Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Pulsmesser am Finger oder Ohr


von Günter H. (guenterh)


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Hallo,

bovor ich das nun schreibe habe ich schon ausführlich recherchiert, auch 
hier im Forum doch nicht das gefunden was ich suche.

Ich möchte den Puls mit einem Fingersensor oder auch am Ohr erfasssen. 
Ich habe zwar Projekte gefunden doch ohne Hinweise welche Bauteile 
verwendet wurden.

In der Regel ist es ein IR-Sender und ein IR-Empfänger der daneben 
sitzt. Hat jemand von euch so etwas schon gemacht? Das ganze möchte ich 
dann filtern und mit einem ATMega verarbeiten. Mir geht es um eine 
ziemlich exakte Messung des Pulses, genauer gesagt um den RR-Interval. 
Umsetzten möchte ich damit ein HRV-Feedback...

Kann mir jemand einen Tip geben.

Danke

von foo (Gast)


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Günter H. schrieb:
> In der Regel ist es ein IR-Sender und ein IR-Empfänger der daneben
> sitzt

Nein, die ersten Pulsoximeter arbeiteten mit gewöhnlichen roten 650nm 
LED.
Weil dabei noch diverse Störungen auftreten können, wird mittlerweile 
auf bis zu sieben verschiedenen Wellenlängen gleichzeitig gemessen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Pulsoxymetrie

von Wolle G. (wolleg)


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Günter H. schrieb:
> Mir geht es um eine
> ziemlich exakte Messung des Pulses, genauer gesagt um den RR-Interval.

Was hält Dich davon ab, den R-Zackenabstand aus den elektischen Impulsen 
abzuleiten?

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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Günter H. schrieb:
> In der Regel ist es ein IR-Sender und ein IR-Empfänger der daneben
> sitzt. Hat jemand von euch so etwas schon gemacht? Das ganze möchte ich
> dann filtern und mit einem ATMega verarbeiten. Mir geht es um eine
> ziemlich exakte Messung des Pulses, genauer gesagt um den RR-Interval.
> Umsetzten möchte ich damit ein HRV-Feedback...

Nimm Dir halt eine LED, eine Photodiode, einen Opamp (TIA) und ein 
Oszilloskop und probiere es aus.

Die Hauptschwierigkeit wird erst einmal sein, das Hintergrundsignal zu 
eliminieren. Das kann man z.B. über eine gepulste Messung machen.

Übrigens gibt es fertige ICs für etwas. Suche mal bei TI.

Wenn das Funktioniert, kannst Du Dir überlegen, wie Du 
Bewegungsartefakte beseitigst. Dafür wirst Du einiges an Software 
benötigen. Eine zuverlässige und Dauerhafte HRV-Messung ist nicht 
trivial.

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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foo schrieb:
> Nein, die ersten Pulsoximeter arbeiteten mit gewöhnlichen roten 650nm
> LED.

Pulsoximetrie benötigt immer mindestens zwei Wellenlängen. Üblicherweise 
rot und IR.

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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von Günter H. (guenterh)


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Dr. N. Rokpop schrieb:
> foo schrieb:
>> Nein, die ersten Pulsoximeter arbeiteten mit gewöhnlichen roten 650nm
>> LED.
>
> Pulsoximetrie benötigt immer mindestens zwei Wellenlängen. Üblicherweise
> rot und IR.

Ich habe Anleitungen gefunden die mit nur einer LED als Sender und einer 
Photodiode als Empfänger arbeiten. Ich bin jetzt dem Hinweis 
nachgegangen das hier zwei LEDs notwendig sind und auf diese Erklärung 
gestoßen:
http://www.oximetry.org/pulseox/principles.htm

von Günter H. (guenterh)


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Dr. N. Rokpop schrieb:
> http://www.ti.com/product/afe4400/description

Danke für den Link. Ich habe mir den Chip angeschaut und das scheint ein 
guter Lösungsansatz zu sein. Mir kommt es jedoch vor als würde ich mit 
dem IC sozusagen mit Kanonen auf Spatzen schießen. Der Chip kostet ca. 
15€. Gibt es da noch etwas einfacheres? Noch eine Frage, was genau 
meinst du mit Bewegunsartefakte?

von Günter H. (guenterh)


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wolle g. schrieb:
> Was hält Dich davon ab, den R-Zackenabstand aus den elektischen Impulsen
> abzuleiten?

