Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Uberwachung von Atembewegungen eines Patienten.
Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung von Atembewegungen bekannt. Wegen verschiedener Nachteile sind diese Vorrichtungen und Verfahren jedoch nicht weit verbreitet. Gemäss eines bekannten Verfahrens wird eine Elektrode direkt an die Haut eines Patienten im Bereich des Brustkorbes angeschlossen, um deren elektrische Widerstandsänderungen beim Ausdehnen und Zusammenziehen während des Atmens zu messen.
Eine solche direkte Verbindung wirkt auf den Patienten jedoch störend. Ferner kann dessen Haut auf die physiologische Kochsalzlösung reagieren, welche zur Herstellung eines einwandfreien Kontaktes zwischen der Haut und der Elektrode notwendig ist. Die Elektrode kann sogar gefährlich sein, wenn zufällig oder durch einen technischen Defekt eine hohe Spannung an die Haut angelegt wird. Es sind bereits Unfälle dieser Art bekanntgeworden. Ferner sind Vorrichtungen bekannt, welche das Aussetzen einer Bewegung feststellen und zu diesem Zweck eine photoelektrische Zelle verwenden. Diese Vorrichtungen weisen jedoch nicht die gewünschte Empfindlichkeit auf, welche für eine zuverlässige Arbeitsweise erforderlich ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Überwachung der Atembewegungen eines
Patienten zu beschreiben, welche eine zuverlässige Anzeige für das Aussetzen der Atemtätigkeit liefert, ohne dass sie direkt am Körper befestigt werden muss. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine kapazitive Kraft messvorrichtung, welche aus einander abwechselnden Schich ten leitenden und nichtleitenden flexiblen Materials besteht, vorgesehen ist, welche sich unterhalb des Patienten befindet und welche zur Umwandlung von zyklischen Druckschwan kungen in elektrische Signale dient, dass über Leitungen, wel che jeweils an bestimmte leitende Schichten der als Platten kondensator mit zwei Platten ausgebildeten, kapazitiven
Kraftmessvorrichtung angeschlossen sind, wobei eine Leitung an die äusseren leitenden Schichten aus flexiblem Material angeschlossen ist,
den Schichtdn aus leitendem, flexiblem
Material eine Gleichspannung zuführbar ist, und, dass an die
Leitungen ein Schaltkreis zur Überwachung der Atembewe gung des Patienten angeschlossen ist, derart, dass eine An zeige bei deren Aussetzung erfolgt.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die perspektivische Darstellung einer Anordnung zur Überwachung von Atembewegungen eines in einem Spi talbett liegenden Patienten,
Fig. 2 die perspektivische Darstellung der Kraftmessvor richtung gemäss Fig. 1,
Fig. 3 das Blockschaltbild des elektrischen Teils zur Er zeugung eines optischen und eines akustischen Warnsignals zur Anzeige einer Atemunterbrechung,
Fig. 4 das Schaltbild des Verstärkers gemäss Fig. 3,
Fig. 5 das Schaltbild zur Betätigung von Anzeigelampen gemäss Fig. 3,
Fig. 6 das Schaltbild einer akustischen Warnvorrichtung gemäss Fig. 3,
Fig. 7 Einzelheiten der Verbindung zur Kraftmessvorrich tung,
Fig. 8 das Schaltbild einer Warnvorrichtung mit einem
Speicher und
Fig. 9 das Schaltbild einer Vorrichtung zur Messung der
Atemfrequenz des Patienten.
Gemäss Fig. 1 ist eine Kraftmessvorrichtung 11 zwischen einer Matratze 13 und einer nicht dargestellten Matratzen auflage eines Spitalbettes 17 unter der Schulterpartie eines
Patienten 15 angeordnet. Die Kraftmessvorrichtung 11 ist über ein Koaxialkabel 19 mit einer Konsole 21 verbunden, welche wiederum über ein Mehrfachkabel 23 und über einen Stecker 24 an eine Netzsteckdose 25 angeschlossen ist. Auf der Aussenseite der Konsole 21 sind eine akustische Signal vorrichtung 27 sowie zwei optische Signalvorrichtungen 29 und 31 angebracht.
Gemäss Fig. 2 ist die Kraftmessvorrichtung 11 als kapa zitive Vorrichtung aufgebaut, welche aus flexiblen, wechsel weise leitenden und nichtleitenden Materialschichten be steht. Die als Kondensator aufgebaute Vorrichtung ist mit
Aussenschichten 33 versehen, welche aus nichtleitendem Ma terial beispielsweise einem Akrylprodukt oder Zellulose, be stehen. Das untere Ende dieser Schicht weist eine Klappe
35 auf, welche über die obere Deckschicht umgeschlagen ist. Gemäss Fig. 2 ist die nächstfolgende Schicht von oben gesehen, eine flexible, leitende Schicht 37, welche beispiels weise aus Stahlfolie besteht. Darunter liegt eine nichtlei tende Materialschicht 39, der wiederum eine leitende Schicht
41 sowie eine nichtmetallische Schicht 43 und eine äussere leitende Schicht 45 folgen, wobei letztere durch die zuvor er wähnte Ausschenschicht abgedeckt ist.
Die Schichten 39, 41 und 43 werden durch einen nichtleitenden Streifen 46 zu sammengehalten. Die äusseren leitenden Schichten 37 und
45 bilden nicht nur die Referenzelektroden der Kapazität gegenüber der inneren Schicht 41, sondern schirmen auch die innere Elektrode gegenüber elektrischen Streufeldern ab.
