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Sportmedizin,werden-eine Variante, die schon alleine dadurch besticht, dass am Thorax eine äusserst einfache Anordnung anfällt.
Die Erfindung zielt darauf ab, eine Anordnung anzugeben, bei welcher gleichzeitig beide Teilsignale (SH) und (SL) in möglichst streng synchroner Weise bestimmt werden. Damit soll dem Physiologen eine Möglichkeit der Analyse von Herz/Lungen-Koordinationen geboten werden. Auch sollen routinemässige Diagnosen verschiedener Formen der Schlafapnoe von Erwachsenen und Kleinkindern erleichtert werden, indem zeitliche Veränderungen beider Organfunktionen verfügbar gemacht werden. Im Rahmen einer früheren Patentschrift (AT 399. 449 B) wurde für diese Zielrichtungen eine Anordnung beschrieben, bei der mit Hilfe von zwei am Thorax angebrachten gleichartigen Sensoren gleichzeitig zwei Mischsignale gemessen werden und durch eine gewichtete Differenzbildung den Signalverläufen (SH) und (SL) proportionale Grössen bestimmt werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, synchrone Signalanteile aus einem einzigen Mischsignal herzuleiten. Grundlage der entsprechenden Anordnung sind die oben zitierten Verfahren, bei denen ein
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Lage von (fG) und der Charakteristik des eingesetzten Filters abgeschwächt ausfallen.
Bisher bekannte Filterverfahren begnügen sich damit, das interessierende Teilsignal vom als Artefakt auftretenden zweiten Teilsignal zu befreien, wobei die Sensorplazierung-wie schon erwähnt-a priori so gewählt wird, dass der Artefakt möglichst schwach ausfällt. Dem gegenüber ist es der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung, beide Signale in gleichrangiger Form aufzubereiten und darzustellen. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass ein unspezifisch arbeitender Sensor am Thorax so appliziert wird, dass das von ihm gelieferte Mischsignal (s) in möglichst ausgewogenem Masse beide Teilsignale (SH) und (SJ enthält.
Sowohl bei Dehnungssensoren als auch bei zwei Impedanzelektroden-bzw. vorzugsweise zwei Doppeleiektroden im Sinne der artefaktärmeren Vierelektrodentechnik-ist dazu vorzugsweise eine Plazierung links des Sternums in der Höhe der vierten Rippe, das heisst, in der über dem Herzen gelegenen Region, vorgesehen.
Die Erfindung wird dadurch ausgeführt, dass ein Frequenzdetektor vorgesehen ist, welcher die Herzfrequenz (fH) bestimmt, wobei diesem weiters ein adaptiver Tiefpass zugeordnet ist, um den die Lungenfunktion repräsentierenden Signalanteil (sol) abzutrennen, wobei weiters ein adaptiver Signaltrenner vorgesehen ist, der als schmaler Bandpass ausgeführt ist, um den die Herzfunktion repräsentierenden Signalanteil (SH*) herauszufiltern, wobei sowohl das adaptive Tiefpassfilter als auch der adaptive Signaltrenner von der vom EKG-Sensor bestimmten Herzfrequenz (fH) ansteuerbar ist.
Zur Bestimmung der Lungenventilation wird (s) in der schon beschriebenen Weise einem EKGgeführten Tiefpass zugeleitet, welcher (s*) liefert. Dies geschieht in an sich bekannter Weise (US 4, 582, 068 ; US 4, 781,201 ; US 4, 379, 460), wobei aber wegen des beim vorliegenden Verfahren notwendigen starken Anteils (SH) ein Tiefpass möglichst hoher Güte einzusetzen ist. Dabei ist erfahrungsgemäss davon auszugehen, dass in den bezüglich der Signaltrennung kritischsten Fällen die Herzfrequenz nur das Doppelte der Lungenfrequenz bzw. ihr Abstand von der Lungenfrequenz nur 0, 5 Hz beträgt.
Zur Bestimmung der Blutausschüttung wird (s) einem ebenfalls vom EKG-Signal geführten Signaltren-
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liefert.(SL) voraussetzungsgemäss keine Harmonischen von (SH) enthält. Bezüglich der Abtrennung von (SH) hingegen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass der wesentliche Spektralbereich von (SH) nicht vernach- lässigbare Harmonische von (SL) beinhaltet. Die Anforderungen an den Signaltrenner sind damit-im Vergleich zum Tiefpass-sehr hoch. Eine Möglichkeit der Ausführung ist die eines Bandpasses, dessen untere Grenzfrequenz (fG) knapp unterhalb der-vom EKG-Signal (s.,) gelieferten-Herzfrequenz (fH) angesetzt wird. Um die Dynamik von (SH) in ausreichender Weise aufzulösen, wird die obere Grenzfrequenz
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Als Alternative ist mit dem Vorteil geringerer Rauschleistung vorgesehen, auf die Auflösung der Dynamik von (SH) zu verzichten, indem ein nur die Grundharmonische von (SH) enthaltendes Signal (SH. i*) dargestellt wird, bzw. dessen Amp)itude(Sn.i) Dazu wird als Signaltrenner ein möglichst enges Bandfilter verwendet, dessen obere Grenzfrequenz knapp über (fH) angesetzt wird, oder aber ein Lock-ln-Verstärker, welcher mit (fH) getriggert wird
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen des Signaltrenners kann eine wesentliche Verfälschung des abgetrennten Signals in jenem physiologisch vor allem bei Kleinkindern möglichen Grenzfall auftreten, in dem (fH) näherungsweise (2 fj beträgt, womit (SH)
eine gegenüber der tatsächlich vorliegenden Blutausschüttung überhöhte Ausschüttung vortäuscht. Erfindungsgemäss ist als optionale Zusatzeinrich-
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tung ein Frequenzkomparator vorgesehen, welcher das Verhältnis (fH/fL) laufend überwacht und bei Auftreten des annähernden Verhältnisses 2 ein Alarmzeichen auslöst, welches auf die Unsicherheit der registrierten Messwerte hinweist.
