DE1918076A1

DE1918076A1 - Verfahren und Messgeraet zur Beurteilung der Herzfunktion

Info

Publication number: DE1918076A1
Application number: DE19691918076
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Rentsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-04-09
Filing date: 1969-04-09
Publication date: 1970-10-15

Description

Wolfgang Rentseta.

83 Pirna, AltJessen 2 3.4.1969

Verfahren und Meßgerät zur Beurteilung der Herzfunktion

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Meßgerät zur Beurteilung der Herzfunktion durch Ausmessung der Pulskurve insbesondere zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Herzens.

Es sind eine große Zahl von Verfahren und Meßgeräten bekannt, die Pulskurve auszumessen und aus den Meßwerten Rückschlüsse auf die Herzfunktion zu ziehen. So werden untersucht die Blutdruckamplitude zentral und peripher, die Amplitude von Volumenpulsen, ferner die Amplitude des ersten Differentialquotienten der Blutdruokkurve als Maß für die Größe der Anstiegsgeschwindigkeit des Aortendruckes und die Amplitude des zweiten Differentialquotienten als Maß für die Druckanstiegsbeschleunigung im linken Ventrikel. Von den Zeitintervallen werden untersucht die Pulsperiodendauer (als Reziprokwert der Herzfrequenz), die Systolen- und Diastolendauer, die sog. GrundSchwingungsdauer, die Schnellaustreibungszeit vom Fußpunkt der zentralen Pulskurve bis zum maximalen Druckwert, die Austreibungszeit und die Anspannungszeit und zwar zergliedert in Überleitungszeit und isometrische Druckanstiegszeit im linken Ventrikel. Der letztere Zeitintervall läßt sich nicht aus der Pulskurve ableiten, da es ein Vorgang ist, der auf den Druckanstieg in der Herzkammer beschränkt ist. Die Zeitdauer läßt sich durch sekundäre Merkmale, d.h. Herztöne, als Ausdruok der am Herzen selbst und dem Herzklappensystem ablaufenden Vorgänge ermitteln. Die isometrische Druckanstiegszeit des Herzens scheint

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jedoch eine besonders aufschlußreiche Zeitspanne für die Herzdynamik: und damit für die Leistungsfähigkeit des Herzens zu sein.

Die isometrische Druckanstie-gszeit bestimmt offenbar die Geschwindigkeit der Öffnung der Aortenklappen und die Druokanstiegsgeschwindigkeit in der Aorta. Das steile Stück des Druckanstieges, d.h. bis zum Maximalwert der Druckanstiegsgeschwindigkeit in der Aorta dürfte somit auf die isometrische Anspannunga» zeit bezogen sein.

Zur Untersuchung der maximalen Druokanstiegsgeschwindigkeit in der Aorta ist es erforderlich direkt in der Aorta zu mesaen«, Eine unblutige Ableitung dieses Parameters aus einem zentralen Volumenpuls ist nicht möglich. Außerdem ist es meßtechnisch schwierig Amplituden zuverlässig auszuwerten. Die Erfassung von Zeitintervallen ist dagegen eindeutig und elektronisch weit zuverlässiger.

Der Erfindung liegt die,Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren und Meßgerät zu schaffen, das einen Parameter der Herzfunktion auswertet, der unblutig gewonnen werden kann und der sich auf die offenbar sehr aussagekräftige isometrische Anspannungszeit des Herzens bezieht und der gleichzeitig von Eigenschaften des Aortensystems beeinflußt wird, wobei der Nachteil einer Amplitudenmessung vermieden wird, d.h. der erwähnte Parameter soll ein eindeutig meßbares Zeitintervall sein.

Es wurde gefunden, daß das Zeitintervall vom Fußpunkt einer möglichst zentralen Volumenpulskurve bis zum Zeitpunkt maximaler Druckanstiegsgesohwindigkeit (Wendepunkt des Anstiegs der PuIs-

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kurve) d.h. bis zum Maximalwert der ersten differentieIlen Ableitung der Pulskurve in enger reziproker Beziehung zum Schlag- ■ volumen des Herzens steht, sofern noch weitere Parameter berücksichtigt werden. Die Grüße dieses Zeitintervalls, das von mir mit der Bezeichnung SSO?-Int ervall (Steep Ejection Time interval) belegt wurde, wird offenbar durch die isometrische Anspannungszeit des Herzens und die erste Wechselwirkung des ausgeworfenen Blutes mit den Eigenschaften der Aorta und des darin gespeicherten Blutvolumens bestimmt·

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahreη bzw« Meßgerät zur fortlaufenden Messung des SElVIntervenes, insbesondere durch Auswertung einer zentralen Volumenpulskurve, die beispielsweise mittels eines empfindlichen Thermistor-Pulswandlers aus den Druokpulsationen einer Oberarmmanschette gewonnen wird. Eine derartige Anordnung liefert so große Nutzspannungen, daß auch nach zweimaliger Differenzierung einwandfreie Impulse zur weiteren elektronischen Verarbeitung zur Verfugung stehen. Untersuchungen haben gezeigt, daß die aus der Volumenpulskurve des Oberarms abgeleiteten SET-Intervalle als Maß für die Leistungsfähigkeit des Herzmuskels dienen können und daß sich daraus die Größe des Sohlagvolumens ableiten läßt, sofern weitere Parameter berücksichtigt werden.

