FI123829B

FI123829B - Heart Rate Arrangements

Info

Publication number: FI123829B
Application number: FI20086069A
Authority: FI
Inventors: Seppo Nissilae
Original assignee: Polar Electro Oy
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2013-11-15
Also published as: FI20086069A

Description

Sykemittausjärjestely Keksinnön alaField of the Invention

Keksinnön soveltamisalana on sydämen sykeinformaatiota non-5 invasiivisesti mittaava laite, erityisesti liikunnan ja urheilun yhteydessä käytettävä sykemittari.Field of the Invention The invention relates to a non-5 invasive device for measuring heart rate information, especially in the field of exercise and sports.

Keksinnön taustaBackground of the Invention

Sydämen lyöntitiheyden mittaus on kiinnostava sovellusalue liikun-10 tasuorituksen yhteydessä. Lyöntitiheyden eli sykkeen perusteella saadaan tietoa esimerkiksi henkilön rasitustasosta, palautumisesta ja kunnon kehittymisestä, jolloin harjoitteiden ja levon suhdetta voidaan paremmin tarkkailla ja suunnitella.Heart rate measurement is an interesting application area for exercise-10 level performance. Heart rate, or heart rate, provides information on, for example, an individual's level of exertion, recovery, and fitness, so that the relationship between exercise and rest can be better monitored and planned.

Sykkeen mittaus henkilön iholta tehdään sydämen lyönnistä aiheu-15 tuvan elektrokardiograafisen (EKG) signaalin perusteella. Lisätietoa EKG:stä on saatavissa tähän viitteeksi otettavasta lähteestä: Guyton, Arthur C.: Human Physiology and Mechanisms of Disease. Third edition. W.B. Saunders Company 1982. ISBN 4-7557-0072-8. Luku 13: The Electrocardiogram. Elektrokar-diograafinen signaali on sydämen lyönnistä aiheutuva sähkömagneettinen sig-20 naali, joka havaitaan mittaushenkilön keholla. Signaalin mittaus tehdään elektrodien avulla, jotka elektrodit ovat kontaktissa vartaloon ainakin kahdessa pisteessä. Polarisaatiovektorilla lähinnä sydäntä oleva elektrodi toimii käytännössä usein varsinaisena mittauselektrodina toisen elektrodin tarjotessa maapo-tentiaalin, johon mittauselektrodin mittaamaa jännitettä ajan funktiona verra-25 taan.Heart rate measurements on a person's skin are made using an electrocardiographic (ECG) signal produced by a heartbeat. For more information on ECG, see this source: Guyton, Arthur C .: Human Physiology and Mechanisms of Disease. Third edition. W. B. Saunders Company 1982. ISBN 4-7557-0072-8. Chapter 13: The Electrocardiogram. An electrocardiographic signal is an electromagnetic sig-20 signal produced by a heartbeat that is detected on the body of a subject. The signal is measured by means of electrodes which are in contact with the body at least at two points. In practice, the electrode closest to the core of the polarization vector often serves as the actual measuring electrode, with the second electrode providing a ground potential to which the voltage measured by the measuring electrode is compared over time.

Sykemittarin rintakehälle asetettavat elektrodit on tunnetusti sovitettu vyömäiseen rakenteeseen eli niin kutsuttuun elektrodivyöhön. Tällöin elekt-rodivyö on ihmisen rintakehän ympärille kiristettävä rengasmainen koko rintakehän ympäröivä kiinnitysväline. Eräs tällainen rakenne esitetään kuviossa 1. 30 Elektrodivyöt ovat tunnetusti rakenteeltaan sen kaltaisia, että vyön keskiosassa on elektroniikkayksikkö, jonka molemmilla puolilla on elektrodi. Elektrodit mit-taavat sydämen lähettämää sähköistä pulssia ja lähettävät mittaustuloksensa elektroniikkayksikölle elektrodin ja elektroniikkayksikön yhdistävän liitännän kautta. Elektrodivyön sisältämät komponentit, kuten elektroniikkayksikkö ja 35 elektrodit on yleensä päällystetty muovilla tai kumilla komponenttien suojaamiseksi esimerkiksi kosteutta vastaan. Elektrodivyön rakenteesta riippuen elekt- 2 roniikkayksikkö usein käsittää myös välineet lähettää sähköinen pulssi analogisena purskeena esimerkiksi ranteessa olevaan vastaanotin- ja näyttöyksik-köön. Vaihtoehtoisesti elektrodivyö voi sisältää itsessään välineet tallentaa ja näyttää sähköiset pulssit.The electrodes placed on the chest of the heart rate monitor are known to be fitted to a belted structure, the so-called electrode belt. In this case, the electrode belt is an annular fastening device that engages the entire chest and is tightened around the human chest. One such structure is shown in Figure 1. The electrode belts are known to have a structure in which the center of the belt has an electronic unit having an electrode on both sides. The electrodes measure the electrical pulse emitted by the heart and transmit their measurement results to the electronic unit via an interface connecting the electrode and the electronic unit. The components contained in the electrode belt, such as the electronic unit and the electrodes 35, are generally coated with plastic or rubber to protect the components, for example, against moisture. Depending on the structure of the electrode belt, the electronic unit often also comprises means for transmitting the electrical pulse in an analog burst, for example, to a receiver and display unit on the wrist. Alternatively, the electrode belt may itself include means for recording and displaying electrical pulses.

