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Verfahren und Vorrichtung zur Durchführung von physiokinetischen
Messungen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen
der Bewegungen des Körpergewebes und insbesondere zum Messen von Herz- oder Muskelbewegungen
oder der durch die Kontraktion und Expansion der Arterien verursachten Bewegungen.
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Die Messung der Herzbewegungen kann für die Diabnoseverschiedener
abnormaler Herzzustände nützlich sein.
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Man hat eine Anzahl von Methoden versucht, um die tatsächliche Bewegung
des Herzens zu messen. Bei einigen dieser Methoden werden bewegungsempfindliche
Elemente an der Brust befestigt. Ifierdurch wird jedoch in Wirklicnkeit die Bewegung
der Brustwand und nicht die Herzbewegung selbst #emessen, und in vielen Fällen (insbesondere
bei fetten Patienten) gibt die Bewegung der Brustwand kein wahres Bild der tatsächlicnen
Herzoewegung. Bei enderen Verfahren werden Mikrofon an der Brust befestigt; hierbei
werden jeaoch akustische Effekte anstelle der wahren Herzbewegung gemessen.
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Eine Hauptaufgabe der Erfindung besteht somit darin, die tatsächliche
Expansion und Kontraktion des Herzens zu messen und aufzuzeichnen.
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Ein weiteres Ziel besteht darin, die Muskelbewegungen zu studieren,
ohne daß man einen galvanischen Strom durch den Muskel leiten muß.
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Ferner ist es ein Ziel der Erfindung, kinetische Messungen der Arterien
durchzuführen.
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Eine@Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
wird im folgenden an Hand der beigefügten Zeichnungen naher beschrieben und dabei
auch das Verfahren gemäß der. Erfindung erläutert.
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Fig. 1 zeigt in cinem Blockdiagramm die verschiedenen elektronischen
Bauteile der Vorrichtung.
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Fig. 2 zeit die Aufzeichnung der Bewegung eines normalen menschlichen
Herzens, wie sie mit der vorrichtung gemäß Fig. 1 gemessen wui'de.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Bewegung des Körpergewebes
dadurch gemessen, daß die Änderungen der Induktivität einer in der Nähe des Körpergewebes
angeordneten Meßspule gemessen @@@@@@. enn eine Meßspule, die einen Teil eines abgestimmten
eises eines selbst erregten Oszillators bildet, in die Nähe eines Metalls oder eines
Dielektrikums gebracht wird, unterliegt die oszillatorfrequenz einer Änderung, welche
den elektromagnetischen Eigenschaften der Umgebung entspricht. Falls die Meßspule
in die Nähe von Metall gebracht wird, nimmt ihre scheinbare Induktivität ab, wodurch
die Oszillatorfrequenz ansteigt. Dagegen bewirkt die Gegenwart eines Dielektrikums
in der Nähe der Meßspule ein
Anwachsen der scheinbaren Induktivität
und dementsprechend eine Abnahme der Oszillatorfrequenz.
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Wenn auch der durch ein Dielektrikum oewirkte Effekt sehr klein ist,
kann er doch dazu verwendet werden, die Bewegung eines in der Nähe der Meßspule
befindlichen Körpergewebes zu messen. Da der Effekt so klein ist, müssen elektronische
Vorrichtungen von sehr hoher Empfindlichkeit und speziell ausgebildete Spulen verwendet
werden, um brauchbare Ergebnisse zu erhalten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beruht die elektronische
Vorrichtung auf der gleichzeitigen Wirkung eines Paares von Oszillatoren. Der veränderbare
Oszillator 11 umfaßt die Meßspule 12 in seinem Schaltkreis. Der konstante Oszillator
15 dient als Referenz, um die Frequenzänderungen in dem veränderbaren Oszillator
11 festzustellen. Mit anderen Worten, die gemessene Größe ist die Differenz zwischen
den Frequenzen dieser beiden Oszillatoren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt die Oszillatorgrundfrequenz lo Megahertz, wobei die Frequenz
des veränderbaren Oszillators um einen Betrag von der Größenordnung von 200 Kilohertz
um diesen Grundwert schwankt. Diese Oszillatorgrundfrequenz wurde gewählt, um eine
größtmögliche Genauigkeit der Frequenzdifferenzmessung zu erzielen, dabei jedoch
die üblichen Hochfrequenzprobleme zu vermeiden.
