DE102008022919A1 - Device for optimized pulse measurement of heart of person during e.g. medical diagnosis, has detector for detecting light reemitted from skin tissue, and emitter emitting light with wavelength in given range of specific Newton meter - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft generell das technische Feld der Signalverarbeitung. Im speziellen bezieht sich die gegenständliche Erfindung auf eine Vorrichtung zur optimierten Pulsmessung sowie ein zugehöriges Verfahren. Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest einen optischen Sensor bestehend aus einem Emitter zum Aussenden von Licht auf einen Ausschnitt eines Hautgewebes und einen Detektor zum Empfangen des von diesem Hautgewebe remittierten Lichts sowie eine Auswerteeinheit. Weiters bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur optimierten Pulsmessung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The The invention generally relates to the technical field of signal processing. In particular, the subject invention relates to a device for optimized pulse measurement and an associated Method. The device comprises at least one optical Sensor consisting of an emitter for emitting light on a section a dermal tissue and a detector for receiving it Skin tissue remitted light and an evaluation unit. Further relates The invention relates to a method for optimized pulse measurement using the device according to the invention.
Stand der TechnikState of the art
Zur medizinischen Diagnostik oder auch in der Sportdiagnostik ist es notwendig, die Herzaktivitäten einer Person teilweise über längere Zeit kontrollieren und interpretieren zu können.to it is also medical diagnostics or sports diagnostics necessary to partially override the heart activities of a person to be able to control and interpret for a longer period of time.
Herzaktivitäten wie beispielsweise der Herzschlag werden im so genannten Puls sichtbar – einer Blutwelle durch das Gefäßsystem, welche durch eine Kontraktion des Herzmuskels bedingt wird. Die Puls- oder Herzschlagsfrequenz wird in Impulsen pro Minute angegeben. Die Pulsmessung gibt neben der Häufigkeit des Herzschlags auch Aufschluss über eine Regelmäßigkeit des Herzschlags, über eine Druckanstiegsgeschwindigkeit, über den absoluten Druck sowie über ein Füllvolumen der Gefäße.heart activities such as the heartbeat are visible in the so-called pulse - a blood wave through the vascular system, which by a contraction of the heart muscle. The heart rate or heart rate is given in pulses per minute. The pulse measurement is next The frequency of the heartbeat also provides information about one Regularity of the heartbeat, about a pressure rise rate, above the absolute pressure as well as a filling volume of the vessels.
Eine Messung des Pulses kann z. B. auf unterschiedliche Weise erfolgen. Die einfachste Methode ist beispielsweise eine manuelle Messung, bei welcher der Puls z. B. am Handgelenk daumenseitig (Radialispuls) oder am Hals (Carotispuls) ertastet und dann die Impuls mitgezählt werden. Abgesehen davon, dass diese Methode sehr ungenau ist und üblicherweise nur bei Notfällen zum Feststellen, ob überhaupt ein Puls vorhanden ist, eingesetzt wird, ist sie für eine längerfristige Kontrolle und Überwachung des Pulses nicht geeignet.A Measurement of the pulse can z. B. done in different ways. The simplest method is, for example, a manual measurement, in which the pulse z. B. at the wrist thumb (radial pulse) or on the neck (carotid pulse) and then counted the pulse become. Apart from the fact that this method is very inaccurate and usually only in emergencies to determine, if at all a pulse is present, it is for one longer-term control and monitoring of the pulse not suitable.
Im Spitalsbereich oder in Arztpraxen wird die Messung des Pulses z. B. meist im Rahmen des so genannten Elektrokardiogramms (EKG) durchgeführt, aus dessen Signal nicht nur die Pulsfrequenz, sondern ein Verlauf eines Herzschlages gelesen werden kann. Zur Messung eines EKG werden zumindest zwei Elektroden eingesetzt, welche üblicherweise an den Armen oder im Brustbereich angebracht werden und je auf gegenüberliegenden Seiten des Herzens liegen müssen. Allerdings kann bei einer Untersuchung im Spital oder bei einem Arzt das Herz bzw. der Puls einer Person weder unter Alltagsbedingungen noch genügend lange kontrolliert und überwacht werden.in the Hospital area or in medical practices, the measurement of the pulse z. B. mostly performed in the context of the so-called electrocardiogram (ECG), from the signal not only the pulse rate, but a course a heartbeat can be read. To measure an ECG at least two electrodes are used, which are usually be attached to the arms or chest area and each on opposite Sides of the heart must lie. However, during an investigation in the hospital or at a doctor's heart or the pulse of a person neither controlled under everyday conditions nor sufficiently long and be monitored.
