DE1209697B

DE1209697B - Device for monitoring, measuring and / or registering pulsations on a body surface

Info

Publication number: DE1209697B
Application number: DEP21998A
Authority: DE
Inventors: Dr Med Hermann Portheine
Original assignee: HERMANN PORTHEINE DR MED
Current assignee: HERMANN PORTHEINE DR MED
Priority date: 1959-01-07
Filing date: 1959-01-07
Publication date: 1966-01-27
Also published as: CH389823A

Description

Gerät zur Überwachung, Messung und/oder Registrierung von Pulsationen einer Körperoberfläche Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Überwachung, Messung und/oder Registrierung von Pulsationen einer Körperoberfläche, mit einem Strahlengeber zur Beaufschlagung der Fläche mit einer gebündelten Strahlung und mit einem Strahlenempfänger zur Überwachung, Messung und/oder Registrierung der von der Fläche reflektierten Strahlung. Die Pulsationen der Körperoberfläche verursachen Abstandsänderungen der angestrahlten und reflektierenden Stelle von dem Strahlungsempfänger, und diese Änderungen sind als Modulation des von dem Strahlungsempfänger gelieferten Stromes erkennbar.Device for monitoring, measuring and / or registering pulsations a body surface The invention relates to a device for monitoring, Measurement and / or registration of pulsations on a body surface with a Radiation generator for exposing the surface to a bundled radiation and with a radiation receiver for monitoring, measuring and / or registering the radiation reflected from the surface. The pulsations of the body surface cause Changes in the distance of the illuminated and reflective point from the radiation receiver, and these changes are as a modulation of that provided by the radiation receiver Stromes recognizable.

Zur Darstellung von Pupillenbewegungen ist der Aufbau eines solchen Gerätes beschrieben und schematisch dargestellt in »Pflügers Archiv«, Bd. 244 (1941) S. 645 und 646. Der Strahlengeber-Strahlenempfänger-Teil des Gerätes besteht aus einer in einem lichtdichten Gehäuse angeordneten starken, wassergekühlten Lichtquelle, einem der Strahlenaustrittsöffnung des Gehäuses vorgeschalteten Tubus mit einer Spaltblende und mit einer Sammellinse am Umlenkspiegel bzw. Umlenkprisma sowie aus einem Tubusausgang, aus einem dem Tubus vorgeschalteten Umlenkspiegel bzw. Umlenkprisma sowie aus einem weiteren lichtdichten Gehäuse, das, von der pulsierenden Stelle aus gesehen, hinter dem Umlenkspiegel bzw. Umlenkprisma angeordnet ist, eine Fotozelle enthält und mit einer der pulsierenden Stelle zugewandten Öffnung versehen ist, die über den Umlenkspiegel bzw. das Umlenkprisma hinausgeht. Dieser Geber-Empfänger-Teil wird, in der Höhe und seitlich verstellbar von einem Stativ getragen, der zu untersuchenden Pupille bis auf etwa 2 cm angenähert. Die Anwendung eines entsprechenden Gerätes zur Aufzeichnung anderer pulsatorischen Bewegungen, z. B. der Halsvene, des Herzspitzenstoßes und der Atemexkursionen der Thoraxwand, ist vorgeschlagen in dem Buch »Kreislaufuntersuchungen am Menschen mit fortlaufend registrierenden Methoden« von Prof. For the representation of pupil movements the structure of such a Device described and shown schematically in »Pflügers Archive«, Vol. 244 (1941) P. 645 and 646. The radiation transmitter-radiation receiver part of the device consists of a strong, water-cooled light source arranged in a light-tight housing, one of the beam exit opening of the housing upstream tube with a Slit diaphragm and with a converging lens on the deflecting mirror or deflecting prism as well as off a tube outlet, from a deflecting mirror or deflecting prism connected upstream of the tube as well as from another light-tight housing, that of the pulsating point seen from, a photocell is arranged behind the deflection mirror or deflection prism contains and is provided with an opening facing the pulsating point, which goes beyond the deflecting mirror or the deflecting prism. This donor-receiver part is carried by a tripod, adjustable in height and laterally, of the to be examined Pupil approximated to about 2 cm. The use of an appropriate device to record other pulsatory movements, e.g. B. the jugular vein, the apical impulse and the breathing excursions of the chest wall, is suggested in the book »Circulatory examinations on humans with continuously registering methods «by Prof.

