DE1516417C3

DE1516417C3 - Device for measuring and registering the blood flow conditions in the human and animal body

Info

Publication number: DE1516417C3
Application number: DE1516417A
Authority: DE
Inventors: Hans Graz Rodler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1965-02-01
Filing date: 1966-01-31
Publication date: 1981-06-04
Also published as: AT285036B; DE1516417B2; DE1516417A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen und Registrieren der Durchblutungsverhältnisse im menschlichen und tierischen Körper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for measuring and registering the blood flow conditions in the human and animal body according to the preamble of claim 1.

Bei bisher bekannten Anordnungen für rheographischen Messungen wurde von der Annahme ausgegangen, daB das Blut im Körper einen zum umgebenden GL\vehe unterschiedlichen spezifischen Widerstand besitzt. Eine Volumenänderung der Blutmenge, welche infuige der Pulsierung des Blutes innerhalb der Blutgefäße oder durch Verdrängung des umgebenden Gewebes auftritt, ruft deshalb eine Widerstandsänderung des zu messenden Körperabschnittes hervor, welche beim Anlegen eines Wechselstroms an diesen Körperabschnitt als Modulation auf der Trägerfrequenz erscheint und als solche auch meßbar ist.In previously known arrangements for rheographic Measurements were made on the assumption that the blood in the body interferes with the surrounding area GL \ vehe has different resistivities. A change in volume in the amount of blood that infuige the pulsation of blood within the blood vessels or occurs through displacement of the surrounding tissue, therefore causes a change in resistance of the measuring body section, which when an alternating current is applied to this body section appears as a modulation on the carrier frequency and can also be measured as such.

Ein aus der DE-PS 8 67 578 bekanntes Verfahren arbeitet nach dem Grundprinzip der Vergleichsmessung des Meßobjekis mit einem konstanten Widerstand. Dabei werden Amplitudenänderungen einer hochfrequenten Spannung an einer aus dem variablen Widerstand des Meßobjekts und einem Konstantwiderstand bestehenden Parallelschaltung als MeUgrundlage verwendet.A method known from DE-PS 8 67 578 works on the basic principle of comparative measurement of the measuring object with a constant resistance. Included are amplitude changes of a high frequency voltage across one of the variable resistor of the measurement object and a constant resistance existing parallel connection is used as a measurement basis.

Dieses bekannte Verfahren ist insbesondere wegen der nachteiligen, komplizierten Abstimmung von Hand oder über zusätzliche elektronische Einrichtungen störungsanfällig im Betrieb und unhandlich im Gebrauch.This known method is in particular because of the disadvantageous, complicated coordination by hand or, via additional electronic devices, it is prone to failure during operation and cumbersome to use.

Zudem sind mit einer derartigen reinen Widerstands-Vergleichsmessung für moderne Anforderungen nur unzureichend genaue Meßdaten zu erhalten.In addition, such a pure resistance comparison measurement to obtain insufficiently accurate measurement data for modern requirements.

Zusätzliche Anforderungen an die Meßgenauigkeit ergeben sich aus folgenden neueren Forschungsergebnissen: Additional requirements for the measurement accuracy result from the following recent research results:

