DE2738605A1

DE2738605A1 - Herzschlagfrequenz-anzeigegeraet

Info

Publication number: DE2738605A1
Application number: DE19772738605
Authority: DE
Inventors: Donna Lee Wolfe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-26
Filing date: 1977-08-26
Publication date: 1978-03-02
Also published as: FR2362613B1; FR2362613A1; JPS5341080A; CH619854A5; GB1584637A; CA1082316A; US4120294A; JPS5916775B2

Description

Zahlreiche biologische» insbesondere elektrische Parameter werden durch die Differenz des elektrischen Potentials über bestimmten Organen oder Organsystemen gemessen. Vor allem Elektrokardiogramme und andere elektrische Parameter der Herzaktivität erfordern zwei oder mehr Elektroden bzw. Sensoreinrichtungenf die so angeordnet werden, daß sie auf jeder Seite der elektrischen Achse des Herzes liegen. Die als "Lead I" bekannte Grundanordnung besteht darin, eine Elektrode an jedem Handgelenk anzulegen, um die elektrische Potentialdifferenz über dem Herzen zu messen. Diese Anordnung ist für eine klinische Untersuchung sehr geeignet, unter anderen Umständen wie während routinemäßiger Ubungsprogramme jedoch unzweckmäßig und unpraktisch, wenn nicht unmöglich.

Eine zunehmende Anzahl von Einzelpersonen führt regelmäßig oder intermittierend Ubungsprogramme durch. Es ist allgemein anerkannt, daß die Herzfrequenz die beste Anzeige der Größe solch einer Übung für das kardiovaskuläre System ist, d.h., wenn genügend Kraft aufgewendet wird, um nützlich zu sein, und wenn so viel Kraft aufgewendet wird, daß sie gefährlich ist. Daher ist es wichtig, wie L.R. Zohmann in "Exercise Your Weight to Fitness and Heart Health", 16 bis 18 (CPC International, 1974) berichtet, daß bei einem wirksamen Obungstrainingsprogramm eine allmähliche Zunahme der Herzfrequenz erfolgt ,bis ein β Zielfrequenz Von 70 bis 85 % der maximal erreichbaren Frequenz (in Abhängigkeit vom Alter und der körperlichen Verfassung) erreicht wird. Eine Periode von 20 bis 30 Ubungsminuten auf dem Zielpegel ergibt dann einen wirksamen Konditionseffekt auf das kardiovaskuläre System. Während die mittleren Zielbereiche für verschiedene Altersgruppen leicht erreichbar sind (für einen etwa 40 Jahre alten Mann z.B. etwa 128 bis 155 Schläge pro Minute) ist es offensichtlich, daß die meisten Personen nicht das Geschick oder die Veranlagung

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haben, ihren eigenen Puls in verschiedenen Intervallen während der Ubungsperiode zu messen, um festzustellen, ob ihre Herzschlagfrequenz in diesen Zielbereich fällt.

Die Schwierigkeiten, die bei der Befestigung bipolarer Elektroden an den Handgelenken oder an anderen entfernten Stellen an gegenüberliegenden Seiten des Herzens auftreten und die offensichtlichen Probleme der Durchführung von Übungen mit solchen angebrachten Elektroden führten zur Entwicklung von mechanischen Vorrichtungen zum Abtasten des Pulses und zur Umwandlung des mechanisch abgetasteten Pulses in ein elektrisches Signal zur Verarbeitung und Anzeige. Die US-PS 3 807 388 z.B. beschreibt ein Herzschlagfrequenz-Kontrollgerät in Form einer Armbanduhr mit einem Wandler, der an dem Armband befestigt ist, um Druckänderungen (Impulse) zu ermitteln und sie in elektrische Signale umzuwandeln.

