Verfahren zum Registrieren von Signalspannungen, insbesondere physiologischen, mittels Aufzeichnungsorganen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die vorliegende Erfindung betrifft ein Re- gistrierverfahren zum Aufzeichnen von Kur venzügen, vorzugsweise mit sogenannten Di rektschreibern und vorzugsweise für physio logische Zwecke. Die Direktsehreiber haben bekanntlieh einen beschränkten Frequenz bereich, der gerade bei physiologischen Vor gängen häufig nicht ausreicht. Die beim heu tigen Stande der Technik laufenden Bemühun gen, den Frequenzbereich der Direktsehreiber zu erhöhen, stossen auf grosse Schwierigkeiten, weil die aufzuwendende Leistung mit einer höheren Potenz mit der Erhöhung der obern Grenzfrequenz steigt.
Da man mit der Ver kleinerung der beweglichen Masse bei den wohl heute allein noch als zweckmässig erkannten Trockenschreibern an der untern Grenze an gelangt sein dürfte, kann durch Massnahmen in dieser Richtung zur Verringerung des Lei stungsaufwandes kaum mehr gerechnet wer den, So ist beim heutigen Stande der Technik - insbesondere vom Gesichtspunkt der Wirt schaftlichkeit aus betraclitet - ein Schreiber, der 200 Hz ohne Abfall wiedergibt, als Opti mum des Erreichbaren anzusehen. Der für viele Zwecke erforderliche Frequenzbereich, so z. B. bei der Herzschallschreibung, geht bis zu 600 Hz, ja sogar 1000 Hz. Im Rahmen der Problemstellung muss erwähnt werden, dass für solche Registrierungen eine Vorschubge schwindigkeit des Registrierstreifens von 25 bis 50 mm/Sek. zweckmässig und üblich ist.
(Diese Geschwindigkeiten sind auch für Elek trokardiographen genormt.) Das Naheliegendste wäre, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten dadurch zu um gehen, dass man zur Aufzeichnung trägheits los arbeitende Oszillographen, etwa Kathoden strahlröhren, zusammen mit photographischen Verfahren anwendet. Wenn dieses Verfahren, auch in einzelnen Fällen Anwendung finden kann, so ist es doch in der Mehrzahl der Fälle praktisch nicht brauchbar, da bei der photo graphischen Registrierung stets eine Entwick lung stattfinden muss, so dass die aufgezeieh- nete Kurve nicht bei der Registrierung, son dern frühestens nach einigen Minuten sichtbar wird.
Für die meisten Zwecke ist es aber er forderlich, die Kurve sofort bei der Aufzeich nung zu sehen, da es beispielsweise nur so möglich ist, auf Grund der Kurve Einstellun gen und Justierungen vorzunehmen. Hinzu kommt noch, dass die photographische Auf zeichnung verhältnismässig kompliziert ist und einen grösseren Aufwand an Mitteln erfordert; auch sind die Betriebskosten infolge der ver wendeten photographisellen Papiere erheblich höher.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaf fen, bei welchen die mechanische unmittelbare Aufzeichnung Verwendung finden kann lind bei dein trotz des beschränkten Frequenz bereiches mechanischer Aufzeichnungssysteme eine Darstellung von Signalspannungen höherer Frequenzen möglich wird.
Es ist nicht erforderlich, Aufzeichnungen höherer Frequenzen kurvenformgetreu zu regi strieren; denn bei den oben angegebenen Vor- schubgesellwindigkeiten wird das Auflösungs vermögen in Richtung der Zeitkoordinate für Frequenzen über 100 Hz so gering, dass eine Auswertung der Kurvenform unmöglich ist. Es wird deshalb auf die Abbildung der wirk lichen Kurvenform verzichtet, und nur die Aufzeichnung amplitudengetreu bzw. so weit näherungsweise amplitudengetreu vorgenom men, wie es für die diagnostische Auswertung erforderlich ist. Infolge des erwähnten be grenzten Auflösungsvermögens ist eine solche Registrierung von einer kurvenformgetreuen praktisch nicht zu unterscheiden.
Die primär vorhandene Schwingung hoher Frequenz wird bei der praktischen Durchführung in eine solche von so niedriger Frequenz verwandelt, dass sie von dem betreffenden Registrier- system noch gut registriert wird, wobei dafür gesorgt ist, dass die registrierte Frequenz der ursprünglichen stets annähernd amplituden proportional ist.
Zur Durchführung eines solchen Verfah rens stehen prinzipiell verschiedene Wege offen, bei denen an sieh bekannte Massnahmen der Wechselstromtechnik benutzt werden kön nen.