Das Koaxialkabel 19, welches die Kraftmessvorrichtung mit der Konsole 21 verbindet, weist einen Mittelleiter 19A auf, der gemäss Fig. 7 an die mittlere Elektrode 41 ange schlossen ist. Die Abschirmung 19B des Kabels 19 ist mit den beiden äusseren Elektroden 37 und 45 über einen An schluss 19B' verbunden. An der Konsole ist die Abschirmung
19B an der Stelle 47 geerdet. Für das leitende Material der
Kraftmessvorrichtung kann beispielsweise eine Stahlfolie mit einer Stärke von etwa 0,076 mm verwendet werden, während als nichtleitendes Material ein Akrylprodukt verwendet wer den kann. Die einander abwechselnden Schichten aus leiten dem und nichtleitendem Material haben eine Kantenlänge von etwa 15 cm. Dadurch ist die Kraftmesseinrichtung flexibel und trotzdem handlich, so dass sie sichere Messergebnisse liefert, wenn sie auf der Matratze 13 angeordnet ist.
In dem in Fig. 3 gezeigten Schaltbild ist die kapazitive
Kraftmessvorrichtung 11 gemäss den Fig. 2 und 7 mit ihrem mittleren Leiter 19A an den Anschluss 49 eines Widerstands
50 und einer Schutzschaltung 53 angeschlossen. Die Schutz schaltung umfasst einen Vorwiderstand 55 sowie parallel lie gende Dioden 57 und 59, welche gegensinnig an den An schluss 61 zwischen zwei Widerständen 63 und 65 ange schlossen sind, wobei der Widerstand 65 mit dem Massean schluss 47 verbunden ist.
Der Widerstand 50 ist an die Gateelektrode 67 eines
Feldeffekttransistors 69 angeschlossen, dessen Drain-Elek trode 71 mit einer Gleichspannungsquelle von beispielsweise
25 Volt verbunden ist. Die Source-Elektrode 73 des Tran sistors 69 liegt in Reihe mit dem Widerstand 63.
Der Verbindungspunkt 61 zwischen den Widerständen 63 und 65 ist über einen Kondensator 75 mit dem Eingang eines
Verstärkers 77 verbunden, dessen Ausgang eine optische
Signalvorrichtung 79 zugeführt ist, welche ein wahlweises
Aufleuchten der Lampen 29 und 31 oder anderer Anzeige vorrichtungen verursacht. Ferner ist der Ausgang des Ver stärkers 77 einer akustischen Signalvorrichtung 85 zugeführt, an welcher ein Lautsprecher 27 angeschlossen ist.
Der Feldeffekttransistor 69 ist in einer Art Emitterfolger schaltung mit den Widerständen 63 und 65 verbunden. Der
Widerstand 63 liefert die Vorspannung, um den Umschalt punkt des Feldeffekttransistors festzulegen. Die am Wider stand 65 entstehende Spannung wird über den Widerstand 65 der Kraftmessvorrichtung 11 rückgeführt. Dadurch wird die kapazitive Kraftmessvorrichtung so vorgespannt, dass sie anspricht und der konstanten Spannung eine variable Spannung überlagert, welche der Änderung ihrer Kapazität umgekehrt proportional ist. Diese variable Spannung wird über den Widerstand 50 durch das Gate 67 des Feldeffekttransistors abgetastet. Der Ausgang des Feldeffekttransistors wird über den Verbindungspunkt 61 und über den Kondensator 75 dem Eingang des Verstärkers 77 zugeführt.
Jedesmal wenn die Kraftmessvorrichtung 11 einem Druck ausgesetzt ist, erscheint am Ausgang der Verstärkerschaltung 77 ein Signal. Dieses verstärkte Signal wird der Lampenschaltvorrichtung 79 zugeführt. Die den Atem anzeigende Lampe 29 spricht auf die zyklischen Drucksignale an, welche über die Matratze 13 der Kraftmessvorrichtung zugeführt werden.
Diese Lampe leuchtet jedesmal dann auf, wenn die Kraftmessvorrichtung eine Atembewegung aufnimmt. Solange der Patient atmet, bleibt das zyklische Aufblitzen der Lampe 29 erhalten.
Setzt der Atem des Patienten aus, erlöscht die Atemlampe 29 nach einer gewissen Zeit, welche durch den einstellbaren Widerstand 225 festgelegt wird. Dann wird eine Warnlampe 31 eingeschaltet. Dadurch wird eine Wechselspannung an die akustische Signalvorrichtung 85 geleitet, wodurch in dieser ein Schalter betätigt und eine akustische Warnvorrichtung, beispielsweise ein Summer, ausgelöst wird. Vorzugsweise wird jedoch eine Transistorschalteinrichtung betätigt, welche bei Aufleuchten der Warnlampe 31 ein akustisches Signal auslöst.
Gemäss Fig. 4, in welcher eine bevorzugte Verstärkerschaltung gezeigt ist, ist die Drain-Elektrode 71 des Feldeffekttransistors 69 über einen Verbindungspunkt 87 mit einem Widerstand 89 verbunden, welcher am Kollektor 91 eines .Transistors 93 angeschlossen ist. Die Basis 95 des Transistors 93 ist über einen Verbindungspunkt 94 mit dem Kondensator 75 und mit einem Widerstand 97 verbunden.
Der Kollektor 91 des Transistors 93 ist über den Verbindungspunkt 99 sowohl an den Widerstand 89 als auch an den Widerstand 97 angeschlossen. Der Emitter 98 des Transistors 93 ist mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt 99 steht über einen Kondensator 101 mit einem Widerstand 103 in Verbindung, dessen anderes Ende über einen Verbindungspunkt 105 mit einem Widerstand 107 und der Basis 109 eines Transistors 111 verbunden ist.
Der Verbindungspunkt 105 und die Basis 109 des Transistors 111 sind mit einer Diode 113 über einen Verbindungspunkt 115 verbunden, an welchen ein Kondensator 117 angeschlossen ist. Ein Widerstand 119 ist mit Masse verbunden und mit dem Verbindungspunkt 121, welcher zwischen dem Kondensator 117 und einem Kondensator 123 vorgesehen ist. Der Kondensator 123 ist über einen Verbindungspunkt 125 mit einem Widerstand 127 und dem Kollektor 129 des Transistors 111 verbunden. Ferner verbindet der Verbindungspunkt 125 die Widerstände 107 und 127. Der Widerstand 127 führt über einen Anschlusspunkt 139 an eine ungeregelte Gleichspannungsquelle von beispielsweise 35 Volt.