Als vorteilhafte Alternative - bzw. auch als weitere Zusatzeinrichtung-ist erfindungsgemäss vorgesehen. zur kontinuierlichen Beurteilung der Stärke der Blutausschüttung einen Signaltrenner einzusetzen, dessen untere Grenzfrequenz knapp unter (2 fH) eingeregelt ist, die obere über (2 fH) ; bei Einsatz eines Lock-InVerstärkers wird die Triggerung exakt mit (2 fH) vorgenommen. Die Sinnhaftigkeit dieser Einrichtung ergibt sich daraus, dass die Harmonischen von (SL) im Vergleich zur Grundharmonischen sehr schwach ausfallen, jene von (SH) hingegen wesentlich stärker. Aufgezeichnet wird der zeitliche Verlauf der Amplitude (SH, 2) der zweiten Harmonischen. Erfahrungsgemäss hängt das Verhältnis (SH, 2/SH, 1) vor allem vom individuellen Thoraxaufbau und der gewählten Sensorplazierung ab.
Andererseits bleibt es bei zeitlichen Änderungen der Blutausschüttung annähernd konstant. Letztere lassen sich damit durch die Darstellung von (SH, 2) mit dem Vorteil erfassen, dass von der Lungentätigkeit herrührende Artefakte nicht zu erwarten sind und damit speziell der Fall eines Herzversagens verlässlich registriert wird.
Die Signalauftrennung wird erfindungsgemäss on-line, d. h. unmittelbar während der Messung oder offline, d. h. nach Aufzeichnung oder Speicherung von EKG-Signal und Mischsignal vorgenommen, wobei festverdrahtete Schaltungen oder digitale Recheneinrichtungen zum Einsatz kommen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen schematisch veranschaulicht.
Bild 1 zeigt eine Variante der Vorrichtung für den Fall, dass das Mischsignal (s) mittels eines elektromechanischen Sensors (1) und der nachgeschalteten Sensorelektronik (2) gewonnen wird. Das EKGSignal (sis) wird mit dem vorzugsweise drei Elektroden umfassenden EKG-Elektrodensystem (3) und dem EKG-Verstärker (4) erzeugt. Mit dem Frequenz-Detektor (5) wird ein der Herzfrequenz (fH) proportionales Signal erzeugt, das eine wesentliche Ausgangsgrösse der Vorrichtung darstellt. Zusätzlich steuert (fH) den adaptiven Tiefpass (6) und den Signaltrenner (7), womit das Lungensignal (SL*) und das Herzsignal (SH*) gewonnen werden. Mit Amplitudendetektoren (8) und (9) werden zusätzlich die-i. a. nur langsam veränderli- chen-Signalamplituden (S) und (SH) ermittelt.
Aus (SL*) wird durch den Frequenz-Detektor (10) die Lungenfrequenz (fj bestimmt. Mit der Hilfe von Multiplikatoren (11) und (12) können damit letztlich auch ein der Ventilation der Lungen proportionales Signal (PL) und ein der Pumpleistung des Herzens proportionales Signal (PH) ermittelt werden. Zur Auslösung eines Alarmes für den Fall, dass die Herzfrequenz gleich der doppelten Lungenfrequenz ist wird ein Frequenzverdoppler (13) eingesetzt. Ein Komparator (14) vergleicht (fH) mit (2 fj und löst den Alarm bei Gleichheit aus.
Bild 2 zeigt eine mögliche Variante der Vorrichtung für den Fall, dass das Mischsignal (s) auf der Basis der elektrischen Impedanzmessung gewonnen wird An der Thoraxoberfläche wird in der oberhalb des Herzens gelegenen Region ein vier Einzelelektroden umfassendes EKG-Elektroden-System (15) angeordnet. Zur Abtrennung des niederfrequenten EKG-Signalteils wird ein Tiefpass (16) eingesetzt, zu jener des hochfrequenten Herz/Lungen-Signalteils ein Hochpass (17) mit nachgeschalteter Impedanz-Elektronik (18), welche den hochfrequenten Signalanteil nach dem bekannten Prinzip der Vierelektroden-Technik aufbereitet und das Mischsignal (s) liefert.
Unterschiedlich zu Bild 1 erfolgen hier keine zeitlich hochauflösenden Darstellungen der Signalverläufe. Bezüglich der Lungentätigkeit wird das vom adaptiven Tiefpass (6)
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(s ;)Amplitudendetektor (8) liefert die entsprechende Signa) amp ! itude (SJ. Für den Fall, dass sie unter einen vorwählbaren Wert (S min) abfällt ist die Möglichkeit angedeutet, durch Einsatz des Komparators (19) einen Apnoe-Alarm auszulösen. Bezüglich der Herztätigkeit wird hier nur die zweite Harmonische ausgewertet.
Sie wird aus dem Mischsignal durch den als adaptiven Bandpass ausgeführten Signaltrenner (20) gewonnen, welcher über den Frequenzverdoppler (21) von der doppelten Herzfrequenz (2 fH) geführt wird Der Amplitudendetektor (9) liefert die Amplitude (SH,z). Für den Fall, dass sie unter einen vorwählbaren Wert (SH, 2 min) abfällt ist die Möglichkeit angedeutet, durch Einsatz des Komparators (22) einen auf Herzversagen hinweisenden Alarm auszulösen.
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