Geyer — Lechner— Rodler konnten feststellen (Fachzeitschrift »Elektromedizin«, Bd. 9/1964, Nr. 2, S. 88), daß für die Beeinflussung eines elektrisehen Feldes nicht nur die genannten Faktoren maßgebend sind, sondern auch noch andere Faktoren eine Modulation hervorrufen. Zum Beispiel verhalt sich biologisch gesundes Blut im strömenden Zustand elektrisch anders als ruhendes Blut. Dies wirkt sich so aus, daß der spezifisch elektrische Leitwert strömenden Blutes größer erscheint als der stagnierenden Blutes. Diese relative Änderung ist ain größten zwischen Ruhestand und Strömlingsbeginn, während sie sich mit steigender Geschwindigkeit einem Siittigungswert nähcrt. Strömiingsbcginn und geschwindigkeitsabhängige Leitwertänderung füllt zusammen. Beim plötzlichen Anhalten der Strömung h;il clic Leitwertänderung jedoch eine Verzögerung und nähert sich erst später dem Ausgangswert. EJei Wechselfeldern unter 1,5MHz ist eine wesentliche Frequenzabhängigkeit nicht feststellbar, während über 1,5 MHz der F.ffckt kleiner wird. Je mehr rote Blutkörperchen pro Vouimenemheit vorhanden sind, um so größer ist diese geschwindigkeitsabhängige Leitwertänderung. Blut mit geschädigten Blutkörperchen zeigt dieses Verhalten nicht. Dieses von der Strömungsgeschwindigkeit abhängige Phänomen wurde mit Rheo-Leitwert bezeichnet. Die Änderung des Rheo-Leitwerts verursacht eine Amplitudenmodulation in einem menschlichen oder tierischen Körper aufgedrückten elektrischen Feld.Geyer - Lechner - tobogganists could determine (Journal "Elektromedizin", Vol. 9/1964, No. 2, p. 88) that for influencing an electric view In the field, not only the factors mentioned are decisive, but also other factors Cause modulation. For example, biologically healthy blood behaves electrically when it is flowing unlike resting blood. The effect of this is that the specific electrical conductance flows Blood appears larger than that of stagnant blood. This relative change is ain the greatest between retirement and the beginning of the stream, while it approaches a saturation value with increasing speed. Start of flow and speed-dependent Change in conductance fills up. However, if the flow stops suddenly, there is a change in the conductance a delay and only approaches the initial value later. EJei alternating fields is below 1.5MHz a significant frequency dependency cannot be determined, while the frequency becomes smaller above 1.5 MHz. Ever more red blood cells per Vouimenemheit present are, the greater is this speed-dependent change in conductance. Blood with damaged blood cells does not show this behavior. This phenomenon, which depends on the flow velocity was called the rheo-conductance. The change in the rheo-conductance causes an amplitude modulation electric field imposed in a human or animal body.

Bei einer weiteren bckannnten Meßanordnung (FR-PS 12 48 714 und Fachzeitschrift »F.leklromedizin«. Bd. 9/l%4, Nr. 2, S. 8H), die im Prinzip die aufgezeigten Anforderungen an eine extrem hohe Meßgenauigkeit erfüllt, wird ein im Meßobjekt aufgebautes elektrisches Wcchselfeld an mehreren Meßpunkten abgegriffen und Meßkreisen zugeleitet, in welchen der Meßspannung eine Kompensationsspannung überlagert wird. Durch diese überlagerte Kompcnsationsspannung wird erreicht, daß sämtliche auftretenden Stromschwankungen durch die dafür erforderliche Kompensationsschaltung ausgeglichen werden. Wie die beiden genannten Litcraturstellen zeigen, ist auch für diese bekannte Anordnung nicht zuletzt wegen der zusätzlichen Spannungskompensation ein aufwendiger Schaltungsaufbau erforderlich, der zudem störungsanfällig ist und nur eine ungefähr genaue Auswertung der Meßdaten ermöglicht. Die Kompensationsspannung ist für die bisherigen Verfahren deshalb erforderlich, weil die Konstanz des durchfließenden Stroms für eine nur einigermaßen brauchbare Meßgenauigkeit bisher nicht ausreichend war. Die Gründe dafür sind die folgenden: Bei den zu messenden biologischen Werten handelt es sich um außerordentlich geringe Schwankungen, also um sehr kleine Werte. Wird beispielsweise ein den tatsächlichen Verhältnissen etwa entsprechender Widerstand des Meßobjekts (z. B. Teil eines tierischen Körpers) von 100 Ohm angenommen, in den ein Strom von 1 mA eingespeist wird (wesentlich höhere Ströme sind nicht möglich, da sonst Reizeffektc auftreten), so ergibt sich damit ein Spannungsabfall von KM) mV. Da nur ein Teil des Feldes des gesamten Spannungsabfalls abgegriffen werden kann (d. h. beispielsweise Vio), beträgtIn another known measuring arrangement (FR-PS 12 48 714 and specialist journal "F.leklromedizin". Vol. 9 / l% 4, No. 2, p. 8H), which in principle meets the requirements for extremely high measurement accuracy is fulfilled, an alternating electrical field built up in the test object is tapped at several measuring points and supplied to measuring circuits in which the measuring voltage is superimposed by a compensation voltage will. This superimposed compensation voltage ensures that all occurring Current fluctuations are compensated for by the compensation circuit required for this. As the show both cited references is also for this known arrangement not least because of the additional Voltage compensation requires a complex circuit structure, which is also prone to failure and only allows an approximately exact evaluation of the measurement data. The compensation voltage is For the previous process required because the constancy of the current flowing through for only one reasonably usable measurement accuracy has not been sufficient so far. The reasons for this are as follows: The biological values to be measured are extremely small fluctuations, i.e. about very small values. For example, an actual one Resistance of the object to be measured (e.g. part of an animal body) corresponding approximately to the conditions of 100 ohms, into which a current of 1 mA is fed (much higher currents are not possible, as otherwise stimulus effects occur), so results This results in a voltage drop of KM) mV. Since only part of the field of the total voltage drop is tapped (i.e., for example, Vio)