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Die Frequenzen der beiden Oszillatoren werden in einen Mischkreis
14 eingegeben, der eine Ausgangswechselspannung bei der Differenzfrequenz angibt.
Diese Spannung wird in -einen Frequenz-Spannungsumwandler 14 eingegeben, der eine
Ausgangsgleichspannung abgibt, die direkt proportional zu der Eingangsfrequenz ist.
Diese Spannung wird durch ein Meßsystem 16 gemessen und durch ein Registriergerät
17 ausgezeichnet.
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Die einzelnen elektronischen Schaltungen, die für die oben genannten
verschiedenen Funktionen erforderlich sind, Für sind dem Elektronikfachmann geläufig.
eine Auswahl der geeigneten Schaltungen können jedoch die folgenden Überlegungen
nützlich sein: AS Oszillatoren werden vorzugsweise die bekannten Clapp-Oszillatoren
verwendet, und zwar wegen ihrer hohen Stabilität in der Größenordnung von wo 5.
Eine solche hohe Stabilität ist erforderlich, um alle Frequenzschwankungen auszuschalten,
die nicht auf tatsächlichen Anderungen in der Umgebung de Meßspule beruhen. Die
Schaltung sollte auch eine Einrichtung für eine Null-Justierung vor der Messung
aufweisen, beispielsweise einen veränderbaren Kondensator in dem abgestimmten Kreis.
Wenn die
Meßspule in die Nähe eines zu untersuchenden Körpers gebracht
wird, ist ihre Umgebung gegenüber dem normalen Zustand verändert, und die Grundfrequenz
des konstanten Oszillators muß neu justiert werden, um den hierauf seruhenden Untergrundeffekt
zu eliminieren. Die justierte Einstellung dient dann als Ausgangswert für die Messung
der Bewegungen des Körpergewebes.
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Der veränderbare Oszillator entspricht dem konstanten Oszillator
mit der Ausnahme, daß er Keinen veränderbaren Kondensator aufweist. Der veränderbare
Oszillator ist vorzugsweise innerhalb der Meßspule angeordnet, so daß die Verbindungsdrähte
sehr kurz sein können und das Problem der Streukapazitäten ausgeschaltet wird.
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Geeignete Mischkreise sind dem Fachmann bekannt. Ein Frequenz-Spannungsumwandler,
wie er bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird, ist auf
Seite 8 des Aprilheftes 1950 der Zeitschrift"Marconi Istrumentation" beschrieben.
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Die Mischspule besteht vorzugsweise aus einem Kunststoffrohr, auf
welches ein Draht gewickelt ist, wobei der variable Oszillatorkreis im Innern des
Rohres angeordnet ist. Der Q-Faktor der Meßspule sollte so hoch wie
möglich
sein. Bei einer bevorzugt für Herzmessungen verwendbaren Spule kann diese beispielsweise
aus lo - 20 Drahtwindangen a)lf einem Kunststoffrohr mit einem Außendurchmesser
von 2,5 cm bestehen, wobei die Induktivität etwa lo Hikrohenry und der Q-Faktor
etwa 200 (bei einer Frequenz von lo Megahertz) beträgt.
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Die Durchführung des Verfahrens ist nach den obigen Ausführungen
oline weiteres zu verstehen. Falls die Vorrichtung als kinetisch-kardiographisches
Meßgerät verwendet werden soll, wird die Meßspule in der Nähe des Herzens an einem
geeigneten Ständer befestigt oder an der Brust des Patienten mit einem Klebeband
befestigt. Die Meßspule wird so justiert, daß sich das Rohr der Spule nahe an der
Brust des Patienten befindet, diese aber niche bezührt. Dies ist sehr wichtig, um
die Übertragung der vom Herzschlag vcrursachten Brustschwingungen zu verhindern
Der Patient darf dann einige Sekunden lang nicht atmen. Während dieser Zeit werden
die Signale vom Meßsystem 13 mit einem Schreibgerät 17 aufgezeichnet. Auf diese
-eise wird die störend-e Brustbewegung aufgrund des Atmens ausgeschaltet.
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Fi¢. 2 (Kurve a) zeigt die Aufzeichnung von einem normalen Herzen,
wobei sich die Meßspule über der Herzspitze
etwa in einem Abstand
von 1,5 cm vom Thorax befand.