Um jedoch Messungen und Langzeitkontrollen außerhalb eines Spitals oder einer Arztpraxis durchführen zu können, sind tragbare und leicht bedienbare Instrumente zur Pulsdetektion – so genannte Pulsmessgeräte oder Pulsmesser – notwendig. Allerdings beruhen üblicherweise verfügbare Geräte zur Langzeitüberwachung des Pulses auf dem Prinzip des EKGs und sind daher beispielsweise nicht nur groß und unhandlich, sondern auch komplex und kostenintensiv in der Nutzung.Around however, measurements and long-term controls outside of one Hospitals or a doctor's office, are portable and easy to use instruments for pulse detection - so called heart rate monitors or heart rate monitors - necessary. However, commonly available devices for Long-term monitoring of the pulse on the principle of the ECG and are therefore not only big and unwieldy, for example, but also complex and costly to use.
Andererseits
werden im Sportbereich Pulsmessgeräte – wie beispielsweise
die Pulsmesser des finnischen Hightech-Unternehmens Polar Elektro
Oy (
Bei dieser Art der Pulsmessung wird vom Brustgurt z. B. über zwei integrierte Hautelektroden der Herzschlag durch eine Spannungsmessung ermittelt. Information über Herzschlagzeitpunkte wird als Funksignal mit geringer Reichweite zu einer Auswerteeinheit als Empfänger gesendet, welcher z. B. in Form einer Armbanduhr ausgeführt oder z. B. direkt in ein Ausdauersportgerät (z. B. Ergometer, Laufband, etc.) integriert ist. Für die Pulsmessung ist allerdings ein Feuchtigkeitsfilm zwischen Haut und Elektroden bzw. Brustgurt notwendig, welcher bei sportlichen Aktivitäten rasch z. B. von Körperschweiß unter dem Brustgurt gebildet wird. Bei einem Einsatz zur längerfristigen Pulskontrolle z. B. im Alltagsbereich wäre daher laufend ein Anfeuchten des Brustgurts für eine Pulsmessung notwendig. Aus diesem Grund und wegen des Einsatzes von zwei Komponenten (z. B. Brustgurt und Empfänger) sind diese Pulsmessgeräte für einen Einsatz bei einer längerfristigen Pulsüberwachung im Alltagsbereich eher ungeeignet und wenig nutzerfreundlich.at This type of pulse measurement is z. B. over two integrated skin electrodes of the heartbeat through a voltage measurement determined. Information about heartbeat times is called Radio signal with short range to an evaluation unit as Receiver sent, which z. B. in the form of a wristwatch executed or z. B. directly into an endurance sports device (eg ergometer, treadmill, etc.) is integrated. For the However, pulse measurement is a moisture film between skin and electrodes or chest belt necessary, which in sports activities quickly z. B. body sweats under the chest belt is formed. When used for longer-term pulse control z. B. in everyday life would therefore constantly moistening of the chest strap necessary for a pulse measurement. For this reason and because of the use of two components (eg, chest strap and Receiver) are these pulse measuring devices for a use in a long-term pulse monitoring In everyday life rather unsuitable and not very user-friendly.
