AT399449B - Vorrichtung zur gemeinsamen registrierung der herz- und lungentätigkeit - Google Patents

Description

AT 399 449 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gemeinsamen Registrierung der Herz- und Lungentätigkeit des menschlichen oder tierischen Organismus mit einem am Thorax anbringbaren Sensor, der sowohl die Lungentätigkeit als auch gleichzeitig die Herztätigkeit registrieren kann und ein Mischsignal si = Ai sH + Bi Sl liefert, wobei Sh der von der Herztätigkeit stammende und sL der von der Lungentätigkeit stammende s Signalanteil ist und A und B von der Sensor- und Körpergeometrie abhängige Konstante sind.

In vielen Bereichen der allgemeinen· Medizin, der Arbeits- und Sportmedizin aber auch der Patientenüberwachung kommt der Erfassung von Herz- und Lungentätigkeit eine vorrangige Bedeutung zu. Die vielen bekannten einschlägigen Methoden arbeiten groBteils auf spezifischer Basis. So erfassen EKG-Apparate grundsätzlich nur die Herztätigkeit, auf einem rohrförmigen Detektor basierende Spirometer 10 hingegen nur die Lungentätigkeit. Dies hat den Vorteil der gegenseitigen Unabhängigkeit der erfaßten Signale, andererseits aber den Nachteil, daß zur Registrierung der - meist gemeinsam interessierenden -Vorgänge unterschiedliche Apparaturen eingesetzt werden müssen.

Als Alternative zu den angeführten Methoden sind seit langem auch nichtspezifische Methoden bekannt. 50 können durch am Thorax montierte elektromechanische Sensoren (Dehnungsmeßstreifen, kapazitive und 75 induktive Sensoren, etc.) grundsätzlich beide Tätigkeiten erfaßt werden, da sowohl die Herz- als auch die

Lungentätigkeit zu mechanischen Verformungen der Körperoberfläche führen. Desgleichen werden mit einem - aus zumindest zwei Einzelelektroden bestehenden - elektrischen Thoraximpedanzsensor beide Tätigkeiten erfaßt, da beide zu zeitlichen lokalen Leitfähigkeitsänderungen beitragen. Alle diese Methoden liefern also grundsätzlich Mischsignale des Typs S = A*sH + B*sL, wobei (sH) den Zeitverlauf der so Herztätigkeit (Aufnahme und Austrieb von Blut) und und (sl) jenen der Lungentätigkeit (Aufnahme und Abgabe von Luft) repräsentieren. (A) und (B) repräsentieren von der Sensor- und Körpergeometrie abhängige Konstante. Bei Apparaten, die Mischsignaie erfassen, wird durch optimierte Ausführung und Plazierung des Sensors versucht das gerade interessierende Teilsignal möglichst alleine darzustellen, wobei dem zweiten Teilsignal die Bedeutung eines Artefaktes zukommt. 25 Zur Signaltrennung wurden vor allem für die Thoraximpedanzmessung zahlreiche Methoden entwickelt, die prinzipiell auch für andere Sensortypen anwendbar sind. Durch elektrische Durchströmung des Thorax in Richtung der Körperachse wird ein Mischsignal (s) erzielt, das einen relativ großen Anteil (Sh) beinhaltet, eine volle Artefaktfreiheit - d.h. hier: Freiheit von (sL) - wird aber nach dem bisherigen Entwicklungsstand nur erzielt, wenn der Patient den Atem anhält. Prinzipiell einfacher ist die Ableitung eines Mischsignales, 30 das vor allem (su) beinhaltet. Doch auch hier ist es schwierig, eine vollständige Bereinigung von (sH) 2u erzielen. Wiederholt wurden Versuche gemacht, das erfaßte Mischsignal ohne Zuhilfenahme von Referenzsignalen z.B. durch Ableitung von Triggersignalen und Filterung aufzubereiten (vergl. z.B. DE 3110843 C2). Die am häufigsten verwendete Methode besteht aber darin, das Mischsignal (s) gemeinsam mit einem •mittels eines nach einer spezifischen Methode gewonnenen Signal (Ss) zu verarbeiten. Zur artefaktfreien 35 Gewinnung von (sO wird als (ss) meist das EKG-Signal herangezogen, das den räumlich-zeitlichen Erregungsabläuf der Herzmuskulatur widerspiegelt und damit grundsätzlich anderen Zeitverlauf als (sH) aufweist. Andererseits aber handelt es sich bei (ss) und (sh) um synchrone periodische Signale gleicher Grundfrequenz. Dies kann dazu ausgenützt werden, mit (ss) synchrone Signalanteile von (s) als durch die Herztätigkeit bedingt zu erkennen (vergl. z.B. DE 3037927 C2; EP 0212370 A3; US 4,757,824; 40 Schweiz.Pat.558656; DT 2418910 B2; US 3,976,052) oder auch auszufiltern (vergl. z.B. US 4,582,068; US 4,781,201 US 4,379,460).

