Bei einem Pulsoximeter handelt es sich um ein Gerät, dass zwar leicht zu bedienen aber schwer zu begreifenden ist. Noch schwieriger ist es dieses herzustellen. In einem Pulsoximeter verrichten verschiedene Arten von elektronischen Komponenten ihren Dienst:

• Die optische Komponente des Sensors: zwei oder mehrere LEDs (emittieren verschiedene Lichtspektren) und ein Fotosensor (sensibel gegenüber allen benutzten Spektren)
• Ein digitaler Mikroprozessor (µP) teilt den LEDs mit wann, wie lange und mit welcher Intensität diese ihr Licht in die Haut abstrahlen.
• Analoge Komponenten zur Konvertierung der niedrigen Fotospannung, abgegeben von dem Lichtsensor, in ein Spannungssignal welches von weiteren Komponenten benutzt werden kann.
• Ein Analog-Digital-Konverter (ADC) mit hoher Genauigkeit ermöglicht das Erkennen des gesamten empfangenen Lichts, sowie eines kleinen darauf modulierten Signals. Dieses kleine Signal nennt man Modulationstiefe und hat ein Verhältnis in der Größe von 1/1000. Entsprechend muss das optische Signal mit einer Auflösung von ungefähr 1/1000‘000 (=20 Bit im besten Fall) analysiert werden. Normalerweise ist es nicht einfach die volle Auflösung eines ADC zu verwenden. Die Aufgabe des ADC ist es die mehrfarbigen lichtabhängigen Spannungssignale in einen Strom digitaler Informationen (Nullen und Einsen) zu konvertieren. Dieser kann entweder parallel oder, wie in den meisten Fällen, ein serieller Strom sein.
• Ein digitaler Mikroprozessor – meistens derselbe wie oben – der den Strom digitaler Informationen, welche der ADC so flüssig konvertiert hat, den Zeiteinheiten der blinkenden LEDs zuordnet. So ist es letztendlich möglich die folgenden biologischen Daten zu messen:
  • Informationen über die Absorption der Haut
  • und ihrer biologischen Komponenten
  • Hauptsächlich die pulsierenden Arterien -- Herzfrequenz
  • Besonders die Absorptionsinfomation der pulsierenden Arterien, die von Hämoglobin transportierenden Erythrozyten durchströmt werden, gemessen in zwei disjunkten Lichtspektren -- Sauerstoffsättigung

Unser Ziel ist es die Herzfrequenz und die arterielle Sauerstoffsättigung auf eine spezielle Weise zu messen, sodass folgende Überwachung möglich ist:

• kontinuierlich
• nichtinvasiv
• mobil – Menschen während ihrer normalen (oder auch leicht riskanten) Arbeit, im Training, während Rehabilitationsmaßnahmen oder einfach nur zu Hause.
• unauffällig – das bedeutet, der Sensor ist gut versteckt. Z.B. schwer zu erkennen um zu vermeiden für krank oder behindert gehalten zu werden.

Diese innovative Überwachung ist die Antwort auf eine ganze Menge wichtiger Fragen der Diagnostik:

• ob die Luftzusammensetzung in Ordnung ist (dies kann sehr verschieden sein in speziellen Umgebungen in denen sich die Zusammensetzung der eingeatmeten Luft verändert) Operation / Anästhesie, In der Nähe eines Feuers
• ob der Sauerstoffpartialdruck in Ordnung ist ?Problem des Drucks oder der Höhe z.B.: (Extrem-)Bergsteigen Fliegen (Helikopter, Ultraleicht oder Bomber) Tauchen mit oder ohne Sauerstoffflasche
• ob der Lungenkreislauf in Ordnung ist. Z.B. Lungenödem / obstruktive Krankheiten (COPD Asthma)
• Überwachung einer Schlafapnoe
• ob das Herz (inklusive der Herzklappen) eine ausreichende Pumpleistung erbringen
• ob der Herzrhythmus in Ordnung ist und die Herzfrequenz kontinuierlich

Pulse oximetry is a very easy to use but difficult to understand device and even more hard to build. Inside a pulse oximeter several species of electronic parts do their work:

• The optical components of the sensor: two or more LEDs (emitting different light spectra) and a photo sensor (sensitive to all spectra in use).
• A digital micro-processor (µP) which tells the LEDs when and how long and with which intensity to flash it’s light into the tissue.
• Analog components to convert the small photo-current derived by the light sensor into a voltage-signal that can be handled by further electronic components.
• An analog to digital converter (ADC) of quite some precision to allow the detection of both, the entire light received and a small modulated signal on top of it. This small signal on top of the big one is called modulation depth and has a ratio of as small as 1/1000. Accordingly the optic signals need to be analyzed with a resolution of about 1/1000’000 (=20 bit best case). Usually it is not easy to actually use the full resolution of an ADC. It is the job of the ADC to convert the multi-color light-related voltage-signals into a stream of digital information (zeros and ones), either as a parallel or (more often) a serial data stream.
• A digital micro-processor (µP) – the same as above usually - which links the stream of digital information so fluently converted by the ADC to the time slices of flashing LEDs so that it is finally possible to measure the following biological data:
  • absorption information of the tissue
  • and its biological components within
  • mainly the pulsating arterioles -- heart rate
  • especially the absorption information of the pulsating arterioles being passed by hemoglobin carrying erythrocytes measured in two distinct light spectra -- oxygen saturation

Our goal is to measure the heart rate and the arterial oxygen saturation in a very special way so that we monitor:

• continuously and
• noninvasively and
• in mobile people during their normal (or a somewhat risky) work or during exercise, working out or simply being at home or being in a rehabilitation measure and
• unobtrusively that’s to say that the sensor is well hidden, i.e. hard to realize in order to avoid to appear sick or handicapped

This innovative monitoring helps answering a whole bunch of important diagnostic questions:

• whether the air composition is o.k. (this can be quite different in special environments changing the componsition of air components to be breathed) e.g. surgery / anethseia, next to a fire
• whether the oxygen partial pressure is sufficient -- problem of pressure or hight e.g.: (extreme) mountain climbing,flying (helicopter or hang-glider or bombers),scuba diving / apnoe diving
• whether the respiratory system is o.k. e.g. lung edema / obstructive diseases (COPD asthma)
• sleep apnea screening
• whether the heart (including valves) provides a sufficient pump-function
• whether the heart is rhythmic plus the heart rate on a continuous basis