DE2142095C3 - Pulsüberwachungsgerät - Google Patents

Claims (22)

1. Patentansprüche

   1 Pulsuberwachungsgerat fur medizinische Zwecke mit einem auf Pulsschlage ansprechenden Sensor, der ein der jeweiligen Pulsfrequenz entsprechendes elektrisches Signal abgibt, mit einer Anzeigevorrichtung, mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Zeitreferenzsignals und mit einer Vergleichsschaltung, in welcher das vom Sensor gelieferte Signal mit dem Zeltreferenzsignal verglichen, und ein elektrisches Signal abgegeben wird, welches die Anzeigevorrichtung steuerte, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1,10) die Zeitreferenzsignalerzeugungsvornchtung (30), die Vergleichsschaltung (39) und die Anzeigevorrichtung (36, 45) in das Gehäuse einer Armbanduhr eingebaut und als integrierter Bauteil ausgeführt sind, und daß die Zeitreferenzsignalerzeugungsvornchtung (30) gleichzeitig zum Erzeugen der Uhrzeit verwendet wird

   2 Gerat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (30) zur Erzeugung des Zeltreferenzsignals als quarzgesteuerter Oszillator ausgebildet ist

   3 Gerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (36, 45) aus LED-Anzeigeelementen besteht

   4 Gerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Widerstand (1) ist, dessen Widerstandswert von der Große des jeweils auf ihn ausgeübten Drucks abhangig ist

   5 Gerat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein druckempfindlicher Transistor (10) ist

   Die Erfindung geht aus von einem Pulsuberwachungsgerat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Ein derartiges Gerat ist aus Elektromedizin Bd 11/1966 Nr 2, S 62-798 bekannt

   Die übliche Methode, die Pulsfrequenz einer Person festzustellen, besteht dann, die Pulsschlage mit der meist am Handgelenk dieser Person angelegten Hand wahrend einer bestimmten Zeiteinheit unter gleichzeitiger Beobachtung einer Uhr zu zahlen Diese Methode ist nicht ganz befriedigend, weil die Zahlpenode üblicherweise kurzer als eine Minute gewählt wird und dadurch Irrtumer bzw Ablesefehler entstehen Außerdem hat diese bekannte Methode den Nachteil, daß die Pulsfrequenz nur wahrend der verhältnismäßig kurzen Zeit der Zahlung gemessen wird und daß diese etwas zeitraubende Tätigkeit jedesmal wiederholt werden muß, wenn eine neue Messung bzw Überwachung gewünscht wird Dies ist besonders unbequem, wenn bei manchen Erkrankungen bzw kritischen Zustanden des Kreislaufes schnelle und häufige Messungen bzw langer dauernde Überwachungen gewünscht werden

   Ein Pulsuberwachungsgerat der eingangs genannten Art ist durch die DE-OS 15 41 111 bekannt In dieser wird eine spezielle Ausfuhrungsform des Sensors beschrieben, der bei jedem Pulsschlag ein elektrisches Signal abgibt Der Sensor enthalt mehrere Kapazitäten, die in einer Bruckenschaltung eingeschaltet sind, welche bei jedem Pulsschlag verstimmt wird Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein neuartiges Pulsuberwachungsgerat anzugeben, bei welchem die vorstehend genannten Schwierigkeiten vermieden sind und dieses Gerat derart auszubilden, daß es in bequemer Weise von der Person, deren Puls überwacht werden soll, am Korper getragen werden kann und ihr die jeweilige Pulsfrequenz anzeigt

   Aus der US-PS 34 42 263 ist ein am Arm nach Art einer Armbanduhr tragbares Pulsuberwachungsgerat bekannt, bei dem eine elektronische Schaltung mit einem Zeigerinstrument verbunden ist Das Zeigerinstrument gibt den Bereich an, in welchem die Pulsfrequenz normal ist und den Bereich, in welchem eine Herzstorung zu befurchten ist
   Aus der Elektronik 1970, Heft 7 S 251 ist eine Armbanduhr mit integrierten Halbleiter-Schaltungen bekannt Die Zeit wird digital mittels Leuchtdioden angezeigt

   Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelost

   Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen beschrieben

   Im nachstehenden werden vier Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung in Verbindung mit den Figuren beschrieben Hierbei sind alle zum Verständnis der Erfindung nicht notwendigen Einzelheiten der besseren Übersicht halber fortgelassen worden und einander entsprechende Teile in den Figuren in gleicher Weise bezeichnet Es zeigt

   Fig 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Sensors bzw Transducers zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung,