Man könnte daran denken, den zu registrie renden Signalfrequenzen eine durch einen Hilfsoszillator erzeugte Schwingung zu über lagern. Durch diese Überlagerung kann eine formgetreue oder zum mindesten formähnliche Transponierung in einen für die mechanische Registrierung geeigneten Frequenzbereich er folgen.
Ein dein vorstehenden Überlagerungsver fahren äquivalentes Verfahren wäre eine Fre quenzteilung, wobei die entsprechend erniedrig ten Frequenzen mechanisch registriert werden könnten. Die beiden im vorstehenden genann ten Möglichkeiten sind jedoch praktisch nur beschränkt realisierbar, da bei dem Verfahren der Frequenzteilung Fehlaufzeichnungen in folge der erforderlichen Einschwingzeiten einen erheblichen Störfaktor bilden können. Bei dem Überlagerungsverfahren kommt wei ter noch hinzu, dass zur Bildung einer Schwe bung eine je nach dem Abstand der resultie renden Frequenzen von der Grundfrequenz erforderliche mehr oder weniger grosse Anzahl gleichfrequenter Schwingungen erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ver fahren zur Registrierung von Signalspan nungen, insbesondere physiologischer, mit tels Aufzeichnungsorganen, deren Frequenz bereich kleiner ist als das zu erfassende Fre quenzspektrum, und ist dadurch gekennzeich net, dass statt der unmittelbaren Aufzeichnung ein Hilfssignal registriert wird, dessen Fre quenz im Ansprechbereich des oszillographi- sehen Organs liegt und dessen Amplitude der art gesteuert wird, dass sie mindestens an nähernd proportional zu den Amplituden des darzustellenden Signals ist.
Um eine Überlagerung tiefer Nutzsignal frequenzen mit den durch Umwandlung für die Registrierung künstlich erzeugten ebenfalls tiefen Frequenzen in Form von störenden Schwebangserseheinungen zu vermeiden, kön nen ferner Hoch- und Tiefpässe angewendet, werden, die in an sich bekannter Weise, eine Trennung der einzelnen Bänder bewerkstel ligen. Es ist dabei im Rahmen normalen tech nischen Könnens möglich, dies entweder durch die Anwendung mehrerer getrennter, durch Schalter einstellbarer Frequenzbereiche oder mittels elektrischer Weiehen zu erreichen.
Die Einrichtung zur Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens ist dadurch ge kennzeichnet, dass sie einen als Transponie rungsorgan ausgebildeten, von der Signalhüll kurvenspannung gesteuerten Hilfsoszillator aufweist.
Beispielsweise ist es, wie bereits ausge führt, möglich, durch die gleichgerichteten Signalspannungen die Amplitude eines be sonderen Oszillators mit zweckmässigerweise an der obern Grenze des direkt registrier- baren Spektrunis liegender Frequenz zu steuern und die Spannung dem Verstärkungs kanal zuzuführen oder auch die Hüllkurve der Signalspannangen lediglich zu zerhacken.
An einem Zahlenbeispiel Lind an Hand der Figuren soll das erfindungsgemässe Verfahren beispielsweise näher veranschaulicht werden. Es zeigen: In Fig. 1 die Kurve a eine graphische Dar stellung des Frequenzganges eines modernen direktschreibenden Registriersystems und die Kurve b eine Tiefpass-Dämpfungskurve, Fig. 2 eine graphische Darstellung einer Herzschallkurve, Fig. 3 ein Blockschema eines Ausführungs beispiels mit Hilfsoszillator, Fig. 4 ein Schaltbild eines Ausführungs beispiels.
Nach Fig. 1 werden die Frequenzen von 0 bis 200 Hz linear wiedergegeben, während oberhalb der hier bei 200 Hz liegenden Eigen frequenz ein steiler Abfall der Empfindlich keit einsetzt. Die Kurve b zeigt die ideale Form der Dämpfungskurve für einen Tiefpass, z. B. einem RC-Netzwerk, der in einer elektri schen Weiche einzuschalten wäre, um den Übergang von der unmittelbaren in die mittel bare Aufzeichnung zu gewährleisten.
Es kann nun noch weiter gegangen werden, wenn der bereits erwähnte Gedanke, durch die gleichgerichtete Signalspannung einen Oszilla tor zu steuern, verallgemeinert wird. Wird nämlich überhaupt darauf verzichtet, die Spannungssignale direkt zu registrieren und statt dessen im gesamten Frequenzbereich nur die Steuerung des Oszillators durch die Nutz signale zu bewirken, so braucht das Registrier- gerät nur für dessen Schwingfrequenz bemes sen zu sein. Dies bedeutet aber einen ausser ordentlichen Vorteil, denn es kann dann mit einem reinen Resonanzsystem gearbeitet und dadurch mit einem erheblich verringerten Steuerleistungsaufwand ausgekommen werden. In diesem Falle würde das Bild einer Herz schallkurve das Aussehen wie in Fig. 2 darge stellt besitzen.