Nichts. Es kann auch mit elektrischen Impulsen gemessen werden. Wichtig 
wäre mir eine einfach anwendung in der Praxis. Müssen erst mal 
Elektroden geklebt werden ist das schon nicht so optimal. Einfacher ist 
es einen Finger auf einen Sensor zu legen oder einen Clip am Ohr zu 
befestigen.

von Crazy Harry (crazy_h)


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Günter H. schrieb:
> Dr. N. Rokpop schrieb:
> http://www.ti.com/product/afe4400/description
>
> Danke für den Link. Ich habe mir den Chip angeschaut und das scheint ein
> guter Lösungsansatz zu sein. Mir kommt es jedoch vor als würde ich mit
> dem IC sozusagen mit Kanonen auf Spatzen schießen. Der Chip kostet ca.
> 15€. Gibt es da noch etwas einfacheres? Noch eine Frage, was genau
> meinst du mit Bewegunsartefakte?

Von TI bekommt man sehr schnell und einfach kostenlose Samples ;o)

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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Günter H. schrieb:
> Ich habe Anleitungen gefunden die mit nur einer LED als Sender und einer
> Photodiode als Empfänger arbeiten. Ich bin jetzt dem Hinweis

Pulsmessung (Photopletysmographie): Eine Wellenlänge reicht
Blutsauerstoff+Puls (Pulsoximetrie): Mindestens zwei Wellenlängen

Günter H. schrieb:
> Danke für den Link. Ich habe mir den Chip angeschaut und das scheint ein
> guter Lösungsansatz zu sein. Mir kommt es jedoch vor als würde ich mit
> dem IC sozusagen mit Kanonen auf Spatzen schießen. Der Chip kostet ca.

Wenn Du eine gute Messung haben willst, solltest Du auch auch eine 
qualitativ hochwertige Lösung einsetzen. Die Alternative wäre, es mit 
einem MCU und OPAMP selbst aufzubauen.

Günter H. schrieb:
> Noch eine Frage, was genau meinst du mit Bewegunsartefakte?

Menschen tendieren dazu sich zu bewegen. Dadurch ändern sich die 
Messstrecke, was Signalhöhe und Hintergrund beeinflusst.

von Mike (Gast)


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Crazy H. schrieb:
> Von TI bekommt man sehr schnell und einfach kostenlose Samples ;o)

So, so
Beitrag "TI schickt keine Samples mehr an Privat"

Günter H. schrieb:
> Mir kommt es jedoch vor als würde ich mit dem IC sozusagen mit Kanonen
> auf Spatzen schießen. Der Chip kostet ca. 15€.

Um den Referenzkanal wirst du nicht drum rum kommen und dann rechne mal 
aus, wie lange du daran rumbastelst. Keine Ahnung, was dir eine 
Hobbybastelstunde Wert ist...

Um den Chip für 15€ zu finden, muss man schon etwas suchen. Bei Digikey 
oder Mouser kostet der AFE4400 als Einzelstück die Hälfte und 
Sammelbestellungen gibt es oft im Markt Forumsteil.
http://www.digikey.de/product-detail/de/AFE4400RHAT/296-36191-1-ND/4156719
http://www.mouser.de/ProductDetail/Texas-Instruments/AFE4400RHAT/?qs=sGAEpiMZZMstUSIbdhr%2f%252bT5t8LQJkAs8

von Günter H. (guenterh)


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Dr. N. Rokpop schrieb:
> Pulsmessung (Photopletysmographie): Eine Wellenlänge reicht
> Blutsauerstoff+Puls (Pulsoximetrie): Mindestens zwei Wellenlängen

Das ist eben die Frage ob es nicht reicht den Puls zeitlich exakt zu 
messen. Genauer die Herzratenvariabilität. Es gibt zwar einige Geräte 
auf dem Markt doch die meisten dienen dem Sport, weniger dem Feedback. 
Bei den Geräten, eines hab ich daheim, ist nur ein Sender (LED) und ein 
Empfänger verbaut.