die abgreifbare Spannung beispielsweise 10 mV. Da weiterhin die zu messenden biologischen Spannungsünderungen etwa '/looo dieser abgreifbaren Spannungswerte betragen, ist also mit einer Meßspannung in der · Größenordnung von 10 μν zu rechnen. Daraus ergibt sich, daß die auftretenden Rauschspannungen allenfalls in der Größenordnung von 1 μν liegen dürfen, um das Meßsignal sicher von Störspannungen unterscheiden zu können. Diese Forderung kann bei den bekannten Meßanordnungen nur dadurch erreicht werden, daß aus dem durchfließenden Strom eine zusätzliche Kompensationsspannung gewonnen wird, die die Meßspannung an den einzelnen Meßpunkten so kompensiert, daß Stromschwankungen ausgeglichen werden.the voltage that can be tapped is, for example, 10 mV. There furthermore, the biological voltage reductions to be measured amount to about 1/100 of these tapped voltage values, i.e. with a measurement voltage in the Order of magnitude of 10 μν to be expected. It follows from this that the noise voltages that occur at most may be in the order of magnitude of 1 μν in order to reliably distinguish the measurement signal from interference voltages to be able to. With the known measuring arrangements, this requirement can only be achieved in that an additional compensation voltage is obtained from the current flowing through it, which is the measurement voltage compensated at the individual measuring points in such a way that current fluctuations are compensated for.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der sich eine genaue und reproduzierbare Meßbarkeit von Widerstandsänderungen auf Grund verschiedener Ursachen, vorzugsweise an lebenden Objekten, auf eine Weise erreichen laut, die gegenüber den bekannten Meßverfahren vor allem den Vorteil der vereinfachten praktischen Anwendbarkeit und Bedienbarkeit eines entsprechenden Meßgeräts ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a measuring device of the type mentioned at the beginning create, with which an exact and reproducible measurability of changes in resistance due to different causes, preferably on living objects, reach in a loud way that opposite the known measuring methods, above all, the advantage of simplified practical applicability and operability an appropriate measuring device allows.

Diese Aufgabe ist bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs gelöst.In the case of a device according to the preamble of the patent claim, this object is achieved by the features solved in the characterizing part of the claim.