5 Tavallisesti elektrodivyöt ovat rakenteeltaan sellaisia, että elektrodi- vyön komponentteja päällystävä kuminen tai muovinen tukirakenne on suhteellisen jäykkä. Tällaiset elektrodivyöt soveltuvat yleensä huonosti pitkäaikaiseen yhtämittaiseen käyttöön, ja ne aiheuttavat helposti hiertymiä iholle. Elektrodi-vyön vyömäinen rakenne myös rajoittaa sen optimaalista sijoittamista oleelli-10 sesti sydämen kohdalle ihmisillä, joilla rintakehän alueella on runsaasti lihas-tai muuta kudosrakennetta. Myös hoikille aikuisille ja lapsille jäykkä elektrodi-vyö on käytössä hankala, koska se ei taivu riittävästi kapean rintakehän omaavan ihmisen vartalon mukaan. Eräissä tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa ongelmaa on lähestytty siten, että elektroniikkayksikön ja elektrodin vä-15 linen muovinen tukirakenne on tehty haitarimaiseksi, jolloin elektrodivyön taipuminen saadaan aikaan välittömästi elektroniikkayksikön ulkopuolelta. Tällainen ratkaisu kuitenkin vähentää ainoastaan elektrodivyön taivutusjäykkyyttä, koska elektrodivyö on edelleen rengasmainen ja rintakehän ympärille kiinnitettävä.Typically, the electrode belts are structured such that the rubber or plastic support structure covering the components of the electrode belt is relatively rigid. Such electrode belts are generally poorly suited for long-term continuous use and easily cause abrasions on the skin. The belted structure of the electrode belt also restricts its optimal placement substantially at the heart in people who have a large amount of muscle or other tissue structure in the thoracic region. Also, for slender adults and children, a rigid electrode belt is difficult to use because it does not flex well enough for a person with a narrow chest. In some prior art solutions, the problem has been approached by making the plastic support structure between the electronic unit and the electrode to be accordion-like, whereby the bending of the electrode belt is achieved immediately outside the electronic unit. However, such a solution only reduces the bending stiffness of the electrode belt because the electrode belt is still annular and fastened around the chest.

20 Tunnetun tekniikan mukaiseen ratkaisuun sisältyy vakava haitta: jäykkä elektrodivyö on vaikea sijoittaa rintakehälle optimaalisesti parhaan mit-tatuloksen saavuttamiseksi erityisesti pitkäaikaisessa yhtämittaisessa käytössä, jolloin elektrodivyö myös helposti aiheuttaa iholle hiertymiä.The prior art solution has a serious drawback: it is difficult to position the rigid electrode belt optimally on the chest to achieve the best results, especially in long-term continuous use, whereby the electrode belt also easily causes abrasions on the skin.

25 Keksinnön lyhyt selostusBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Keksinnön tavoitteena on toteuttaa sykemittausjärjestely sydämen sähköisen sykesignaalin mittaamiseksi henkilön keholta. Tämä saavutetaan sykemittausjärjestelyllä EKG-signaalin mittaamiseksi henkilön rintakehän iholta, joka sykemittausjärjestely käsittää elektrodirakenteen käsittäen rakenne-30 osan, joka on nauhamainen, taipuisa ja tekstiilikuitua käsittävä, joka rakenneosa lisäksi käsittää ensimmäisen elektrodin ja toisen elektrodin EKG-signaalin mittaamiseksi henkilön iholta, joka ensimmäinen elektrodi ja toinen elektrodi muodostuvat elektrodirakenteen kummassakin päässä elektrodin kohdalla olevasta sähköä johtavasta muovikalvosta, joka on sovitettu koskemaan henkilön 35 ihon pintaa, joka sykemittausjärjestely lisäksi käsittää: elektrodeihin yhteydessä olevan erillisen keskusyksikön, joka on konfiguroitu muodostamaan sykein- 3 formaatio elektrodeilla mitatun EKG-signaalin perusteella ja lähettämään sy-keinformaatio telemetrisesti; ja ainakin yhden tartuntaelimen, joka on konfigu-roitu liittämään rakenneosa ja keskusyksikkö ja muodostamaan sähköinen kytkentä rakenneosan ja keskusyksikön välille.It is an object of the invention to provide a heart rate measuring arrangement for measuring the electrical heart rate signal from a person's body. This is achieved by a heart rate measuring arrangement for measuring an ECG signal from a person's thoracic skin, the heart rate measuring arrangement comprising an electrode structure comprising a strap-like, flexible and textile fiber component, the component further comprising a first electrode and a second electrode for measuring the second electrode consisting of an electrically conductive plastic film at each end of the electrode structure adapted to contact the skin surface of a person 35, the heart rate measurement system further comprising: a separate central unit connected to the electrodes configured to generate heart rate information - telemetry information; and at least one gripping member configured to connect the component and the central unit and to provide an electrical connection between the component and the central unit.

5 Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patenttivaa timusten kohteena.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Keksinnön mukaisessa ratkaisussa käytettävä elektrodirakenne on tarkoitettu asetettavaksi käyttäjän rintakehän iholle. Elektrodirakenteen nauhamainen rakenneosa on eräässä suoritusmuodossa materiaaliltaan taipuisa, 10 pehmeä ja ihonpinnan mukaisesti muotoutuva, jolloin se on käytössä miellyttävä ja huomaamaton eikä aiheuta hiertymiä ja soveltuu siten hyvin myös pitkäaikaiseen käyttöön EKG-mittauksessa. Eräässä toteutusmuodossa elektrodirakenteen nauhamainen rakenneosa on yhtenäinen, jolloin siihen on integroitu molemmat elektrodit ja niiden kiinnitysväline. Elektrodirakenteen nauhamainen 15 rakenneosa on kertakäyttöinen ja valmistuskustannuksiltaan edullinen. Malliltaan se on esimerkiksi laastarimallinen tarra.The electrode structure used in the solution of the invention is intended to be applied to the skin of the user's chest. In one embodiment, the ribbon-like component of the electrode structure is flexible in material, soft, and skin-shaped, so that it is comfortable and unobtrusive in use and does not cause abrasion, and is thus well suited for long-term use in ECG measurement. In one embodiment, the strip-like structure of the electrode structure is integral, whereby both electrodes and their attachment means are integrated therein. The ribbon-like component 15 of the electrode structure is disposable and inexpensive to manufacture. For example, it is a patch-like sticker.