K. Mattes, Georg Thieme Verlag (1951), S. 34.K. Mattes, Georg Thieme Verlag (1951), p. 34.

Trotzdem haben sich solche Geräte in der Praxis nicht eingeführt. Sie sind nämlich doch verhältnismäßig unempfindlich, es lassen sich damit nicht mit Sicherheit reproduzierbare Ergebnisse erzielen, weil es sehr von der räumlichen Zuordnung des Geber-Empfänger-Teiles zu der pulsierenden Stelle und von der Größe dieser Stelle abhängt, welcher Anteil der reflektierten Strahlung an dem Umlenkspiegel vorbei auf die Fotozelle kommt. Durch die erforderliche starke, wassergekühlte Lampe ist der Geber-Empfänger-Teil überdies unhandlich. Nevertheless, such devices have not been introduced in practice. You are, after all, relatively insensitive, it cannot be done with that Certainly achieve reproducible results because it depends very much on the spatial Assignment of the transmitter-receiver part to the pulsating point and the size this point depends on what proportion of the reflected radiation at the deflecting mirror comes over to the photocell. The required strong, water-cooled lamp the transmitter-receiver part is also unwieldy.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Geräte dieser Art ein sehr viel breiteres Anwendungsgebiet finden würden als man bisher glaubte, z. B. in der Medizin auch zur Abnahme peripherer Volumenimpulse (Fingerpuls) und zur Aufnahme von solchen Bewegungen in Richtung der Körperlängsachse, die durch mit der Herzaktion zusammenhängende Rückstoßwirkungen verursacht werden (Elongationsballistokardiogramme), brauchbar sein würden, aber auch in der Technik verwendet werden könnten, z. B. um Pulsationen von Membranen, die mit unter schwankendem Druck stehende Medien in Verbindung stehen, zu messen bzw. zu registrieren, oder um Oberflächen auf Unebenheiten, beispielsweise Lackschichten auf gleichbleibende Dicke, zu überwachen, wenn es gelingt, das Gerät empfindlicher, robuster und handlicher und seine Zuordnung zu der zu überwaschenden Oberfläche bequem zu machen. The invention is based on the knowledge that devices of this type would find a much wider field of application than previously believed, e.g. B. in medicine also for the decrease of peripheral volume impulses (finger pulse) and for Recording of such movements in the direction of the longitudinal axis of the body caused by with recoil effects related to the action of the heart are caused (elongation ballistocardiograms), would be useful, but could also be used in engineering, e.g. B. around pulsations of membranes that are exposed to media under fluctuating pressure Connect, measure or register, or to check surfaces for unevenness, For example, to monitor paint layers of constant thickness, if it is possible to the device is more sensitive, more robust and more manageable and its assignment to the one to be monitored To make surface comfortable.

Die Erfindung fußt ferner auf der durch eingehende Untersuchungen gewonnenen Erkenntnis, daß die Mängel des bekannten Gerätes ausschließlich durch die Art des Zusammenbaues des Geber-Empfänger-Teiles bedingt sind. Um einen hellen, engbegrenzten Lichtfleck auf der pulsierenden Körperoberfläche zu erzeugen, muß der Strahlengeber verhältnismäßig dicht an die Körperoberfläche herangebracht werden. The invention is also based on the thorough investigation gained knowledge that the shortcomings of the known device exclusively through the type of assembly of the transmitter-receiver part is determined. To a bright to generate a narrow light spot on the pulsating body surface, must the radiation source can be brought relatively close to the body surface.

