DE1903040C3 - Gerät zur Anzeige mehrerer physiologischer Meßspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Ein derartiges Gerät ist im wesentlichen aus »Electronic Engineering« Februar 1957, Seite 78 bis 80, bekannt.

Zur Überwachung von Körperfunktionen werden bei der Durchführung einer ärztlichen Untersuchung in zunehmendem Maße Geräte verwendet, mit denen elektrische Ableitungen derartiger Funktionen gemessen und sichtbar dargestellt werden können. Es ist oft erwünscht, daß eine Anzahl derartiger Get ate gleichzeitig verwendet wird, wie beispielsweise zur Aufnahme eines Elektrokardiogramms und zum Messen des Blutdrucks und der Blutströmungsgeschwindigkeit, der Temperatur, der Atemfrequenz und der Pulswelle. In bestimmten Fällen, beispielsweise für die postoperative Überwachung der Patienten, ist es besonders wichtig, daß die durch die Geräte erteilten Anzeigen leicht überblickt und gleichzeitig beobachtet werden können, ohne daß der Beobachter dazu seinen Platz ändert.

Diese physiologische Anzeige bezweckt nicht nur die Darstellung dynamischer und analoger Größen, sie bezweckt zudem das Entstehen abnormer Zustände erkennbar zu machen. Ableitungen sich periodisch ändernder Erscheinungen werden gewöhnlich einem Oszilloskop zugeführt, so daß man den Verlauf am Schirm einer Kathodenstrahlröhre beobachten kann. Das Elektrokardiogramm und der Verlauf der Pulswelle werden auf diese Weise dargestellt.

Die analogen Signale werden von sich nur langsam in einem bestimmten Rhythmus oder willkürlich ändernden Funktionen hergeleitet. Die sichtbare Wiedergabe derartiger Signale erfolgt in der Regel mit Zeigerinstrumenten, die mit einstellbaren Alarmkontaktzeigern zum Einstellen von Grenzwerten versehen sein können.

Das ichnelle Überblicken sämtlicher Anzeigen wird bei der Verwendung von Zeigerinstrumenten dadurch beeinträchtigt, daß man sich zur Beobachtung verhältnismäßig dicht an die Instrumente setzen muß und zum Ablesen einer Zeigerstellung auf einer Skala eine konzentrierte visuelle Einstellung auf jedes einzelnes Instrument notwendig ist.

Zur gleichzeitigen sichtbaren Wiedergabe verschiedener Meßspannungen am Wiedergabeschirm einer Kathodenstrahlröhre werden weiter Kathodenstrahloszilloskope verwendet, die zum Zuführen einer Anzahl Meßspannungen mit einer entsprechenden Anzahl von Eingängen versehen sind. Durch eine bestimmte Ordnung der Signale auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre läßt sich eine deutliche Übersicht erhalten, wobei jedoch meistens von den zugeführten Meßspannungen abweichende, obschon diesen proportionale Spannungswerte hergeleitet werden müssen, um eine derartige Ordnung zu ermöglichen. Die wiedergegebenen Signale geben dabei zwar den Spannungsverlauf wieder, aber gegenüber dem Meßwert ist nur eine relative Beurteilung möglich. Die Einführung von Grenzwerten bei der Beurteilung führt in diesem Fall für jeden Meßwert zu einer weiteren Vergrößerung der Anzahl Eingänge um jeweils zwei Eingänge, wodurch eine derartige Vorrichtung besonders umfangreich und kostspielig wird.