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher gleichzeitig beide Teilsignale (sH) und (sL) in artefaktfreier Weise bestimmt werden.

Die Aufgabe wurde durch die im Kennzeichnen den Teil des Anspruchs 1 beschriebenen Maßnahmen 43 gelöst.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mit Hilfe von zwei am Thorax angebrachten gleichartigen Sensoren gleichzeitig zwei gleichartige Mischsignale (Si) und (S2) unterschiedlicher Anteile (sH) und (sL) gemessen werden und durch eine gewichtete Differenzbildung zwischen (si) und (Sa) den Signalveriäufen (sH) und (sL) proportionale Größen bestimmt werden. so Erfindungsgemäß wird die Wichtung der Differenzbildung vorzugsweise so gewählt, daß das Ergebnis einen dem Signal (sH) bzw. (sL) streng proportionalen Zeitverlauf aufweist. Aus den'gemessenen Zeitverläufen der Mischsignale 51 = Ai -Sh + Bi -Sl 55 und S2 = A2 · Sh + B2 · Sl 2

Claims (4)

1. AT 399 449 B ergeben sich dabei den interessierenden Teilsignalen proportionale - und damit übereinstimmende Zeitverläufe aufweisende - Differenzsignale nach den Verknüpfungsgfeichungen 6 s<j,H = Si -Bi/Ba«S2 = {Ai -Α2·Βι / B2)»Sh und Sd.L = S2 - A2/A1 *S1 = (B2 - Α2·Βι / Ai ).sl 70 Die Verknüpfungsgleichungen verdeutlichen die für eine effiziente Registrierung beider Teilsignaie gültige Voraussetzung, daß letztere in beiden Mischsignalen - wie bereits erwähnt - mit unterschiedlichen Anteilen enthalten sind. Während bei der üblichen Anwendung nichtspezifischer Sensoren danach getrachtet wird, den Anteil des nicht interessierenden (Artefakt)Signals möglichst klein zu halten, werden die Sensoren bei der vorliegenden Vorrichtung gezielt so plaziert, daß sich für beide Anteile gleiche Größenord-75 nung ergibt. Dies entspricht i.a. einer herznahen Plazierung. Die Forderung der Unterschiedlichkeit der Signalanteile ist wegen des heterogenen Thoraxaufbaus meist bereits bei kleinsten Distanzen zwischen den beiden Sensoren erfüllt. Prinzipiell ist es aber auch möglich, unterschiedliche Anteile durch Ansatz unterschiedlicher effektiver Sensorlängen sicherzustellen. Aus den Verknüpfungsgleichungen Ist ferner zu erkennen, daß zur artefaktfreien Gewinnung der 20 Zeitverläufe der Teilsignale die Wichtungsfaktoren (A2/A1) bzw. (Β1/Β2) bekannt sein müssen. Auch bei konstant gehaltenen geometrischen Anordnungen der Sensoren können diese Verhältnisse infolge unterschiedlichen Thoraxaufbaus schwanken. Um optimale Artefaktfreiheit zu erzielen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, vorzugsweise am Beginn der Messung durch manuell abstimmbare, vorzugsweise aber vollautomatisch regelnde Wichtungseinrichtungen (A2/A1) so zu wählen, daß sich während einer kurzen 25 Periode angehaltener Atmung (sdiU) zu Null ergibt und (B1/B2) so zu wählen, daß sich während einer kurzen Periode extrem starker Atmung (sd,H) zu einem Minimum ergibt. Die Wichtungen und Differenzbildungen werden erfindungsgemäß on-line, d.h. unmittelbar während der Messung oder off-line, d.h. nach Aufzeichnung oder Speicherung der Mischsignale vorgenommen, wobei festverdrahtete Schaltungen oder digitale Recheneinrichtungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise kön-30 nen die Mischsignale (si) und (S2) über .einen AD-Konverter einem Computer zugeführt werden, der die Wichtungen und Differenzbildungen übernimmt. Ein