and a rivet 6 near each of the two ends. This serves to attach an elastic strap 8 of adjustable length by means of two eyelets 10. The band can thus be easily attached to the patient's chest. The electrodes of the device are arranged on the rear side of the band (not visible in Figure 1).
Man erkennt, daß das Gehäuse 4 auf seiner Vorderseite ein Anzeigemittel 100, einen Infrarotsender 102 für die Fernübertragung der Daten, die von dem Verarbeitungsmittel geliefert werden, und zwei Steuerknöpfe 104, 106 aufweist zum Steuern der Funktion der Vorrichtung, beispielsweise zum Aktivieren eines Prüfmodus zwecks Verifikation, ob die von den Elektroden aufgefangenen Signale eine hinreichend große Amplitude für die brauchbare Verarbeitung besitzen oder zum Definieren von Alarmschwellen der Herzfrequenz.It can be seen that the housing 4 has on its front a display means 100, an infrared transmitter 102 for the remote transmission of the data supplied by the processing means and two control buttons 104, 106 for controlling the operation of the device, for example for activating a test mode for verifying whether the signals picked up by the electrodes have a sufficiently large amplitude for useful processing or for defining alarm thresholds for the heart rate.
Die Struktur des Bandes ergibt sich deutlich aus Figuren 2a oder 2b, und die Figur 3 zeigt die Rückseite und eine Seitenansicht des Bandes der Figur 2a vor dem Aufformen des Hüllmaterials.The structure of the tape is clearly evident from Figures 2a or 2b, and Figure 3 shows the back and a side view of the tape of Figure 2a before the wrapping material is molded on.
In der in Figuren 2a und 3 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung 3 Elektroden, nämlich zwei Elektroden 12, 14 für die Messung einer präkordialen Ableitung und eine Referenzelektrode 16. Diese Elektroden sind auf einem dünnen und biegsamen Support angebracht, der so gewählt wird, daß er eine gute Flexibilität aufweist bei guter Festigkeit gegen Reißen und Biegen. Es kann sich beispielsweise um ein Mylard-Band handeln mit einer Dicke von einigen Zehntel Millimeter. Der Support wird aus zwei Bändern 18, 20 gebildet, die mit einer Plakette 22 verbunden sind, beispielsweise vom Typus gedruckter Schaltkreis, welcheIn the embodiment shown in Figures 2a and 3, the device comprises 3 electrodes, namely two electrodes 12, 14 for measuring a precordial lead and a reference electrode 16. These electrodes are mounted on a thin and flexible support, chosen to have good flexibility and good resistance to tearing and bending. It can be, for example, a Mylard strip with a thickness of a few tenths of a millimeter. The support is formed by two strips 18, 20 connected to a plate 22, for example of the printed circuit type, which
die Verarbeitungsmittel trägt. Diese Verbindung wird derart realisiert, daß ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Elektroden und der Verarbeitungsschaltung hergestellt wird. Der Support kann natürlich aus einem einzigen Band bestehen, das die Elektroden und die Plakette 22 aufweist.the processing means. This connection is made in such a way that good electrical contact is established between the electrodes and the processing circuit. The support can of course consist of a single strip comprising the electrodes and the plate 22.
Die Elektroden sind Ronden (12, 14 und 16 Fig. 2a) oder Bänder (12, 14 Fig. 2b) aus leitendem Gummi, beispielsweise vom Typ NB 17 011-1 der Firma Angst & Pfister. Sie weisen einen spezifischen Widerstand von etwa 10.000 ohm.cm auf. Elektroden vom Typ eines Schwammes, benetzt mit Salzwasser von 0,9 % (isotonische Lösung) könnten gleichermaßen verwendet werden.The electrodes are discs (12, 14 and 16 Fig. 2a) or strips (12, 14 Fig. 2b) made of conductive rubber, for example of the type NB 17 011-1 from Angst & Pfister. They have a specific resistance of about 10,000 ohm.cm. Electrodes of the sponge type moistened with salt water at 0.9 % (isotonic solution) could equally be used.
Wenn die Elektroden die Form von Ronden haben, sind sie mit elektrischen Kontakten 24 der Plakette 22 über elektrische Leiter verbunden, die auf dem Support 18, 20 angeordnet sind. Die Leiter 26, 28, zugeordnet den Meßelektroden 12, 14, sind vorzugsweise abgeschirmt, um Störungen in den zu den Verarbeitungsmitteln übertragenen elektrischen Signalen zu vermeiden. In diesem Falle ist die Referenzelektrode 16 einfach elektrisch mit der Abschirmung eines der elektrischen Leiter verbunden.When the electrodes are in the form of discs, they are connected to electrical contacts 24 of the plate 22 by electrical conductors arranged on the support 18, 20. The conductors 26, 28 associated with the measuring electrodes 12, 14 are preferably shielded in order to avoid interference in the electrical signals transmitted to the processing means. In this case, the reference electrode 16 is simply electrically connected to the shield of one of the electrical conductors.