Elektrodirakenteen ensimmäisessä päässä on ensimmäinen elektrodi ja elektrodirakenteen toisessa päässä on toinen elektrodi. Elektrodirakenteen ensimmäinen elektrodi ja toinen elektrodi ovat sähköisesti toisistaan eris-20 tetyt potentiaalieron mittaamisen mahdollistamiseksi elektrodien välillä. Sy-kesignaalin optimaaliseksi mittaamiseksi ensimmäisen ja toisen elektrodin tulee sijaita riittävän kaukana toisistaan sydämen lyönnin aiheuttaman sähköisen EKG-signaalin havaitsemiseksi. Tällöin elektrodit on edullisesti sijoitettu elektrodirakenteen päihin. Elektrodeja voi luonnollisesti olla enemmänkin kuin mai-25 nitut kaksi.The first end of the electrode structure has a first electrode and the second end of the electrode structure has a second electrode. The first electrode and the second electrode of the electrode structure are electrically isolated from each other to allow for measurement of the potential difference between the electrodes. For optimal measurement of the Sy central signal, the first and second electrodes should be located sufficiently far apart to detect the electrical ECG signal produced by the heart beat. The electrodes are preferably located at the ends of the electrode structure. Of course, there may be more electrodes than the two mentioned.

Edullisen toteutusmuodon mukaisesti elektrodirakenteen sisäpinta on tartuntapinta elektrodirakenteen kiinnittämiseksi henkilön rintakehän iholle. Eräs edullinen tapa toteuttaa tartuntapinta ja elektrodit on toteutusmuoto, jossa elektrodirakenteen nauhamaisen rakenneosan päissä olevat elektrodit on 30 muodostettu sähköä johtavasta tartunta-aineesta. Näin tartunta-aine kiinnittää elektrodirakenteen henkilön rintakehän iholle. Eräässä toisessa toteutusmuodossa elektrodirakenteen ensimmäinen elektrodi ja toinen elektrodi muodostuvat elektrodirakenteen kummassakin päässä elektrodin kohdalla olevasta sähköä johtavasta kalvosta, jonka henkilön ihon pintaa vasten asettuvalla sisäpin-35 nalla on sähköä johtava tartunta-aine. Tartunta-aine on edullisesti sähköä johtava liima. Edelleen kolmas tapa toteuttaa elektrodit ja tartuntapinta on toteu- 4 tusmuoto, jossa elektrodirakenteen ensimmäinen elektrodi ja toinen elektrodi muodostuvat elektrodirakenteen kummassakin päässä elektrodin kohdalla olevasta sähköä johtavasta kalvosta, jolloin elektrodirakenteen kummassakin päässä olevan elektrodin leveys on nauhamaisen rakenneosan leveyttä ka-5 peampi. Nauhan ulkoreunoilla elektrodin ympärillä nauhan sisäpinnalla on tartunta-aine, jolla elektrodirakenne kiinnitetään käyttäjän iholle. Tällöin tartunta-aineen ei tarvitse olla sähköä johtava. Koska elektrodirakenteen sisäpinta on henkilön ihon pintaa kohden tuleva osa elektrodirakennetta, sijaitsevat elektrodit edullisesti nauhan sisäpinnalla. Elektrodirakenne voi olla muotoiltu myös si-10 ten, että elektrodit sijaitsevat osittain tai kokonaan sekä nauhan sisä- että ulkopinnalla. Edelleen elektrodirakenne voi olla muotoiltu siten, että elektrodit sijaitsevat nauhan sisäpinnalla, mutta niistä on liityntäpinnat myös nauhan ulkopinnalle.According to a preferred embodiment, the inner surface of the electrode structure is an adhesive surface for attaching the electrode structure to the skin of a person's chest. One preferred way of implementing the adhesive surface and the electrodes is an embodiment wherein the electrodes at the ends of the strip-like portion of the electrode structure are formed of an electrically conductive adhesive. In this way, the adhesive attaches the electrode structure to the person's chest skin. In another embodiment, the first electrode and the second electrode of the electrode structure consist of an electrically conductive film at each end of the electrode structure having an electrically conductive adhesive on the inner surface of a person facing the skin surface. The adhesive is preferably an electrically conductive adhesive. Still another way of implementing the electrodes and the gripping surface is an embodiment wherein the first electrode and second electrode of the electrode structure are formed by an electrically conductive film at each end of the electrode structure, the electrode at each end of the electrode structure being wider than the width of the strip. The outer edges of the tape around the electrode have an adhesive on the inner surface of the tape to attach the electrode structure to the wearer's skin. In this case, the adhesive need not be electrically conductive. Since the inner surface of the electrode structure is a part of the electrode structure facing the surface of a person's skin, the electrodes are preferably located on the inner surface of the tape. The electrode structure may also be shaped such that the electrodes are partially or completely located on both the inner and outer surfaces of the strip. Further, the electrode structure may be shaped such that the electrodes are located on the inner surface of the strip, but also have interface surfaces on the outer surface of the strip.

Elektrodirakenteeseen kuuluu osana elektrodeihin yhteydessä oleva 15 elektroniikkayksikkö. Elektroniikkayksikkö on elektrodirakenteen nauhamaiseen osaan yhdellä tai useammalla tartuntaelimellä liitettävä elektroniikkakomponentti. Elektrodirakenteen elektrodit ovat yhteydessä elektroniikkayksikköön. Elektroniikkayksikössä on EKG-käsittelyvälineet, joilla mitataan EKG-signaalin aiheuttama potentiaaliero ensimmäisessä ja toisessa elektrodissa ja elektrodi-20 en mittaamista sykesignaaleista muodostetaan arvio havaituille sydämen lyön-tiajanhetkille ja edelleen havaittujen lyöntiajanhetkien perusteella lasketaan sydämen syke. Lisäksi elektroniikkayksikköön kuuluu lähetin sykeinformaation lähettämiseksi rannevastaanottimeen, jossa on vastaanotin elektrodirakenteel-ta lähetetyn sykeinformaation vastaanottamiseksi ja näyttö sykeinformaation 25 näyttämiseksi.The electrode structure includes, as part of the electrodes, 15 electronic units. The electronic unit is an electronic component to be attached to the ribbon-like portion of the electrode structure by one or more engaging means. The electrodes of the electrode structure are connected to the electronic unit. The electronic unit has ECG processing means for measuring the potential difference caused by the ECG signal at the first and second electrodes, and evaluating the heart rate signals measured by the electrodes for the detected heartbeat moments and calculating the heartbeat based on further detected heartbeat moments. In addition, the electronic unit includes a transmitter for transmitting heart rate information to a wrist receiver having a receiver for receiving heart rate information transmitted from the electrode structure and a display for displaying heart rate information.