Abgesehen von der Tatsache, daß häufig Differenzen zwischen der Pulsfrequenz und der tatsächlichen Herzschlagfrequenz auftreten, liegt ein wesentliches Problem in der Herstellung eines Wandlers, der für den richtigen Betrieb leicht angebracht werden kann und der zur genauen Messung des Pulses für die unterschiedlichsten Benutzer in der Lage ist. Trotz des Vorhandenseins der technischen Kenntnisse und der elektrischen Bauelemente zur Verarbeitung und Anzeige der Pulsfrequenz eines Patienten in digitaler Form, sobald der Puls durch einen geeigneten Druckwandler ermittelt worden ist, haben Vorrichtungen in Form einer Armbanduhr oder in anderer geeigneter tragbarer Form weder bei der Benutzung noch im Handel eine große Verbreitung erlangt.

Andere in Frage kommende Druckschriften sind die US-PS 3 863 626, 3 802 698, 3 948 250, 3 586 835 und 3 717 140. Bezug genommen werden kann auch auf V. Elings et al

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"A Cardlotachometer which Calculates Rate Digitally", IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 468-470 (November 1973), und Hartley, "Analogue Display Rate Meter Built Around Digital Switching Elements", Medical and Biological Engineerung, 107-108 (Januar 1976).

Ein wichtiger Aspekt der Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß die Probleme der Ermittlung von Differenzen des elektrischen Potentials über dem Herzen als direkte Anzeige der Herzaktivität in einer zur Benutzung durch eine Person ausreichenden Weise, die die Herzschlagfrequenz während eines üblichen Ubungsprogramms messen oder anzeigen und/oder sein EKG übertragen will, dadurch erreicht werden kann, daß beide Hautelektroden an nur einem Handgelenk des Trägers angeordnet und durch Ausbildung des Armbandes derart, daß eine der beiden Elektroden mit der Haut des Handgelenks in elektrischem Kontakt bleibt, erreicht werden kann. Die andere Elektrode, die längs der Außenseite des Bandes liegt (entweder das Band selbst oder ein von dem Band getragenes Gehäuse), bleibt unbenutzt, bis der Träger die Elektrode mit der anderen Hand berührt. Dieser Kontakt schließt den Kreis mit der inneren Elektrode, die das Handgelenk berührt, und der äußeren Elektrode, die die Finger der anderen Hand berührt. Die elektrischen EKG-Signale, die von den Elektroden aufgenommen werden, werden dann verarbeitet und angezeigt oder übertragen, wobei bekannte Schaltungsanordnungen und -bauelemente verwendet werden. Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform hat das Band ein Gehäuse, das alle Schaltungselemente (außer den Elektroden) und digitalenAnzeigeelemente wie Lichtemissionsdioden zur visuellen Darstellung der Herzgeschwindigkeit in Schlägen pro Minute aufweist. Es kann auch erwünscht sein, ein für "Lead I" des EKG's charakteristisches Signal zu erzeugen und/oder zu übertragen, um einen Hinweis bezüglich Medi-

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kamenten zu erhalten, die für unregelmäßige Herzrhythmen eingenommen werden, die Wirkung der Behandlung bei bestimmten Herzstörungen auszuwerten und/oder die Funktion eines Herzschrittmachers auszuwerten. Wenn eine übertragung wie beim Telefon angewandt wird, kann die berufsmäßige medizinische Auswertung an einer entfernten Stelle durchgeführt werden, so daß Zeit gespart und die Anwendbarkeit erhöht wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Herzschlagfrequenz-Anzeigegeräts gemäß der Erfindung, das in der Benutzung zur Anzeige der Herzschlagfrequenz in Schlägen pro Minute dargestellt ist,

Figur 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild des Herzschlagfrequenz-Kontrollgeräts ,

Figur 3 teilweise im Schnitt eine Teilseitenansicht, aus der der Elektrodenaurbau des Herzschlagfrequenz-Anzeigegeräts hervorgeht, und

Figur 4 eine Fig. 3 ähnliche Darstellung einer weiteren AusfUhrungsform.

In den Fig. 1 bis 3 bezeichnet 10 das Herzschlagfrequenz-Anzeigegerät in Form eines Armbands mit einem Band 11 und einem Gehäuse 12. Das Band hat eine elektrisch leitende innere und äußere Schicht 13 und 14, die durch eine elektrisch isolierende mittlere Schicht 15 getrennt sind. Wenn das Band in der in Fig. 1 gezeigten Weise getragen wird, berührt nur die leitende innere Schicht 13 das Handgelenk. Die äußere Schicht 14 und das Gehäuse 12, die miteinander in elektrischem Kontakt stehen können, sind von der inneren Schicht 13 und dem Handgelenk 16 des Trägers elektrisch isoliert.