   Fig 2 das Pnnzipschaltbild eines anderen Sensors, Fig 3 schematisch die Befestigung des Sensors auf einem Armband,

   F &igr; g 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der F &igr; g 3 und

   Fig 5 bis 7 die Prinzipschaltbilder des elektrischen Teiles von vier verschiedenen Pulsuberwachungsgeraten

   Jede der nachfolgend beschriebenen Ausfuhrungsformen des Pulsuberwachungsgerates enthalt einen sogenannten Sensor, welcher fur den Pulsschlag sensibel ist und ein elektrisches Signal abgibt, welches eine Funktion der Pulsfrequenz ist

   Der in Fig 1 schematisch dargestellte Pulsaufnehmer entalt einen als druckempfindlicher Widerstand ausgebildeten Sensor 1, der einen Widerstandswert in Abhängigkeit von dem auf ihn ausgebubten Druck ändert Dieser Sensor wird an der Person, deren Puls

   so überwacht werden soll, derart befestigt, daß er auf der Innenseite etwas vorragt, wie dies in den Fig 3 und 4 schematisch angedeutet ist dieser Sensor 1 bildet ein Glied eines elektrischen Spannungsteilers 2, der an die beiden Pole einer Stromquelle angeschlossen ist Wenn durch die Wirkung des Pulsschlages bzw der dadurch auf den Sensor ausgeübten Druckschwankungen der Widerstand im Sensor 1 sich ändert, dann wird die Spannung am Schaltungspunkt 3 sich im selben Rhythmus andern Die dort abgenommenen Spannungs-Schwankungen bzw Signale werden einem Verstarker 4 zugeführt, der zweckmaßigerweise zusammen mit den übrigen elektrischen Elementen als integrierter Bauteil ausgeführt ist und das entsprechende (nicht dargestellte) Anzeigegerat speist

   In F &igr; g 2 ist eine andere Ausfuhrungsform des Pulsaufnehmers dargestellt, bei welchem als Sensor ein auf Druckschwankungen ansprechender Transistor 10 dient Dessen Basis ist an den Verbindungspunkt der

   Spannungsteilerwiderstande 11 und 12 angeschlossen, wahrend der Kollektor über den Widerstand 13 an einen positiven Pol und der Emitter direkt an den negativen Pol einer geeigneten Stromquelle angeschlossen ist Dies ergibt eine konstante Vorspannung an der Basis des Transistors 10, und entsprechend den Schwankungen des auf den Transistor ausgeübten Druckes wird sich der Kollektorstrom andern, so daß ein der Pulsfrequenz entsprechendes elektrisches Signal am Abgriff 14 abgenommen und dem Verstarker 15 zugeführt werden kann

   In der schematisch vereinfachten Darteilung der Fig 3 und 4 ist der druckempfindliche Sensor, welcher entweder ein druckempfindlicher Widerstand 1 gemäß F &igr; g 1 oder ein auf Druckschwankungen ansprechender Transistor 10 gemäß Fig 2 sein kann, von einem Rahmen 21 umgeben, welcher den Einfluß störender Verschiebungen relativ zum Handgelenk 22 verringert Der Rahmen 21 wird aus nachgiebigem Material gemacht und, um sicherzustellen, daß das druckempfindliche Element starker gegen das Handgelenk gepreßt wird als der Rahmen, ragt es über die Oberflache des Rahmens etwas vor

   In Fig 5 ist das Pnnzipschaltbild der elektrischen Schaltanordnung eines Pulsuberwachungsgerates dargestellt, welches in eine elektronische Armbanduhr eingebaut ist und zugleich einen Teil dieser bildet, wobei die Zeitangabe und die Pulsfrequenz durch Leuchtdioden angezeigt werden Die Schaltanordnung enthalt einen knstallgesteuerten Oszillator 30, der mit 16 384 kHz schwingt Dessen Ausgangssignal wird einem 15stufigen Frequenzteiler 31 zugeführt, der ein Ausgangssignal von 0,5 Hz liefert, von dem die Zeitanzeige abgeleitet werden kann Dieses Signal wird direkt einem binarcodierten Dezimal/Dezimal-Decoder 32 zugeführt, um einen Ausgang fur die Sekundenanzeige vorzusehen und über einen weiteren Frequenzteilerkreis 33 den Decodern 34 und 35 zugeführt fur die Anzeige der Minuten und der Stunden

   Der Ausgang der Decoder 32, 34 und 35 wird zu einem aus Leuchtdioden gebildeten Tableau 36 gefuhrt, auf dem die Zeit digital angezeigt wird