Rannevastaanotin sijaitsee esimerkiksi käyttäjän ranteessa pidettävässä kellomaisessa laitteessa kuten sykemittarissa tai rannetietokoneessa. Tällöin elektrodirakenteen ja sykemittarin välinen informaation siirto tehdään tunnettuja tapoja käyttäen, kuten esimerkiksi yhdysjohdon välityksellä, optisesti 30 tai sähkömagneettisesti. Näyttö sykeinformaation näyttämiseksi sijaitsee edullisesti kyseisessä toteutusmuodossa niinikään rannevastaanottimessa.For example, the wrist receiver is located on a user's wrist watch device such as a heart rate monitor or wrist computer. In this case, the transmission of information between the electrode structure and the heart rate monitor is performed by known means, such as, for example, via a connecting cable, optically or electromagnetically. The display for displaying heart rate information is preferably located in the embodiment also in the wrist receiver.

Elektroniikkayksikkö on edullisesti sovitettu koteloon, joka käsittää yhden tai useamman tartuntaelimen elektroniikkayksikön liittämiseksi elektrodi-rakenteen nauhamaiseen rakenneosaan. Tartuntaelimet sijaitsevat edullisim-35 min elektroniikkayksikön kotelon henkilön ihon pintaa vasten osoittavalla pinnalla. Tartuntaelimet ovat edullisesti rakenteeltaan keskusyksikön kotelossa 5 olevat kiinnityshahlot, saranoitu puristava klipsi tai vastaava. Tartuntaelimissä tai keskusyksikön kotelossa on sähköä johtavat liitäntäelimet, joiden kautta elektrodeilla mitattava EKG-signaali johdetaan elektrodeilta elektroniikkayksi-kölle.The electronic unit is preferably mounted in a housing comprising one or more engaging means for attaching the electronic unit to the strip-like component of the electrode structure. Preferably, the gripping members are located on the face of the person's skin facing the surface of the housing of the electronic unit, preferably 35 minutes. Preferably, the gripping members are fastening slots in the housing 5 of the central unit, a hinged clamp or the like. The gripping members or the housing of the central unit have electrically conductive connecting means through which the ECG signal measured by the electrodes is transmitted from the electrodes to the electronics unit.

5 Keksinnön etuna on myös elektrodirakenteen huomaamattomuus, vaivattomuus ja hyvä soveltuvuus hyvinkin pitkäaikaiseen käyttöön tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna.The invention also has the advantage that the electrode structure is undetectable, hassle-free and well suited for very long-term use compared to known solutions.

Kuvioiden lyhyt selostus 10 Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirus tuksiin, joissa kuvio 1 esittää henkilön rintakehälle asetettua tunnetun tekniikan mukaista lähetinelektrodivyötä ja ranteeseen asennettua vastaanotinyksikköä, kuvio 2 esittää keksinnön mukaista henkilön rintakehälle asetettua 15 erään toteutusmuodon mukaista sykemittausjärjestelyä, kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen elektrodirakenteen erästä toteutusmuotoa sen ulkopinnan puolelta nähtynä, kuvio 4 esittää kuvion 3 mukaisen elektrodirakenteen sen sisäpinnan puolelta nähtynä, 20 kuvio 5 esittää kuvion 3 mukaisen elektrodirakenteen sen poikittais- suunnasta nähtynä, kuvio 6 esittää kuvion 3 mukaisen elektrodirakenteen nauhamaisen osan, kuvio 7 esittää keksinnön mukaisen elektrodirakenteen erästä toista 25 toteutusmuotoa sen sisäpinnan puolelta nähtynä, kuvio 8 esittää kuvion 7 mukaisen elektrodirakenteen nauhamaisen osan, kuvio 9 esittää kuvion 7 mukaisen elektrodirakenteen sen poikittais-suunnasta elektrodin kohdalta nähtynä, 30 kuvio 10 esittää keksinnön mukaisen elektrodirakenteen erästä to teutusmuotoa sen sivusuunnasta nähtynä, kuvio 11 esittää keksinnön mukaisen elektrodirakenteen keskusyksikön erään toteutusmuodon sen poikittaissuunnasta nähtynä ja kuvio 12 esittää keksinnön erään sovellusmuodon mukaista laitejär-35 jestelyä sykkeen muodostamiseksi.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS 10 The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Fig. Figure 4 shows the electrode structure of Figure 3 seen from the inside, Figure 5 shows a transverse direction of the electrode structure of Figure 3, Figure 6 shows a strip portion of the electrode structure of Figure 3, another view of the electrode structure of the invention Fig. 8 shows a strip-like part of the electrode structure according to Fig. 7, Fig. 9 shows a fig. Fig. 10 shows an embodiment of the electrode structure according to the invention in transverse direction, Fig. 10 shows an embodiment of the electrode structure according to the invention seen in its lateral direction, Fig. 11 shows a transverse direction of an embodiment of heart rate.

66

Keksinnön yksityiskohtainen selostusDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Keksintöä selostetaan seuraavassa eräiden edullisten toteutusmuotojen avulla viitaten oheisiin kuvioihin 2-12.The invention will now be described by means of some preferred embodiments with reference to the accompanying Figures 2-12.