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ORIG'*' AI

Die leitende innere Schicht 13 dient als eine Elektrode eines bipolaren Elektrodensystems/ die andere Elektrode des Systems ist die äußere Schicht 14. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, hat das Band eine ausreichende Breite, so daß seine freiliegende Außenseite leicht von den Fingern der anderen Hand 17 des Benutzers berührt werden kann, ohne gleichzeitig einen direkten Kontakt zwischen diesen Fingern und dem Handgelenk 16 zu verursachen. Bei der gezeigten Darstellung wird das Band zwischen dem Daumen 17a und dem Zeigefinger 17b leicht zusammengedrückt; obwohl dieser Vorgang dazu beiträgt, den wirksamen elektrischen Kontakt zwischen der inneren Elektrode und dem Handgelenk 16 und zwischen der äußeren Elektrode und den Fingern 17 sicherzustellen, können auch andere Finger 17 verwendet werden, um die Außenseite des Bandes zu berühren; es ist auch möglich, nur einen Finger wie den Zeigefinger 17b für diesen Zweck zu benutzen. Ein wichtiges Merkmal liegt darin, daß der Benutzer gezwungen ist, seinen Arm während der Messung festzuhalten, um künstliche Vorgänge wie eine Muskelbewegung zu unterdrücken, die einen Fehler verursachen könnten.

Die elektrische Schaltung für das Herzschlagfrequenz-Anzeigegerät kann ähnlich dem in der US-PS 3 807 388 oder in den anderen, zuvor angegebenen Druckschriften beschriebenen Gerät sein. Wie Fig. 2 zeigt, werden von Elektroden 13 und 14 aufgenommene elektrische Signale einem Sensorkreis mit einem Verstärker 18 zugeführt und durch einen Formerkreis 19 zu einem UND-Glied 20 übertragen, dem auch ein Signal eines Teilers 21 und eines Oszillators 22 zugeführt wird. Der Oszillator kann ein kristallgesteuerter Oszillator sein, der mit 16,384 kHz arbeitet, und der Teiler 22 kann ein Ausgangssignal von 0,5 Hz liefern. Das Ausgangssignal des Teilers 21 kann auch einem binär codierten Dezimal/Dezimal-Decoder zugeführt werden, um ein

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Ausgangssignal zur Anzeige von Sekunden zu liefern, und durch einen weiteren Teiler anderen Decodern zur Anzeige von Minuten und Stunden (nicht gezeigt), wenn das Armband, anzeigegerät die Zeit ebenso wie die Herzschlagfrequenz anzeigen soll. Für diese Abwandlung wird insbesondere auf die US-PS 3 807 388 Bezug genommen.

Damit ein durch den Teiler 21 verloren gegangener oder gewonnener Impuls unwesentlich ist, sollte die Frequenz des vom Teiler dem UND-Glied 20 zugeführten Signals z.B. einhundertmal so groß wie die schnellste Herzschlagfrequenz von z.B. 150 Schlägen pro Minute sein, so daß die erforderliche Frequenz etwa 250 Impulse pro Sekunde beträgt. Um solch ein Signal zu erzeugen, kann der Teiler 21 an einer geeigneten Stelle abgegriffen werden, um ein Ausgangssignal von 256 Impulsen pro Sekunde abzugeben. Dieses Signal wird dann dem UND-Glied 20 zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 20 wird einem Speicherzähler 23 zugeführt, wobei die Anzahl der Impulse bei der minimalen Herzschlagfrequenz von z.B. 30 Pulsschlägen pro Minute die Kapazität des Zählers 23 bestimmt.