Eine
weitere Möglichkeit zum Messen des Pulses stellt die Pulsmessung
mit Hilfe von Licht dar, bei welcher für eine nutzerfreundliche
Messung nicht zwei Komponenten (z. B. Brustgurt und Empfänger) notwendig
sind und ein Messen an nur einer Körperstelle (z. B. Handgelenk)
möglich ist. Diese Art der Pulsmessung basiert – wie
beispielsweise in
Durch
die Herzaktionen wird auch die Durchblutung des Gewebes (z. B. der
Kapillargefässe der Haut) verändert. D. h. von
jedem Herzschlag wird eine Pulswelle produziert, durch welche die
Blutmenge beispielsweise in den Kapillargefäßen
der Haut verändert wird. Daher kann aus der Remission eines auf
eine Hautstelle gestrahlten Lichts die Pulsfrequenz abgeleitet werden,
wobei in Schriften wie z. B. in
In
der Schrift
In
der
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Pulsmessung zu schaffen, mit welcher auf einfache Weise eine zuverlässige und genaue Pulsmessung mit Licht ohne aufwendige Nachbearbeitung durchgeführt werden kann.Of the Invention is therefore based on the object, a device for To provide pulse measurement, with which in a simple way a reliable and accurate pulse measurement with light without complicated post-processing can be carried out.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art, wobei von einem Emitter des optischen Sensors Licht mit einer beliebigen Wellenlänge aus einem vorgegebenen Bereich von 520 nm bis 600 nm ausgesendet wird.The Solution to this problem is achieved by a device of eingang indicated type, wherein of an emitter of the optical Sensors light of any wavelength from one predetermined range of 520 nm to 600 nm is emitted.
Der Hauptaspekt der Erfindung liegt darin, dass bei einem Einsatz einer beliebigen Wellenlänge aus dem Bereich von 520 nm bis 600 nm – also aus dem Bereich von grünem bis gelbem Licht – auf einfache und vorteilhafte Weise eine um ein Vielfaches größere Messgröße für die Pulsmessung erreicht wird als beim Einsatz von Licht aus dem Infrarot- oder Nah- Infrarotbereich. Die Messgröße ist dabei die Änderung eines Remissionsgrades (d. h. die Änderung eines Anteils des remittierten Licht am einfallenden Licht). Mittels Berechung und im Versuch wurde festgestellt, dass bei einer gegebenen pulsbedingten Schwankung des Blutanteils in der Dermis die Änderung des Remissionsgrades bei Verwendung des Bereichs von 520 nm bis 600 nm etwa 10 mal so groß ist wie bei bereits bekannten Ansätzen mit Infrarotlicht. Damit kann auf einfache Weise auch an Körperstellen (z. B. Handgelenk) gemessen werden, an welchen die Dermis sehr schwach und/oder von Hautstelle zu Hautstelle sehr unterschiedlich durchblutet ist.Of the The main aspect of the invention is that when using a any wavelength from the range of 520 nm to 600 nm - ie from the range of green to yellow Light - in a simple and advantageous way to one Many times larger quantity is achieved for the pulse measurement than when using Light from the infrared or near infrared range. The measured quantity is the change of a remission degree (ie the change of a Proportion of the remitted light at the incident light). By calculation and in the experiment it was found that at a given pulse-related fluctuation the percentage of blood in the dermis changes the remission rate using the range of 520 nm to 600 nm about 10 times as is great as in already known approaches with Infrared light. This can easily on body parts (eg, wrist) to which the dermis is very weak and / or from skin to skin site is very different blood supply.
Ein
mathematischer Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des
Lichts und einer Änderung des Remissionsgrades bei Änderung
des Blutanteils in der Dermis sind aus Literatur wie z. B.
