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Vorrichtung zur Messung und Überwachung der Herztätigkeit.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur ständigen Kontrolle des Blutdruckes, gegebenenfalls unter gleichzeitiger Messung der Pulsfrequenz und Pulsschlagstärke. Eine solche
Kontrolle ist insbesondere bei chirurgischen Eingriffen von grösster Bedeutung, um bei gefahrdrohenden
Blutdrucksenkungen sofort die erforderlichen, oft lebensrettenden Massnahmen treffen zu können.
Die Messung des Butdruckes erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer am Oberarm angelegten Kompression- manschette, die durch eine Handpumpe aufgepumpt wird und mit einem Manometer in Verbindung steht. Das Aussetzen des Pulses am Handgelenk desselben Armes ist ein Zeichen dafür, dass der Druck in der Manschette gleich oder grösser ist als der Druck des Blutes in den zusammengepressten Blutgefässen.
Das Abfühlen des Pulses mit dem Finger ist aber oft schwierig und erfordert bei Operationen eine eigene geschulte Kraft nur für die Pulskontrolle. Es ist schon vorgeschlagen worden, den Puls, z. B. am Handgelenk, durch ein Mikrophon abzunehmen und über einen Verstärker einem Lautsprecher zuzuführen. Dabei treten aber Schwierigkeiten auf, da das Mikrophon alle Störgeräusche und auch die verstärkten, vom Lautsprecher ausgestrahlten Pulssehläge aufnimmt, wodurch leicht eine akustische Rückkopplung zustandekommt und ein Heulen auftritt.
Es ist ferner vorgeschlagen worden, eine mit einem Manometer und einer motorisch angetriebenen Pumpe verbundene Kompressionsmanschette an den Oberarm zu legen, den Pulsschlag durch ein darunter in der Armbeuge angelegtes Mikrophon aufzunehmen, zu verstärken und die verstärkten Impulse im Verein mit einem Uhrschalter zum periodischen Ein-und Ausschalten des Pumpenmotors zu verwenden. Beim Ausbleiben des Pulses steigt bei dieser bekannten Vorrichtung (D. R. P. Nr. 512430) infolge Weiterarbeitens der Pumpe der Druck in der Manschette, bis ein Alarmstromkreis geschlossen wird.
Diese Einrichtung ist aber äusserst verwickelt und weist ausser den Unzulänglichkeiten aller mit Mikrophone zur Pulsabnahme arbeitenden Einrichtungen insbesondere den Nachteil auf, dass die motorisch angetriebene Pumpe, die beim Ausbleiben des Pulses immer weiter arbeitet, den Druck in der Manschette in gefahrdrohender Weise steigert, wenn nicht weitere komplizierte Sicherungen vorgesehen werden.
Diese Nachteile werden durch die Erfindung behoben. Es werden zwei Kompressionsmanschetten verwendet werden, von denen die erste, z. B. am Oberarm angelegte, einen gemessenen Druck erhält, während die zweite an einem Blutgefäss, z. B. an der Arterie am Handgelenk, angelegt ist und ungefähr denselben Druck oder einen etwas tieferen oder höheren Druck erhält. Der Pulsschlag in diesem Blutgefäss, der durch Aufpumpen der ersten Manschette unterbunden werden kann, bewirkt Volums- änderungen des Blutgefässes und des ganzen umliegenden Gewebes und erzeugt Luftdruckschwankungen in der zweiten Manschette, die auf pneumatischem Wege auf eine Manometerkapsel übertragen werden, in der diese Druckschwankungen eine mechanische Bewegung der Manometermembran bewirken.
Gemäss der Erfindung deformieren die Membranbewegungen einen piezo-elektrischen Kristall und werden dadurch in elektrische Impulse umgewandelt, die zur Überwachung des Pulsschlages und der Herztätigkeit dienen.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt schematisch die beiden Kompressionsmanschetten und die pneumatischen Einrichtungen zur Verbindung mit den Mess-und Anzeigeorganen sowie im Schnitt, in schaubildlicher Darstellung die Einrichtung zur Umwandlung der Luftdruekschwankungen in elektrische Impulse. Fig. 2 ist ein Schaltbild der elek-
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des Blutes zu einer Ader, z. B. am Handgelenk, an der die zweite Manschette M angelegt ist, zu unterbinden. Die Kompressionsmanschetten können natürlich auch an andern Körperstellen angelegt werden, wobei die erste Manschette 70 stets näher zum Kreislaufzentrum, die zweite Manschette M mehr gegen die Peripherie des Kreislaufsystems zu anzuordnen ist.