Der Leiter 132 und der Anschluss 134 bilden den Ausgang der Verstärkerschaltung.
Die Gleichspannung von beispielsweise 35 Volt wird von einem Netzgerät bezogen, welches über einen Stecker 24 mit dem Wechselspannungsnetz verbunden ist. Über eine Primärwicklung 133A wird die Spannung einem Transformator 133 zugeführt, an dessen Sekundärwicklung 135 eine Diode 137 angeschlossen ist. Über einem Kondensator 141 wird die Gleichspannung abgegriffen. Der Kondensator 141 liegt dabei an Masse 47.
Eine Regelschaltung umfasst einen Transistor 143, dessen Emitter 145 an einen Verbindungspunkt 147 angeschlossen ist, welcher zwischen einem Widerstand 149 und einem Leiter 151 liegt. Der Leiter 151 führt zum Verbindungspunkt 87 zwischen dem Widerstand 89 und dem Feldeffekttransistor 69. Der Kollektor 153 des Transistors 143 ist über einen Leiter 155 mit der Gleichspannungsquelle von beispielsweise 35 Volt verbunden. Die Basis 157 des Transistors ist mit einem Verbindungspunkt 159 verbunden, der zwischen einem Widerstand 161 und dem Kollektor 163 eines Transistors 165 liegt. Das andere Ende 167 des Widerstands 161 ist mit dem Leiter 155 und damit mit der Gleichspannungsquelle von beispielsweise 35 Volt verbunden. Die Basis 169 des Transistors 165 ist an den Verbindungspunkt 171 angeschlossen, welcher zwischen den Widerständen 149 und 173 liegt.
Der Emitter 175 des Transistors 165 ist mit der Kathode einer Zenerdiode 177 verbunden, deren Anode an Masse und an einen Transistor 173 angeschlossen ist. Zusätzlich ist die Kathode der Zenerdiode 177 mit dem Verbindungspunkt 179 verbunden, welcher zwischen einem Widerstand 181 und dem Emitter 175 des Transistors 167 liegt. Der Widerstand 181 ist über den Anschluss 183 mit dem Leiter 155 und damit mit der Gleichspannungsquelle von beispielsweise 35 Volt verbunden.
Die gezeigte Regelschaltung benutzt.eine 15-Volt-Zenerdiode als Referenzelement und einen als Spannungsteiler wirkenden Transistor 165, der die Basis des Transistors 143 steuert. Der Ausgang der Steuerschaltung dient dann als Differenz der Referenzspannung innerhalb des Spannungsteilers, welcher durch die Widerstände 149 und 173 gebildet ist, um den Arbeitspunkt für den Transistor 165 festzulegen.
Dieser ergibt sich aus der Summe der 25-Volt-Spannung und dem Spannungsabfall über dem Transistor 165.
Die beschriebene Verstärkerschaltung besteht aus zwei Stufen mit den Transistoren 93 bzw. 111. Die beiden Stufen sind kapazitiv miteinander gekoppelt. Der Transistor 111 weist zwischen seinem Kollektor und seiner Basis ein Tiefpassfilter auf, welches eine Rückkopplung bildet. Dieses Filter besteht aus den Kondensatoren 117 und 123 sowie aus dem Widerstand 119. Diese Schaltung gibt dem Verstärker ein Tiefpassverhalten, wodurch Frequenzen, welche oberhalb der normalen Atemfrequenz liegen, unterdrückt werden und nur die tiefen Frequenzen, welche für die Feststellung des Atmens von Interesse sind, verstärkt werden.
In Fig. 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Lampensteuerschaltung gezeigt. Der Ausgang 134 der Ver stärkerschaltung ist über einen Widerstand 185 und einen Kondensator 187 einem Verbindungspunkt 139 zugeführt.
Von diesem führt ein Widerstand 193 auf Masse 47. Der Verbindungspunkt 189 ist über einen Leiter 191 an einen Verbindungspunkt 195 angeschlossen. Zwischen diesem und Masse liegt eine Diode 199, während ein Widerstand 197 mit der Gate-Elektrode 199 eines Thyristors 201 verbunden ist, an dessen Anode 203 die Lampe 29 angeschlossen ist, wobei deren anderes Ende mit der Spannungsquelle 204 von beispielsweise 30 Volt verbunden ist. Die Kathode 205 des Thyristors 201 ist mit Masse verbunden.
Die Anode 203 des Thyristors 201 ist über einen Verbindungspunkt 209 mit einem Widerstand 207 verbunden, dessen anderes Ende über einen Verbindungspunkt 211 und einen Kondensator 213 an Masse angeschlossen ist. Ferner ist an den Verbindungspunkt 211 eine Diode 215 mit einem in Reihe geschalteten Widerstand 217 angeschlossen. Dessen anderes Ende führt auf einen Verbindungspunkt 219 und an die Gate-Elektrode 228 eines zweiten Thyristors 229. Vom Verbindungspunkt 219 ausgehend ist ein Widerstand 223 und ein in Serie liegender einstellbarer Widerstand 225 mit der Spannungsquelle 204 von beispielsweise 30 Volt verbunden.
Die Kathode 231 des Thyristors 229 ist an Masse angeschlossen, während die Anode 233 mit der Lampe 31 verbunden ist, deren anderes Ende an die Spannungsquelle 204 und über den Leiter 227 an die Lampe 29 angeschlossen ist.