Biologische
Parameter, von welchen ein Zusammenhang zwischen der Wellenlänge
des Lichtes und der Änderung des Remissionsgrades bei Änderung
des Blutanteils der Dermis abhängig ist, sind beispielsweise
die Dicken von Epidermis, Dermis und Muskelgewebe, der Melaningehalt
der Epidermis, der Sauerstoffgehalt des Blutes, der Blutanteil der Dermis,
die reduzierten Streukoeffizienten von Blut und Muskelgewebe sowie
der Absorptionskoeffizient des Muskelgewebes. Werte für
diese Parameter sind beispielsweise in
Werden die Erkenntnisse aller dieser angeführten Quellen in einer Berechnung zusammengefasst, so ergibt sich, dass jene Wellenlänge, bei welcher vom Absolutwert der Änderung des Remissionsgrades bei Änderung des Blutanteils in der Dermis ein Maximum angenommen wird, 577 nm beträgt, und dass der vorgegebene Bereich zwischen 520 nm bis 600 nm als für die Pulsmessung günstig anzusehen ist. Die Ergebnisse dieser Berechnung wurden durch Experimente bestätigt.Become the findings of all these sources mentioned in one Computed, it follows that that wavelength, at which of the absolute value of the change of the remission degree when changing the proportion of blood in the dermis a maximum is assumed to be 577 nm, and that the given Range between 520 nm to 600 nm as for the pulse measurement is to look favorably. The results of this calculation were confirmed by experiments.
In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bei einer Verwendung von mehreren optischen Sensoren die Sensoren nach einem Kriterium höchster Wahrscheinlichkeit für optimale Messwerte angeordnet. Beispielsweise werden von Sensoren, welche über Venen angebracht sind, keine besonders guten und wenig zuverlässige Messwerte geliefert. Durch diese Optimierung wird auf einfache Weise eine Sensoranordnung erzielt, bei der für eventuell ungünstig platzierte Sensoren andere Sensoren mit hoher Wahrscheinlichkeit eine günstige Platzierung für die Pulsmessung aufweisen.In a preferred embodiment of the invention Device are when using multiple optical sensors the sensors according to a criterion of highest probability arranged for optimal readings. For example of sensors attached via veins, none particularly good and unreliable measured values. Through this optimization, a sensor arrangement is achieved in a simple manner, at the possibly unfavorably placed sensors other sensors are likely to be cheap Placement for the pulse measurement have.
Ausgangspunkt für eine Ermittlung einer optimalen Sensoranordnung ist, dass:
- • von jedem Sensor aufgrund seiner Platzierung mit einer Wahrscheinlichkeit p gute Messwerte geliefert werden und
- • dass in jedem Paar von Sensoren von einem zweiten Sensor mit einer Wahrscheinlichkeit q gute Messwerte geliefert werden, wobei vorausgesetzt wird, dass auch die Messwerte eines ersten Sensors des Paars gut sind, und
- • in jedem Paar von Sensoren vom zweiten Sensor mit einer Wahrscheinlichkeit r gute Messwerte geliefert werden, wobei allerdings vom ersten Sensor des Paars schlechte Messwerte geliefert werden.
- • from each sensor due to its placement with a probability p good readings are delivered and
- • that in each pair of sensors from a second sensor with a probability q good readings are provided, assuming that the readings of a first sensor of the pair are also good, and
- • good readings are provided in each pair of sensors from the second sensor with a probability r, but poor readings are provided by the first sensor of the pair.
Dann ist eine Wahrscheinlichkeit pkN, dass mindestens von k Sensoren von insgesamt N Sensoren gute Messwerte geliefert werden, gegeben durch wobei i eine laufende Variable ist, von der ganzzahlige Werte von k bis N angenommen werden.Then there is a probability p kN that at least k sensors of a total of N sensors provide good measured values, given by where i is a running variable from which integer values from k to N are assumed.
Auf Basis dieses Ansatzes kann dann eine optimale Anordnung für die Sensoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Pulsmessung auf einfache Weise ermittelt werden, da bei gegebener Sensoranzahl N mit sinkendem Wert von p, steigender Anzahl k und einer steigenden Korrelation zwischen den Messergebnissen der Sensoren die ermittelte Wahrscheinlichkeit pkN für zumindest k Sensoren mit guten Messwerten stark sinkt.On the basis of this approach, an optimal arrangement for the sensors of the device according to the invention for pulse measurement can then be determined in a simple manner, since for a given number of sensors N with decreasing value of p, increasing number k and increasing correlation between the measurement results of the sensors, the determined probability p kN drops sharply for at least k sensors with good readings.