5 Kuviossa 2 on esitetty henkilö, jonka sydämen sykettä mitataan rin takehälle 102 asetettavan elektrodirakenteen 100 avulla. Sykkeen mittaus tapahtuu elektrodirakenteessa 100 olevien kahden tai useamman elektrodin 118,122 avulla, joiden välille muodostuu mitattavissa oleva potentiaaliero sydämen lyödessä.Fig. 2 shows a person whose heart rate is measured by means of an electrode structure 100 placed on the back of the rib 102. The heart rate is measured by means of two or more electrodes 118,122 in the electrode structure 100, between which there is a measurable potential difference at the heart beat.

10 Esitetty elektrodirakenne 100 käsittää nauhamaisen rakenneosan 101. Se on edullisesti yhtenäinen nauha 101, jossa on henkilön rintakehän ihoa 102 vasten asettuva sisäpinta 116 ja sille vastakkainen ulkopinta 120. Elektrodirakenteen 100 ensimmäisessä päässä on ensimmäinen elektrodi 118 ja elektrodirakenteen 100 toisessa päässä on toinen elektrodi 122. Elektrodira-15 kenteen 100 ensimmäinen elektrodi 118 ja toinen elektrodi 122 ovat sähköisesti toisistaan eristetyt nauhassa 101 elektrodien välillä olevalla eristävällä vyöhykkeellä 125 potentiaalieron mittaamisen mahdollistamiseksi elektrodien välillä. Ensimmäisen elektrodin 118 ja toisen elektrodin 122 välille syntyy siis mitattavissa oleva potentiaaliero eli EKG-signaali, jota elektrodirakenteella 100 20 mitataan.The electrode structure 100 shown comprises a ribbon-like component 101. It is preferably a continuous band 101 having an inner surface 116 facing an individual's chest skin 102 and an opposite outer surface 120. The first end of the electrode structure 100 has a first electrode 118 and a second electrode 122 at one end. The first electrode 118 and the second electrode 122 of the electrodeira-15 field 100 are electrically insulated from one another in the insulating zone 125 between the electrodes in the band 101 to enable measurement of the potential difference between the electrodes. Thus, a measurable potential difference, i.e. an ECG signal, is generated between the first electrode 118 and the second electrode 122, which is measured by the electrode structure 100.

Elektrodirakenteen sisäpinta 116 on tartuntapinta, jonka avulla elektrodirakenne 100 kiinnitetään henkilön rintakehän iholle 102. Elektrodirakenteen 100 nauha 101 on materiaaliltaan taipuisa, pehmeä ja ihonpinnan mukaisesti muotoutuva. Nauhan 101 materiaali voi olla esimerkiksi muovia, 25 tekstiilikuitua, niiden yhdistelmää tai jotain vastaavaa materiaalia. Nauha 101 on edullisesti kertakäyttöinen.The inner surface 116 of the electrode structure is an adhesive surface by which the electrode structure 100 is attached to a person's chest skin 102. The tape 101 of the electrode structure 100 is pliable, soft and conformable to the skin surface. The material of the tape 101 may be, for example, plastic, textile fibers, a combination thereof, or the like. The tape 101 is preferably disposable.

Erään toteutusmuodon mukaisesti, kuten kuvioissa 7-9, elektrodirakenteen 100 elektrodit 118,122 on muodostettu nauhan 101 sisäpinnalle 116 nauhan 101 kumpaankin päähän sähköä johtavasta tartunta-aineesta 127. 30 Tartunta-aine 127 on edullisesti sähköä johtava liima, kuten sähköä johtava Solgel tai johtava silikoniliima.According to one embodiment, as in Figs. 7-9, electrodes 118,122 of the electrode structure 100 are formed on the inner surface 116 of the tape 101 at each end of the tape 101 by an electrically conductive adhesive 127. The adhesive 127 is preferably an electrically conductive adhesive such as electrically conductive Solgel.

Erään toisen toteutusmuodon mukaisesti, kuten kuvioissa 3-6, elektrodirakenteen 100 elektrodit 118,122 muodostuvat elektrodirakenteen 100 kummassakin päässä elektrodin 118,122 kohdalla olevasta sähköä johtavasta 35 kalvosta 119, joka on esimerkiksi metallia, sähköä johtavaa muovia tai vastaavaa sähköä johtavaa materiaalia. Tällöin elektrodirakenteen 100 kummassakin 7 päässä olevan elektrodin 118,122 leveys voi olla nauhamaisen rakenneosan 101 levyinen tai sen leveyttä kapeampi. Kalvo 119 voi tällöin koskettaa suoraan henkilön ihon pintaa 102 tai kalvon 119 henkilön ihon pintaa vasten asettuvalla sisäpinnalla 116 voi olla sähköä johtava tartunta-aine 127. Tartunta-5 aine 127 on edullisesti sähköä johtava liima, kuten johtava Solgel tai johtava silikoniliima. Mikäli elektrodin 118,122 leveys on nauhamaisen rakenneosan 101 leveyttä kapeampi, voidaan nauhan 101 ulkoreunoilla nauhan sisäpinnalla elektrodien 118,122 ulkopuolella käyttää tartunta-ainetta 127 , jonka 127 ei tarvitse olla sähköä johtavaa.According to another embodiment, as in Figs. 3-6, the electrodes 118,122 of the electrode structure 100 consist of an electrically conductive film 119 at each end of the electrode structure 100 at electrode 118,122, for example metal, electrically conductive plastic or similar electrically conductive material. In this case, the width of the electrode 118,122 at each of the 7 ends of the electrode structure 100 may be wider than or narrower than the width of the strip-like component 101. The film 119 may then directly contact the skin surface 102 of the person or the inner surface 116 of the film 119 positioned against the skin surface of the person 119 may have an electrically conductive adhesive 127. The adhesive 5 127 is preferably an conductive adhesive such as conductive Solgel or conductive silicone. If the width of the electrode 118,122 is narrower than the width of the ribbon-like component 101, the adhesive 127, which need not be electrically conductive, may be used on the outer edges of the tape 101 on the inner surface of the tape outside the electrodes 118,122.