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Ein gleichzeitig a-.fgezei chnetes Elektrokardiogramm ist in Fig.
2 ebenfalls gezeigt (Kurve b), @m cls zeitlicher Vergleichsmaßstab ZU dienen. Durch
messungen dieser Art an gesunden und krenken Versuchspersonen kann die Auswirkung
verschiedener Herzkrankheiten auf die Herzbewegung studiert werden und die Ergebnisse
ihrerseits zur Diagnose verschiedener Herzkrankheiten herangezogen werden. Die Erfindung
bietet somit eine wertvolle diagnostische Methode, welche den bisher üblichen Elektrogardiographen
ergänzt.
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Die Tatsache, daß mit dem oben beschriebenen Verfahren gemäß der
Erfindung tatsächlich die wirkliche Herzbewegung gemessen wird, wurde durch das
folgende Experiment oestätigt: Die Meßspule wurde in der Nähe der Brust eines Hundes
angeordnet und das Meßsignal aufgezeichnet. Der Hund wurde anschließend betäubt
und seine Brusthöhle geöffnet. Die Lungentätigkeit des Hundes wurde dann unterbrochen
und die Atmung durch Einführen von Luft in die Lunge hergestellt und zwar durch
ein ohr, welches mittels eines Laryngoskopes durch das 14aul des Hundes eingeführt
wurde. Hierdurch war es möglich, momentan jede Lungenbewegung zu stoppen, so daß
außer der tatsächlichen Herzbewegung keinerlei Bewegung stattfand.
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Die Meßspule wurde dann sehr nahe an das freigelegte Herz herangebracht
und das Meßsignal aufgezeichnet.
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Es wurde gefunden, daß die auf diese Weise gewonnene Aufzeichnung
praktisch identisch war mit der am Anfang des Experimentes außerhalb der Brust des
Hundes gewonnenen Aufzeichnung. Dies beweist, daß es mit dem erfindungs gemäßen
Verfahren tatsächlich gelingt, die wirkliche Herzbewegung zu messen.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch für
kinetische Messungen an den Arterien verwendet werden. Wenn mann die Meßspule nahe
an einer Arterie anordnet, kann deren Expansion und Kontraktion (d.h. der Puls)
aufgezeichnet werden. Derartige Messungen können peispielsweise dazu dienen, um
eine Arteriosklerose in der Karotisarterie festzustellen, indem man einfach die
stärke des Pulses in der linken und rechten Karotis miteinander vergleicht. Da eine
Arteriosklerose im allgemeinen die linke Karotis stärker angreift, wird deren Puls
schwächer sein als der der rechten Karotis, falls die Krankheit vorliegt.
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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können auch
zur Nessung von Muskelbewegungen verwendet werden. Die Meßspule wird einfach in
unmittelbarer Nähe
des betreffenden M@skels mit einem Klebebend
befestigt und der Versuchsperson wird befohlen, de@@askel zu pewe@en.
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Die bisher üblichen Methoden waren im allgemeinen mit einer verhälthismäßig
schmerzhaften Prozedur verouilden, wobei ein gelvanischer Strom durch den lhskel
erleidet wird. Dies kann gemäß der vorliegenden E@fi@dung vermieden werden.
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Es ist offensichtlich, daß das Verfahren tnd die Vorichtung gemäß
der Erfindung auch für die Messun@ @@n Bewegungen verschiedener anderer Arten von
Körpergewebe verwendet werden können, deispielsweise der Lungen.
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Bei zunehmender Erfahrung im Umgang mit der vorliegenden Erfindung
werden zweifellos weitere Anwendungsmöglichkeiten offensichtlich werden.
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Es ist zu beachten, daß die im vorstehenden beschriebene Aasführungsform
der Erfindung nur als Beispiel zu verstenen ist. Zahlreicke Knderungen in den Abmessungen
und der anordnung der verschiedenen Elemente sinu möglich.
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Beispielsweise können fi. ir die oben beschriebenen Elektronischen
Vorrichtungen äquivalente Vorrichtungen verwendet we@den, Teile können ausgetauscht
werden und einige Merkmale der Erfindung können unabhängig vDn den anderen verwendet
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.