Aufgrund der Ermittlung der Wahrscheinlichkeit für optimale Messwerte hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass eine Anzahl von optischen Sensoren verwendet wird, welche durch vier teilbar ist. Idealerweise sollten die Sensoren derart angeordnet sein, dass von jeweils vier Sensoren ein gegen eine Längsachse des Unterarms um zirka 30° geneigtes Quadrat gebildet wird. Das weist den Vorteil auf, dass insbesondere eine derartige Platzierung unempfindlich gegen ein Verschieben der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Pulsmessung ist. Es muss auf diese Weise vom Nutzer nicht auf eine bestimmte Positionierung geachtet werden.by virtue of the determination of the probability of optimal measurements has proven to be advantageous that a number of optical Sensors is used, which is divisible by four. Ideally should the sensors be arranged such that each of four Sensors on against a longitudinal axis of the forearm to approximately 30 ° inclined square is formed. That has the advantage on, in particular, such a placement insensitive against a displacement of the device according to the invention for pulse measurement is. It does not have to be that way from the user a certain positioning to be respected.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zusätzlich ein Beschleunigungssensor zum Messen von Körperbewegungen vorgesehen. Damit können auf einfache Weise Fehlmessungen aufgrund von Körperbewegungen vermieden werden, da so der Puls nur in Ruhe gemessen wird. Der Beschleunigungssensor ist dabei idealerweise als drei dimensionaler Beschleunigungssensor ausgeführt, um Bewegungen in allen drei Richtungen feststellen zu können.at a preferred embodiment of the invention is additional an acceleration sensor for measuring body movements intended. This allows easy measurements due to Body movements are avoided, as the pulse only measured at rest. The acceleration sensor is ideal designed as a three-dimensional acceleration sensor, to detect movements in all three directions.
Zweckmäßigerweise sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Emitter als Leuchtdiode, auch als LED bezeichnet, für eine beliebige dominante Wellenlänge aus dem vorgegebenen Bereich von 520 nm bis 600 nm und der Detektor als Photodetektor, insbesondere als Photodiode oder Phototransistor, ausgeführt.Expediently, in the device according to the invention, the emitter is referred to as a light-emitting diode, also referred to as LED, for any dominant wavelength from the predetermined range of 520 nm to 600 nm and the detector as photodetek tor, in particular as a photodiode or phototransistor executed.
Es ist auch vorteilhaft, wenn für die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Integration in ein Armband, insbesondere Band einer Armbanduhr, vorzüglich auf einer Innenseite, vorgesehen ist, da ein Anlegen und Abnehmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Pulsmessung auf einfache Weise erfolgen kann und der Nutzer durch eine längerfristige Überwachung des Pulses, auch im Alltag, nicht gestört wird.It is also advantageous if for the inventive Device an integration into a bracelet, especially a band Wristwatch, especially on the inside is, as an application and removal of the device according to the invention for pulse measurement can be done easily and the user by a longer-term monitoring of the pulse, even in everyday life, is not disturbed.
Es ist günstig, wenn ein Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Pulsmessen in ein Notfallsystem vorgesehen ist. Durch eine derartige Integration in ein Notfallsystem können beispielsweise bei gemessenen, kritischen Pulswerten (z. B. kein Puls, schwacher Puls, unregelmäßiger Puls, etc.) Notfälle erkannt und z. B. ein Notruf abgesetzt werden.It is favorable when an insert of the invention Device for pulse measurement is provided in an emergency system. By such integration into an emergency system can for example, at measured, critical pulse values (eg no pulse, weak pulse, irregular pulse, etc.) emergencies recognized and z. B. be dropped off an emergency call.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt weiters durch ein Verfahren zur optimierten Pulsmessung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei von einem Emitter Licht mit einer beliebigen Wellenlänge aus einem vorgegebenen Bereich von 520 nm bis 600 nm auf einen Ausschnitt eines Hautgewebes ausgesendet wird. Von einem Detektor wird das vom Hautgewebe remittierte Licht empfangen und dann auf Basis des empfangenen, remittierten Lichts von einer Auswerteeinheit ein Wert der Pulsfrequenz ermittelt.The The task is solved further by a procedure for optimized pulse measurement using the invention Device, wherein from an emitter light of any wavelength from a predetermined range of 520 nm to 600 nm on a section a skin tissue is sent out. From a detector is the received from the skin tissue remitted light and then based on the received, remitted light from an evaluation unit a value the pulse rate determined.