Bei dem bekannten Gerät schattet dann aber der Umlenkspiegel bzw. das Umlenkprisma die Fotozelle gegenüber der pulsierenden Körperoberfläche zu einem sehr wesentlichen Teil ab. Von der reflektierten Strahlung gelangt also der größte Teil auf den Umlenkspiegel und geht damit für eine Beaufschlagung der Fotozelle verloren.In the case of the known device, however, the deflection mirror or the deflecting prism turns the photocell against the pulsating body surface into one very essential part. So the largest of the reflected radiation arrives Part on the deflection mirror and goes with it to act on the photocell lost.

Durch systematische Versuche wurde nun gefunden, daß, wie auch eine mathematische Analyse bestätigte, der Strahlungsempfänger dann die größten Spannungsschwankungen bei Pulsationen der Körper- oberfläche abgibt, wenn für den Strahlenaustritt des Beleuchtungsstrahlenbündels und den Strahleneintritt der zurückkommenden Strahlung eine gemeinsame Öffnung vorgesehen ist und wenn insbesondere der Strahlenempfänger mit seiner strahlenempfindlichen Fläche der gebündelten Strahlung des Strahlengebers zugewandt ist. Through systematic experiments it has now been found that, as well as one mathematical analysis confirmed the radiation receiver then the largest voltage fluctuations with pulsations of the body surface emits if for the radiation exit of the illuminating beam and the entry of the returning radiation a common opening is provided and if in particular the radiation receiver with its radiation-sensitive surface of the bundled radiation from the radiation source is facing.

Demgemäß ist das erfindungsgemäße Gerät m wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einbau von Strahlengeber und Strahlenempfänger in ein gemeinsames Gehäuse eine für den Strahlenaustritt und den Strahleneintritt gemeinsame Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen und der Strahlenempfänger mit seiner strahlenempfindlichen Fläche der gebündelten Strahlung des Strahlengebers zugewandt ist, derart, daß seine strahlenempfindliehe Fläche dem benachbarten Rand der gebündelten Strahlung des Strahlengebers mit geringem Abstand parallel liegt. Accordingly, the device according to the invention is essentially characterized by that with an installation of radiation transmitter and radiation receiver in a common Housing a common opening for the beam exit and the beam entrance provided in the housing and the radiation receiver with its radiation-sensitive Face of the bundled radiation of the radiation generator is facing, such that its Radiation-sensitive area to the neighboring edge of the bundled radiation of the Radiation source is parallel with a small distance.

In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform besteht das gemeinsame Gehäuse aus einem Rohr, dessen eines geschlossenes Ende eine lediglich strahlungsgekühlte elektrische Lampe mit vorgeschalteter Sammellinse umgibt und dessen anderes offenes Ende dem Strahlenaustritt und dem Strahleneintritt dient, in dessen Nähe, von der inneren Rohrwandung getragen und außerhalb der durch die Sammellinse gerichteten Strahlung der Lampe liegend, eine Fotozelle angeordnet ist.In a particularly expedient embodiment, there is the common Housing made of a tube, one closed end of which is only radiation-cooled electric lamp with upstream converging lens surrounds and its other open The end of the beam exit and the beam entrance serves, in the vicinity of which worn inner pipe wall and outside the directed through the converging lens Radiation of the lamp lying down, a photocell is arranged.

Die Geber-Empfänger-Einheit nach der Erfindung kann bis auf 1 mm an die pulsierende Fläche herangebracht, ja sogar auf den Rand der pulsierenden Fläche aufgesetzt werden, ohne daß irgendwelche Teile die Fotozelle gegenüber der pulsierenden Fläche abschirmen. Dadurch wird sowohl wegen der größeren Annäherung an die Fläche, aber auch wegen des größeren Anteiles der die Fotozelle treffenden reflektierten Strahlung, eine bisher mit dieser Methode nicht für möglich gehaltene Empfindlichkeit erreicht. The transmitter-receiver unit according to the invention can be down to 1 mm brought up to the pulsating surface, even on the edge of the pulsating Be placed on the surface without any parts facing the photocell shield pulsating surface. This is both because of the greater approximation to the area, but also because of the larger proportion of those that hit the photocell reflected radiation, something that was previously not thought possible with this method Sensitivity achieved.