Die beiden Manschetten 70 und il stehen durch je einen Schlauch 72,73 mit je einem Leitungssystem in Verbindung. Die Schläuche 72, z können gewöhnliche dünne, sterilisierbare Gummischläuehe sein und beträchtliche Länge (bis zirka 20 111) haben, so dass die Verwendung des Gerätes im Krankenzimmer und im Operationssaal in sehr bequemer aseptischer Weise erfolgen kann. Das an die erste Manschette 70 angeschlossene Leitungssystem steht mit einem Manometer 75 und zweckmässig mit einem Windkessel 74 in Verbindung. Letzterer dient dazu, um kleine Druckschwankungen beim Zusammendrücken des Schlauches 72, insbesondere aber der Luftdruckmanschette 70, unschädlich zu machen.
Das Manometer 75 zeigt den Blutdruck oder seinen unteren Grenzwert an und hat eine grosse Skala, in deren Blickfeld die Skalen von weiteren Messinstrumenten für die charakteristischen Grössen des Pulses angeordnet sind. Dieses kombinierte Anzeigeinstrument ist zweckmässig auf einem Ständer angeordnet und wird so aufgestellt, dass der Operateur dasselbe leicht überblicken kann, um sieh mit einem Blick von dem Zustand der Herzfunktion des Patienten zu überzeugen.
Die zweite Manschette 7j ! ist über den Schlauch 73 und das Leitungssystem 80 mit einer 1Iano- meterkapsel 81 verbunden, die mit einer elastischen Membran 82 versehen ist. Beide Leitungssysteme können durch den Umschalthahn 77 (Dreiweghahn) oder durch analoge Ventile abwechselnd mit einer Pumpe 78 oder einem Druckluftspeicher und durch den Hahn 76 mit der Atmosphäre verbunden werden.
Im Betrieb wird mittels der Handpumpe 78 nach entsprechender Umstellung des Dreiweghahnes 77 zunächst die Manschette 71 mit den angeschlossenen Leitungen 73 und 80 und der Manometer-
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schwankungen in der Manschette 71 erzeugt, die sich durch die Leitungen 7. 3, 80 zur Manometer- kapsel 81 fortpflanzen und dem Pulsschlag analoge mechanische Schwingungen der Membran < S'' hervorrufen. Um diese Bewegungen in elektrische Impulse umzuwandeln, kann ein Mikrophon irgendeiner bekannten Bauart und Schaltung dienen, z. B. ein Kondensatormikrophon oder ein Kohledruckkontakt. Als besonders geeignet hat sich jedoch ein piezo-elektriseher Kristall, z. B. aus Seignettesalz. erwiesen, der durch die Membranbewegung deformiert wird und beträchtliche elektrische Spannungen erzeugt.
Dieser Kristall ist aber ziemlich leicht zerbrechlich und empfindlich und daher in einem neuartigen Halter gelagert, der jede Beschädigung verhindert und später genau beschrieben werden wird, ebenso wie die weitere Verwertung der erzeugten elektrischen Impulse zur direkten Anzeige aller wichtigen charakteristischen Grössen des Pulsschlages.
Zur Messung des Blutdruckes wird die Manschette 70 bei entsprechender Stellung der Hähne aufgepumpt, bis der Pulsschlag aussetzt, d. h. keine elektrischen Impulse mehr bemerkbar sind. Der Blutdruck kann dann an der Skala des Manometers 75 abgelesen werden. Während der Operation wird zweckmässig der Luftdruck in 70 um einen bestimmten Wert, z. B. 10 filin, niedriger gehalten, so dass die Impulse wieder einsetzen. Sinkt der Blutdruck unter diesen Wert, so setzen die Impulse wieder aus und nach einer gewissen Zeitverzögerung wird in später genau zu beschreibender Weise ein Alarmsignal gegeben. Gleichzeitig mit diesem Alarmsignal kann auch ein Luftauslassventil geöffnet werden, das ein langsames Sinken des Druckes in 70 bewirkt, bis die Impulse wieder einsetzen.
Die Halterung des Kristalles 1 erfolgt durch eine Klammer 86, die ihrerseits in einem Block J gelagert ist. Dieser ist mittels Drehzapfen 84 in zwei Fortsätzen am Manometergehäuse 81 schwenkbar gelagert. Diese Schwenkung kann erfindungsgemäss nur unter Überwindung einer gewissen Reibung erfolgen, die von der Feder 87, die mittels der Schraube 88 einstellbar ist, hervorgerufen wird. Diese Reibung schafft gewissermassen ein Widerlager für den Kristall 1, das an seiner Spitze durch den an der Membran befestigten Stift 83 angestossen wird. Gegen diesen Stift wird das Kristall durch eine Feder 90 gedrückt, die so gespannt ist, dass sie die Reibungskraft gerade überwinden kann.
