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Einrichtung zur Untersuchung und Registrierung der Herzfunktion oder von langsamen Bewegungsvorgängen in anderen Organen des menschlichen oder tierischen Körpers
Es sind bereits Elektrokardiographen zur Untersuchung und Registrierung der Herzfunktion bekannt, bei welchen die durch die Arbeit der Herzmuskeln erregten elektrischen Spannungsstösse auf den Leuchtschirm einer Kathodenstrahlröhre oder auf elektromechanische Einrichtungen, z. B. Galvanometer übertragen werden und der zeitliche Ablauf der Spannungen auf einem gleichmässig bewegten Filmband aufgezeichnet wird.
Da bei der Elektrokardiographie die Spitzenwerte der Spannungsunterschiede zwischen den Elektroden nicht mehr als etwa 2-3 mV betragen, ist eine Verstärkereinrichtung von mehreren Stufen nötig, damit diese Spannungsstösse die verhältnismässig wenig empfindliche Registriereinrichtung betätigen können. Bei den bekannten Einrichtungen wird der notwendige Heiz-und Anodenstrom von Batterien geliefert, welche zur Einrichtung gehören. Das hat den Nachteil, dass die Verstärkung infolge des bei diesen Batterien möglichen rapiden Spannungsrückganges gleich beim Einschalten des Apparates Schwankungen ausgesetzt ist, was die Registrierung unzuverlässig macht, wobei der Spannungszustand der Batterien selbst im allgemeinen dem Personal unbekannt ist.
Versuche haben gezeigt, dass die Schwankungen der Verstärkung dadurch vermindert werden können, dass die zur Speisung der Verstärkerröhren notwendigen Spannungen aus dem elektrischen Netz (falls notwendig aus einem Autoakkumulator) abgeleitet werden.
Es sind Vorrichtungen und Schaltungen bekannt, mit deren Hilfe bei netzgespeisten Verstärkern konstante und störungsfreie Verstärkung erfolgt. Die bekannten Vorrichtungen und Schaltungen beziehen sich aber entweder auf die Konstanthaltung des Anodenstromes (österr. Patentschrift Nr. 136587 und deutsche Patentschrift Nr. 644774) oder auf die Kompensation der Wechselstromkomponente, welche von den bei gleichgerichtetem Wechselstrom auftretenden Frequenzen herrührt (österr. Patentschrift Nr. 133739). Bei vorliegender Aufgabe ist die Konstanthaltung des Anodenstromes nicht erforderlich.
Dagegen ist aber wesentlich, dass die langsamen Änderungen der Netzspannung und dadurch auch der Speisespannungen insbesondere der ersten Stufe die Spannung an der Anode nicht ändern, da der Verstärker sehr niedrige Frequenzen (1/3-1/5 Hertz) auch verstärkt. Es kann nicht genug betont werden, dass nicht die Konstanz des Anodenstromes, sondern die Konstanz der Spannung an der Anode erstrebt werden muss, da auch langsame Spannungsschwankungen an der Anode vom Verstärker weitergeleitet werden.
Zur Stabilisierung der Anoden-und Gittergleichspannungen mindestens der ersten (Eingangs-) Verstärkerröhre werden wenigstens zwei aufeinanderfolgende Siebstufen mit grosser Zeitkonstante verwendet, wobei mindestens eine Siebstufe aus einer oder mehreren spannungsstabilisierenden Röhren, die weiteren Siebstufen entweder ebenfalls aus einer oder mehreren spannungsstabilisierenden Röhren oder aber aus einem spannungsstabilisierenden Transformator, aus einem Motorgenerator mit genügender Trägheit oder aus einer Schaltung mit Elektronenröhren, z. B. einer Reflexschaltung von Stabilisatorröhren bestehen.
Die beiliegende Zeichnung zeigt die Schaltskizze eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung.
In der Zeichnung bezeichnet 1 die erste (Eingangs-) Verstärkerröhre ohne die Heizung der Kathode, 14 die zweite und 15 die dritte Verstärkerröhre. Da bei Prüfeinrichtungen für die Herzfunktion gefordert werden muss, dass die Schwankungen der Speisespannung bezogen auf das Steuergitter der ersten Verstärkerröhre kleiner als 0-03 mV sind, wird in der ersten Verstärkerstufe eine Röhre mit hoher Verstärkung und mit kleinem Durchgriff D < 3%, zweckmässig eine Schirmgitterröhre benutzt. Dem Steuergitter 2 dieser Röhre wird über den Kondensator 3 die zu verstärkende Spannung aufgedrückt, welche über die Klemmen I-I dem Apparat zugeführt wird.
Die Vorspannung des Steuergitters 2 wird von der Batterie 5 über den Widerstand 4 geliefert.
Die Speisespannung für die Anode 9 und für das Schirmgitter 8 der Verstärkerröhre 1 wird erststufig durch den Vorwiderstand 13 und durch die vierstufige Stablisatorröhre 10 stabilisiert.
Die zweite Stufe der Stabilisierung wird von den Stabilisatorröhren 6 und 7 und von dem Vorwider-
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stand 12 bewirkt. Der Stromverbrauch der Stabilisatorröhre 10 in der ersten Siebstufe ist grösser (ungefähr 30-50 mA) als der Stromverbrauch der Stabilisatorröhren 6 und 7 der zweiten Siebstufe (ungefähr 5-10 mA). Dieser Umstand kommt zweckmässig auch in den Abmessungen der betreffenden Röhren zum Ausdruck. Die in der zweiten Siebstufe verwendeten Stabilisatorröhren 6 und 7 können eventuell in Fortfall kommen. In den weiteren Siebstufen kann ein spannungsstabilisierender Transformator, eine Elektronenröhrenschaltung, z.