Wie dem erwähnten Fachaufsatz in der Zeitschrift »Elektromedizin« zu entnehmen ist, beeinflussen zwei Faktoren die Meßwerte, nämlich einmal die Volumendehnungen und zum anderen die Modulationsvorgänge, die durch die geschwindigkeitsabhängige Leitwertänderung des Blutes hervorgerufen werden. Gemäß der Erfindung ist daher ein Doppelmeßsystem verwendet, bei dem einer der Meßverstärker auf ein Frequenzband unter 1,5 MHz und der zweite Meßverstärker, nämlich der Vergleichsverstärker, auf ein Frequenzband über 1,5 MHz abgestimmt wird, wobei diese Frequenzen am Eingang ausgesiebt werden und der Feldaufbau mit beiden Frequenzen erfolgt. Der besondere Vorteil dieses Doppelmeßsystems beruht auf der Erkenntnis, daß die Komponente der geschwindigkeitsabhängigen Leitwertänderung des Blutes nur unter 1,5MHz nicht wesentlich von der Frequenz abhängt, über der genannten Frequenzgrenze jedoch abnimmt. Durch diese Doppelmeßanordnung ist es daher möglich, die beiden Einflußfaktoren durch eine entsprechende Anordnung voneinander zu trennen.As can be seen in the aforementioned technical article in the journal "Elektromedizin", two influence Factors the measured values, namely on the one hand the volume expansion and on the other hand the modulation processes, caused by the speed-dependent change in conductance of the blood. According to the In accordance with the invention, therefore, a double measurement system is used in which one of the measurement amplifiers is tuned to a frequency band below 1.5 MHz and the second measuring amplifier, namely the comparison amplifier, to one frequency band 1.5 MHz is tuned, whereby these frequencies are filtered out at the input and the field structure with both Frequencies takes place. The particular advantage of this double measuring system is based on the knowledge that the Component of the speed-dependent change in conductance of the blood only not below 1.5MHz depends essentially on the frequency, but decreases above the mentioned frequency limit. Through this Double measuring arrangement, it is therefore possible to reduce the two influencing factors by means of an appropriate arrangement to separate from each other.

Ferner weist der einen konstanten Wechselstrom abgebende Wechselstromgenerator einen Oszillator auf. Dieser Oszillator muß ebenso wie die dafür notwendige so Versorgungsspannung stabil und rauscharm ausgeführt sein; ebenso müssen die Verstärkerelemente besonders rauscharm sein. Außerdem müssen die Eingangsverstärker zum Eingang erdungsunabhängig ausgeführt sein, um eine echte Differenzmessung zwischen zwei Meßpunkten zu erreichen.Furthermore, the alternating current generator which delivers a constant alternating current has an oscillator. This oscillator, like the one necessary for it, must be Supply voltage must be stable and low-noise; likewise, the amplifier elements must be special be low-noise. In addition, the input amplifiers to the input must be ground-independent to achieve a real difference measurement between two measuring points.

Da die in das Meßobjekt eingeprägten Wechselströme niedriger, mittlerer oder hoher Frequenz gleichzeitig eingespeist werden können, ist gewährleistet, daß die einzelnen Meßkreise von absolut gleichen Meßbedingungen ausgehen, so daß ein optimaler Vergleich der an den Ausgängen dieser Meßkreise erscheinenden Signale möglich ist.Since the alternating currents of low, medium or high frequency impressed on the test object simultaneously can be fed in, it is guaranteed that the individual measuring circuits have absolutely identical measuring conditions go out, so that an optimal comparison of the appearing at the outputs of these measuring circuits Signals is possible.