Aus der US-PS 31 61 827 ist darüber hinaus ein Gerät zur Anzeige von verschiedenen Meßwerten bekannt, die während einer Horizontalablenkperiode nacheinander die Vertikalablenkung steuern. Die oberen und unteren Grenzwerte können hierbei allenfalls für alle Meßspannungen gemeinsam durch eine horizontale Gerade dargestellt werden (F i g. 5 und 6). Das bereitet keine Schwierigkeiten, solange die Größen miteinander vergleichbar sind und dieselben oberen und unteren Grenzwerte haben. Wenn jedoch Meßspannungen mit verschiedenen oberen und/oder unteren Grenzwerten auftreten — wie das bei Geräten zur Anzeige physiologischer Meßspannungen, bei denen die Grenzwerte individuell eingestellt werden, stets der Fall ist stellt diese horizontale Linie nur dann noch den Grenzwert aller Meßspannungen dar, wenn die

Verstärkung der Meßspannung entsprechend geändert wird. Abgesehen davon, daß dies bei physiologischen Meßspannungsgebern (Atemfrequenzmesser, Blutdruckmesser, Thermometer) praktisch nicht oder nur mit großem Aufwand möglich wtre, würde die Meßgröße nur noch als relativer, '-on den Grenzwerten abhängiger Wert dargestellt werden. Ein solches Gerät ist daher zur Darstellung physiologischer Meßwerte und der ihnen zugeordneten Grenzwerte ungeeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Gerät der eingangs genannten Art so auszubilden, daß sich eine übersichtliche logisch geordnete Anzeige der Meßspannungen und der ihnen zugeordneten Grenzwerte ergibt.

Diese Aufgabe wird errindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei weitere Eingänge vorgesehen sind mit je einer weiteren die Intensitätssteuerelektrode beeinflussenden Vergleichsschaltung, die die an den Eingängen anliegende, der am ersten Eingang jeweils anliegenden Meßspannung zugeordneten oberen bzw. unteren Meßwerte mit dem der Vertikalablenkung entsprechenden Spannungswert vergleicht, und daß den Eingängen je eine Schalteinrichtung zugeordnet ist, die synchron mit der Horizontalablenkung betrieben ist, derart, daß eine Meßspannung und die ihr zugeordneten Grenzwerte gleichzeitig an den Eingängen anliegen, und daß alle Meßspannungen bzw. die zugeordneten Grenzwerte während einer Horizontalablenkperiode einmal am Eingang anliegen.

Bei Verwendung eines Zweikanal-Oszilloskops bietet die Erfindung die Möglichkeit, am Schirm der Kathodenstrahlröhre ein dynamisches Signal und eine Aufeinanderfolge analoger Signale von oben nach unten getrennt wiederzugeben. In der Reihe analoger Signale wird jedes Signal je nach der Größe als eine kurze horizontale Linie dargestellt, wobei die Linien untereinander durch sinkende oder steigende Verbindungslinien verbunden sind, so daß das gesamte Signal die Form einer gestuften Kurve aufweist, wobei die Höhe einer Stufe der Höhe der zugehörenden wiederzugebenden Meßspannung entspricht. Die Flanken, welche die horizontalen Linienabschnitte verbinden, sind nicht interessant. Vorzugsweise wird der für die analogen Signale bestimmte Teil des Schirms der Kathodenstrahlröhre mit Hilfe einer Maske derart abgedeckt, daß durch undurchsichtige Streifen getrennte durchsichtige vertikale Fenster entstehen, die eine Beobachtung der wiedergegebenen Signale zulassen, wobei jedes Fenster mit dem Meßwert entsprechender Skalen versehen werden kann.

Es ist möglich, anstelle von Grenzwerten, die auf dem Schirm als horizontale Linien sichtbar sind, gleichmäßig aufleuchtende Gebiete wiederzugeben, die sich von den Grenzen auf beiden Seiten über und unter dem Meßbereich erstrecken, wodurch die Trennung wesentlieh deutlicher wird. Zur Wiedergabe dieser Gebiete kann die Intensität des Kathodenstrahls verringert werden, wodurch ein deutlicher Unterschied des Meßsignals nach wie vor möglich ist.