Das SET-Intervall ist ein mit geringem elektronischen Aufwand erfaßbares Zeitintervall der Herztätigkeit, das offenbar eine große Aussagekraft besitzt.

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Die praktische Durchbildung der Erfindung besteht darin, eine Pulskurve, insbesondere eine zentrale Volumenpulskurve, zu erfassen und das Zeitintervall vom Beginn des Stellanstieges bis zum Zeitpunkt größter Druckanstiegsgeschwindigkeit (Wendepunkt) . der Schnellaustreibungsphase zu vermessen. Dieses Zeitintervall, das mit. der Bezeichnung SET-Intervall belegt wird, kann entweder aus der registrierten ersten differentiellen Ableitung der Pulskurve bestimmt werden, Zeltdauer bis zum Maximalwert der ersten Ableitung oder elektronisch-automatisch aus der zweiten differentiellen Ableitung. Naoh dem zweiten Verfahren ist eine fort- * laufende, d.h. die auf jeden einzelnen Pulssohlag bezogene Registrierung der Größe des SET-Intervalle8 möglich. Voraussetzung für die Gewinnung einwandfreier Meßwerte ist ein· Pulswelle mit großer Nutzspannung, um bei der erforderlich hohen Verstärkung höherer Frequenzanteile durch die erforderliche zweimalige Differenzierung einen großen Störspannungsabstand zu erhalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Welse die Pulswelle als Volumenpuls aus der Manschettenpulsation beispielsweise einer Oberarmmansohette gewonnen wird· Die Manschette wird auf einen unterdlastolischen Druckwert aufgepumpt, um die Gefäßwände nicht nennenswert zu entlasten, d.h. die Pulswellengeschwindigkeit unter der Manschette nicht allzusehr zu verringern. Die Pulswellenlaufzeit unter der Manschette soll kleiner sein als das se SET-Intervall. Aus dem vorerwähnten Grund soll die Manschette auch nicht zu breit ausgeführt sein. Geeignet sind Manschetten in der Abmessung üblicher Blutdruckmanschetten mit etwa 10 ... 14 dm Breite.

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Der Manschettendruck: wird zweckmäßig auf 40 .·. 50 mm Hg eingestellt. Der Pulswandler besteht vorzugsweise aus einer geheizten Thermistorpille besonders kleiner Abmessung, die mittels einer Düse durch die pulsatorischen Drucksohwankungen in der Manschette proportional den Druckschwankungen in der Manschette angeblasen und gekühlt wird. Dieses bekannte Wandlerprinzip liefert besonders hohe Nutζspannungen. Bei Steigerung des Manschettendruckes beobachtet man, sobald der Druck in der Manschette den diastolischen Druck erreicht, eine Verlängerung des SET-Intervalls. Diese Verlängerung ist durch die Verringerung der Pulswellengeschwindigkeit unter der Manschette bedingt und dieses Kriterium läßt sich in einer weiteren Durchbildung der Erfindung zur Bestimmung des diastolischen und des mittleren Blutdruckes verwenden.

Die Volumenpulskurve wird zweimal elektronisch differenziert und der aus der zweiten Ableitung gewonnene Eechteokimpuls wird mit bekannten elektronischen Mitteln in seiner Breite gemessen.

Die elektronischen Mittel zur Messung der Breite des Bechteokimpulses (= SET-Intervall) bestehen beispielsweise aus einem Verstärker, je einer Differenzlerstufe zur Bildung des ersten und zweiten Differentialquotienten der Pulskurve, einem Impulsformer, einer Torstufe, dem Zeitmeßkreis, einer Steuerstufe, einem Anzeigeteil und einem Registrierten.

Zur Trennung des Hechteοkimpulses vom Störuntergrund ist es erforderlich einen Schwellwert einzustellen, wobei größere

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Störimpulse, die auf den leohteokimpuls folgen und die aus dem Verlauf der Volumenpulskurve resultieren, durch, eine Torsohaltung eliminiert werden,

Bei flachem Wendepunkt des Druckanstieges wird auch der Null» durchgang der zweiten Ableitung flach -und die gemessene Zeitdauer des aus der zweiten Ableitung gewonnenen Rechteckimpulses wird in stärkerem Maße von der Nutzamplitude und damit vom dem Schwellwert des Zeitmeßteiles abhängig· Um diese Abhängigkeit reproduzierbar zu erfassen, müssen die Messungen auf gleich© Amplituden vorzugsweise der ersten Ableitung der Pulskurv© bezogen werden, insbesondere kann der Schwellwert des Zeitmeßteiles unmittelbar von der Amplitude der ersten Ableitung der Pulskurve gesteuert werden« Das der Verwirklichung der Erfindung zugrunde liegende Meßgerät erlaubt es den Schwellwert verschieden einzustellen oder automatisch in Abhängigkeit von der Größe des Nutzimpulses (erste Ableitung) zu steuern·