In vorteilhafter Weise ist die Seite des Supports 18, 20, die die elektrischen Leiter aufnimmt, klebrig, um die Halterung dieser elektrischen Leiter in Position sicherzustellen. Darüber hinaus sind diese vorteilhafterweise so angeordnet, daß sie Mäander aufweisen, um keine Zugbelastungen einzuführen, insbesondere in Höhe der Lötstellen, wenn das Band gefaltet wird.Advantageously, the side of the support 18, 20 which receives the electrical conductors is sticky to ensure that these electrical conductors are held in position. In addition, they are advantageously arranged so as to have meanders so as not to introduce tensile stresses, in particular at the level of the soldering points when the strip is folded.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Referenzelektrode nicht absolut erforderlich ist, doch daß sie es ermöglicht, die Meßsignale einfacher zu verarbeiten. Sie könnte durch ein zusätzliches Filter in den Verarbeitungsmitteln ersetzt oder komplettiert werden.It should be noted that the reference electrode is not absolutely necessary, but it allows the measurement signals to be processed more easily. It could be replaced or supplemented by an additional filter in the processing means.
Es ist noch festzuhalten, daß in der Medizin die Messung der beiden präkordialen Ableitungen die übliche Praxis ist. In diesem Falle sind zwei Paare von Meßelektroden erforderlich, und eine Referenzelektrode ist im übrigen generell vorgesehen.It should also be noted that in medicine, the measurement of the two precordial leads is the usual practice. In this case, two pairs of measuring electrodes are required, and a reference electrode is generally provided.
In Figur 3 ist die Umhüllung 29 gestrichelt dargestellt, dieIn Figure 3, the casing 29 is shown in dashed lines, the
durch Aufformen auf jede Seite des Bandes realisiert wird. Dieses Aufformen ermöglicht, die Gesamtheit des Bandes vollständig abzudichten. Die elektronischen Komponenten 30 (Kondensator, integrierte Schaltung), die auf der Plakette 22 montiert sind, können gleichermaßen umhüllt werden. Die Komponenten hingegen, die man austauschbar haben möchte, wie die Batterie, sind vorzugsweise nicht umhüllt. Die Gesamtheit der Komponenten der Plakette 22 wird durch eine Gehäuse 32 geschützt, das auf diese Plakette aufgeschraubt ist.by molding on each side of the strip. This molding enables the entire strip to be completely sealed. The electronic components 30 (capacitor, integrated circuit) mounted on the plate 22 can also be covered. On the other hand, the components that one wants to be replaceable, such as the battery, are preferably not covered. All the components of the plate 22 are protected by a casing 32 screwed onto this plate.
Die Umhüllung wird vorzugsweise durch Kaltaufformen realisiert, um die elektronischen Komponenten zu schützen. Diese Umhüllung besteht aus einem Material, das eine gute Flexibilität aufweist und gegen das die Haut nicht allergisch ist. Beispielsweise kann ein Zweikomponenten-Silikonharz, wie das Produkt RTV 585 der Firma Rhöne-Poulenc verwendet werden. Dieses Material hat den Vorteil, daß es beim Aufformen flüssig ist, was diesen Arbeitsgang erleichtert; es weist außerdem eine angemessene Härte (etwa 30 Shore-Grade), eine gute Reißfestigkeit (4 MPa etwa) auf und kann einfach eingefärbt werden. Schließlich ist es für den Benutzer von angenehmem Kontakt und Komfort.The casing is preferably made by cold molding to protect the electronic components. This casing is made of a material that has good flexibility and to which the skin is not allergic. For example, a two-component silicone resin, such as the RTV 585 product from Rhöne-Poulenc, can be used. This material has the advantage of being liquid during molding, which facilitates this operation; it also has a reasonable hardness (around 30 Shore grades), good tear resistance (around 4 MPa) and can be easily colored. Finally, it is pleasant to the touch and comfortable for the user.
Die Umhüllung verleiht dem Band eine perfekte Abdichtung, es kann als Ganzes gewaschen werden, was einen wichtigen Vorteil unter dem Gesichtspunkt der Hygiene darstellt.The cover gives the tape a perfect seal and it can be washed as a whole, which is an important advantage from the point of view of hygiene.
Eine Ausführungsform der Verarbeitungsmittel der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung ist schematisch in Figur 4 dargestellt. Sie umfassen einen Pulsformermodul 34 und einen Verwertungsmodul 36.An embodiment of the processing means of the measuring device according to the invention is shown schematically in Figure 4. They comprise a pulse shaper module 34 and an evaluation module 36.
Der Pulsformermodul 34 umfaßt einen Differentialverstärker 38 mit einem positiven Eingang, einem negativen Eingang und einem Referenzeingang für den Empfang der Meßsignale und des Referenzsignals, geliefert von den Elektroden 12, 14 und 16, ein Bandpassfilter 40, das die Elektrokardiographiesignale ECG liefert, und ein Eichmittel 42, das einen Eichimpuls für jeden präkordialen Signalimpuls liefert.The pulse shaping module 34 comprises a differential amplifier 38 with a positive input, a negative input and a reference input for receiving the measurement signals and the reference signal supplied from the electrodes 12, 14 and 16, a bandpass filter 40 which supplies the electrocardiography signals ECG, and a calibrator 42 which supplies a calibration pulse for each precordial signal pulse.