Die Schaltung 79 mit dem Thyristor 201 schaltet die Lampe 29 jedesmal dann ein, wenn von der Kraftmessvorrichtung 11 ein Atemsignal abgegeben wird. Die Anode 203 des Thyristors 201 ist mit dem Kondensator 213 verbunden, wodurch dieser ständig aufgeladen wird. Die Lampe 31 leuchtet so lange nicht auf, wie diese Ladung aufrecht erhalten wird. Jedesmal wenn der Thyristor 201 gezündet und die Lampe 29 eingeschaltet wird, erscheint an der Anode 203 des Thyristors 201 eine negative Spannung, wodurch die negative Ladung auf dem Kondensator 213 aufrechterhalten wird. Der Thyristor 229 würde normalerweise die Lampe 31 aufleuchten lassen, wenn nicht die negative Ladung am Kondensator 213 vorhanden wäre. Ein Aussetzen der Atmung des Patienten oder ein Aussetzen der Lampe 29 lässt die negative Ladung am Kondensator 213 zusammenbrechen, wodurch die Lampe 31 eingeschaltet wird.
Als Folge davon, also auch wenn die Lampe 29 aussetzt, gibt das Instrument ein Warnsignal ab. Einerseits wird die Lampe 31 gezündet und anderseits wird ein akustischer Alarm, wie bereits oben erwähnt, ausgelöst, so dass das Pflegepersonal darauf aufmerksam gemacht wird, dass entweder ein Notfall vorliegt oder das Gerät fehlerhaft ist. Da die Lampe 31 gezündet wird, wenn innerhalb der Schaltung des Gerätes ein Fehler auftritt, erreicht das Instrument eine sehr hohe Betriebssicherheit.
In Fig. 6 ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel einer akustischen Warneinrichtung gezeigt. Ein Widerstand 239 ist mit dem Ausgang 235 der optischen Warnvorrichtung und mit seinem anderen Anschluss mit einem Verbindungspunkt 241 verbunden. Von diesem geht ein Kondensator 245 gegen Masse 47 und ein Widerstand 243 zu einem Verbindungs punkt 244. Dieser Verbindungspunkt liegt einerseits an der Basis 249 eines Transistors 251, anderseits ist ein Widerstand 247 angeschlossen. Der Emitter 261 des Transistors
251 ist mit Masse verbunden, während der Kollektor 253 über einen Verbindungspunkt 255 und einen Widerstand 257 zu einem Verbindungspunkt 263 führt, mit dem das zweite Ende des Widerstandes 247 und ein Anschluss eines Lautsprechers 27 verbunden sind.
Vom Verbindungspunkt 255 führen ein Widerstand 259 zu einem Verbindungspunkt 265, von welchem die Reihenschaltung eines Widerstandes 271 und eines Kondensators 273 auf Masse führt. Anderseits ist der Verbindungspunkt 265 mit der Basis 267 eines Transistors 269 verbunden. Der Emitter 279 des Transistors liegt an Masse, während der Kollektor 275 mit dem zweiten Anschluss des Lautsprechers 27 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 263 ist mit der Gleichspannungsquelle von beispielsweise 35 Volt verbunden.
Der Kondensator 245 wird über die Lampe 31 von dem Thyristor 229 gemäss Fig. 5 aufgeladen. Wenn die Lampe 31 eingeschaltet ist, wird dadurch eine negative Ladung auf dem Kondensator 245 erzeugt, wodurch der Transistor 251 gesperrt wird und an seinem Kollektor eine minimale Spannung auftritt. Dadurch wird eine positive Vorspannung an die Basis des Transistors 269 gelegt, wodurch dieser eingeschaltet wird. Daraufhin wird ein Strom durch einen akustischen Signalgeber, beispielsweise den Lautsprecher 27, geschickt.
Wenn die Lampe 31 ausgeschaltet ist, wird dem Kondensator 245 keine Ladung zugeführt, so dass der Transistor 251 durch den Widerstand 247 in Öffnungsrichtung vorgespannt ist. Dadurch wird der Basisstrom im Transistor 269 zu Null, wodurch der Transistor gesperrt wird und durch den akusti schen Signalgeber kein Strom fliesst.
In einem Spital, in welchem mehrere derartige Einrichtungen von einer einzigen Person gleichzeitig überwacht werden, beispielsweise in einer Kinderstation zur Überwachung Neugeborener, muss zweckmässigerweise erkannt werden, ob ein zeitweiliges Aussetzen der Atmung vorgelegen hat, auch wenn diese danach wieder einsetzt. Wenn sich beispielsweise eine Krankenschwester um ein Neugeborenes kümmert, könnte ein hinter ihr liegendes Kind durch zeitweises Aus setzen der Atmung die Lampe 31 zum Ansprechen bringen und die akustische Signalvorrichtung 27 ertönen lassen.
Bevor sich die Krankenschwester herumdreht, könnte die Atmung jedoch wieder einsetzen, wodurch die Lampe 31 ausschaltet und die akustische Signalvorrichtung 27 ver stummt. In einem solchen Fall wäre es nicht möglich, dass die
Krankenschwester erfährt, von welchem Patienten der vor übergehende Alarm ausgegangen ist.
Gemäss Fig. 8 ist daher eine Schaltung vorgesehen, wel che mit einem Speicher ausgerüstet ist, der ein solches Warn signal zu speichern vermag. Diese Schaltung stellt eine Ab wandlung der in Fig. 5 gezeigten Ausführung dar und ist mit zusätzlichen Einrichtungen versehen. So ist anstelle des
Thyristors 229 ein Transistors 281 vorgesehen, während die
Lampe 31 nicht mehr in der in Fig. 5 gezeigten Schaltung vorhanden ist. Vielmehr ist sie als Lampe 31' gemäss Fig. 8 an einen Thyristor 283 angeschlossen, welcher die Speicher funktion übernimmt. Der Speicher umfasst ferner einen
Transistor 285, einen Unijunction-Oszillator 287 und einen
Transistor 289. Während des normalen Atemvorganges beim
Patienten befindet sich der Transistor 281 im nichtleitenden
Zustand, der Transistor 285 im leitenden und der Unijunc tion-Oszillator 287 ebenfalls im nichtleitenden Zustand.
Der
Thyristor 283 befindet sich im nichtleitenden Zustand, wäh rend der Transistor 289 leitet. Dadurch ist die Lampe 31' nicht eingeschaltet. Gleichfalls ist die akustische Signalvor richtung 27, welche zwischen dem Thyristor 283 und dem
Transistor 289 angeordnet ist, ebenfalls nicht in Aktion.