> Wenn Du eine gute Messung haben willst, solltest Du auch auch eine
> qualitativ hochwertige Lösung einsetzen. Die Alternative wäre, es mit
> einem MCU und OPAMP selbst aufzubauen.

In dem Zusammenhang ist mir (noch) nicht ganz klar wie gut die Messung 
sein muss damit das Gerät funktioniert. Es geht ja nicht direkt um eine 
med. Anwendung.

> Menschen tendieren dazu sich zu bewegen. Dadurch ändern sich die
> Messstrecke, was Signalhöhe und Hintergrund beeinflusst.

Ok. Verstanden.

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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Günter H. schrieb:
> Dr. N. Rokpop schrieb:
>> Pulsmessung (Photopletysmographie): Eine Wellenlänge reicht
>> Blutsauerstoff+Puls (Pulsoximetrie): Mindestens zwei Wellenlängen
>
> Das ist eben die Frage ob es nicht reicht den Puls zeitlich exakt zu
> messen. Genauer die Herzratenvariabilität. Es gibt zwar einige Geräte

Reicht für was?

> auf dem Markt doch die meisten dienen dem Sport, weniger dem Feedback.
> Bei den Geräten, eines hab ich daheim, ist nur ein Sender (LED) und ein
> Empfänger verbaut.

Doch, die gibt es. Allerdings für den Medizinbereich.

von Crazy Harry (crazy_h)


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Mike schrieb:
> Crazy H. schrieb:
> Von TI bekommt man sehr schnell und einfach kostenlose Samples ;o)
>
> So, so
> Beitrag "TI schickt keine Samples mehr an Privat"...

Deswegen hab ich auch erst vor ca. 4 Wochen welche bekommen ?

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Ich habe den Thread mal abonniert, da ich sowas auch brauche. Ein Clip 
am Ohrläppchen mit einem kleinen Sender, z.B. den hier:

http://www.aliexpress.com/snapshot/6269895439.html

7€ für einen TI-Chip finde ich allerdings auch ziemlich teuer. Mehrere 
Wellenlängen sollten helfen, die "Hintergrundeffekte" leicht 
identifizieren und herausfiltern zu können.

von ooo (Gast)


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Setzt doch einfach für eine "Bastlerstunde" mal 10 EUR an. Macht diese 
Schnäppchenjagd dann wirklich Sinn? Oder ist das hier ein 
Hausfrauenforum?

von Christian L. (cyan)


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Crazy H. schrieb:
> Deswegen hab ich auch erst vor ca. 4 Wochen welche bekommen ?

Du hast schon gesehen, dass das erst seit ein paar Tagen so ist, oder?

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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ooo schrieb:
> Setzt doch einfach für eine "Bastlerstunde" mal 10 EUR an.

Der Weg ist das Ziel. Einen Schal kann man selbst stricken oder billiger 
fertig kaufen. Wolle wird immer noch verkauft. Komisch!

Die Diskussion führt zu nix. => nicht beachten.

An dem Beitrag "TI schickt keine Samples mehr an Privat" habe ich mich noch 
nicht beteiligt. Aber VQFN-40 löten macht keinen Spaß. Es würde mich 
daher nicht wundern, wenn viele dieser kostenlosen Samples nie wirklich 
zum Einsatz kommen.

Back-To-Topic: Ich bin weiter an einer einfachen Lösung ohne VQFN-40 
interessiert. Als nächsten Schritt würde ich verschiedene Wellenlängen 
durch das Ohrläppchen schicken (hochfrequent gemultiplext) und mir mal 
den Verlauf der Messwerte anschauen.

von Günter H. (guenterh)


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Dr. N. Rokpop schrieb:
> Reicht für was?
Es geht um das RR-Interval bzw. eine genaue Messung der Schwankung des 
Pulses.
>
> Doch, die gibt es. Allerdings für den Medizinbereich.