Praktisch ist erkennbar, dass trotz der grundsätzlichen Verschiedenheit der Darstellung des sekundären Bildes im kartesi- schen Koordinatensystem der bildliche Ein- druck nicht vom üblichen Herztonbild ab weicht.
Fig. 3 zeigt das Blockschema für eine An ordnung mit Hilfsoszillator. Der Hilfsoszilla tor f wird durch den Vorverstärker a in der Amplitude gesteuert und steuert seinerseits die Leistungsstuie d mit dem Registrier- System e.
Zur Vermeidung von Schwebungen bei un vollkommener Siebung am Ausgang des Vor verstärkers kann die Frequenz des Hilfs- oszillators schwach gewobbelt werden.
Ein Schaltbild einer Anordnung, wie sie in der Praxis Anwendung finden kann, ist in der Fig. 4 dargestellt. Mit einem Mikrophon 1 wird der Schall von einem zu untersuchenden Körper 2 abgenommen und die entsprechenden elektrischen Schwingungen den Eingangs buchsen 3 des Verstärkers zugeführt, Hier er folgt eine Vorverstärkung über Röhrenstufen 4 und 5. Die verstärkte Wechselspannung wird von einer Anode 6 der Röhre 5 einem Gleichrichter 7 zugeleitet, der die ankommen den Frequenzen gleichrichtet. Das nachfol gende Tiefpassfilter 8-10 liefert eine, im Takt der Signalspannungsamplituden pulsie rende Gleichspannung, die einer Endstufe zu geführt werden könnte, die nun ihrerseits mit den verhältnismässig langsamen Schwingungen der Hüllkurve das Registriersystem aussteuert.
Bei der dargestellten Lösung werden diese jedoch benutzt, uni einen Oszillator 11 zu modulieren, der seine Leistung mit einer Fre quenz an die Endstufe abgibt, die im regi- strierfähigen Bereich liegt. Von der Anode dieses Oszillators gelangen die Schwingungen über Kopplungsglieder 12 zu einer Endstuie 13, die ihrerseits ein Registriersystem 14 speist.
Method for registering signal voltages, in particular physiological ones, by means of recording organs and a device for carrying out the method. The present invention relates to a registration method for recording curves, preferably with so-called direct recorders and preferably for physiological purposes. As is known, the direct viewers have a limited frequency range which is often insufficient for physiological processes. The ongoing efforts in the current state of the art to increase the frequency range of the direct viewer encounter great difficulties because the power to be used increases with a higher power with the increase in the upper limit frequency.
Since one should have reached the lower limit with the reduction of the movable mass with the dry pens, which are probably only recognized as useful today, measures in this direction can hardly be expected to reduce the effort required In technology - especially from the point of view of economic efficiency - a recorder that reproduces 200 Hz without dropping is to be seen as the optimum of what is achievable. The frequency range required for many purposes, e.g. B. in heart sound writing, goes up to 600 Hz, even 1000 Hz. In the context of the problem must be mentioned that for such registrations, a feed rate of the recording strip of 25 to 50 mm / sec. is appropriate and customary.
(These speeds are also standardized for electrocardiographs.) The most obvious solution would be to avoid the difficulties described above by using oscilloscopes, such as cathode ray tubes, for recording, together with photographic processes. Even though this method can also be used in individual cases, in most cases it cannot be used in practice, since a development always has to take place in the photographic registration, so that the recorded curve is not used in the registration, but becomes visible after a few minutes at the earliest.
For most purposes, however, it is necessary to see the curve immediately when recording, as it is, for example, only possible in this way to make settings and adjustments on the basis of the curve. In addition, the photographic record is relatively complicated and requires more resources; the operating costs are also considerably higher as a result of the photographic papers used.
The inventor has set himself the task of creating a method and a device in which direct mechanical recording can be used and in which, despite the limited frequency range of mechanical recording systems, signal voltages of higher frequencies can be displayed.
It is not necessary to register recordings of higher frequencies true to the curve; because at the above-mentioned advancing speeds the resolution in the direction of the time coordinate for frequencies above 100 Hz is so low that an evaluation of the curve shape is impossible. The actual curve shape is therefore not shown, and only the recording is made with the same amplitude or as approximately with the same amplitude as is required for the diagnostic evaluation. As a result of the aforementioned limited resolving power, such a registration is practically indistinguishable from a true curve shape.