Zur Regelung dieser Feder ist eine Spannvorrichtung 91 beliebiger Bauart vorgesehen. Sollte durch starkes Senken des Blutdruckes auch eine Senkung der Kompression in der Manschette 71 notwendig werden, so ver- ändert der Übertragungsstift 83 der Membrane 82 seine Lage. Durch die eben beschriebene Konstruktion folgt erfindungsgemäss unter Einwirkung der Feder 90 der Kristall dem Stift 83 nach und bleibt dauernd mit dem Stift 83 in Berührung. Es haben somit Lagenveränderungen des Stiftes 83 in bezug auf den Kristall keinen Einfluss, da dieser mit dem Stift niemals ausser Eingriff gelangen kann. Die Schraube 92 mit dem Griffknopf 93 gestattet es, den Kristall, z.
B. beim Transport, von dem Stift 83 abzuheben, doch kann das Kristall nicht von Hand aus, sondern nur durch die Feder 90 an den Stift 88 angedrückt werden, so dass ein Zerbrechen des Kristalles auch bei unachtsamer Behandlung nicht möglich ist.
Wie Fig. 2 zeigt, liegt parallel zu den am Kristall 1 anliegenden Elektroden ein sehr hoher Ab- leitwidersta. nd 2 von zirka 20 Megohm. Kristall und Ableitwiderstand sind einerseits mit dem Potentiometer 3 verbunden, das die Vorspannungsbatterie 4 (zirka 4 Volt), die an der Kathode der ersten Röhre 6 liegt, Überbrückt und durch den Schalter 5 bei Nichtgebrauch des Apparates abgeschaltet
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Diese ist zweckmässig eine möglichst gasfreie sogenannte Hockfrequenzpentode mit indirekt geheizter Kathode und oben am Glasballon herausgeführtem gut isoliertem Gitter.
In ihrem Anodenkreis liegen die kurzgeschlossenen Klemmen 7 für ein Messinstrument und der Arbeitswiderstand . Die an diesem Widerstand auftretende Spannung wird über den Stabilisierungswiderstand 9 in direkter Kopplung dem Gitter der zweiten Röhre 10 zugeführt. Diese ist eine direkt geheizte Endpentode, wie sie sonst
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richtige negative Gittervorspannung der Röhre 10, die als Richtverstärker arbeitet, zu erhalten. Die Spannungen werden durch einen niederohmigen Spannungsteiler oder in ökonomischerer und sicherer Weise durch den Glimmstrecken-Spannungsteiler. 31 konstant gehalten, der über den Vollweg-Gleieh- richter 36 und über Siebeinrichtungen (Kondensatoren. 3. 3,. 32 und Siebwiderstand : 34) vom Trans- formator 35 gespeist wird.
Im Anodenkreis der Röhre 10 liegt der Begrenzungswiderstand 11, die durch den Kondensator 16 überbrückte Relaisspule 17 und ein Milliamperemeter mit den Klemmen 14.
Der Spannungsabfall an 17 und diesem Instrument wird zum Betrieb einer Glimmlampe an den Klemmen 15 verwendet. In Fig. 1 ist die Anordnung dieses Instrumentes und der Glimmlampe und ihrer mit den gleichbezifferten Klemmen in Fig. 2 verbundenen Anschlüsse zu erkennen.
Im Betrieb erzeugt jeder Pulsschlag einen elektrischen Impuls am Kristall 1, der auch bei niedrigster Frequenz und schleichendem Verlauf, was z. B. bei älteren und kranken Personen vorkommt, in dem direkt gekuppelten Verstärker 6, 10 verstärkt und gleichgerichtet wird. Bei jedem Pulsschlag leuchtet die Lampe Ja auf, der Zeiger des Instrumentes an sehlägt aus und der Anker des Relais 17 wird angezogen.
Die Glimmlampe 15 dient zur deutlich sichtbaren Anzeige des Pulssehlages und bietet ausserdem den Vorteil, dass der Spannungsabfall am Relais 17 und an dem zwischen den Klemmen 14 angeordneten Instrument stets auf zirka 85 Volt (d. i. die Brennspannung der Glimmlampe) konstant gehalten wird, unabhängig vom Aussteuerungsgrad und vom Anodenstrom der Pentode 10. Das Arbeiten des Relais und der Ausschlag des Instrumentes erfolgt also stets unter den günstigsten Bedingungen.
Die Glimmlampe 15 bietet ferner den Vorteil, dass ein verhältnismässig empfindliches Instrument an die Klemmen 14 angeschlossen werden kann, da dieses durch die Glimmlampe geschützt ist, die bei Einsetzen der Glimmentladung als verhältnismässig niederohmiger Nebenschluss wirkt. Das empfindliche Instrument ermöglicht aber eine leichte und bequeme Justierung des Verstärkers durch Einstellung der Gittervorspannung der Röhren. Der Anodenstrom der Pentode 10 wird durch den Widerstand 11 auf einen gewünschten Wert begrenzt.