Wenn der Transistor 289 ausgeschaltet ist, entsteht eine posi tive Vorspannung an der Basis des Transistors 285, wodurch dieser im leitenden Zustand gehalten wird. Das entstehende geringe Potential am Kollektor des Transistors 285 hält den
Oszillator 287 gesperrt. Der Transistor 289 wird durch den
Widerstand 295 in den leitenden Zustand vorgespannt.
Setzt der Atem des Patienten aus, wird der Transistor 283 leitend, wodurch der Transistor 285 nichtleitend wird. Da durch beginnt der Oszillator 287 zu schwingen, wodurch positivelmpulse erzeugt werden, von denen der erste dem
Gate des Thyristors 283 zugeführt wird, wodurch dieser lei tend wird. Die Impulse werden ferner einem Kondensator
297 zugeführt, welcher periodisch negatives Potential an die
Basis des Transistors 289 legt, um diesen zeitweise nichtlei tend zu machen. Wenn sich daher der Thyristor 283 im ein geschalteten Zustand befindet und der Transistor 289 ein und ausgeschaltet wird, wird die Lampe 31' periodisch auf leuchten und-erlöschen.
Durch diesen Vorgang wird peri odisch über den Kondensator 291 ein negativer Impuls an die akustische Signalvorrichtung 27 angelegt, wodurch auch das akustische Warnsignal periodisch ein- und ausgeschaltet wird.
Beginnt der Patient wieder zu atmen, wird der Transistor 281 ausgeschaltet und der Transistor 285 eingeschaltet, wodurch die Schwingungen des Oszillators 287 aufhören. Dadurch wird der Transistor 289 wieder ständig leitend. Der Thy ristor 283 bleibt ebenfalls leitend, wodurch die Lampe 31' P ständig'mit Energie versorgt wird. Dadurch ist ein Speicher in Form einer ständigen Anzeige gegeben, welche dem Auf sichtspersonal festzustelien erlaubt, dass bei einem Patienten ein temporäres Aussetzen des Atems vorgelegen hat. Um die
Lampe 31' und den Thyristor 283 in ihren normalen Zu stand zurückzubringen, muss durch den Beobachter lediglich ein Schalter 293 für kurze Zeit geschlossen werden, wodurch die Anode des Thyristors 283 an Masse gelegt wird, und der
Thyristor in seinen normalen Zustand zurückkehrt.
Die in Fig. 9 gezeigte Schaltung kann dazu dienen, zusätzlich zur Lampe 29 als optische Anzeigevorrichtung für das Vorhandensein des normalen Atemvorganges zu dienen.
Die Vorrichtung umfasst ein Messgerät für die Atemfrequenz. Sie kann mit ihrem Eingang 134 an den Verstärker gemäss Fig. 4 angeschlossen sein. In der Vorrichtung gemäss Fig. 9 befindet sich ein Transistor 301 normalerweise im gesperrten Zustand. Bei jedem Atemsignal wird er jedoch eingeschaltet, wenn kein Atemsignal vorhanden ist, während er sperrt, wenn der Transistor 301 leitend wird. Ein Kondensator 305 wird über den Transistor 303 aufgeladen, wenn dieser leitend und der Transistor 301 gesperrt ist. Wenn der Transistor 301 leitet, wird der Kondensator 305 über eine Diode 307 und den Transistor 301 entladen. Dadurch wird der Transistor 303 gesperrt, da seine Basis stärker negativ ist als sein Emitter. Wenn der Transistor 301 sperrt, wird der Transistor 303 gleichzeitig eingeschaltet, um den Kondensator 305 aufzuladen.
Der Ladestrom wird an einem Widerstand 309 gemessen, und zwar mit einem Integrator, welcher aus Kondensatoren 311 und 313 und einem einstellbaren Widerstand 315 besteht. Nach Einstellung des Regelwiderstandes 315 kann die Atemfrequenz des Patienten gemessen werden. Die Zenerdiode 219 ist vorgesehen, um die dem Kondensator 305 zugeführte Spannung zu regeln, so dass diese Spannung eine sehr genaue Referenzspannung darstellt.
Die beschriebene Vorrichtung weist gegenüber bekannten wesentliche Vorteile auf. Durch die Kraftmesseinrichtung, welche gemäss Fig. 1 unter dem Patienten angeordnet wird, kann eine sehr genaue Atemmessung durchgeführt werden.
Die Kraftmessvorrichtung ist im wesentlichen auf vertikale Bewegungen empfindlich, welche durch die Atembewegung des Patienten auf die Matratze 13 übertragen werden. Wird die Atmung des Patienten unterbrochen, werden optische und akustische Warnsignale an der Konsole ausgelöst, wodurch die Aufmerksamkeit des Pflegepersonals erregt wird.
Die Vorrichtung weist eine sehr gute Empfindlichkeit auf, wodurch auch eine erhöhte Sicherheit gegeben ist, da eine ständige direkte Überwachung des Patienten vollkommen überflüssig geworden ist.
The invention relates to an arrangement for monitoring breathing movements of a patient.
Various methods and devices for monitoring respiratory movements are already known. However, because of various disadvantages, these devices and methods are not widely used. According to a known method, an electrode is connected directly to the skin of a patient in the region of the chest, in order to measure the changes in electrical resistance during expansion and contraction during breathing.
However, such a direct connection has a disruptive effect on the patient. Furthermore, its skin can react to the physiological saline solution, which is necessary to establish perfect contact between the skin and the electrode. The electrode can even be dangerous if high voltage is applied to the skin by accident or due to a technical defect. Accidents of this kind have already become known. Devices are also known which detect the suspension of movement and use a photoelectric cell for this purpose. However, these devices do not have the desired sensitivity, which is required for reliable operation.