Der Hauptaspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt im Einsatz von Licht mit einer beliebigen Wellenlänge aus dem vorgegebenen Bereich von 520 nm bis 600 nm. In diesem Bereich wird auf einfache und vorteilhafte Weise eine um ein Vielfaches größere Messgröße für eine Pulsmessung erreicht als beim Einsatz von Licht aus dem Infrarot- oder Nah-Infrarotbereich. Damit kann eine genauere und zuverlässigere Pulsmessung mit Licht durchgeführt werden, insbesondere z. B. bei einer Wellenlänge von zirka 577 nm, bei welcher die Remission von Licht durch Hautgewebe ein Optimum aufweist.Of the Main aspect of the method lies in the use of light of any wavelength the predetermined range of 520 nm to 600 nm. In this area in a simple and advantageous way a much larger Measured variable for a pulse measurement achieved as when using light from the infrared or near-infrared range. This allows a more accurate and reliable pulse measurement be performed with light, in particular z. B. at a Wavelength of about 577 nm, at which the remission of light through skin tissue has an optimum.
Idealerweise wird eine Messung der Pulsfrequenz nur durchgeführt, wenn vom Beschleunigungssensor keine Körperbewegung festgestellt wird, da auf diese Weise Störungen, Verfälschungen und Fehlmessungen ausgeschlossen und vermieden werden können.Ideally a measurement of the pulse rate is performed only if no body movement is detected by the acceleration sensor, because in this way disturbances, adulterations and Incorrect measurements can be excluded and avoided.
Eine weitere, zweckmäßige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass auf Basis der ermittelten Pulsfrequenz – beispielsweise bei fehlendem, unregelmäßigem oder überhöhtem Puls – ein Notsignal versendet wird. Damit können auf einfache Weise Notfallsituationen – insbesondere bei älteren oder herzkranken Personen – erkannt werden.A further, expedient embodiment of the invention Method provides that based on the determined pulse rate - for example if missing, irregular or excessive Pulse - an emergency signal is sent. With that you can Easily emergency situations - especially in older ones or cardiac patients - be recognized.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand beigefügter Figuren erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below by way of example with reference to the attached Figures explained. Show it:
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
In
Die optischen Sensoren S1, S2, S3 umfassen jeweils einen Emitter E1, E2, E3, von welchem auf einen Ausschnitt eines Hautgewebes HG Licht mit einer beliebigen Wellenlänge aus einem vorgegebenen Bereich 520 nm bis 600 nm – also aus einem Bereich grünen bis gelben Lichtes – ausgesendet wird. Als Emitter E1, E2, E3 werden beispielsweise Leuchtdioden, welche auch als LED bezeichnet werden, eingesetzt. Von den als Emitter E1, E2, E3 verwendeten Leuchtdioden wird mit einer beliebigen, dominanten Wellenlänge aus dem Bereich von 520 nm bis 600 nm gestrahlt. Ideal als Emitter einsetzbar sind daher z. B. grüne oder gelbe Leuchtdioden.The optical sensors S1, S2, S3 each comprise an emitter E1, E2, E3, from which on a section of a skin tissue HG light with any wavelength from a given range 520 nm to 600 nm - ie from one area green until yellow light - is sent out. As emitter E1, E2, E3, for example, light-emitting diodes, which also referred to as LED be used. Of the light emitting diodes used as emitter E1, E2, E3 becomes with any dominant wavelength from the Area irradiated from 520 nm to 600 nm. Ideal for use as an emitter therefore z. B. green or yellow LEDs.