Die Wirkungsweise eines Oszilloskops, das mit einer ^o nach dem Prinzip der vertikalen Abtastung arbeitenden Kathodenstrahlröhre zur sichtbaren Wiedergabe von Signalen versehen ist, ist an sich bekannt. Das einem Eingang zugeführte Signal wird in einer Vergleichsschaltung ({Comparator) mit einer synchron zur vertikalen Ablenkspannung zunehmenden Vergleichspannung verglichen, und sobald die Spannungen einander gleich sind, wird im Komparator ein sehr kurzer Impuls erzeugt, der über einen Verstärker dem Steuergitter der Kathodenstrahlröhre zugeführt wird und eine Spannungsänderung einer ausreichenden Größe herbeiführt, durch die ein zuvor unterdrückter Elektronenstrom erzeugt wird, der auf dem Schirm einen Lichtfleck verursacht (Helltastung). Der synchron zur vertikalen Ablenkfrequenz periodische Vergleich der Meßspannung mit der zugeführten Spannung im Komparator ergibt eine Reihe zeitabhängiger Impulse, die bei konstantem Meßsigna! mit gleichen Zeitintervallen aufeinanderfolgen und bei einer in der Größe sich ändernden Meßspannung zeitmoduliert sind.

Grundsätzlich sind somit die Lichteindrücke, die durch den Elektronenstrahl auf dem Beobachtungsschirm der Kathodenstrahlröhre erzeugt werden, punktförmig und die sichtbare Wahrnehmung besieht aus einer Reihe punktförmiger Eindrücke, die bei ausreichend hoher Frequenz der vertikalen Abtastung zu Linien zusammenfließen. Wegen der langsamen horizontalen Abtastung ist die Verwendung eines Schirms mit einer Nachleuchtcharakteristik erwünscht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erforderlichen elektrischen Schaltung,

Fig. 2 den durch eine Maske in eine Anzahl Meßfelder verteilten Schirm der Kathodenstrahlröhre.

Das vorhandene Oszilloskop ist durch den gestrichelt dargestellten Rahmen 1 angegeben, wobei 2 den Schirm der Kathodenstrahlröhre andeutet. Das Oszilloskop hat vier Eingänge 3,4,5 und 6, die je mit einem Komparator 7, 8, 9 und 10 verbunden sind. Für die Weiterverarbeitung der elektrischen Impulse von diesen Komparatoren ist ein Impulsverstärker 11 wirksam, von dem die Impulse der nicht dargestellten Steuerelektrode der Kathodenstrahlröhre 2 zugeführt werden. Jeder der Komparatoren 7, 8, 9 und 10 ist in einem Vergleichsstromkreis mit dem Sägezahngenerator 12 für die Vertikal-Abtastung verbunden. Der Einfachheit halber sind Elemente für elektrostatische Strahlablenkung angegeben. Die Anwendung von elektromagnetischer Ablenkung ist ebenfalls möglich.

Dadurch, daß den Komparatoren eine N«eßspannung und eine Spannung, die sich im Rhythmus der Vertikal-Abtastung zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert ändert, zugeführt werden, entstehen an den Ausgängen Impulsspannungen, deren Zeitfolge durch die Höhe der Meßspannungen bedingt wird.

Für eine detailliertere Beschreibung des Geräts ist es erwünscht, die dem Gerät zugeführten analogen Spannungen in Meßspannungen und Grenzwertspannungen zu unterscheiden, wobei als Meßspannung diejenige elektrische Spannung betrachtet wird, die unmittelbar von der zu beurteilenden physiologischen Erscheinung hergeleitet und vom betreffenden Meßinstrument dem Gerät zugeführt wird. Die Grenzwertspannungen werden zur Abgrenzung eines Gebietes zulässiger Werte der Meßspannung zugeführt, und diese können einzeln einstellbar sein. Für jede physiologische Größe verfügt man daher vorzugsweise über nur eine Meßspannung und zwei Spannungen für den höchsten und den niedrigsten erlaubten Meßwert.