The primarily existing high-frequency oscillation is converted into one of such a low frequency that it is still well registered by the relevant registration system, whereby it is ensured that the registered frequency is always approximately proportional to the original amplitude.
To carry out such a method, there are in principle various ways in which known AC technology measures can be used.
One could think of superimposing an oscillation generated by an auxiliary oscillator over the signal frequencies to be registered. This superimposition allows a transposition that is true to shape or at least similar in shape to a frequency range suitable for mechanical registration.
A method equivalent to your above overlay method would be a frequency division, whereby the correspondingly decreased frequencies could be registered mechanically. However, the two possibilities mentioned above can only be implemented to a limited extent in practice, since in the method of frequency division incorrect records can form a considerable interference factor due to the necessary settling times. In the case of the superposition method, there is also the fact that, depending on the distance between the resulting frequencies and the fundamental frequency, a more or less large number of oscillations of the same frequency is required to form a beat.
The present invention relates to a method for registering signal voltages, in particular physiological, with means of recording organs whose frequency range is smaller than the frequency spectrum to be detected, and is characterized in that instead of the direct recording, an auxiliary signal is registered whose frequency sequence is in the response range of the oscillographic organ and its amplitude is controlled in such a way that it is at least approximately proportional to the amplitudes of the signal to be displayed.
In order to avoid an overlay of low useful signal frequencies with the low frequencies also artificially generated by conversion for the registration in the form of annoying Schwebangserseheinungen, high and low passes can also be used, which bewerkstel a separation of the individual bands in a manner known per se leagues. It is possible, within the scope of normal technical ability, to achieve this either by using several separate frequency ranges that can be set by switches or by means of electrical heating.
The device for performing the method according to the invention is characterized in that it has an auxiliary oscillator designed as a transposition element and controlled by the signal envelope curve voltage.
For example, as already stated, it is possible to use the rectified signal voltages to control the amplitude of a special oscillator with a frequency conveniently at the upper limit of the directly recordable spectrum and to feed the voltage to the amplification channel or the envelope curve of the signal voltages just to chop up.
The method according to the invention is to be illustrated in greater detail, for example, using a numerical example and the figures. In Fig. 1 the curve a is a graphical representation of the frequency response of a modern direct writing recording system and the curve b is a low-pass damping curve, Fig. 2 is a graphical representation of a heart sound curve, Fig. 3 is a block diagram of an embodiment example with an auxiliary oscillator, Fig 4 is a circuit diagram of an exemplary embodiment.
According to Fig. 1, the frequencies from 0 to 200 Hz are reproduced linearly, while above the natural frequency, which is here at 200 Hz, a steep drop in sensitivity sets in. Curve b shows the ideal shape of the attenuation curve for a low pass, e.g. B. an RC network that would have to be switched on in an electrical switch rule to ensure the transition from the immediate to the medium-sized recording.
It can now go further if the already mentioned idea of controlling an oscillator by the rectified signal voltage is generalized. If, in fact, there is no need to register the voltage signals directly and instead only control the oscillator through the useful signals in the entire frequency range, the recording device only needs to be dimensioned for its oscillation frequency. But this means an extraordinary advantage, because it is then possible to work with a pure resonance system and thereby manage with a considerably reduced control effort. In this case, the image of a heart sound curve would look like in Fig. 2 Darge has.
In practice, it can be seen that, despite the fundamental difference in the representation of the secondary image in the Cartesian coordinate system, the visual impression does not deviate from the usual heart tone image.
Fig. 3 shows the block diagram for an arrangement with an auxiliary oscillator. The auxiliary oscillator f is controlled in amplitude by the preamplifier a and in turn controls the performance stage d with the registration system e.
The frequency of the auxiliary oscillator can be swept weakly to avoid beats in the event of imperfect screening at the output of the preamplifier.
A circuit diagram of an arrangement as it can be used in practice is shown in FIG. With a microphone 1, the sound is picked up from a body to be examined 2 and the corresponding electrical vibrations are fed to the input jacks 3 of the amplifier. Here it is pre-amplified via tube stages 4 and 5. The amplified AC voltage is supplied by an anode 6 of the tube 5 Rectifier 7 fed, which rectifies the arriving frequencies. The following low-pass filter 8-10 supplies a DC voltage pulsating in time with the signal voltage amplitudes, which could be fed to an output stage, which in turn controls the registration system with the relatively slow oscillations of the envelope.
In the solution shown, however, these are used to modulate an oscillator 11, which emits its power to the output stage at a frequency that is within the registable range. From the anode of this oscillator, the vibrations pass via coupling elements 12 to an end stage 13, which in turn feeds a registration system 14.