Weiters umfassen die optischen Sensoren S1, S2, S3 jeweils einen Detektor D1, D2, D3, von dem das vom Hautgewebe HG remittierte Licht empfangen wird. Als Detektor D1, D2, D3 kann beispielsweise ein Photodetektor (z. B. Photodiode, Phototransistor) eingesetzt werden.Furthermore, The optical sensors S1, S2, S3 each comprise a detector D1, D2, D3, from which the light remitted by the skin tissue HG is received becomes. As a detector D1, D2, D3, for example, a photodetector (For example, photodiode, phototransistor) are used.
Weiters weist die erfindungsgemäße Vorrichtung PM zur optimierten Pulsmessung eine Auswerteinheit AW auf, von welcher auf Basis von Messwerten der optischen Sensoren S1, S2, S3 eine Pulsfrequenz ermittelt wird, und einen Beschleunigungssensor BS, welcher beispielsweise als zwei- oder dreidimensionaler Beschleunigungssensor BS ausgeführt ist und von welchem Körperbewegungen festgestellt werden können. Außerdem ist die erfindungsgemäße Vorrichtung PM zur optimierten Pulsmessung geeignet, bei entsprechenden Pulswerten (z. B. kein Puls, überhöhter Puls, unregelmäßiger Puls, etc.) ein Notrufsignal NS abzusetzen.Furthermore, the device PM according to the invention has an evaluation unit AW for optimized pulse measurement, from which a pulse frequency is determined on the basis of measured values of the optical sensors S1, S2, S3, and an acceleration sensor BS, which is designed as a two- or three-dimensional acceleration sensor BS, for example from which body movements can be determined. In addition, the device PM according to the invention is suitable for optimized pulse measurement net, with appropriate pulse values (eg no pulse, excessive pulse, irregular pulse, etc.) to send an emergency call signal NS.
Die Vorrichtung PM zur optimierten Pulsmessung kann beispielweise auf einer Innenseite eines Bandes angeordnet werden. Durch dieses Band wird die Vorrichtung PM zur optimierten Pulsmessung auf dem Hautgewebe HG positioniert.The Device PM for optimized pulse measurement can, for example, on an inside of a band can be arranged. Through this band is the device PM for optimized pulse measurement on the skin tissue HG positioned.
Das Band kann z. B. ein Armband oder Uhrband sein, wodurch die Pulsmessung auf einfache Weise am Handgelenk durchgeführt werden kann. Das Band hat weiters den Zweck die Sensoren S1, S2, S3 bzw. insbesondere die Detektoren D1, D2, D3 möglichst vor Störeffekten durch Streulicht zu schützen.The Band can z. B. be a bracelet or watchband, whereby the pulse measurement Can be done easily on the wrist. The Band further has the purpose of the sensors S1, S2, S3 or in particular the detectors D1, D2, D3 as possible before parasitics protected by stray light.
Wird
im ersten Verfahrensschritt
In
einem dritten Verfahrensschritt
In
einem vierten Verfahrensschritt
In
einem fünften Verfahrensschritt
Wird
nun die Innenseite des Unterarms in Nähe des Handgelenks
betrachtet, so ist ein mittlerer Bereich MB in y-Richtung von Sehnen
dominiert, über welchen der Puls nicht messbar ist. Es
ergeben sich damit ein Bereich B1 und ein Bereich B2 als für die
Pulsmessung interessant. Die Sensoren S1 bis S8 werden daher – wie
in
Die Wahrscheinlichkeit pkN dafür, dass von mindestens k Sensoren von N Sensoren gute Messwerte geliefert werden, kann beispielweise anhand der folgenden Formel errechnet werden: The probability p kN that good readings are provided by at least k sensors of N sensors can, for example, be based on calculated according to the following formula:
Dabei bedeuten die Größen p, q und r:
- – p eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass von einem Sensor aufgrund seiner Platzierung gute Messwerte geliefert werden,
- – q eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass in einem Paar von Sensoren von einem zweiten Sensor des Paars gute Messwerte geliefert werden, vorausgesetzt, dass auch ein erste Sensor des Paars gute Messwerte ergibt, und
- – r eine Wahrscheinlichkeit dafür, dass in einem Paar von Sensoren vom zweiten Sensor des Paars gute Messwerte geliefert werden, vorausgesetzt, dass vom ersten Sensor des Paars schlechte Messwerte geliefert werden.
