FI96380B - Menetelmä sydänsykkeen häiriösietoiseksi mittaamiseksi - Google Patents

Description

96380

Menetelmä sydänsykkeen häiriösietoiseksi mittaamiseksi Tämän keksinnön kohteena on menetelmä sydänsykkeen häiriösietoiseksi mittaamiseksi, jossa menetelmässä henki-5 lön sydänsykesignaali mitataan sopivasta osasta kehoa ja välitetään telemetrisen tiedonsiirron avulla lähetinlait-teesta vastaanottimeen peräkkäisten mittapulssien muodostamana sykelähetteenä, joissa ainakin joidenkin pulssisig-naalien lähetysväli on verrannollinen henkilön mitattuun 10 sydänsyketaajuuteen.

Tunnetut telemetriset sydänsykkeen mittalaitteiden lähettimet lähettävät tyypillisesti n. 5 kHz:n purskeen aina EKG-signaalin havaittuaan. Lähetinpiiri muodostuu yksinkertaisesta resonanssipiiristä, joka aktivoidaan 15 transistoriohjauksella. Sykemittauksessa lähetinyksikkö lähettää signaalin aina sydämen lyödessä. Vastaanotin laskee syketaajuuden peräkkäisten lähetettyjen signaalien aikaeron perusteella, jolloin menetelmä on periaatteeltaan aikavälikoodaus, eli lähetettävä tieto sisältyy lähettee-20 seen koodattuna lähetteiden väliseen aikaan.

Yllä kuvattu tunnettu menetelmä on yksinkertainen ja luotettava häiriöttömissä olosuhteissa. Yksittäiset häiriöt voidaan suodattaa pois vertaamalla saatua sykear-voa edeltäviin tuloksiin: jos uusi mittaustulos poikkeaa : 25 liian paljon edeltävistä, se on todennäköisesti aiheutunut jostakin ulkoisesta lähetys-vastaanottokanavaan kytkeytyneestä häiriöstä ja voidaan näin ollen poistaa mittaustulosten joukosta.

Kuitenkin mikäli langatonta syketiedon lähetystä 30 suoritetaan häiriöllisessä ympäristössä, tilanne muuttuu oleellisesti. Tällöin vastaanottimelle voi saapua jatkuva epäsäännöllinen pulssijono, josta oikean sykesignaalin poimiminen on vaikea, monesti jopa mahdoton tehtävä. Tällainen tilanne muodostuu helposti kahden tai useamman sy-35 kemittarin käyttäjän ollessa lähellä toisiaan.

96380 2 Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmät, joilla em. haitoista vältytään ja joiden ansiosta saavutetaan sykesignaalin koodaus siten, että oikeat signaalit pystytään poimimaan tulevasta häiriöllisestä sig-5 naalivirrasta luotettavasti ja tarkasti alkuperäistä signaalin ajoitushetken tarkkuutta huonontamatta.

Tämän aikaansaamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kukin mittapulssi muodostetaan ainakin kahdesta tunnistepulssista siten, että 10 tunnistepulssien välinen aikaväli vastaa kullekin lähetin-vastaanotinparille määriteltyä ominaisaikaväliä, jonka perusteella vastaanotin tunnistaa itselleen tarkoitettuja pulssisignaaleja.

Keksinnön mukaisella menetelmällä pystytään oikeat 15 sykelähetteet poimimaan tulevasta häiriöllisestä signaali-virrasta luotettavasti ja tarkasti alkuperäistä, sykemit-tausinformaation kantavan signaalin ajoitushetken tarkkuutta huonontamatta.

Keksinnön edullisille sovellutusmuodoille on tun-20 nusomaista se, mitä jäljempänä olevissa patenttivaatimuk sissa on esitetty.

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkien avulla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 25 kuvio 1 esittää lohkokaavion tunnetusta telemetri- sestä sydänsykemittalaitteesta, jossa keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa, kuvio 2 esittää kaaviomaisesti kuvion 1 mukaiseen lähetys laitteen magneettikäämeihin syötettyä purskesignaa-30 lia, kuvio 3 esittää erästä keksinnön mukaisen syketie-don koodausmenetelmän suoritusmuotoa, kuvio 4 esittää erästä toista keksinnön mukaisen syketiedon koodausmenetelmän suoritusmuotoa, 35 Kuvio 5 esittää keksinnön erään kolmannen suoritus-

9638C

3 muodon periaatetta.

