Pulsoximeter

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Zielformulierung

Wir wollten nach dem theoretischen 6. Lehrplansemester, in dem wir die meisten medizinischen Vorlesungen unserer Vertiefungsrichtung gehört hatten, selbst eine funktionierende Schaltung aufbauen mit der ein biomedizinisches Körpersignal gemessen werden kann. Bei der Suche nach einer Projektarbeit mit medizintechnischem Hintergrund sind wir so zunächst auf die Idee gekommen einen Polygraphen zu entwickeln. Umgangssprachlich wird ein Polygraph auch als Lügendetektor bezeichnet. Ein professioneller Polygraph zeichnet mehrere biomedizinische Signale aus dem menschlichen Körper auf. Dazu gehören Pulsfrequenz, Respiration, Pupillenerweiterung und einige andere. Bei einer kriminologischen Anwendung werden diese Körpersignale von einer speziell geschulten Person analysiert. Danach erfolgt die Entscheidung ob die an den Polygraph angeschlossene Person die Wahrheit gesagt oder gelogen hat. Nach einer ersten Besprechung mit unserem Betreuer Professor Dr. Brünig haben wir uns entschlossen die Zielsetzung unseres Projekts zu ändern. Anstelle eines kriminologische Verwendungszweck kam Professor Dr. Brünig die Idee einen "speziellen Lügendetektor" für das Usability Labor zu entwickeln. Damit sollten die emotionale Reaktionen von Probanden auf Videos oder Bilder erfasst werden. Nach einem Gespräch mit Frau Katrin Proschek, der Leiterin des Usability Labors, stellte sich schnell heraus das eine möglichst gute Integration unseres Geräts in die bereits bestehende Laborausstatung eines der obersten Ziele sein mußte.

Grundsätzliches Prinzip

Die Photoplethysmographie ist eine Technik zur optischen Erfassung der Blutmengenänderung im Gewebe. Das Messverfahren arbeitet mit einem Sensor, der auf der Haut angebracht wird. Der Sensor besteht aus einer Lichtquelle und einem Photodetektor. Blutgefäße dehnen sich in Abhängigkeit von den Blutdruckverhältnissen aus oder ziehen sich zusammen. Dies verändert sowohl die Intensität des reflektierten, als auch des transmittierten Lichts. Eine Teil des Lichts wird stetts von Hämoglobin absorbiert. Die Menge des Hämoglobins ist abängig von der Sauerstoffsättigung des Bluts. Durch Messung der Intensitätsänderung des Lichts an der Photodiode kann auf Änderungen der Blutmenge unter dem Sensor geschlossen werden. Bei geringem Gefäßdruck ist der Gefäßdurchmesser kleiner und durch das geringere Blutvolumen das Messgebiet heller. Aus diesem Grund wird mehr Licht reflektiert. Umgekehrt ist bei höherem Gefäßdruck der Durchmesser der Gefäße größer, das Meßgebiet dunkler und die Intensität des reflektierten Lichtes geringer. Das Messgerät mit dem eine photoplethysmographische Messung durchgeführt wird bezeichnet man als Photoplethysmograph.

Aufbau des Pulsoximeters

Das folgende Bild zeigt den Aufbau des Pulsoximeters im Blockschaltbild:

Blockschaltbild.jpg

Dabei erfolgt die Stromversorgung über die Steckdose. Zum Schutz vor Störungen wurde ein 50 Hz Netzfilter integriert. Als Sensor dient eine Angepasste Wäscheklammer, die mit der Sende und Empfangsdiode versehen wurde. Die Ausgabe erfolgt einerseits über eine LED Bar, deren LED's den Puls als Balken anzeigen. Andereseits erfolgt die Ausgabe via USB Schnittstelle an den PC, an dem die Daten angezeigt und aufgezeichnet werden können. Dafür wurde ein Programm in C++ geschrieben.

Hier ist die Schaltung zu sehen:

Photoplethysmograph.jpg


Weitere Einzelheiten zur Funktionsweise entnehmen Sie bitte dem Bericht zur Projektarbeit.


Bilder zum Gerät

Gesamtaufbau1.JPG

Betriebsfertig.JPG

Puls oszi.jpg

Erweiterungsmöglichkeiten

Das Gerät ist so konzipiert, dass es für weitere Projektarbeiten genutzt werden kann. Mit dem im Gerät befindlichen Netzteil können noch weitere Schaltungen versorgt werden. Das Netzteil bietet eine Gleichspannung mit +12V, Masse und -12V Anschluß. Die im Gerät befindliche USB Platine bietet noch 7 weitere Dateneingänge. Somit können noch weitere Messdaten an den Computer gesendet werden. Zum Abspeichern der Daten muss jedoch das Programm ADWandler.exe ggf. angepasst werden.

Alle benötigten Dateien, sowie der Quellcode für das Programm ADWandler.exe sind unter den folgenden Links erhältlich:

Dateien zur Projektarbeit

Bericht zur Projektarbeit

Betriebsanleitung

Programme und Treiber