- P a probability of good readings being given by a sensor because of its placement,
- Q a probability of providing good readings in a pair of sensors from a second sensor of the pair, provided that also a first sensor of the pair gives good readings, and
- A probability that good readings will be provided in a pair of sensors from the second sensor of the pair, provided that bad readings are provided by the first sensor of the pair.
Die Variable i ist dabei eine laufende Variable, von welcher ganzzahlige Werte von k bis N angenommen werden. N ist die Anzahl der verwendeten Sensoren S1 bis S8 und k eine Mindestanzahl an Sensoren S1 bis S8 mit guten Messwerten.The Variable i is a running variable, of which integer Values from k to N are assumed. N is the number of sensors used S1 to S8 and k a minimum number of sensors S1 to S8 with good Readings.
Aufgrund eines Kriteriums höchster Wahrscheinlichkeit für optimale Messwerte wurde als eine optimale Anordnung eine Platzierung von jeweils vier Sensoren S1 bis S4 und S5 bis S8 in Form eines Quadrats ermittelt. Dabei sind jeweils vier Sensoren S1 bis S8 an Koordinaten xj und yj, wobei von j die Werte von 1 bis 4 angenommen werden, angeordnet. x und y geben dabei die horizontale bzw. vertikale Dimension an.On the basis of a criterion of highest probability for optimum measured values, a placement of four sensors S1 to S4 and S5 to S8 in the form of a square was determined as an optimal arrangement. In each case four sensors S1 to S8 are arranged at coordinates x.sub.j and y.sub.j , the values of j being assumed to be from 1 to 4. x and y indicate the horizontal or vertical dimension.
Damit, wenn ein Sensor S1 bis S8 schlecht platziert ist, die anderen Sensoren S1 bis S8 mit hoher Wahrscheinlichkeit gut platziert sind, werden jeweils vier Sensoren S1 bis S4 und S5 bis S8 in einem Quadrat angeordnet und dabei folgende Anforderungen an die Anordnung für alle Paare (Si, Sj), wobei i und j Werte von 1 bis 4 durchlaufen) von Sensoren S1 bis S4 und S5 bis S8 in diesem Quadrat gestellt:
- – min{|xi – xj|} ist zu maximieren, damit Korrelationen der Messwerte aufgrund vertikaler Strukturen (z. B. Muskeln, Sehnen, Blutgefäße) gering sind,
- – min{|yi – yj|} ist zu maximieren, damit Korrelationen der Messwerte aufgrund horizontaler Strukturen (z. B. quer verlaufende Hautfalten) gering sind,
- – und das Minimum der euklidischen Distanz ist zu maximieren, damit Korrelationen aufgrund räumlicher Nähe minimiert werden.
- - min {| x i - x j |} is to be maximized so that correlations of the measured values due to vertical structures (eg muscles, tendons, blood vessels) are low,
- - min {| y i - y j |} is to be maximized so that correlations of the measured values due to horizontal structures (eg transverse skin folds) are small,
- - and to maximize the minimum of Euclidean distance so that correlations due to spatial proximity are minimized.
Aus
diesen Anforderungen wird für eine Positionierung der Sensoren
S1 bis S8 ein in
Damit eine Platzierung der Sensoren S1 bis S8 z. B. beim Anlegen der Armbandes AB in den für eine Pulsmessung interessanten Bereichen B1 und B2 des Unterarms erfolgt, werden die beiden Sensorquadrate symmetrisch zur y-Achse angeordnet. Auf diese Weise kann die Vorrichtung PM zur optimierten Pulsmessung sowohl von Linkshändern aus auch Rechtshändern getragen werden.In order to a placement of the sensors S1 to S8 z. B. when applying the bracelet AB in the areas of interest for a pulse measurement B1 and B2 of the forearm are done, the two sensor squares arranged symmetrically to the y-axis. In this way, the device can PM for optimized pulse measurement of both left-handers also be worn by right-handers.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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