Kuviossa 1 esitetyn telemetrisen sydänsykkeen mittalaitteen elektrodit (ei piirretty) on kytketty EKG-esi-vahvistimen differentiaalisiin tulonapoihin. Esivahvisti-5 men 1 antama sykesignaali vahvistetaan AGC-vahvistimessa 2, jolla ohjataan tehovahvistinta 3, jossa aikaansaadaan käämejä 4 ohjaava, kuvion 2 mukainen vaihtovirta- eli purskesignaali. Vastaanotinkäämien 5 ilmaisema magneettikenttä vahvistetaan herkässä esivahvistimessa 6, jonka 10 jälkeen signaali viedään signaalivahvistimeen 7. Signaa-livahvistimen ulostulosignaali käsitellään mikrotietokoneessa 8, joka tallettaa mittausvaiheessa laskemansa syke-tiedot muistiin 9 ja näyttää ne nestekidenäytössä 10.

Käytännössä lähetinelektroniikka lähettää noin 5 ms 15 mittaisen purskeen. Vastaanotin toistaa purskeen suurin piirtein samanmittaisena. Kuitenkin purskeen jälkeen vas-taanotinpiiri tarvitsee toipumisajan, jonka aikana se ei pysty erottelemaan uutta lähetyspursketta edellisestä. Kokeilussa on havaittu tämän ajan vaihtelevan 10-20 ms vä-20 Iillä. Tästä johtuen 20 ms lyhyempää pulssiväliä ei nykyisillä pulssimittareilla voida käyttää, eikä siten sisällyttää keksinnön mukaiseen koodaukseen.

Tunniste- ja syketiedon koodauksessa voidaan lähteä noin 1 ms perusjaksosta, joka vastaa aikaväliin perustuvan 25 tunnistekoodin lyhintä tunnistettavissa olevaa eroa. Tähän koodattuun tietoon lisätään 25 ms, jotta lyhin mahdollinen pulssiväli erottuu riittävästi avauspulssijaksosta.

Tarpeen vaatiessa lyhyempiä toipumisaikoja vaativia laitteita voidaan kehittää, jolloin käytettävissä oleva 30 aika ja siten tunnistekoodien lukumäärä on kasvatettavissa.

Keksinnön mukaisen menetelmän eräs suoritusmuoto ilmenee kuviosta 3, jossa on toteutettu syketiedon koodaus aikaväliin tl kaksoispulssia käyttäen. Tässä koodaus-35 menetelmässä käytetään yksittäisen mittapulssin sijasta 4

9638C

kiinteän aikavälin tx erottamaa pulssiparia Cl ja C2, eli läheteparia. Tämän läheteparin pulssien Cl, C2 kiinteä aikaväli tulkitaan keksinnön mukaisesti kyseisen lähetteen tunnistuskoodiksi ja kahden tällaisen läheteparin aikaväli 5 lähetettäväksi syketiedoksi. Tämän suoritusmuodon mukaisella menettelyllä pystytään erottelemaan melkein kaikki häiriölähetteet oikeasta signaalista.

Jos kuitenkin häiriösignaali saapuu vastaanottimel-le hetkellä, joka on juuri käytetyn koodin etäisyydellä 10 oikeasta läheteparista, ennen tai jälkeen, on oikean lähetteen poimiminen tasavälisestä pulssijonosta mahdotonta. Tällainen peittotilanne on tavallinen, kun kahden toisiaan lähellä olevan lähettimen yhtäaikaiset lähetteet sekoittuvat toisiinsa. Signaalit peittävät toisensa tietyin vä-15 liajoin riippuen lähetepulssien aikavälien, eli syketiedon koodin keskinäisestä erosta lähetteeseen. Mitä lähempänä ko. aikavälit ovat toisiaan, sitä harvemmin ne peittävät toisensa - mutta sitä kauemmin kerrallaan. Jos taas aikavälien ero on suuri, lähetteet sattuvat kohdakkain toden-20 näköisesti vain yhdellä peräkkäisistä lähetteistä, mutta peittoamiset seuraavat toisiaan tiheämmin.