10 Koska elektrodi rakenteen 100 sisäpinta 116 on henkilön ihon pintaa kohden tuleva osa elektrodirakennetta 100, sijaitsevat elektrodit 118,122 edullisesti nauhan 101 sisäpinnalla 116. Elektrodirakenne 100 voi olla muotoiltu myös siten, että elektrodit 118 ja 122 sijaitsevat osittain tai kokonaan sekä nauhan sisäpinnalla 116 että ulkopinnalla 120. Edelleen elektrodirakenne 100 15 voi olla muotoiltu siten, että elektrodit 118,122 sijaitsevat nauhan sisäpinnalla 116, mutta niistä on liityntäpinnat myös nauhan 101 yläpinnalle 120.Since the inner surface 116 of the electrode structure 100 is part of the electrode structure 100 facing the skin surface of the person, the electrodes 118,122 are preferably located on the inner surface 116. The electrode structure 100 may also be shaped such that the electrodes 118 and 122 are partially or fully located on both the inner surface 116 and Further, the electrode structure 100 15 may be shaped such that the electrodes 118,122 are located on the inner surface 116 of the ribbon, but also have interface surfaces on the upper surface 120 of the ribbon 101.

Elektrodirakenteeseen 100 kuuluu kuvioiden 2,3,4,7,10 ja 11 mukaisesti myös elektrodeihin 118,122 yhteydessä oleva keskusyksikkö 202. Keskusyksikkö 202 on erillinen elektroniikkaosa, joka liitetään elektrodiraken-20 teen 100 nauhamaiseen osaan 101 yhdellä tai useammalla tartuntaelimellä 230. Elektroniikkayksikkö 202 on sovitettu koteloon 203, joka käsittää yhden tai useamman tartuntaelimen 230 elektroniikkayksikön 202 liittämiseksi elektrodi-rakenteen 100 nauhamaiseen rakenneosaan 101. Tällöin tartuntaelimet 230 edullisesti sijaitsevat elektroniikkayksikön 202 kotelon 203 henkilön ihon pintaa 25 vasten osoittavalla pinnalla.The electrode structure 100 also includes, as shown in Figures 2,3,4,7,10 and 11, a central unit 202 communicating with the electrodes 118,122. The central unit 202 is a separate electronics member which is connected to the ribbon-like portion 101 of the electrode structure 20 by one or more engaging means 230. The electronic unit 202 is a housing 203 comprising one or more gripping members 230 for attaching the electronic unit 202 to the ribbon-like component 101 of the electrode assembly 100. Preferably, the gripping members 230 are located on a face of a skin 25 of a person on the housing 203 of the electronic unit 202.

Elektrodirakenteen 100 elektrodit ovat sähköisesti johtavassa yhteydessä keskusyksikköön 202. Yhteys toteutetaan edullisesti siten, että tartuntaelimet 230 muodostavat elektrodien 118,122 ja elektroniikkayksikön (202) välisen sähköisen kytkennän. Tartuntaelimet 230 ovat rakenteeltaan keskus-30 yksikön kotelossa olevat kiinnityshahlot, saranoitu puristava klipsi tai vastaava. Tartuntaelimissä 230 tai keskusyksikön 202 alapinnalla on sähköä johtavat lii-täntäelimet, joiden kautta elektrodeilla 118,122 mitattava EKG-signaali johdetaan elektrodeilta 118,122 keskusyksikölle 202.The electrodes of the electrode structure 100 are electrically conductive in communication with the central unit 202. The connection is preferably implemented such that the gripping members 230 provide an electrical connection between the electrodes 118,122 and the electronic unit (202). The gripping members 230 are fastening slots in the housing of the central unit 30, a hinged clamp or the like. The gripping members 230 or on the underside of the central unit 202 have electrically conductive connecting means through which the ECG signal to be measured at the electrodes 118,122 is transmitted from the electrodes 118,122 to the central unit 202.

Keskusyksikössä 202 on EKG-käsittelyvälineet, joilla mitataan EKG-35 signaalin aiheuttama potentiaaliero ensimmäisen ja toisen elektrodin välillä ja elektrodien mittaamista sykesignaaleista muodostetaan sykeinformaatio käsit- 8 täen sykepulssin, sykevälien tunnistuksen ja laskennan tai syketaajuuden eli sykkeen. Lisäksi keskusyksikköön 202 kuuluu lähetin 208 sykeinformaation lähettämiseksi rannevastaanottimeen 110, jossa on vastaanotin keskusyksiköltä 202 lähetetyn sykeinformaation vastaanottamiseksi ja näyttö 112 sykeinfor-5 maation näyttämiseksi käyttäjälle.The central processing unit 202 has ECG processing means for measuring the potential difference caused by the ECG-35 signal between the first and second electrodes, and generating heart rate information from the electrodes measured by the electrodes, comprising heart rate pulse, heart rate detection and counting, or heart rate. Further, the central unit 202 includes a transmitter 208 for transmitting heart rate information to a wrist receiver 110 having a receiver for receiving heart rate information transmitted from the central unit 202 and a display 112 for displaying heart rate information to the user.

Rannevastaanotin 110 sijaitsee käyttäjän ranteessa pidettävässä kellomaisessa laitteessa kuten sykemittarissa tai rannetietokoneessa. Tällöin elektrodirakenteen 100 ja sykemittarin välinen informaation siirto 108 tehdään tunnettuja tapoja käyttäen, kuten esimerkiksi yhdysjohdon välityksellä, optisesti 10 tai sähkömagneettisesti. Näyttö 112 sykeinformaation näyttämiseksi sijaitsee edullisesti kyseisessä toteutusmuodossa niinikään rannevastaanottimessa 110.The wrist receiver 110 is located on a user's wrist watch device such as a heart rate monitor or wrist computer. Hereby, information transfer 108 between the electrode structure 100 and the heart rate monitor is performed by known means such as, for example, via a conduit, optically 10 or electromagnetically. The display 112 for displaying heart rate information is preferably also located in the wrist receiver 110 in this embodiment.