   Das vom Oszillator 30 abgenommene Signal wird ferner mit dem Signal verglichen, welches der Pulsfrequenz-Sensor 37 (der entsprechend Fi g 1 oder Fig 2 ausgeführt werden kann) liefert, um eine digitale Anzeige der Pulsfrequenz zu ermöglichen Das vom Sensor 37 gelieferte Signal wird über einen Impulsformer 38 einer UND-Torschaltung 39 zugeführt, der auch ein vom Frequenzteiler 31 abgeleitetes Signal zugeführt wird Damit es unerheblich ist, ob ein vom Frequenzteiler 31 abgeleiteter Impuls verloren geht, sollte die Frequenz der vom Frequenzteiler 31 der Torschaltung 39 zugefuhrten Signale etwa lOOmal so groß sein wie die schnellste Pulsfrequenz von &zgr; &Bgr; 150 Herzschlage pro Minute, daraus ergibt sich eine gewünschte Impulsfrequenz von ungefähr 250 Impulsen pro Sekunde Um dieses Signal zu erhalten, kann der Frequenzteiler 31 angezapft sein, so daß er Impulse mit einer Frequenz von 256 pro Sekunde liefert, dieses Signal wird der Torschaltung 39 zugeführt Der Ausgang der Torschaltung 39 wird einem summierenden Zahler 40 zugeführt, die Zahl der Impulse bei der geringsten Pulsfrequenz von &zgr; B 30 Pulsschlagen pro Minute bestimmt die Kapazität des Zahlers 40, welche im vorstehend beschriebenen Beispiel gleich 512 ist

   Um die Möglichkeit der Anzeige gelegentlicher Unregelmäßigkeiten der Pulsfrequenzen zu verringern, wird die Frequenz der vom Impulsformer 38 abgegebenen Signale durch einen Frequenzteiler 41 weiter herabgesetzt Die in ihrer Frequenz herabgesetzten Signale werden der Torschaltung 39 zugeführt, so daß die Messung über mehrere Pulsperioden gemittelt wird In diesem Fall ist es erforderlich, die Kapazität des Zahlers 40 zu erhohen

   Der Ausgang des Zahlers 10 wird einem Gedächtnis 42 zugeführt, so daß die wahrend einer vorhandenen

   &iacgr;&ogr; Zahlpenode durchgeführte Messung wahrend der jeweils laufenden Zahlpenode angezeigt werden kann Em weiterer Ausgang der Torschaltung 39 wird einem Ruckstellkreis 43 zugeführt, welche den Zahler am Ende jeder Zahlpenode zurückstellt und dann veranlaßt, daß das Zahlergebnis im Zahler 40 gelesen und zum Gedächtnis 42 übertragen wird Die Anzahl der wahrend jeder Zahlpenode gezahlten Impulse ändert sich entgegengesetzt wie die Herzschlagfrequenz, und infolgedessen kann ein geeigneter Lesekreis 44 vorgesehen werden, der Signale entsprechend den Hunderten, Zehnern und Einern der Herzschlagfrequenzen an ein Tableau 45 von Leuchtdioden zufuhrt, so daß dort die Pulsfrequenz angezeigt wird

   Es ist nicht wesentlich, daß entweder die Zeitanzeigevorrichtung oder die Anzeigevorrichtung fur die Pulsfrequenz kontinuierlich sein soll und, da der elektrische Leistungsverbrauch in den Tableaus 36 und 45 verhältnismäßig groß im Hinblick auf den anderen Teil der üblicherweise als integrierte Bauelemente ausgeführten Elektronik ist, laßt man die Tableaus nur zeitweise aufleuchten - &zgr; B wahlweise bei Betätigung eines Druckknopfes

   Bei einer anderen Ausfuhrungsform sind die Tableaus 36 und 45 der Leuchtdioden durch geeignete mechanische Bauteile ersetzt, wobei die Zeit üblicherweise mittels Zifferblatt und Zeiger und die Herzschlagfrequen mittels Zeiger und einer in Herzschlagen pro Minute beschrifteten Skala angezeigt wird

   Fig 6 erläutert die Schaltung eines Pulsuberwachungsgerates, welches in eine mechanische Armbanduhr eingebaut ist und einen Teil dieser bildet In diesem Fall wird das elektrische Zeitsignal von der Unruhe 50 der Uhr abgenommen, welche mit ungefähr 5 Hz schwingt Das elektrische Signal wird mittels einer elektromagnetischen Einrichtung erhalten, bei welcher das Vorbeibewegen einer geeigneten Speiche oder eines Vorsprungs der Unruhe 50 den magnetischen Widerstand eines magnetischen Kraftlinienwegs verändert und dadurch einen Kipposzillator 51 tnggert Der Ausgang des Oszillators 51 wird über einen monostabilen Kreis 52 einer UND-Torschaltung 39 zugeführt Der Torschaltung 39 wird ferner das Ausgangssignal vom Sensor 37 über einen Impulsformer 38 und einen Frequenzteiler 41 zugeführt, der Frequenzteiler hat zweckmaßigerweise ein Teilerverhältnis 1 5, so daß die Messung den Durchschnittswert über den Zeitraum von fünf Pulsschlagen ermittelt und dadurch eine annehmbare Genauigkeit erzielt wird