It is the object of the present invention to provide an arrangement for monitoring the breathing movements of a
Describe a patient who provides a reliable indication of the cessation of breathing without having to be attached directly to the body. This object is achieved according to the invention in that a capacitive force measuring device, which consists of alternating layers of conductive and non-conductive flexible material, is provided, which is located below the patient and which serves to convert cyclical pressure fluctuations into electrical signals that over Lines, wel che each to certain conductive layers of the capacitor formed as a plate with two plates, capacitive
Force measuring devices are connected, a line being connected to the outer conductive layers made of flexible material,
the layer of conductive, flexible
Material a DC voltage can be fed, and that to the
Lines is connected to a circuit for monitoring the patient's breathing movement, such that a display occurs when they are suspended.
In the following, exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to drawings. Show it:
Fig. 1 is a perspective view of an arrangement for monitoring respiratory movements of a patient lying in a Spi talbett,
Fig. 2 shows the perspective view of the Kraftmessvor direction according to FIG. 1,
Fig. 3 is a block diagram of the electrical part for generating an optical and an acoustic warning signal to indicate a respiratory interruption,
4 shows the circuit diagram of the amplifier according to FIG. 3,
FIG. 5 shows the circuit diagram for actuating indicator lamps according to FIG. 3,
6 shows the circuit diagram of an acoustic warning device according to FIG. 3,
Fig. 7 details of the connection to the Kraftmessvorrich device,
8 shows the circuit diagram of a warning device with a
Memory and
9 shows the circuit diagram of a device for measuring the
Patient breathing rate.
According to Fig. 1, a force measuring device 11 is between a mattress 13 and a mattress pad, not shown, of a hospital bed 17 under the shoulder area of a
Patient 15 arranged. The force measuring device 11 is connected via a coaxial cable 19 to a console 21, which in turn is connected to a mains socket 25 via a multiple cable 23 and a plug 24. On the outside of the console 21, an acoustic signal device 27 and two optical signal devices 29 and 31 are attached.
According to Fig. 2, the force measuring device 11 is constructed as a capacitive device, which is made of flexible, alternately conductive and non-conductive material layers be. The device constructed as a capacitor is with
Outer layers 33 are provided, which are made of non-conductive material, for example an acrylic product or cellulose, be. The lower end of this layer has a flap
35, which is folded over the upper cover layer. According to Fig. 2, the next following layer is seen from above, a flexible, conductive layer 37, which example, consists of steel foil. Underneath is a non-conductive material layer 39, which in turn is a conductive layer
41 and a non-metallic layer 43 and an outer conductive layer 45 follow, the latter being covered by the cut-out layer mentioned above.
The layers 39, 41 and 43 are held together by a non-conductive strip 46. The outer conductive layers 37 and
45 not only form the reference electrodes of the capacitance with respect to the inner layer 41, but also shield the inner electrode from stray electrical fields.
The coaxial cable 19, which connects the force measuring device to the console 21, has a central conductor 19A, which is connected to the central electrode 41 according to FIG. The shield 19B of the cable 19 is connected to the two outer electrodes 37 and 45 via a connection 19B '. The shield is on the console
19B grounded at point 47. For the conductive material of the
Force measuring device, for example, a steel foil with a thickness of about 0.076 mm can be used, while an acrylic product can be used as the non-conductive material. The alternating layers of conductive and non-conductive material have an edge length of about 15 cm. As a result, the force measuring device is flexible and nevertheless handy, so that it delivers reliable measurement results when it is arranged on the mattress 13.
In the circuit diagram shown in Fig. 3, the capacitive
Force measuring device 11 according to FIGS. 2 and 7 with its middle conductor 19A to the connection 49 of a resistor
50 and a protective circuit 53 connected. The protective circuit comprises a series resistor 55 and parallel diodes 57 and 59, which are connected in opposite directions to the connection 61 between two resistors 63 and 65, the resistor 65 being connected to the ground connection 47.
Resistor 50 is connected to gate electrode 67
Field effect transistor 69 connected, the drain elec trode 71 with a DC voltage source of, for example
25 volts is connected. The source electrode 73 of the transistor 69 is in series with the resistor 63.
The connection point 61 between the resistors 63 and 65 is via a capacitor 75 to the input of a
Amplifier 77 connected, the output of which is an optical
Signal device 79 is supplied, which is an optional
Illumination of the lamps 29 and 31 or other display devices caused. Furthermore, the output of the amplifier 77 is supplied to an acoustic signal device 85 to which a loudspeaker 27 is connected.
The field effect transistor 69 is connected to the resistors 63 and 65 in a type of emitter follower circuit. Of the
Resistor 63 provides the bias voltage to set the switching point of the field effect transistor. The voltage generated at the opponent 65 is fed back through the resistor 65 of the force measuring device 11. As a result, the capacitive force measuring device is biased so that it responds and a variable voltage superimposed on the constant voltage, which voltage is inversely proportional to the change in its capacitance. This variable voltage is sampled via the resistor 50 through the gate 67 of the field effect transistor. The output of the field effect transistor is fed to the input of the amplifier 77 via the connection point 61 and via the capacitor 75.
Every time the force measuring device 11 is subjected to a pressure, a signal appears at the output of the amplifier circuit 77. This amplified signal is fed to the lamp switching device 79. The lamp 29 indicating the breath responds to the cyclical pressure signals which are fed to the force measuring device via the mattress 13.
This lamp lights up every time the force measuring device picks up a breathing movement. As long as the patient is breathing, the cyclical flashing of the lamp 29 is maintained.
If the patient stops breathing, the breathing lamp 29 goes out after a certain time, which is determined by the adjustable resistor 225. Then a warning lamp 31 is turned on. As a result, an alternating voltage is passed to the acoustic signal device 85, as a result of which a switch is actuated in the latter and an acoustic warning device, for example a buzzer, is triggered. However, a transistor switching device is preferably actuated, which triggers an acoustic signal when the warning lamp 31 lights up.