B. eine Reflexschaltung von Stabilisatorröhren oder aber ein Motorgenerator mit ausreichender mechanischer Trägheit benutzt werden, wobei die Speisung des letzteren durch das Wechsel-oder Gleichstromnetz, eventuell durch einen Akkumulator von 6-12 V erfolgen kann.
Der Arbeitspunkt der Schirmgitterröhre 1 in der ersten Verstärkerstufe soll erfindungsgemäss durch zweckmässig bemessene Schaltelemente, insbesondere Widerstände im Kathoden-und/oder Anoden-undloder Schirmgitterkreis, so eingestellt werden, dass die Schwankungen der Anoden-bzw. Schirmgittergleichspannung
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und Ra den im Ausführungsbeispiel mit 11 bezeichneten Arbeitswiderstand im Anodenkreis bedeuten. Damit die oben beschriebene Kompensation der Spannungsschwankungen erreicht werden kann, wird der Anodenwiderstand 11 als regelbarer Widerstand ausgebildet. Die Berechnung zeigt, dass bei den üblichen Hochfrequenzpenthoden der Arbeitswiderstand zwischen 50.000 und 100.000 Ohm eingestellt werden muss, damit die Kompensation erreicht wird.
In der zweiten Verstärkerstufe arbeitet die Schirmgitterröhre 14 bzw. in der dritten Verstärkerstufe die Triode 15 mit nur einstufig stabilisierten Spannungen, was durch die Stabilisatorröhre 10 und durch den Vorwiderstand 13 erreicht wird. Der Anodenwiderstand 16 der Schirmgitterröhre 14 ist, ebenso wie in der ersten Verstärkerstufe der Anodenwiderstand 11, regelbar, damit der Arbeitspunkt der Verstärkerröhre 14 so eingestellt werden kann, dass die Schwankungen der Speisespannungen der Anode bzw. des Schirmgitters sich gerade gegenseitig aufheben. Das Steuergitter 19 der Verstärkerröhre 14 erhält dieVorspannung aus der Batterie 18 über den Widerstand 17. Die Speisespannungen für die Anode 21 und für das Schirmgitter 20 der Verstärkerröhre 14, werden durch die Stabili- satorröhre 10 und durch den Vorwiderstand 13 stabilisiert.
Das Steuergitter 29 der Triode 15 erhält die Vorspannung aus der Batterie 31 über den Widerstand 30. Die Steuerspannung selbst wird dem Steuergitter 29 über den Kondensator 32 zugeführt. Die Anode 33 arbeitet auf den Widerstand 34. Die verstärkte Spannung wird über den Kondensator 35 den Klemmen 0,0 der Registriereinrichtung zugeführt.
Die Kondensatoren 22, 23, 24, 27 und 28 sowie der Widerstand 25 und der Schalter 26 dienen zur Beeinflussung der Breite des durch den Verstärker durchgelassenen Frequenzbandes bzw. zur Veränderung desselben. So kann erreicht werden, dass der Verstärker nur diejenigen Frequenzen durchlässt, welche z. B. bei der Aufzeichnung der Herzfunktion, etwa des Herztones 20-400 Hertz und des Elektrokardiogrammes 0-5-40 Hertz wesentlich sind. Die Einstellung des gewünschten Frequenzbandes wird zweckmässig durch mehrere aus Kondensatoren und Widerständen bestehende (C-R) Glieder vorgenommen.
Versuche haben gezeigt, dass mindestens als erste Verstärkerröhre und als Stabilisatorröhren solche Röhren verwendet werden müssen, deren wesentliche Elektroden möglichst mikrophonearm ausgebildet sind und bzw. oder dass diese Röhren federnd befestigt werden sollen. Die Anoden-und Gittervorspannungen der Verstärkerröhren in der zweiten und den weiteren Verstärkerstufen sollen zweckmässig wenigstens einstufig mittels Niederfrequenzsiebung durch Stabilisatorröhren stabilisiert werden, wobei zur Stabilisierung der Speisespannungen der verschiedenen Verstärkerstufen zum Teil oder ganz die gleichen Stabilisatorröhren dienen können.
Die Steuergittervorspannung der Verstärkerröhren kann durch den Spannungsabfall in einem Kathodenwiderstand erzeugt, oder aus stabilisierter Spannung geliefert werden. Die Vorspannung der ersten und gegebenenfalls auch der weiteren Verstärkerröhren wird zweckmässig einer Batterie nötigenfalls über einen hochohmigen Spannungsteiler entnommen.
Falls in der Einrichtung die Aufzeichnung durch eine Kathodenstrahlröhre erfolgt, wird zweckmässig eine Röhre verwendet, bei der der fluoreszierende Schirm für das Photographieren blaues Licht und zur unmittelbaren Betrachtung grünes, gelbes oder weisses Licht emittiert, oder bei welcher eine sekundäre Leuchtfläche verwendet wird. Da die Trägheit des Auges etwa 1/8 Sekunden beträgt, soll die Zeitkonstante des das grüne, gelbe oder weisse Licht emittierenden Leuchtstoffes grösser als 1/3 Sekunden sein. Die aufzuzeichnende Spannung wird dem einen Paar Ablenkplatten der Kathodenstrahlröhre aufgedrückt. Für die unmittelbare Betrachtung wird dem anderen Paar Ablenkplatten eine Kippspannung aufgedrückt, deren Frequenz mit der des Herzschlages synchronisiert werden kann.