   Der Ausgang der Torschaltung 39 wird dem Zahler 40 zugeführt, welcher einen Teiler enthalt, um zu erreichen, daß die erhaltenen Meßwerte sich auf konventionelle Zeitperioden beziehen So wie bei Ausfuhrungsbeispiel gemäß Fig 5 ist ein weiterer Ausgang der Torschaltung 39 einem Ruckstellkreis 43 zugeführt, durch den der Zahler 40 am Ende jeder Zahlperiode zurückgestellt wird und das inzwischen im Zahler 40 erzielte Ergebnis der Zahlung in ein Gedächtnis 42 übertragen wird Der Ausgang des Gedächtnisses 42

   wird einer geeigneten Anzeigevorrichtung zugeführt, welche einen zur Umwandlung der binärcodierten Signale in Analogsignale geeigneten Wandler 60 enthält und ein als Anzeigeinstrument dienendes Drehspulinstrument 61, das die Herzschlagfrequenz mittels eines beweglichen Zeigers an einer entsprechend bezeichneten Skala anzeigt. Das Drehspulsinstrument 61 hat übliche Bauformen und enthält eine Drahtaufhängung; die Größe ist so gewählt, daß es für den Einbau in eine Uhr geeignet ist. &iacgr;&ogr;

   Fig. 7 zeigt das Prinzipschaltbild eines Pulsüberwachungsgerätes, welche in eine elektrische Armbanduhr eingebaut ist, wobei die Unruhe des üblichen Antriebs durch ein elektrisch angetriebenes Pendel ersetzt ist, das mit derselben Frequenz arbeitet oder durch einen Stimmgabeloszillator, der mit höherer Frequenz arbeitet. Beide genannten Varianten sind in Fig. 7 angedeutet; im Fall des Pendelsystems liefert das Pendel 70 ein Signal an ein Räderwerk oder eine andere geeignete Mechanik 71, welche die Zeiger der Uhr bewegt, während im Fall eines Stimmgabelsystems die Stimmgabel 72 ein Signal über den Frequenzteiler 73 an die Mechanik 71 liefert. In beiden Fällen wird das erhaltene Signal einem monostabilen Kreis 52 zugeführt, dessen Ausgangsbasis der Torschaltung 39 zugeführt wird, die ebenso wie die nachfolgenden elektronischen Bauteile in analoger Weise arbeitet, wie vorstehend in Verbindung mit Fig. 6 beschrieben.

   Das Stimmgabelsystem gibt eine höhere Meßgenauigkeit, weil ein Signal höherer Frequenz von dem Frequenzteiler 73 abgenommen werden kann und dadurch während jeder durch den Frequenzteiler 41 vorgegebenen Meßperiode mehr Impulse gezählt werden können. Dadurch ist es in manchen Fällen möglich, den Frequenzteiler 41 fortzulassen. Alle übrigen Einzelheiten der Schaltanordnung und ihrer Funktion sind ebenso wie bei den im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 beschriebenen Beispielen.

   40

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

   50

   65

   ZEICHNUNGEN BLATT 1

   Int. Cl.⁴: A 61 B 5/02

   Veröffentlichungstag: 22. Oktober 1987

   &Pgr; GJ.

   -t-

   FIG. 2.

   10

   ■15

   -1(10) FIG.4.

   ^j\

   -1(10) -21

   708 243/5

   ZEICHNUNGEN BLATT 2

   Int. Cl.⁴: A 61 B 5/02

   Veröffentlichungstag: 22. Oktober 1987

   (30

   -31

   '37

   '38

   -41

   FIG. 5.

   43-

   37
2. 2.
3. -38
4. -L)
5. ll⁹
6. r33
7. 35_Y
8. (39 40-
9. 42-
11. YS
12. 43-f
13. FIG. 6.
14. 708 243/5
15. ZEICHNUNGEN BLATT 3
16. Int. Cl.⁴: A 61 B 5/02
17. Veröffentlichungstag: 22. Oktober 1987
18. 71
19. FIG. 7.
21. Ul-A
22. 708 243/5