Um die Möglichkeit der Anzeige zufälliger beliebiger Herzschlagperioden zu verringern, wird das Ausgangssignal des Formerkreises 19 vorzugsweise in der Frequenz von einem Teiler 24 geteilt, dessen Ausgangssignal dem UND-Glied 20 zugeführt wird, um über die gesamten Herzschlagperioden eine mittlere Messung durchzuführen. Dies erfordert eine entsprechende Erhöhung der Kapazität des Zählers 23. Ein weiterer Ausgang des UND-Glied 20 ist mit einem Rückstellkreis 25 verbunden, der den Zähler 23 am Ende jeder Zählperiode zurückstellt. Die Anzahl der in jeder Zählperiode gezählten Impulse ändert sich umgekehrt zu der Herzschlagfrequenz, und es kann ein geeigneter Anzeigekreis 26 vorgesehen sein, um Signale entsprechend den Hundertern, Zehnern und Einem der

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Herzschlagfrequenz zu erzeugen, die einer Gruppe 27 von Lichtemissionsdioden zugeführt wird. Bei Bildung des Kreises in der in Fig. 1 gezeigten Art, zeigen die Lichtemissionsdioden die Herzschlagfrequenz des Trägers in Schlägen pro Minute durch das Fenster 28 an. Selbstverständlich können auch andere Anzeigeeinrichtungen wie Flüssigkristalle verwendet werden.

Das Verfahren der Benutzung der Vorrichtung dürfte aus der vorherigen Beschreibung klar ersichtlich sein. Der Benutzer braucht nur die Armbandvorrichtung an seinem Handgelenk 16 anzubringen, bevor ein Ubungsprogramm, eine Sportübung oder eine andere Aktivität beginnt, für die die Herzschlagfreguenz kontrolliert werden soll. Durch Befestigen der Vorrichtung an dem Handgelenk 16 bringt der Benutzer die innere Elektrode 13 in direkten Kontakt mit einem Körperglied, d.h. einem Teil des Körpers auf einer Seite der elektrischen Achse des Herzens. Die Vervollständigung des Kreises findet jedoch nicht statt, bis der Benutzer, um eine visuelle digitale Anzeige seiner Herzschlagfrequenz zu erhalten, die andere Elektrode 14 des gleichen Armbandes mit einem Finger (oder Fingern) seiner anderen Hand berührt. Die Wirksamkeit des elektrischen Kontaktes wird durch einen leichten Druck verbessert, wie bereits beschrieben wurde, und wird durch die als Ergebnis der körperlichen Aktivität erzeugte Atmung noch erhöht.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich der bereits beschriebenen, mit der Ausnahme, daß die äußere Elektrode die Form einer leitenden Drucktaste 29 hat, die von dem Gehäuseteil 12* der Armbandvorrichtung getragen wird. Die innere Elektrode 13' ist gleich der zuvor beschriebenen Elektrode 13, und eine Isolierschicht 15' erstreckt sich über die Elektrode 13·, um sicherzustellen, daß die innere Elektrode keinen Teil

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des Körpers des Benutzers außer dem Handgelenk 16 berührt. Die Taste 29 kann außer dazu, daß sie als zweite Elektrode des bipolaren Elektrodensystems dient, auch so ausgebildet sein, daß sie einen Schalter betätigt, wenn sie gedrückt
wird, um die Energiequelle mit den Anzeigekreisen, die
die Lichtemissionsdioden enthalten, nur zu verbinden,
wenn der Benutzer eine Anzeige erwünscht.

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Claims

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Telegrammantchrlft: - ■■■·■■ Telegrammantchrlft:

Bahrpalente Herr» PATENTANWÄLTE '.-.V BabeUpat München

Telf.it OS 228 853 -■'-.' Telex 6215360

/ 7 JOD Ub Bankkonten:

Oayerltche Vereintbank MOnctien SSZ Omaner Bank AQ Herne 7-520 Poiticheckkonto Dortmund 558 88-487