Peittymisilmiöistä johtuen täysin varma lähetteiden erottaminen käyttäen kaksoispulssitekniikkaa on kuitenkin mahdotonta, mutta ko. tekniikka soveltuu käytettäväksi * 25 esim. harrastelijakäyttöön tarkoitetuissa mittalaitteissa, joissa jokaisen mittarilukeman oikeellisuuteen, kun mittaria käytetään lähellä toisia mittareita, voidaan suhtautua vähemmän kriittisesti.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön erään toisen suo-30 ritusmuodon periaatetta, jossa käytetään kolmoispulssikoo-dausta sykelähetteiden erottamiseksi toisistaan. Kolmois-pulssikoodauksessa on kuvion 2 mukaiseen menetelmään nähden lisätty yksi avauspulssi ennen varsinaisia tunniste-koodin välittäviä lähetepulsseja. Avauspulssi A lähetetään 35 kiinteän, hyvin lyhyen (20 ms) aikavälin t2 ennen tunniste- 5

9638G

pulsseja Cl ja C2.

Vastaanottimessa etsitään ensin avauspulssia: alkuvaiheessa jokainen saapuva pulssi oletetaan avauspulssik-si. Jos seuraava lähetys vastaanotetaan oikean aikavälin 5 aikana (20 ms), odotetaan seuraavaksi jälkimmäistä tunnis-tepulssia. Mikäli seuraava pulssi saapuu oikeaan aikaan, lähete välitetään edelleen laskentalogiikalle sykearvon määrittämiseksi.

Jos lähetyskanavaan sekoittuu häiriöitä, ne voivat 10 tässä tapauksessa saapua vastaanottimeen joko ennen avaus-pulssia, avauspulssin ja ensimmäisen tunnistepulssin välissä tai tunnistepulssien välissä.

Ennen avauspulssia A saapuva häiriö aiheuttaa ongelmatilanteen vain, jos se saapuu juuri avausaikaa (20 15 ms) ennen avauspulssia. Tällöin tunnistuslogiikkaan saapuu kaksi avauspulssivälin mittaista tietoa. Oikea lähete erotetaan tällöin tunnistepulssiparin avulla: ensimmäisestä, häiriöpulssista käynnistynyt tunnistussekvenssi keskeytyy virhetilanteeseen jo ensimmäisen tunnistepulssin kohdalla. 20 Uusi oikea sekvenssi voidaan tällöin aloittaa aidosta avauspulssista - tämä edellyttää tietenkin saapuvien pulssien tallettamista myöhempää sekvenssin alkuhetken muutosta varten.

Avauspulssin A ja ensimmäisen tunnistepulssin Cl 25 välille sattuva häiriöpulssi voi myöskin häiritä jo alkanutta tunnistussekvenssiä. Alkuperäisen avauspulssiparin välinen aikaväli ja ajoitus voidaan kuitenkin palauttaa summaamalla kaksi tunnettua avauspulssiväliä lyhyempää aikaväliä yhteen.

30 Tunnistepulssien Cl ja C2 välissä tuleva häiriö muuttaa lähetteen koodin vääräksi. Tässä vaiheessa tuleva, väärin ajoittunut pulssi voidaan jättää huomioimatta ja keskittyä odottamaan seuraavaa, oikeaa tunnistepulssia C2. Mikäli sellainen saapuu oikeaan aikaan, vastaanotin toimii 35 normaalisti. Muussa tapauksessa lähete tulkitaan virheel- 96380 6 liseksi.

Häiriötilanteista, jotka johtuvat kahden eri tunnistetiedon omaavan lähettimen yhtäaikaisesta käytöstä, voidaan lähes kaikki palauttaa edellä selostettuihin yhden 5 häiriöpulssin aiheuttamiin tilanteisiin. Kuitenkin on pieni teoreettinen mahdollisuus, että pitemmän tunnistepuls-sivälin omaavan lähetteen päälle kytkeytyy yksittäinen häiriöpulssi siten, että kokonaisuus voidaan tulkita myös lyhyemmän tunnisteen sisältäväksi lähetteeksi. Sama pätee 10 myös toisinpäin, eli lyhyemmän tunnistekentän jälkeen voi yksi täsmälleen oikeaan aikaan saapuva häiriö aiheuttaa saman tunnistusongelman. Tilanne on kuitenkin erittäin epätodennäköinen, eikä siten rajoita keksinnön mukaisen koodausmenetelmän käyttöä sykkeen luotettavaan mittaukseen 15 vaativissakin olosuhteissa.