Die große Annäherung an die pulsierende Fläche, die das Gerät nach der Erfindung erlaubt, gestattet außerdem die Verwendung einer verhältnismäßig kleinen Lichtquelle, die keiner Wasserkühlung bedarf. Demzufolge ergeben sich kleine Abmessungen, die den Geber-Empfänger-Teil handlicher machen.The great approximation of the pulsating area that the device is after the invention allows, also allows the use of a relatively small Light source that does not require water cooling. This results in small dimensions, which make the transmitter-receiver part more manageable.

Mit einem Gerät nach der Erfindung, dessen Geber-Empfänger-Teil in einem gemeinsamen rohrförmigen Gehäuse von etwa 20 cm Länge und 3 cm Durchmesser untergebracht war, konnten sehr kleine, mit dem Auge praktisch nicht mehr wahrnehmbare Pulsationen mit einem Elektrokardiografen registriert und sogar quantitativ ausgewertet werden, ohne daß -eine Vorverstärkung des Fotostromes notwendig war.With a device according to the invention, the transmitter-receiver part in a common tubular housing about 20 cm long and 3 cm in diameter was housed, could be very small, practically imperceptible to the naked eye Pulsations registered with an electrocardiograph and even evaluated quantitatively without a pre-amplification of the photocurrent was necessary.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand der Figuren behandelt, von denen F i g. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Geber-Empfänger-Teiles nach der Erfindung etwa im Maßstab 1: 1, Fig.2 den vorderen Teil der Einheit nach der F i g. 1 in vergrößertem Maßstab darstellt. Further details of the invention are given below with reference to the figures treated, of which F i g. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of a Transmitter-receiver part according to the invention approximately on a scale of 1: 1, Figure 2 the front Part of the unit according to FIG. 1 represents on an enlarged scale.