Eine Anzahl dieser Kombinationen von Meßspannung und Grenzwertspannungen wird den Kontaktreihen 13, 14, 15, die beispielsweise je sechs Anschlüsse ermöglichen, zugeführt. Von jeder Kontaktreihe wer-

den gleichzeitig jeweils der erste, zweite, dritte und folgende Satz mit einem Eingang des Geräts verbunden und somit werden die dabei auftretenden Spannungen den Komparatoren zugeführt. Die Überbrückung der Kontaktöffnungen kann beispielsweise mit schnellen magnetischen Zungenrelais (»Reed«-Relais) erfolgen, deren magnetische Anregung beispielsweise durch einen Teiler-Abtaster 16 gesteuert wird, in diesem Fall einen Sechsteiler-Abtaster, der dazu eingerichtet ist, während jeweils V₆ der horizontalen Abtastzeit naicheinander über die Ausgänge 17 den entsprechenden Relais in jeder Kontaktreihe den Erregerstrom zuzuführen, wozu ein Eingang des Abtasters mit der horizomtalen Zeitbasis 18 verbunden ist. Statt magnetischer Schalter können auch elektronische Schaltelemente verwendet werden. Das Gerät bietet somit die Möglichkeit, während der Horizontal-Abtastung sechs physiologische Meßspannungen mit den zugehörenden Grenzwerten für hohe und niedrige Überschreitung nacheinander auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre wiederzugeben. Durch eine geeignete Wahl der Horizontal-Abtastung zusammen mit der Nachleuchlcharakteristik des Schirms läßt sich erreichen, daß die sechs physiologischen Signale gleichzeitig und kontinuierlich sichtbar sind.

Eine nützliche Erweiterung des Geräts besteht aus einer derartigen Gestaltung der sich aus den Grenzwertspannungen ergebenden Impulse, daß nicht nur ein höchster und ein niedrigster Wert dargestellt werden, sondern zugleich anschließend nach oben bzw. nach unten ein breiterer Streifen auf dem Bildschirm leuchtend gemacht wird. Um dies zu verwirklichen, muß man ein Gebilde elektronisch wirksamen Komponenten in einer Anordnung 19 verwenden, die mit dem Namen »Alarmlogik« bezeichnet werden könnte. Sie enthält u. a. eine Anzahl Torschaltungen, die in bezug auf den höchsten Grenzwert durch einen vom zugehörenden Komparator 9 empfangenen Impuls leitend gemacht wird und nach einer bestimmten Zeit in den ursprünglichen nichtleitenden Zustand zurückkehrt. Eine andere Torschaltung kann leitend eingestellt sein und durch einen Impuls des Komparator 10, der den niedrigsten Grenzwert angibt, in einen nichtleitenden Zustand gebracht werden und in diesem Zustand bis zum Anfang einer nächsten Vertikal-Abtastung verbleiben. Eine genaue Beschreibung dürfte sich erübrigen, weil sich derartige Torschaltungen auf bekannte Weisen verwirklichen lassen.

Der Komplex elektrischer Impulse wird dem Impulsverstärker 11 und danach der Steuerelektrode der Kathodenstrahlröhre zugeführt. In der Zeichnung ist der Eingang 3 für die Zufuhr eines dynamischen Signals bestimmt, das während der ganzen horizontalen Ablenkung wirksam ist, und die Eingänge 4, 5 und 6 empfangen analoge Signale, die aufeinanderfolgend je

ίο nur während eines Teiles der Horizontal-Ablenkung durchgelassen werden.

Dementsprechend ist der obere Teil des Schirms 2 der Kathodenstrahlröhre über die ganze Breite für das dynamische Signal (Elektrokardiogramm oder Pulswel-Ie) verwendbar, wonach der restliche Teil für analoge Signale übrigbleibt, welcher Teil durch eine Maske 20 derart abgedeckt ist, daß sechs durchsichtige vertikale Skalen entstehen, die durch undurchsichtige Streifen getrennt sind. Die durchsichtigen Teile können mit

ίο Skalenteilungen 21 versehen sein.