Edellä selostetun perusteella on empiirisesti to dettu, että täysin luotettavan kahdella tai useammmalla -kanavalla tapahtuvan samanaikaisen syketiedon lähettämisen . ja vastanottamisen edellytyksenä on: 20 - avauspulssin A lähettäminen? - kahden tunnistepulssin Cl ja C2 lähettäminen; ja - ainakin 6 peräkkäisen pulssivälin talletus vastaanottimen puskuriin samanaikaisten lähetteiden erottamiseksi.

25 Keksinnön mukaista menetelmää voidaan helposti so veltaa myös syketiedon koodaamiseen itse lähetteeseen. Tällöin lähetettävä tieto koodattuna pulssiväliksi liitetään kuvion 5 mukaisesti avauspulssin A ja tunnistepulssi-en Cl, C2 väliin esim. siten, että avauspulssin A jälkeen 30 lähetetään kiinteän aikavälin t2 päästä syketiedon ensimmäinen mittauspulssi D, jonka jälkeen lähetetään syketie-toon verrannollisen aikavälin t3 päästä toinen mittauspulssi, joka samalla on ensimmäinen tunnistepulssi Cl, jonka jälkeen lähetetään toinen tunnistepulssi C2, joiden tun-35 nistepulssien välinen aikaväli tx on ko. lähetin-vastaan- 96380 7 otinparille määritelty ominaisaikaväli, kuten edellä on selostettu.

Koska syketieto tässä tapauksessa sisältyy itse lähetteeseen, ei peräkkäisten lähetteiden välinen aika 5 välttämättä sisällä mitään informaatiota. Peittymisilmiön aiheuttamien häiriötilanteiden todennäköisyyden minimoimiseksi lähetteiden lähetysväli voidaan keksinnön erän suoritusmuodon mukaan asettaa satunnaisesti vaihtelevaksi. Suoritetuissa kokeilussa on havaittu toimivaksi lähetevä-10 li, jossa lähetteiden välinen aika (tx kuviossa 3) vaihte-lee satunnaisesti 2 ja 4 sekunnin välillä. Satunnaisaika edesauttaa huomattavasti pyrkimystä useamman lähetteen virheettömään erotteluun.

Toisaalta lähetystä voidaan keksinnön erään toisen 15 suoritusmuodon mukaisesti varmentaa sisällyttämällä syke-tieto sekä itse lähetteeseen että lähetteiden väliseen aikaan, jolloin saadaan mahdollisimman luotettava ja häi-riötietoinen lähetyskoodaus.

Keksinnön vielä erään suoritusmuodon mukaan lähet-20 teeseen voidaan sisällyttää esim. juokseva järjestysnumero tai jokin muu tunniste, jonka perusteella vastaanotin voi todeta puuttuvat tai ylimääräiset lähetteet. Käyttämällä kuvion 5 esittämää neljän pulssin pulssilähetteen konfiguraatiota, voidaan avauspulssin jälkeisen pulssin ja sitä • 25 seuraavan pulssin välistä aikaväliä t3 käyttää myös tähän tarkoitukseen. Seuraavassa viitataankin kuvioon 5 käyttämällä siinä esitettyjä viitemerkintöjä. Ensin lähetetään kuten edellä on selostettu avauspulssi A. Tämän jälkeen lähetetään kiinteän aikavälin päästä ensimmäinen mittaus-30 pulssi D, jonka jälkeen lähetetään lähetteen juoksevaan järjestysnumeroon tai vastaavaan verrannollisen aikavälin t3 päästä toinen tunnistepulssi Cl, jonka jälkeen lähetetään kolmas tunnistepulssi C2, joiden toisen ja kolmannen tunnistepulssien välinen aikaväli on ko. lähetin-vastaan-35 otinparille määritelty ominaisaikaväli.