In den Figuren ist 1 ein Rohr aus lichtundurchlässigem Werkstoff, beispielsweise Metall, das innen geschwärzt ist. Mittels der Schrauben 2 ist in dem in der F i g. 1 linken Ende des Rohres 1 die Fassung 3 für die Niedervoltlampe 4 gehaltert. Das an die Fassung 3 angeschlossene Stromzuführungskabel 5 führt zu einer Stromquelle, beispielsweise einem Akkumulator oder einem Netzspannungsgleichrichter. In der Höhe des Glühfadens der Lampe 4 ist das Rohr 1 mit Bohrungen 6 versehen zur Strahlungskühlung der Lampe 4. Der Lampe 4 ist innerhalb des Rohres 1 die Sammellinse 7 vorgeschaltet. Auf das andere Rohrende ist die Kappe 8 längs des - Rohres verstellbar aufgeschoben und mittels der Schraube 9 feststellbar. Die Kappe 8 ist ebenfalls lichtundurchlässig und hat vorn einen konusförmigen Ansatz, dessen innere Wandung in einem Abstand von einigen Millimetern zu der Begrenzung des durch die Sammellinse 7 gebildeten Lichtkegels parallel verläuft. Die Länge der Kappe 8 ist so gewählt, daß durch ihre Verstellung auf dem Rohr 1 der Fokus des durch die Linse 8 erzeugten Lichtkegels sowohl in die Öffnung ebene des kegelförmigen Ansatzes gebracht, als auch mehrere Zentimeter vor diese Öffnungsebene gelegt werden kann. An der Innenwandung des kegelförmigen Ansatzes der Kappe 8 ist die Fotozelle 10 mit ihrer lichtempfindlichen Schicht dem von der Linse 7 gebildeten Strahlenkegel zugewandt und der Begrenzung dieses Strahlenkegels bis auf einen ganz geringen Abstand genähert angeklebt. Die Fotozelle 10 hat eine Größe von etwa 1 cm2 und ist bevorzugt rot-und ultrarotempfindlich. Im Hinblick auf die Temperaturempfindlichkeit der Fotozelle 10 besteht die ganze Kappe 8 aus einem wärmeisolierenden Kunststoff. In der Öffnungsebene des kegelförmigen Ansatzes der Kappe 8 ist die kreisförmige Blende 11 aus undurchsichtiger Kunststoffolie vorgesehen, deren kreisförmige Öffnung etwa 5 mm beträgt. Das Fotoelement 10 ragt demzufolge, wie aus F i g. 2 ersichtlich ist, mit seiner einen, allerdings nicht strahlungsempfindlichen Stirnfläche etwas in die Blendenöffnung hinein. Der kegelförmige, das Fotoelement 10 tragende Teil der Kappe 8 ist innen mit der Abschirmfolie 12 aus Aluminium und darüber mit der lichtabsorbierenden mattschwarzen Schicht 13 ausgekleidet. Die Anschlußleitungen 15 für das Fotoelement 10 sind zur Abschirmung mit dünnem Kupferdraht 14 in engen Wendelungen umwickelt und führen zu den Anschlußteilen 16 in der Wandung der Kappe 8. Diese Anschlußteile 16 dienen zur Herstellung der Verbindung der Fotozelle 10 über das abgeschirmte Kabel 17 mit dem Eingang eines Elektrokardiografen. Die Abschirmfolie 12 und die Kupferdrahtabschirmung 14 sind mit demjenigen Anschluß für das abgeschirmte Kabel 17 verbunden, an den das Kabel mit seinem geerdeten Mantel anzuschließen ist. Um die Einhaltung eines Abstandes zwischen der Öffnungsebene des konusförmigen Teiles der Kappe 8 und der pulsierenden Körperoberfläche zu erleichtern, ist vorn auf den konusförmigen Kappenteil der kegelförmige Ring 18 aufsetzbar, dessen kreisrunde vordere Begrenzung die Öffnungsebene der Kappe 8 um etwa 2 bis 3 mm überragt. In the figures, 1 is a tube made of opaque material, for example metal that is blackened on the inside. Using the screws 2 is in the one shown in FIG. 1 left end of the tube 1, the socket 3 for the low-voltage lamp 4 supported. The power supply cable 5 connected to the socket 3 leads to a power source, for example an accumulator or a line voltage rectifier. The tube 1 is at the level of the filament of the lamp 4 provided with holes 6 for Radiant cooling of the lamp 4. The lamp 4 is the converging lens inside the tube 1 7 upstream. On the other end of the pipe, the cap 8 is adjustable along the pipe pushed on and lockable by means of the screw 9. The cap 8 is also opaque and has a conical approach at the front, the inner wall of which at a distance of a few millimeters from the boundary of the through the converging lens 7 formed light cone runs parallel. The length of the cap 8 is chosen so that the focus of the lens 8 generated by their adjustment on the tube 1 Light cone both brought into the opening plane of the conical approach, as can also be placed several centimeters in front of this opening level. On the inside wall of the conical extension of the cap 8 is the photocell 10 with its light-sensitive Layer facing the beam cone formed by the lens 7 and the boundary this cone of rays is glued on to a very small distance. the Photocell 10 has a size of approximately 1 cm 2 and is preferably sensitive to red and ultra-red. With regard to the temperature sensitivity of the photocell 10, the whole exists Cap 8 made of a heat-insulating plastic. In the opening plane of the conical Approach of the cap 8 is the circular aperture 11 made of opaque plastic film provided, the circular opening is about 5 mm. The photo element 10 protrudes consequently, as shown in FIG. 2 can be seen, with its one, but not radiation-sensitive end face slightly into the aperture. The conical, the part of the cap 8 carrying the photo element 10 is on the inside with the shielding film 12 made of aluminum and lined above with the light-absorbing matt black layer 13. The connecting lines 15 for the photo element 10 are for shielding with thin Copper wire 14 wrapped in tight coils and lead to the connection parts 16 in the wall of the cap 8. These connecting parts 16 are used to establish the connection the photocell 10 via the shielded cable 17 to the input of an electrocardiograph. The shielding foil 12 and the copper wire shield 14 are connected to that terminal connected for the shielded cable 17, to which the cable with its earthed sheath is to be connected. To maintain a distance between the opening plane of the conical part of the cap 8 and the pulsating body surface to facilitate the conical ring 18 can be placed on the front of the conical cap part, its circular front boundary protrudes beyond the opening plane of the cap 8 by about 2 to 3 mm.