Zum Feststellen ob ein Meßwert die zugehörenden Grenzwerte überschreitet, enthält die Vorrichtung 19 außerdem eine Kombination an sich bekannter sogenannter »logischer« elektronischer Schaltungen, die beispielsweise feststellen, ob ein vom Komparator 8 empfangener elektrischer Impuls gegebenenfalls innerhalb des durch die von den Komparatoren 9 und 10 eintreffenden elektrischen Impulse gebildeten Intervalls liegt. Beim Überschreiten eines der Grenzwerte ist das Obenstehende nicht mehr der Fall, und die Vorrichtung 19 erteilt ein Alarmsignal, das beispielsweise einen Relaiskontakt in einem inneren oder äußeren Alarmstromkreis schließt. Zur Sichtbarmachung des Alarms auf dem Schirm kann die Vorrichtung 19 im Alarmfall einen zusätzlichen elektrischen Impuls zur Vertikal-Abtastung dem Impulsverstärker 11 zuführen, so daß am Schirm ein aufleuchtendes Alarmfeld erscheint, beispielsweise in dem für die Wiedergabe des dynamischen Signals bestimmten Raum. Es ist möglich, dieses Alarmfeld, in horizontaler Richtung gesehen, nur an derjenigen Stelle erscheinen zu lassen, an der auch das betreffende Meßsignal wiedergegeben wird. Zugleich kann die Vorrichtung 19 Mittel enthalten, damit ein akustisches Signal erteilt wird, wenn die Meßspannung

ic die Grenzwertspannungen überschreitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Anzeige mehrerer physiologischer Meßspannungen auf dem Schirm einer Kaihodenstrahlröhre eines Oszilloskops mii einer im Vergleich zur horizontalen Ablenkung schnellen vertikalen Ablenkung des Elektronenstrahls und mit mindestens einem ersten Eingang, dem eine erste Vergleichsschaltung zugeordnet ist, die einen der vertikalen Ablenkung entsprechenden Spannungswert und eine Meßspannung miteinander vergleicht und bei Vorliegen eines festgelegten Verhältnisses beider Werte einen an die Intensitätssteuerelektrode der Kathodenstrahlröhre angelegten Impuls zur punktförmigen Helltastung des Elektronenstrahls erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere Eingänge (5,6) vorgesehen sind mit je einer weiteren die Intensitätssteuerelektrode beeinflussenden Vergleichsschaltung (9,10), die die an den Eingängen (5, 6) anliegende, der am ersten Eingang jeweils anliegenden Meßspannung zugeordneten oberen bzw. unteren Meßwerte mit dem der Vertikalablenkung entsprechenden Spannungswert vergleicht, und daß den Eingängen (4, 5, 6) je eine Schalteinrichtung (13, 14, 15) zugeordnet ist, die synchron mit der Horizontalablenkung betrieben ist, derart, daß eine Meßspannung und die ihr zugeordneten Grenzwerte gleichzeitig an den Eingängen (4, 5, 6) anliegen, und daß alle Meßspannungen bzw. die zugeordneten Grenzwerte während einer Horizontalablenkperiode einmal am Eingang (4 bzw. 5,6) anliegen.

2. Gerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeich net, daß zur Aufhellung der beiderseits des zwischen den Grenzwerten eingeschlossenen Meßbereiches liegenden Bereiche des Schirms der Kathodenstrahlröhre die Ausgänge der den weiteren Eingängen (5,

6) für die Grenzwerte zugeordneten Vergleichsschaltungen (9, 10) über Impulsverlängerungsschal- Hingen mit der Intcnsitätssteuerelektrode der Kathodenstrahlröhre verbunden sind.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Wiedergabe der Meßwerte verwendeten Teile des Wiedergabeschirms der Kathodenstrahlröhre jeweils von einem undurchsichtigen Rahmen umgeben sind.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus einer an der Vorderseite der Kathodenstrahlröhre am Wiedergabeschirm angeordneten Maske (20) besteht.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maske (20) mit Skalen (21) innerhalb jedes der Rahmen versehen ist, die austauschbar mit der Maske verbunden sind.