Zur direkten Anzeige der Pulsfrequenz wird, wie im Patent Nr. 139637 beschrieben und unter Schutz gestellt ist, bei jedem Relaisspiel ein kleiner Kondensator 18 parallel zu einem grossen Kondensator 19 gelegt, der ständig über den grossen Widerstand 20 an einer mittels des Potentiometers. 30 genau einstellbaren Spannung liegt. Dem Kondensator 19 wird dadurch jedesmal eine gewisse Elektrizitätsmenge entzogen, die durch Kurzschluss des Kondensators 18 beim Rückgang des Relais vernichtet wird. Die Spannung am Kondensator 19 ist daher von der Impulszahl abhängig und wird zur Messung über einen die Pulsationen ausziehenden Widerstand 21 und einen weiteren Relaiskontakt an den Kondensator 22 gelegt, der zwischen Gitter und dem Mittelpunkt des Heizfadenpotentiometers 24 einer Voltmeterröhre liegt.
Im Anodenkreis dieser Röhre liegt das Milliamperemeter mit den Klemmen 25, das direkt in Pulsfrequenz pro Minute geeicht ist (Fig. 1).
Um auch die Schlagstärke des Pulses ständig überwachen zu können, ist der Verstärker mit doppeltem Ausgangskreis versehen. Hiezu können zwei gitterseitig parallel geschaltete Röhren dienen, deren eine anodenseitig auf das Relais arbeitet, während der Anodenkreis der andern Röhre eine Amplitudenmessvorrichtung betätigt.
Günstiger ist es, wie in Fig. 2 dargestellt, das Sehirmgitter der Pentode über einen Widerstand 12 an eine positive Spannung zu legen und den an diesem Widerstand auftretenden, von der Amplitude der Impulse abhängigen Spannungsabfall über einen Gleichrichter (Metallgleichrichter oder Diode. 39) und gegebenenfalls einen Beruhigungswiderstand 38 einem durch einen Widerstand 41 überbrückten Kondensator 40 zuzuführen. Dieser Kondensator 40 ladet sich dann auf die Spitzenspannung der verstärkten Impulse auf und diese Spannung wird durch das Sehlagstärkeinstrument an den Klemmen d4 (Fig. 1) gemessen.
Mittels des Regelwiderstandes 37 kann durch Regelung der Verstärkung der Röhre 10 der Zeiger des Schlagstärkeinstrumentes auf eine bestimmte Marke gestellt werden, so dass jede abnormale Schlagstärke des Herzens sofort sichtbar gemeldet wird.
Um beim Ausbleiben des Pulses infolge einer Senkung des Blutdruckes unter den am Manometer 75 sichtbaren Wert nach einer gewissen Zeitverzögerung ein Signal zu geben, sind am Relais 17 noch zwei Kontakte vorgesehen, die bei jedem Relaisspiel einen durch den Widerstand 26 überbrückten Kondensator 27 an eine Aufladespannung legen. Dieser Komplex 26, 27 liegt zwischen Gitter und Kathode einer weiteren Röhre 28 und sperrt diese durch negative Gitteraufladung solange Impulse auftreten. Setzen diese aus, so wird nach einer gewissen Zeit, je nach der Zeitkonstante von 26, 27,
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Um bei abgeschalteter Schnarre 49 ein Warnsignal zu geben, wird gleichzeitig die Signallampe 47 eingeschaltet.
Die Signallampe 46 brennt ständig und zeigt die Betriebsbereitschaft des Gerätes an.
Um die Messungen von jeder Beeinflussung durch Netzspannungssehwankungen freizumachen, werden die Heizfäden jener Röhren, die gegen Emissionsschwankungen empfindlich sind, das sind insbesondere die Eingangsröhre 6 und die Voltmeterröhre 2. 3, unter Zwischenschaltung eines Eisen-
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mit dem Regelwiderstand. 37), 50 ein Umsehaltwiderstand für verschiedene Netzspannungen.
Das Gerät kann selbstverständlich statt aus dem Wechselstromnetz auch mittels Batterien oder Umformern betrieben werden und sind die dann erforderlichen Abänderungen jedem Fach- manne geläufig.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Messung und Überwachung der Herztätigkeit mit zwei Kompressionsmanschetten, von denen die erste einen gemessenen Druck erhält und derart am Körper angebracht ist, dass sie den Blutzufluss zu einer Ader, an der die zweite Manschette angelegt ist, unterbinden kann, während die zweite Manschette von den beim Blutkreislauf auftretenden Volumsänderungen der Ader beeinflusst wird und mit einer Manometerkapsel in pneumatischer Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungen der Manometermembran einen piezo-elektrisehen Kristall deformieren, der elektrische Impulse erzeugt, die zur Messung und Überwachung des Pulses und Blutdruckes dienen.