Der dargestellte und beschriebene Geber-Empfänger-Teil kann in gleicher Weise wie der entsprechende Teil des bekannten Gerätes höhen- und seitenverstellbar von einem Stativ getragen werden. Er kann dann mit aufgesetztem Abstandsring 18 bis auf etwa 2 mm mit der Öffnungsebene des kegelförmigen Ansatzes der Kappe 8 an die pulsierende Oberfläche herangebracht werden. Ist die Kappe 8 dabei so auf das Rohr 1 aufgesetzt, daß sich der Fokus in einer Entfernung von etwa 4 mm vor der Öffnungsebene befindet, so lassen sich ohne Schwierigkeiten Pulsationen von 8011 Amplitude in einer Größe von 4 mm auf dem Film eines Elektrokardiografen festhalten. The illustrated and described transmitter-receiver part can be in the same Way like the corresponding part of the known device height and side adjustable be carried by a tripod. He can then with attached spacer ring 18 up to about 2 mm with the opening plane of the conical extension of the cap 8 the pulsating surface can be brought up. Is the cap 8 so on Put on tube 1 that the focus is at a distance of about 4 mm in front of the Opening plane, pulsations of 8011 Record the amplitude at a size of 4 mm on electrocardiograph film.

Bei abgenommenem Distanzring 18 kann man die Öffnungsebene noch näher an die pulsierende Oberfläche helanbrjngen und erhält dann Pulsationen von 1.0 It Amplitude in der gleichen Größe aufgezeichnet.With the spacer ring 18 removed, you can use the Opening level Bring even closer to the pulsating surface and then receive pulsations of 1.0 It amplitude recorded in the same size.

Claims

Claims: 1. Device for monitoring, measuring and'or registration of pulsations on a body surface, with a radiation generator for exposure the surface with a bundled radiation and with a radiation receiver for washing over, Measurement and / or registration of the radiation reflected from the surface, d a d u r c h marked that with an installation of radiation transmitter and radiation receiver in a common housing one for the beam exit and the beam entry common opening provided in the housing and the radiation receiver with his Radiation-sensitive surface facing the bundled radiation of the radiation source is such that this area corresponds to the adjacent edge of the bundled radiation of the Radiation source is parallel with a small distance.

2. Apparatus according to claim l, characterized by a substantially tubular housing with inserted into one end of the tube and radiating into the tube electric lamp with upstream collecting optics and with one close to the other, the end of the tube serving the beam exit and the beam entry inside the tube arranged photo element.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the open End of the tubular housing longitudinally displaceable one with a common opening for the radiation exit and the radiation entrance provided cap wears on their Inner wall the photo element is supported.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the open tube end attached cap has a conical extension, the inner Wall at a distance of a few millimeters from the boundary of the converging lens The light cone formed runs parallel and the photocell with its light-sensitive Layer facing the cone of light and the limitation of this cone except for one very small distance approximated.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the conical Approach of the cap with a shielding film and an overlying light-absorbing, matt black layer is lined.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the electrical leads to the radiation receiver are shielded in the common housing connected to the housing wall, leading to the outside Lead connection parts for a shielded cable, with those for the grounded cable sheath provided connection point inside the common housing with the shield the supply lines to the radiation receiver are connected.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the opening of the common housing is an externally attachable spacer, z. B. a ring is assigned.

Considered publications: »Pflüger's Archive«, Vol. 244, 1941, pp. 644 to 658; Vol. 264, 1957, pp. 145 to 168; "Clinical Weekly", 33rd year, 1955, pp. 838 to 841.