Medizinbereich ist relativ. Medizinbereich bedeutet aus meiner Sicht ein 
Arzt oder ein Krankenhaus der ein Profigerät einsetzt. Weniger ein Gerät 
das Anwendern zum Feedback zur Verfügung gestellt wird wie:
http://www.biosign.de/qiu/
http://www.respilex.com/de/unsere-produkte/unsere-produkte
http://www.devonmedicalproducts.com/diagnostic-devices/irelax-personal-stress-management-device/
http://www.heartmath.com/emwave-technology/

Für den Sportbereich gibt es noch einige Produkte und auch Apps. Mir 
geht es aber um Stress-Reduktion, bzw. um Ausgleich.

Die Variabilität die zu messen ist, liegt zwischen 5ms bis 30ms.
http://www.hrv24.de/HRV-Fragen.htm

von Günter H. (guenterh)


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Torsten C. schrieb:
> Back-To-Topic: Ich bin weiter an einer einfachen Lösung ohne VQFN-40
> interessiert. Als nächsten Schritt würde ich verschiedene Wellenlängen
> durch das Ohrläppchen schicken (hochfrequent gemultiplext) und mir mal
> den Verlauf der Messwerte anschauen.

Ich bin eben auch an einer einfachen Lösung interessiert. Wie gesagt 
habe ich einige Projekte gefunden, die allerdings nur mit einer 
Sende-Diode funktionieren. Auch ein Gerät für HRV das ich vor 10 Jahren 
mal gekauft habe hat nur eine Sende-Diode. Wenn es jemanden interessiert 
kann ich mal die gefundene Projekte posten.

von Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite


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Günter H. schrieb:
> Wie gesagt
> habe ich einige Projekte gefunden, die allerdings nur mit einer
> Sende-Diode funktionieren.

Ja. Wenn man die dahinter stehende vermutlich sehr komplexe Software 
irgendwo "geschenkt bekommt", sicher gut und einfach.

Ich bin (rein aus dem Bauch heraus) der Überzeugung, dass eine Lösung 
mit 2 oder 3 Wellenlängen (kann ja vielleicht über den gleichen 
breitbandigen Empfänger gehen) schneller zu entwickeln ist und am Ende 
zuverlässiger funktioniert. Der Mehraufwand für weitere Wellenlängen 
hält sich ja sehr in Grenzen.

von Dr. N. Rokpop (Gast)


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Günter H. schrieb:
> Medizinbereich ist relativ. Medizinbereich bedeutet aus meiner Sicht ein
> Arzt oder ein Krankenhaus der ein Profigerät einsetzt. Weniger ein Gerät
> das Anwendern zum Feedback zur Verfügung gestellt wird wie:
> ...

Interessant. Die kannte ich noch gar nicht.

Günter H. schrieb:
> Die Variabilität die zu messen ist, liegt zwischen 5ms bis 30ms.
> http://www.hrv24.de/HRV-Fragen.htm

Dann muss mal also mit mindestens 1kHz samplen.

Günter H. schrieb:
> Ich bin eben auch an einer einfachen Lösung interessiert. Wie gesagt
> habe ich einige Projekte gefunden, die allerdings nur mit einer
> Sende-Diode funktionieren. Auch ein Gerät für HRV das ich vor 10 Jahren
> mal gekauft habe hat nur eine Sende-Diode.

Wie gesagt, für die PPG, bzw. HRV-Messung reicht eine Wellenlänge. Ich 
würde es einfach mit einer roten LED und einer größeren Photodiode 
probieren (BPS34S), und dann die Transmission am Finger messen. Die Haut 
ist im roten und infraroten Bereich relativ transparent, so dass man 
hier gut Transmissionsmessungen machen kann. (Kann man mit einer 
Taschenlampe schnell verifizieren).

Wie man einen TIA baut, findet man hier:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Lichtsensor_/_Helligkeitssensor

Für solche Anwendungen scheint sich auch der PSoC gut zu eignen. Es gibt 
im Netz ein haufen Paper über PPG-Implementationen auf einem PSoC.

Torsten C. schrieb:
> Ich bin (rein aus dem Bauch heraus) der Überzeugung, dass eine Lösung
> mit 2 oder 3 Wellenlängen (kann ja vielleicht über den gleichen
> breitbandigen Empfänger gehen) schneller zu entwickeln ist und am Ende
> zuverlässiger funktioniert. Der Mehraufwand für weitere Wellenlängen
> hält sich ja sehr in Grenzen.

Soso..

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