wesentlicher Vorteil der angegebenen Vorrichtung besteht darin, daß bei Einsatz nur eines Sensortyps zur Erfassung der Mischsignale die Zeitverläufe beider Teilsignale gewonnen werden. Gleichartige Sensoren erbringen dabei auch den Vorteil, daß die beiden Signalverarbeitungskanäle gleich aufgebaut 35 werden können. Während bei den - in den zitierten Patentschriften - beschriebenen Verfahren meist spezifische Schaltelemente wie Schweliwertdetektoren oder adaptive Filter benötigt werden, reduziert sich der Aufwand hier auf einfache Differenzbildung. Diese liefert kontinuierliche Darstellungen der unverzerrten Teilsignale, während andere Verfahren digital getroffene Entscheidungsmaßnahmen bzw. durch Riterung veränderte Signalformen liefern. 40 In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels schematisch veranschaulicht An der Thoraxoberfläche (1) sind im Nahbereich des Herzens zwei gleichartige Sensoren (2) und (3) angeordnet, die mit (si) und (s*) bezeichnete Mischsignale liefern. Diese Signale liegen an zwei Wichtungseinrichtungen {4) und (5), welche die Signalamplituden um Wichtungsfaktoren (A2/A1) bzw. (B1/B2) verändern. Mit Hilfe eines Differenzbildners (6) erfolgt die Bestimmung des aus <Si) und {S2 ’ B1/B2) resultierende den, der Herztätigkeit proportionalen Differenzsignals (sdH), mit Hilfe eines Differenzbildners (7) jene des aus (S2> und (si * A2/A1) resultierenden, der Lungentätigkeit proportionalen Differenzsignals (sd.i)· Mit Hilfe eines Zweikanalschreibers (8) werden die Zeitverläufe der Differenzsignale aufgezeichnet. Patentansprüche 50 1. Vorrichtung zur gemeinsamen Registrierung der Herz- und Lungentätigkeit des menschlichen oder tierischen Organismus mit einem am Thorax anbringbaren Sensor, der sowohl die Lungentätigkeit als auch gleichzeitig die Herztätigkeit registrieren kann und ein Mischsignal Si = Ai · Sh + Bi*Sl liefert, wobei sH der von der Herstätigkeit stammende und sL der von der Lungentätigkeit stammende 55 Signalanteil ist und A und B von der Sensor- und Körpergeometrie abhängige Konstante sind, dadurch gekennzeichnet, daß neben diesem Sensor (2) ein gleichartiger, ein weiteres Mischsignal S2 = A2 · sH + B2*sl liefernder Sensor (3) vorgesehen ist, wobei weiters Wichtungseinrichtungen (4,5) vorgesehen sind, welche die Mischsignale Differenzbildungsstufen (6,7) zuführen, die zu dem von der Lunge 3 AT 399 449 B stammenden Signal sL und zu dem vom Herzen stammenden Signal sH proportionale Differenzsignale sd,H = St - S2*B,/B2 = (A, - Aa*Bi/B2)*SH und 5 SdlL = $2 * Si · Aa/Ai = (B2 - Bi · A2/Ai )»S|_ liefern.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Durchführung einer Eichung die 70 Wichtungsfaktoren (A2/Ai bzw. Bi/B2) vorzugsweise individuell - und zwar bei angehaltener Atmung bzw bei extrem starker Atmung durch die jeweilige Registrierung des Minimum/Maximum-Signales anpaßbar sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbildungsvorrichtun- 75 . gen und die Wichtungsvorrichtungen on-line oder off-line unter Verwendung der aufgezeichneten Mischsignale einsetzbar sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Wichtungsvorrichtungen (4,5) bzw. als Differenzbiidungsvorrichtungen (6,7) festverdrahtete Schaltungen bzw. digitale 20 Recheneinheiten vorgesehen sind. Hiezu 1 BlattZeichnungen 25 so 35 40 45 50 4 55