Ref.: MO 6073 in der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

München Abholfach

DONNA LEE WOLFE

Laguna Niguel, Kalifornien/USA

Herzschlagfrequenz-Anzeigegerät

Ansprüche

erzschlaganzeigegerät mit einem Meßelektrodensystem, gekennzeichnet durch ein am Handgelenk einer Hand zu tragendes Band (10) mit einer inneren Abtastelektrode (13), die direkt mit dem Handgelenk verbindbar ist, einer sich über die innere Elektrode erstreckenden Isolierschicht (15), um diese Elektrode gegen eine Berührung mit irgendeinem Körperteil des Trägers mit Ausnahme des Handgelenks abzuschirmen, eine äußere Abtastelektrode (14), die an dem Band (10) angeordnet und von der inneren Elektrode (13) elektrisch isoliert ist, wobei die äußere Elektrode (14)von der anderen Hand des Trägers wahlweise berührt werden kann, und einen Abtastkreis, der mit der inneren und äußeren Elektrode zusammengeschältet ist, um die von diesen

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erzeugten elektrischen Signale aufzunehmen.
2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Meßkreis, der auf den Abtastkreis anspricht, um die Herzaktivität zu messen.
3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Anzeigekreis (26), der auf den Meßkreis anspricht, um ein visuelles Signal zu erzeugen, das für die Herzaktivität charakteristisch ist.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis die Herzschlagfrequenz mißt, und der Anzeigekreis ein visuelles Signal erzeugt, das für die Herzschlagfrequenz charakteristisch ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (10) ein Gehäuse (12) hat, das den Abtastkreis, den Meßkreis und den Anzeigekreis enthält und eine Stirnseite für die visuelle Anzeige der Herzschlagfrequenz hat.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Abtastelektrode (13') eine elektrisch leitende Drucktaste (29) aufweist, die von dem Gehäuse (12') vorsteht.
7. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn' ze ichn e t , daß die äußere Abtastelektrode (13) aus einer äußeren elektrisch leitenden Schicht des Bandes (10) besteht, die sich im wesentlichen über den gesamten Umfang des Bandes erstreckt.
8. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigekreis (26) eine digitale Anzeige der Herzschlagfrequenz in Schlägen pro Minute erzeugt.

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9. Gerät nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigekreis (26) Lichremissionsdioden aufweist.
10. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Anzeigekreis Flüssigkristalle aufweist.
11. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkreis einen Zeitbasissignalgenerator (21, 22) und eine Einrichtung (20) aufweist, die auf den Abtastkreis und den Zeitbasissignalgenerator (21, 22) anspricht, um ein für die Herzaktivität charakteristisches Signal zu erzeugen.
12. Verfahren zur Bestimmung der Herzaktivität, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Herzelektrode direkt am Handgelenk einer Hand eines Trägers durch ein Armband angelegt wird, das eine freiliegende zweite Elektrode aufweist, die ohne Berührung mit dem Handgelenk und von der ersten Elektrode elektrisch isoliert angeordnet ist, daß die erste und zweite Elektrode mit einer Einrichtung zur Verarbeitung bioelektrischer Signale der Elektroden und zur Messung der Herzaktivität zusammengeschaltet wird, daß der Träger danach die zweite Elektrode mit wenigstens einem Finger der anderen Hand berührt, um den elektrischen Kreis zu schließen, so daß die erste Elektrode direkt mit einem Körperglied auf einer Seite der elektrischen Achse des Herzens und die zweite Elektrode mit einem Körperteil auf der anderen Seite der elektrischen Achse des Herzens elektrisch in Berührung steht.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Verarbeitung bioelektrischer Signale dieser Elektroden eine Einrichtung zur Erzeugung einer visuellen Anzeige der Herz-

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schlagfrequenz aufweist, so daß bei Berührung der zweiten Elektrode mit wenigstens einem Finger der anderen Hand der elektrische Kreis geschlossen, ein für die Herzschlagfrequenz charakteristisches Signal erzeugt und dieses Signal visuell angezeigt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührung der zweiten Elektrode mit wenigstens einem Finger der anderen Hand die Stillegung der Hände relativ zueinander umfaßt, so daß künstliche Vorgänge, die sonst durch die Handbewegung erzeugt werden könnten, vermieden werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Berührung der zweiten Elektrode das feste Ergreifen des Armbandes zwischen zwei Fingern der anderen Hand umfaßt, um die Finger mit der zweiten Elektrode in festen elektrischen Kontakt zu bringen und gleichzeitig die erste Elektrode mit dem Handgelenk der anderer Hand in festen elektrischen Kontakt zu bringen.

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