Edullisesti mitattava EKG-signaali prosessoidaan eli suodatetaan, vahvistetaan ja tunnistetaan tunnettuja menetelmiä käyttäen elektrodiraken-15 teessä 100 siten, että EKG-signaalista pystytään tunnistamaan sydämen lyönnit lähetettäväksi vastaanotinyksikköön 110. Sydämen lyönnin tunnistamisessa elektrodirakenne 100 mittaa elektrodien välistä potentiaalieroa tai jännitettä. Sykkeen tunnistus perustuu esimerkiksi sydänsignaalista tunnistettavaan QRS-kompleksiin, jossa kirjaimet Q, R ja S viittaavat sydämen sähköisen akti-20 vaation aiheuttamiin potentiaalivaiheisiin sähkösignaalissa. Eräässä toteutus-muodossa QRS:n tunnistus voidaan tehdä sovitetun suodattimen avulla, jolloin elektrodirakenteessa verrataan mallikompleksia mitattuun QRS-kompleksiin ja vertailun ollessa tietyn kynnysarvon ylittävä, hyväksytään mitattu kompleksi sydämen lyönniksi.Preferably, the ECG signal to be measured is processed, i.e., filtered, amplified and identified by known methods in electrode structure 100 such that a heartbeat from the ECG signal can be detected to be transmitted to receiver unit 110. In detection of a heartbeat, electrode structure 100 measures potential difference or voltage. Heart rate recognition is based, for example, on the QRS complex recognizable by the cardiac signal, in which the letters Q, R, and S refer to potential phases in the electrical signal caused by the electrical activation of the heart. In one embodiment, QRS detection can be performed by a fitted filter, whereby the electrode structure compares the model complex to the measured QRS complex and, when the comparison is above a certain threshold, the measured complex is accepted as a heartbeat.

25 Elektrodirakenteen 100 mittaama sykeinformaatio välitetään tele- metrisesti 108 ranteessa pidettävään kellomaiseen vastaanotinyksikköön 110, kuten sykemittariin, rannetietokoneeseen tai vastaavaan. Tällöin elektrodirakenne 100 käsittää lähettimen sykeinformaation lähettämiseksi vastaanotinyksikköön 110, joka puolestaan käsittää vastaanottimen informaation vastaanot-30 tamiseksi. Esimerkiksi telemetrisen induktiivisen lähetyksen tapauksessa lähetin ja vastaanotin käsittävät kelan, jolloin lähetys tapahtuu yhtenä tai useampana magneettisena pulssina kutakin sydämen lyöntiä kohden. Magneettisina pulsseina tapahtuvan lähetyksen 108 sijasta elektrodirakenteen 100 elektrodien mittaama sykesignaali-informaatio voidaan välittää vastaanotinyksikköön 35 110 esimerkiksi optisesti, RF-lähetyksenä, yhdysjohdon välityksellä tai vastaa valla muulla tunnetulla tavalla.The heart rate information measured by the electrode structure 100 is transmitted telemetrically 108 to a wrist-bell receiver unit 110, such as a heart rate monitor, wrist computer or the like. Here, the electrode structure 100 comprises a transmitter for transmitting heart rate information to a receiver unit 110, which in turn comprises a receiver for receiving information. For example, in the case of telemetric inductive transmission, the transmitter and receiver comprise a coil, whereby the transmission occurs in one or more magnetic pulses for each heartbeat. Instead of transmission in the form of magnetic pulses 108, the heart rate signal information measured by the electrodes of the electrode structure 100 may be transmitted to the receiver unit 35 110, for example optically, by RF transmission, via a cable, or the like.

99

Eräässä suoritusmuodossa vastaanotinyksikkö 110 käsittää syöttö-välineet 114 komentojen antamiseksi laitteistolle. Komennot voivat olla esimerkiksi komentoja aloittaa/lopettaa sykkeen mittaus, sykerajojen asetus, valolähteen aktivointi tai muita vastaavia sykemittareissa olevia toimintoja. On selvää, 5 että tarvittavat komennot voidaan välittää elektrodirakenteelle vastaavasti yhteyttä 108 käyttäen kuin on kuvattu edellä sykeinformaation lähetystapaukses-sa elektrodirakenteelta 100 vastaanotinyksikölle 110. Vastaanotinyksikkö 100 käsittää eräässä suoritusmuodossa näytön 112 muodostetun sykeinformaation näyttämiseksi. Sykeinformaatiolla tarkoitetaan tässä sydämen lyöntitiheydestä 10 muodostettua tai urheilusuoritukseen sykkeen kautta liittyvää informaatiota, kuten esimerkiksi syke/minuutti, sykevarianssi, asetetut sykerajat tai urheilusuorituksen kesto tietyllä sykealueella.In one embodiment, the receiver unit 110 comprises input means 114 for giving commands to the hardware. The commands can be, for example, commands to start / stop heart rate measurement, setting heart rate limits, activating a light source or other similar functions in the heart rate monitors. It will be understood that the necessary commands may be transmitted to the electrode structure using connection 108 as described above in the case of transmitting heart rate information from the electrode structure 100 to the receiver unit 110. In one embodiment, the receiver unit 100 comprises a display 112 for displaying the generated heart rate information. Heart rate information herein refers to information formed from heart rate 10 or related to sport performance through heart rate, such as heart rate / minute, heart rate variance, set heart rate limits or duration of sport performance in a particular heart rate zone.

EKG-signaalin voimakkuus ihmisen iholla vaihtelee pääosin vektorilla, jonka maksimiarvo saavutetaan vektorin alkupisteessä oikean olkapään 15 kohdalla ja minipiste vektorin loppupisteessä vasemmassa kantapäässä. Maksimaalinen EKG-signaali saadaan pääsääntöisesti ihmiseltä mitattua asettamalla elektrodit mainitun vektorin päätepisteisiin.The intensity of the ECG signal in human skin varies mainly with the vector, which reaches its peak at the start of the vector at right shoulder 15 and at the mini-point at the end of the vector at the left heel. As a rule, the maximum ECG signal is obtained from a human by placing electrodes at the endpoints of said vector.