Das vom eingespeisten elektrischen Strom aufgebaute Feld wird kapazitiv, induktiv oder galvanisch mitiels Elektroden an einer oder an mehreren Stellen gleichzeitig als Teilfeld abgegriffen, verstärkt und demoduliert. Damit der sehr kleine Modulationsgrad der Eingangssignale an den Meßkreisen auf einen auch praktisch demodulierbaren Wert verbessert werden kann, ist es vorteilhaft, nach einer Eingangsverstärkung der durch das Meßobjekt modulierten Spannung eine Unterdrückung des nicht benötigten Teils der Trägerspannung vorzusehen, so daß sich ein besseres Verhältnis von Meßsignal zu Träger-Wechselspannung ergibt. Dabei ist es ferner vorteilhaft, wenn diese als Modulationsgradvertiefung bezeichnete Maßnahme steuerbar durchgeführt wird. Damit bei dieser Modulationsgradvertiefung keinerlei Verfälschung des Informationsgehalts in der modulierten Schwingung stattfinden kann, ist es besonders vorteilhaft, wenn dem Meßobjekt ein konstanter Wechselstrom mit rechteckigem Kurvenverlauf aufgeprägt wird.The field built up by the fed-in electric current becomes capacitive, inductive or galvanic Electrodes tapped, amplified and demodulated as a partial field at one or more points at the same time. So that the very small degree of modulation of the input signals at the measuring circuits is also practical demodulable value can be improved, it is advantageous after an input amplification of the voltage modulated by the test object suppresses the part of the carrier voltage that is not required to be provided so that there is a better ratio of measurement signal to carrier alternating voltage. Included it is also advantageous if this measure, referred to as a deepening of the degree of modulation, can be controlled is carried out. With this deepening of the modulation depth, there is no falsification of the information content can take place in the modulated oscillation, it is particularly advantageous if the measurement object is a constant alternating current is impressed with a rectangular curve shape.

Der Oszillator zum Aufbau des elektrischen Feldes ist zwcckniäljigerweise mittels einer Stromgegenkopplung, die auf den Eingang der Endstufe des Oszillators wirkt, vom Ausgangsstrom gesteuert, so daß der erwünschte konstante Meßstrom erzeugt wird. Die Eingangsspannung zur Oszillatorendstufe ist dabei vorzugsweise amplitudenstabilisiert.The oscillator for building up the electric field is usually by means of a current negative feedback, which acts on the input of the output stage of the oscillator, controlled by the output current, so that the desired constant measuring current is generated. The input voltage to the oscillator output stage is preferred amplitude stabilized.

Zum Betrieb der Meßvorrichtung ist selbstverständlich ein hochstabilisiertes Netzteil erforderlich. Mit dieser Meßanordnung lassen sich nicht nur Registrierungen am menschlichen und tierischen Körper selbst vornehmen, sondern es lassen sich auch Messungen zur Blutuntersuchung direkt und in gleicher Weise durchführen. Es ist hierbei möglich, bei Konstanthaltung der Temperatur und bei einer konstanten Geschwindigkeit aus den Meßwerten z. B. die Anzahl der roten Blutkörperchen abzulesen. Als Vorteil bei einer solchen Messung ist besonders hervorzuheben, daß hierbei nicht nur die Anzahl der roten Blutkörperchen angezeigt wird, sondern gleichzeitig auch in den Meßwert eingeht, ob diese Blutkörperchen noch aktiv sind, so daß sich hieraus eine neue Blutuntersuchungsmethode ergibt.A highly stabilized power supply unit is of course required to operate the measuring device. With this measuring arrangement not only registrations on the human and animal body can be made make it yourself, but measurements for blood tests can also be carried out directly and in the same way carry out. It is possible to do this by keeping the temperature constant and at a constant speed from the measured values z. B. read the number of red blood cells. As an advantage with a Such a measurement should be emphasized that it is not just the number of red blood cells is displayed, but at the same time also includes in the measured value whether these blood cells are still active, so that from this results a new method of blood testing.

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring and registering the blood flow conditions in the human and animal body with an alternating current generator, which is inserted into the part of the Body feeds a constant alternating current, the measurement signal being amplified and evaluated is, can be tapped at the body part, thereby characterized in that two measuring generators each a constant alternating current, namely one with a frequency above and one with a Feed frequency below 1.5 MHz to the DUT, and that the output measurement voltage of the individual Measuring circuits after demodulation as a difference value between two identically structured measuring systems can be tapped.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the constant current generator has a Has an oscillator for building up an alternating electric field, which is output in a manner known per se controls a current negative feedback that acts on the output of the output stage of the oscillator and supplies a constant measuring current that is independent of the load resistance.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that one of the output A control amplifier fed by a measuring amplifier with downstream stepping mechanism and step potentiometer is provided for regulating the gain of the measuring amplifier.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the constant current generator is a square wave pulse generator.