According to FIG. 4, in which a preferred amplifier circuit is shown, the drain electrode 71 of the field effect transistor 69 is connected via a connection point 87 to a resistor 89 which is connected to the collector 91 of a transistor 93. The base 95 of the transistor 93 is connected via a connection point 94 to the capacitor 75 and to a resistor 97.
The collector 91 of the transistor 93 is connected via the connection point 99 to both the resistor 89 and the resistor 97. The emitter 98 of transistor 93 is connected to ground. The connection point 99 is connected via a capacitor 101 to a resistor 103, the other end of which is connected via a connection point 105 to a resistor 107 and the base 109 of a transistor 111.
The connection point 105 and the base 109 of the transistor 111 are connected to a diode 113 via a connection point 115 to which a capacitor 117 is connected. A resistor 119 is connected to ground and to the connection point 121, which is provided between the capacitor 117 and a capacitor 123. The capacitor 123 is connected via a connection point 125 to a resistor 127 and the collector 129 of the transistor 111. Furthermore, the connection point 125 connects the resistors 107 and 127. The resistor 127 leads via a connection point 139 to an unregulated DC voltage source of, for example, 35 volts.
The conductor 132 and the connection 134 form the output of the amplifier circuit.
The direct voltage of 35 volts, for example, is obtained from a power supply unit which is connected to the alternating voltage network via a plug 24. The voltage is fed via a primary winding 133A to a transformer 133, to whose secondary winding 135 a diode 137 is connected. The direct voltage is tapped off via a capacitor 141. The capacitor 141 is connected to ground 47.
A regulating circuit comprises a transistor 143, the emitter 145 of which is connected to a connection point 147, which lies between a resistor 149 and a conductor 151. The conductor 151 leads to the connection point 87 between the resistor 89 and the field effect transistor 69. The collector 153 of the transistor 143 is connected via a conductor 155 to the direct voltage source of, for example, 35 volts. The base 157 of the transistor is connected to a connection point 159 which is between a resistor 161 and the collector 163 of a transistor 165. The other end 167 of the resistor 161 is connected to the conductor 155 and thus to the direct voltage source of, for example, 35 volts. The base 169 of the transistor 165 is connected to the connection point 171, which lies between the resistors 149 and 173.
The emitter 175 of the transistor 165 is connected to the cathode of a Zener diode 177, the anode of which is connected to ground and to a transistor 173. In addition, the cathode of the Zener diode 177 is connected to the connection point 179, which is located between a resistor 181 and the emitter 175 of the transistor 167. The resistor 181 is connected via the connection 183 to the conductor 155 and thus to the direct voltage source of, for example, 35 volts.
The control circuit shown uses a 15-volt Zener diode as a reference element and a transistor 165 that acts as a voltage divider and controls the base of transistor 143. The output of the control circuit then serves as the difference between the reference voltage within the voltage divider, which is formed by the resistors 149 and 173, in order to establish the operating point for the transistor 165.
This results from the sum of the 25 volt voltage and the voltage drop across transistor 165.
The amplifier circuit described consists of two stages with the transistors 93 and 111, respectively. The two stages are capacitively coupled to one another. The transistor 111 has a low-pass filter between its collector and its base, which forms a feedback. This filter consists of the capacitors 117 and 123 as well as the resistor 119. This circuit gives the amplifier a low-pass behavior, whereby frequencies which are above the normal breathing rate are suppressed and only the low frequencies which are of interest for the determination of breathing , be reinforced.
In Fig. 5, a preferred embodiment for a lamp control circuit is shown. The output 134 of the United amplifier circuit is fed to a connection point 139 via a resistor 185 and a capacitor 187.
A resistor 193 leads from this to ground 47. The connection point 189 is connected to a connection point 195 via a conductor 191. A diode 199 is connected between this and ground, while a resistor 197 is connected to the gate electrode 199 of a thyristor 201, to the anode 203 of which the lamp 29 is connected, the other end of which is connected to the voltage source 204 of, for example, 30 volts. The cathode 205 of the thyristor 201 is connected to ground.
The anode 203 of the thyristor 201 is connected via a connection point 209 to a resistor 207, the other end of which is connected to ground via a connection point 211 and a capacitor 213. Furthermore, a diode 215 with a series-connected resistor 217 is connected to the connection point 211. Its other end leads to a connection point 219 and to the gate electrode 228 of a second thyristor 229. Starting from connection point 219, a resistor 223 and an adjustable resistor 225 in series are connected to the voltage source 204 of 30 volts, for example.
The cathode 231 of the thyristor 229 is connected to ground, while the anode 233 is connected to the lamp 31, the other end of which is connected to the voltage source 204 and to the lamp 29 via the conductor 227.
The circuit 79 with the thyristor 201 switches the lamp 29 on each time a breathing signal is emitted by the force measuring device 11. The anode 203 of the thyristor 201 is connected to the capacitor 213, as a result of which it is continuously charged. The lamp 31 does not light up as long as this charge is maintained. Every time the thyristor 201 is ignited and the lamp 29 is switched on, a negative voltage appears at the anode 203 of the thyristor 201, whereby the negative charge on the capacitor 213 is maintained. The thyristor 229 would normally light the lamp 31 if the negative charge on capacitor 213 were not present. Suspension of the patient's breathing or suspension of lamp 29 causes the negative charge on capacitor 213 to collapse, whereby lamp 31 is switched on.
As a result, even if the lamp 29 fails, the instrument emits a warning signal. On the one hand, the lamp 31 is ignited and, on the other hand, an acoustic alarm is triggered, as already mentioned above, so that the nursing staff is made aware that either there is an emergency or the device is faulty. Since the lamp 31 is ignited if an error occurs within the circuit of the device, the instrument achieves a very high level of operational reliability.
In Fig. 6 the preferred embodiment of an acoustic warning device is shown. A resistor 239 is connected to the output 235 of the optical warning device and its other connection to a connection point 241. From this a capacitor 245 goes to ground 47 and a resistor 243 to a connection point 244. This connection point is on the one hand at the base 249 of a transistor 251, on the other hand a resistor 247 is connected. The emitter 261 of the transistor
251 is connected to ground, while the collector 253 leads via a connection point 255 and a resistor 257 to a connection point 263, to which the second end of the resistor 247 and a connection of a loudspeaker 27 are connected.