Kuviossa 12 on esitetty keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaisen laiteratkaisun rakenne, jossa kaikki sykkeen mittaukseen, proses-20 sointiin ja näyttämiseen vaadittavat rakenteet ja toiminteet ovat rintakehän iholla 102 olevassa elektrodirakenteessa 100. Elektrodirakenteella 100 ja erityisesti siihen kuuluvilla elektrodeilla 118, 122 mitataan EKG-signaali käyttäjän iholta ja välitetään signaalit EKG:n käsittely-yksikköön 200. EKG:n käsittely-yksikössä 200 suoritetaan tarvittavia signaalinkäsittelyoperaatioita EKG-25 signaalille kuten suodatusta ja vahvistusta. Käsittely-yksikössä 200 edelleen suoritetaan sykkeen detektointi EKG-signaalista tunnistamalla esimerkiksi QRS-kompleksin R-piikki voimakkaimpana signaalissa tai tunnistamalla sovitetun suodattimen avulla QRS-kompleksin ajoituskohta. Muodostetut sykeilmai-sut välitetään elektrodirakenteen 100 toimintaa koordinoivaan keskusyksikköön 30 202, joista sykeilmaisuista saadaan laskettua syketiheys. Sydämen lyöntitihey- den eli sykkeen perusteella voidaan muodostaa keskusyksikköön 202 yhteydessä olevassa laskentayksikössä 206 muita laskennallisia suureita eli sykein-formaatiota. Sykeinformaatiolla tarkoitetaan tässä siis esimerkiksi syketiheyttä, sykkeen varianssia, sykkeen muutosnopeutta, sykerajaa tai vastaavaa suuret-35 ta. Sykemittarina toimiva elektrodirakenne 100 käsittää edelleen syöttövälineet 114 syöttötietojen antamiseksi, kuten esimerkiksi sykkeen mittauksen aloitus- 10 ja lopetusajanhetkien osoittamiseksi. Syöttövälineet 114 voidaan toteuttaa esimerkiksi painonappeina, kosketuspintana näytöllä, puheohjauksena tai muulla vastaavalla tavalla. Elektrodirakenne 100 käsittää edelleen muistin 204, koostuen lyhytaikaisesta RAM-muistista sykeinformaation ja vastaavan tallen-5 tamiseen, sekä tarvittavien ohjelmien tallennukseen tarkoitetusta ROM-muistista.Fig. 12 shows a structure of a device solution according to a preferred embodiment of the invention, wherein all structures and functions required for heart rate measurement, processing and displaying are in the electrode structure 100 on the chest skin 102. The electrode structure 100, and associated electrodes 118, 122 from the skin and transmitting the signals to the ECG processing unit 200. The ECG processing unit 200 performs the necessary signal processing operations on the ECG-25 signal such as filtering and amplifying. The processing unit 200 further performs pulse detection from the ECG signal by, for example, detecting the R peak of the QRS complex as the strongest signal or by identifying a QRS complex timing point using a fitted filter. The generated heart rate indications are transmitted to a central processing unit 30,202, which coordinates the operation of the electrode structure 100, from which the heart rate is calculated. Based on the heart rate, or heart rate, other computational quantities, or heart rate information, may be generated in the computing unit 206 in communication with the central processing unit 202. Thus, heart rate information refers to, for example, heart rate, heart rate variance, heart rate change rate, heart rate limit, or the like. The electrode structure 100, which functions as a heart rate monitor, further comprises input means 114 for providing input information, such as indicating the start and stop times of heart rate measurement. The input means 114 may be implemented, for example, as a push button, a touch screen, a speech control, or the like. The electrode structure 100 further comprises a memory 204, consisting of a short-term RAM memory for storing heart rate information and the like, and a ROM for storing the necessary programs.

Laiteosissa, kuten esimerkiksi keskusyksikössä 202, laskentayksikössä 206 ja valvontayksikössä tarvittavat välineet toteutetaan edullisesti ohjelmallisesti yleiskäyttöisellä mikroprosessorilla, mutta myös erilaiset laitteisto-10 toteutukset ovat mahdollisia, esimerkiksi erillisistä logiikkakomponenteista rakennettu piiri tai yksi tai useampi ASIC (Application Specific Integrated Circuit).In hardware components, such as central processing unit 202, calculating unit 206 and monitoring unit, the necessary means are preferably implemented programmatically by a general-purpose microprocessor, but various hardware implementations are also possible, for example circuits built from discrete logic components or one or more ASICs (Application Specific Integrated Circuits).

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan monin tavoin muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän kek-15 sinnöllisen ajatuksen puitteissa.While the invention has been described above with reference to the examples in the accompanying drawings, it is clear that the invention is not limited thereto, but can be modified in many ways within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims.

Claims

11

A heart rate measurement device for measuring an ECG signal from a person's thoracic skin, characterized in that the heart rate measurement device comprises an electrode structure (100) comprising a component (101) that is ribbon-like, flexible and comprising textile fibers, the component (101) further comprising a first electrode (118). ) and a second electrode (122) for measuring an ECG signal from a person's skin, the first electrode (118) and the second electrode (122) consisting of an electrically conductive plastic film (119) located at both ends of the electrode structure (100,122), is adapted to contact a person's skin surface, the heart rate measuring arrangement further comprising: a separate central processing unit (202) communicating with the electrodes (118,122) configured to generate heart rate information based on the ECG signal measured at the electrodes (118,122); and at least one gripping member (230) configured to connect the structural member (101) and the central processing unit (202) and to provide an electrical connection between the structural member (101) and the central processing unit (202).

A heart rate measurement arrangement according to claim 1, characterized in that the gripping member (230) is structured as a fastening slot in the housing of the central unit.

A heart rate measurement arrangement according to claim 1, characterized in that the telemetric transmission is based on RF transmission. P200020FIDIV1 12