Der Verwertungsmodul 36 besteht aus einem Rechnermittel 44 vom Mikroprozessortyp mit Speicher, einem Anzeigemittel 46 vom Typ Flüssigkristallzelle und einem Schallgebermittel 48 vom piezoelektrischen Typ. In herkömmlicher Weise empfängt das Rechnermittel 44 fortlaufend dieThe utilization module 36 consists of a computer means 44 of the microprocessor type with memory, a display means 46 of the liquid crystal cell type and a sound generator means 48 of the piezoelectric type. In a conventional manner, the computer means 44 continuously receives the
Signale, abgegeben von dem Pulsformermittel 34, mißt die Zeitintervalle zwischen den aufeinanderfolgenden Impulsen und zeigt die entsprechende Herzfrequenz mit Hilfe des Anzeigemittels 46 an. Diese Information kann auch in hörbarer Form mittels des Schallgebermittels 48 übertragen werden. Das Rechnermittel ist ferner vorteilhafterweise konzipiert zum Steuern der Emission eines visuellen oder Audiosignals, wenn das von dem Pulsformermittel empfangene ECG-Signal eine Amplitude aufweist, die ungenügend ist, um die Herzpulsationen zu verfolgen.Signals emitted by the pulse shaping means 34 measure the time intervals between the successive pulses and display the corresponding heart rate by means of the display means 46. This information can also be transmitted in audible form by means of the sounder means 48. The computer means is further advantageously designed to control the emission of a visual or audio signal when the ECG signal received by the pulse shaping means has an amplitude which is insufficient to track the heart pulsations.
Die Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Verwertungsmittel, die Mittel zur Kommunikationsfernübertragung der Daten bezüglich des Herzrhythmus umfaßt und zum Empfang von Steuersignalen. Die Übertragung kann vom Funktyp 53 sein, und das Verwertungsmittel umfaßt demgemäß einen Funksender 50, bestimmt zur Kommunikation mit einem Funkfrequenzsender 52, der beispielsweise in einer Uhr 54 enthalten ist; der Sender kann auch vom Infrarottyp sein, und das Verwertungsmittel umfaßt demgemäß einen Infrarotsender 56, bestimmt zur Kommunikation mit einem Infrarotsender 58, der von einem Rechner 60 gesteuert wird.Figure 5 shows a second embodiment of the utilization means, which comprises means for remote communication of the data relating to the heart rhythm and for receiving control signals. The transmission can be of the radio type 53 and the utilization means accordingly comprise a radio transmitter 50 intended for communication with a radio frequency transmitter 52 contained, for example, in a watch 54; the transmitter can also be of the infrared type and the utilization means accordingly comprise an infrared transmitter 56 intended for communication with an infrared transmitter 58 controlled by a computer 60.
Die Uhr 54 bildet ein Anzeige- und Steuermittel, das besonders für Sportler geeignet ist, während der Rechner 60 zweckmäßig ist in der Medizin zum Speichern und Analysieren der Daten bezüglich eines Patienten. In bekannter Weise können die externen Steuermittel ermöglichen, Minimal- und Maximalwerte der Herzfrequenz zu definieren, wobei das Rechnermittel ein Alarmsignal, beispielsweise ein Audiosignal, erzeugt, wenn das gemessene Herzfrequenzsignal eine Frequenz unterhalb dieser Minimalfrequenz oder oberhalb dieser Maximalfrequenz zeigt.The watch 54 constitutes a display and control means particularly suitable for sportsmen, while the computer 60 is useful in medicine for storing and analyzing data relating to a patient. In a known manner, the external control means may enable minimum and maximum values of the heart rate to be defined, the computer means generating an alarm signal, for example an audio signal, when the measured heart rate signal shows a frequency below this minimum frequency or above this maximum frequency.
Das Verwertungsmittel umfaßt schließlich ein Speichermittel 62, das es ermöglicht, das von dem Pulsformermittel 34 empfangene Signal (beispielsweise in Form von Zeitintervallen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen) zu speichern. Es ist demgemäß möglich, im Gegensatz zu bekannten Meßvorrichtungen, die unabhängig von den Übertragungsbedingungen direkt jeden empfangenen Impuls fernübertragen, das Herzfrequenzsignal in den Verwertungsmitteln aufzuheben und diese Daten erst auf Instruktion hin zu übertragen, wenn dies erforderlich ist und wenn die Übertragungsbedingungen hinreichend gut sind.Finally, the utilization means comprises a storage means 62 which makes it possible to store the signal received by the pulse shaping means 34 (for example in the form of time intervals between successive pulses). It is therefore possible, in contrast to known measuring devices which directly transmit each received pulse remotely, regardless of the transmission conditions, to store the heart rate signal in the utilization means and only transmit this data on instruction when this is necessary and when the transmission conditions are sufficiently good.
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