nfrarode hartslagmeter/zuurstofmeter Jan Genoe KHLim Versie: donderdag maart 000 1
Basis idee van de eenvoudige hartslagmeter Licht uitgezonden door een rode of infrarode LED wordt in beperkte mate doorgelaten door ons weefsel en onze bloedvaten. De hoeveelheid doorgelaten rood licht daalt als de ader uitzet onder invloed van onze hartslag Aan de andere kant van het lichaamsdeel wordt het door deze LED uitgezonden licht opgevangen door een fotodetector. Het tijdsverschil tussen de pieken in deze opgevangen intensiteit bepaalt de hartslag. Typische lichaamsdelen die voor deze hartslagmeting gebruik worden zijn:» vinger» oorlel» voetje van een baby Er bestaan verschillende implementaties van dit concept, omdat het volgen van de hartslag in vele gevallen belangrijk is voor onder andere: een sportman een hartpatiënt een baby Er bestaan zelfs kermisattracties die je hartslag meten op basis van dit schema en dit gebruiken "bepalen" hoe verliefd iemand is. Als je weet hoe dit werkt kan je dit ook manipuleren. Referenties [1] Optische hartslagmeter, Elektuur juni 1996, pg 4 [] hartslagmeter, Elektuur juli 1986, pg 18 Versie: donderdag maart 000
Uitwerking basisschema De LED wordt constant aangestuurd De stroom van de fotodiode wordt gemeten (omgezet in een spanning) en een digitaal signaal van gemaakt. Gemiddelde waarde door een RC laagdoorlaatfilter Een comparator met deze gemiddelde waarde Het digitale signaal wordt gedurende 1 minuut geteld counter nodig referentieklok 1 minuut nodig Hartslag wordt weergegeven op een seven segment display. Dit systeem update de hartslag maar 1 maal per minuut. Er zijn een aantal mogelijke alternatieven om dit te verbeteren: - Meerdere 1 minuut counters in parallel laten lopen (bv 6 counters, elke counter start om de 10 seconden) - Deel van een minuut tellen en vermenigvuldigen. (steeds een veelvoud van de vermenigvuldiger) - tijd tussen slagen tellen en dit omrekenen naar een hartslag Versie: donderdag maart 000 3
Verfijndere uitwerking Deze methode laat ook toe het zuurstofgehalte in het bloed te bepalen. Een voldoende hoeveelheid zuurstof in het bloed is nog belangrijker dan de hartslag We gebruiken LEDs en een fotodetector met O Het is belangrijk dat het bloed voldoende snel in het lichaam wordt rondgevoerd, maar het is minstens even belangrijk voor het goed functioneren dat dit bloed ook voldoende rijk is aan zuurstof. Dit kunnen we meten door de detector afwisselend te belichten met een rode en een infrarode LED. Het hemoglobine absorbeert op een andere manier het licht van beide lichtbronnen als het zuurstof transporteert. Versie: donderdag maart 000 4
Werking van de zuurstofgehaltemeter Er wordt een absorptiemeting uitgevoerd met de rode en infrarode LED op het moment dat het volume van het bloed maximaal is. (V 1 ) metingen onmiddellijk na elkaar Er wordt een absorptiemeting uitgevoerd met de rode en infrarode LED op het moment dat het volume van het bloed minimaal is. (V ) metingen onmiddellijk na elkaar met O Versie: donderdag maart 000 5
Vergelijkingen 1R R 1R R ( BR xamrv1 ( 1 AzRV1 ) ( BR xamrv ( 1 AzRV ) ( BR xamrv1 ( 1 AzRV1 ) ( B xa V ( 1 A V ) R mr zr x is de fractie bloed met zuurstof A zr met O A mr A mr A zr Versie: donderdag maart 000 6
1R R 1R R Uitwerking ( ( xa + ( 1 A )( V V )) mr ( ( xa + ( 1 A )( V V )) mr zr zr x = 1 1 A stel: mr A 1 mr = ln mr = ln mr R R 1R R ( A A ) mr ( A A ) mr zr mr zr zr zr mr A zr met O A mr A mr A zr Versie: donderdag maart 000 7