96380 8 Lähetin-vastaanotinparin ominaisaikaväli voi olla kiinteä, tai se voidaan edullisesti myös muodostaa lähetintä käynnistettäessä satunnaisoperaatiolla, johon vastaanotin lukittuu kyseisen mittaustapahtuman ajaksi. Käyn-5 nistys tapahtuu esim. viemällä vastaanotin lähelle lähetintä, jolloin vastaanotetun signaalin korkea taso käynnistää mittauksen, esimerkiksi kuten hakijan suomalaisessa patentissa 88972 on esitetty.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön eri 10 sovellutusmuodot eivät rajoitu yllä esitettyihin esimerkkeihin, vaan että ne voivat vaihdella jäljempänä olevien patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä keksinnön puitteissa voidaan käyttää esitettyjä esimerkkejä monimutkaisempiakin pulssilähetteitä, joissa esimerkiksi yhdiste-15 tään tässä esitettyjen kahden tai useamman suoritusmuodon toiminnot. Oleellista on kuitenkin vain se, että lähetteeseen sisältyvän kahden tunnistepulssien välinen aikaväli vastaa kunkin lähetin-vastaanotinparille määriteltyä omi-naisaikaväliä.

Claims (7)

96380

1. Menetelmä sydänsykkeen häiriösietoiseksi mittaamiseksi, jossa menetelmässä henkilön sydänsykesignaali 5 mitataan sopivasta osasta kehoa ja välitetään telemetrisen tiedonsiirron avulla lähetinlaitteesta (1-4) vastaanottimeen (5-10) peräkkäisten mittapulssien muodostamana syke-lähetteenä, joissa ainakin joidenkin pulssisignaalien lä-hetysväli on verrannollinen henkilön mitattuun sydänsyke-10 taajuuteen, tunnettu siitä, että kukin mittapuls-si muodostetaan ainakin kahdesta tunnistepulssista (Cl, C2) siten, että tunnistepulssien välinen aikaväli (tx) vastaa kullekin lähetin-vastaanotinparille määriteltyä omi-naisaikaväliä, jonka perusteella vastaanotin tunnistaa 15 itselleen tarkoitettuja pulssisignaaleja.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen jokaista mittapulssia lähetetään avauspulssi (A), jonka jälkeen lähetetään kiinteän aikavälin (t2) päästä ensimmäinen tunnistepulssi (Cl), 20 ja lähetin-vastaanotinparin ominaisaikavälin jälkeen toi nen tunnistepulssi (C2).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen jokaista mittapulssia lähetetään avauspulssi (A), jonka jälkeen lähetetään kiin- 25 teän aikavälin (t2) päästä syketiedon ensimmäinen mittaus-pulssi (D), jonka jälkeen lähetetään syketietoon verrannollisen aikavälin (t3) päästä toinen mittauspulssi (Cl), joka samalla on ensimmäinen tunnistepulssi, jonka jälkeen lähetetään toinen tunnistepulssi (C2), joiden tunniste-30 pulssien (Cl, C2) välinen aikaväli (tx) on ko. lähetin-vastaanotinparille määritelty ominaisaikaväli,

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetteiden lähetysväli (tt) on asetettu satunnaisesti vaihtelevaksi siten, että lähet-35 teiden välinen aika vaihtelee satunnaisesti tietyissä ra- » 96380 joissa, edullisesti 2 ja 4 sekunnin välillä.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syketiedon lähetys kahdennetaan lähettämällä itse lähetteeseen sisällytetyn syketie- 5 don lisäksi sama tieto koodattuna lähetteiden väliseen aikaväliin (t1).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen jokaista mittapulssia lähetetään avauspulssi (A), jonka jälkeen lähetetään kiin- 10 teän aikavälin (t2) päästä ensimmäinen tunnistepulssi (D), jonka jälkeen lähetetään lähetteen juoksevaan järjestysnumeroon tai vastaavaan verrannollisen aikavälin (t3) päästä toinen tunnistepulssi (Cl), jonka jälkeen lähetetään kolmas tunnistepulssi (C2), joiden toisen ja kolmannen tun- 15 nistepulssien välinen aikaväli (tx) on ko. lähetin-vastaan-otinparille määritelty ominaisaikaväli.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähetin-vas-taanotinparin ominaisaikaväli muodostetaan lähetintä 20 käynnistettäessä satunnaisoperaatiolla, johon vastaanotin lukittuu kyseisen mittaustapahtuman ajaksi. 96380 Patentkrav.