A resistor 259 leads from the connection point 255 to a connection point 265, from which the series connection of a resistor 271 and a capacitor 273 leads to ground. On the other hand, the connection point 265 is connected to the base 267 of a transistor 269. The emitter 279 of the transistor is connected to ground, while the collector 275 is connected to the second connection of the loudspeaker 27. The connection point 263 is connected to the DC voltage source of, for example, 35 volts.
The capacitor 245 is charged via the lamp 31 by the thyristor 229 according to FIG. When the lamp 31 is switched on, a negative charge is thereby created on the capacitor 245, whereby the transistor 251 is blocked and a minimal voltage appears at its collector. This places a positive bias on the base of transistor 269, turning it on. A current is then sent through an acoustic signal transmitter, for example the loudspeaker 27.
When the lamp 31 is switched off, no charge is supplied to the capacitor 245, so that the transistor 251 is biased in the opening direction by the resistor 247. As a result, the base current in transistor 269 becomes zero, whereby the transistor is blocked and no current flows through the acoustic signal generator.
In a hospital in which several such facilities are monitored by a single person at the same time, for example in a children's ward for monitoring newborns, it must expediently be recognized whether there has been a temporary interruption of breathing, even if it resumes afterwards. For example, if a nurse is looking after a newborn, a child lying behind her could cause the lamp 31 to respond by temporarily stopping breathing and the acoustic signal device 27 to sound.
Before the nurse turns around, however, breathing could start again, whereby the lamp 31 turns off and the acoustic signal device 27 mutes ver. In such a case, it would not be possible for the
The nurse finds out from which patient the temporary alarm went off.
According to FIG. 8, a circuit is therefore provided which is equipped with a memory that is capable of storing such a warning signal. This circuit represents a modification from the embodiment shown in FIG. 5 and is provided with additional facilities. So instead of the
Thyristor 229 a transistor 281 is provided while the
Lamp 31 is no longer present in the circuit shown in FIG. Rather, it is connected as a lamp 31 'according to FIG. 8 to a thyristor 283, which takes over the memory function. The memory also includes a
Transistor 285, a unijunction oscillator 287 and a
Transistor 289. During normal breathing in
In the patient, the transistor 281 is in the non-conductive
State, the transistor 285 in the conductive and the unijunc tion oscillator 287 also in the non-conductive state.
Of the
Thyristor 283 is in the non-conductive state, while transistor 289 conducts. As a result, the lamp 31 'is not switched on. Likewise, the acoustic Signalvor direction 27, which between the thyristor 283 and the
Transistor 289 is arranged, also not in action.
When the transistor 289 is turned off, a positive bias is created at the base of the transistor 285, whereby it is kept in the conductive state. The resulting low potential at the collector of transistor 285 holds the
Oscillator 287 locked. The transistor 289 is through the
Resistor 295 biased into conductive state.
If the patient stops breathing, the transistor 283 becomes conductive, whereby the transistor 285 becomes non-conductive. Since the oscillator 287 begins to oscillate, whereby positivelmpulse are generated, of which the first dem
Gate of the thyristor 283 is supplied, whereby this is lei tend. The pulses are also fed to a capacitor
297 supplied, which periodically negative potential to the
Base of transistor 289 sets to make this temporarily nichtlei tend. Therefore, when the thyristor 283 is in the on state and the transistor 289 is turned on and off, the lamp 31 'will light up and go out periodically.
As a result of this process, a negative pulse is periodically applied to the acoustic signal device 27 via the capacitor 291, whereby the acoustic warning signal is also switched on and off periodically.
When the patient begins to breathe again, the transistor 281 is switched off and the transistor 285 is switched on, whereby the oscillations of the oscillator 287 cease. As a result, transistor 289 becomes continuously conductive again. The thyristor 283 also remains conductive, whereby the lamp 31 'P is constantly' supplied with energy. This provides a memory in the form of a permanent display, which allows the supervisory staff to establish that a patient has temporarily stopped breathing. To the
To bring lamp 31 'and the thyristor 283 back to their normal state, only a switch 293 has to be closed for a short time by the observer, whereby the anode of the thyristor 283 is connected to ground, and the
Thyristor returns to its normal state.
The circuit shown in FIG. 9 can serve, in addition to lamp 29, as a visual display device for the presence of the normal breathing process.
The device comprises a measuring device for the respiratory rate. It can be connected with its input 134 to the amplifier according to FIG. In the device according to FIG. 9, a transistor 301 is normally in the blocked state. In the case of each breathing signal, however, it is switched on when there is no breathing signal, while it is blocked when transistor 301 becomes conductive. A capacitor 305 is charged via the transistor 303 when it is conductive and the transistor 301 is blocked. When the transistor 301 conducts, the capacitor 305 is discharged through a diode 307 and the transistor 301. This turns off transistor 303, since its base is more negative than its emitter. When the transistor 301 blocks, the transistor 303 is switched on at the same time in order to charge the capacitor 305.
The charging current is measured at a resistor 309 with an integrator, which consists of capacitors 311 and 313 and an adjustable resistor 315. After setting the control resistor 315, the patient's respiratory rate can be measured. The Zener diode 219 is provided in order to regulate the voltage supplied to the capacitor 305, so that this voltage represents a very precise reference voltage.
The device described has significant advantages over known ones. With the force measuring device, which is arranged under the patient according to FIG. 1, a very precise breath measurement can be carried out.
The force measuring device is essentially sensitive to vertical movements which are transmitted to the mattress 13 by the patient's breathing movement. If the patient's breathing is interrupted, visual and acoustic warning signals are triggered on the console, which attracts the attention of the nursing staff.
The device has very good sensitivity, which also provides increased safety, since constant direct monitoring of the patient has become completely superfluous.