In einer weiteren Durchbildung der Erfindung ist es auch möglich den absoluten Wert des SET-Intervalles, d.h. ohne Inanspruchnahme eines Schwellwertes zu messen, indem die Zeitmessung genau bis zum Maximalwert der ersten Ableitung des Pulswellenanstieges erfolgt. Diese Messung erfolgt erfindungsgemäß in der Form, daß auf dem Schirm eines Oszillographen die exakt differenzierte erste Ableitung abgebildet wird und auf dem Schirmbild eine Markierung (Zielmarke) eingeschrieben wird, die aus der RUck-

i flanke des der Zeitmessung zugrunde liegenden Hechteckimpulses

gebildet wird. Eine Verschiebung dieser Zielmarke in Richtung

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sum Maximalwert der exakt differenzierten ersten Ableitung erfolgt beispielsweise durch Vergrößerung der Zeitkonstante des EC-Gliedes, aus dem die erste Ableitung der Pulskurve gewonnen wird₉ die nach nochmaliger Differenzierung den der Zeitmessung zugrunde liegenden Heohteokimpuls liefert.

Wegen der Abhängigkeit des gemessenen SET-Intervalls vom Schwellwert des Zeitmeßkreises und zur Unterscheidung vom Maximalwert des SET-Intervalls können Indizes eingeführt werden, z.B. ausgedrückt in $ des Anzeigewertes normierter Prüfimpulse (s.u.)) wobei dem maximalen SST-Intervall der Index max« oder 100 # zuzuordnen wäre.

In einer weiteren Durchbildung der Erfindung wird der Beziprokwert des SET-Intervalle gebildet, wobei sich durch Begier Korrekturfaktoren einstellen lassen, die es erlauben, einen dem Sohlagvolumen weitgehend proportionalen Meßwert zu erhalten· Die Korrekturfaktoren charakterisieren z.B. die Größe des linken Ventrikels im einfachsten Fall angenähert durch die Körperoberfläche des gemessenen Individuums,

£s ist auch daran gedacht, vorzugsweise durch unmittelbare elektronische .Verrechnung (on-line) andere leicht meßbare Zeitintervalle oder andere Kreislaufparameter als Korrekturgrößen zu erfassen, wie z.B. die Sehnellaustreibungszeit t_s, Zeitintervalle, die auf dem QBS-Komplex (B-Zacke) bezogen sind oder andere Parameter.

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Zur» Vermeidung von venösen Stauungen bei langen Untersuchungen kann abwechselnd am linken und am rechten Oberarm gemessen werden, z.B. mit einem Umschaltzyklus von J Minuten.

In einer.weiteren Durohbildung der Erfindung wird die Zeitdauer der SET-Intervalle, die bei steigendem Manschettendruck gewonnen werden, erfaßt und deren Abhängigkeit vom Manschettendruck '" diagnostisch ausgewertet, das erste Ergebnis dieser Auswertung ist das Kriterium des Anstiege des SEQJ-Intervalls, sobald der Manschettendruok den dlastollschen Druck übersteigt, wie bereits angeführt«

Schließlich werden in weiteren Varianten die SET-Intervalle am Unterarm oder z.B. an den Beinen gemessen und zueinander in Beziehung gesetzt, um daraus diagnostische Rückschlüsse auf das Kreislaufsystem'zu erhalten«

Zur Kontrolle des Meßverfahrens, vor allem Im Hinblick auf die richtige Einstellung vorgeschriebener Schwellwerte, können Prüfimpulse genau definierter Anstiegsflanken bzw« Wendepunkte vorgesehen werden, dlt beispielsweise als Einschwingzelten RC-gekoppelfe ter Verstärker dargestellt werden.

Durch Einführung des Kreislaufparameters "SET-Intervall" läßt sich mit sehr geringem technischen Aufwand eine Aussage über die Leistungsfähigkeit des Herzens gewinnen. Wird das Intervall beispielsweise aus den Druokpulsationen einer Oberarmmanschette abgeleitet, so ist auch die Applikation des Rezeptors, nämlioh der Manschette, sehr einfach und schnell durchführbar· Dieser Umstand

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ist von besonderem Interesse, wenn ohne Zeitverlust unmittelbar nach Arbeitsbelastung gemessen werden soll. Mit wenig zusätzlichem Aufwand läßt sich aus den Druokpulsationen gleichzeitig die Herzfrequenz ableiten und mittels einfachen elektronischen Rechenschaltungen miteinander verrechnen} wobei das Herzminutenvolumen offenbar weitgehend dem Produkt aus der Pulsfrequenz und dem Reziprokwert des SET-Intervalls entspricht, wobei ein individueller Faktor zu berücksichtigen ist, der in erster Linie die Herzgröße berücksichtigt. Darüber hinaus können noch Korrekturgrößen verechnet werden, die aus anderen Kreislaufparametern ab-

geleitet werden. Entweder indem diese unmittelbar (on-line) verrechnet werden oder indem diese als zusätzliche^ Korrekturfakt orfrt», eingegeben werden.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Fig. 1a zeigt die Volumenpulskurve, wie diese mittels eines Thermistorwandlers aus den Druckpulsationen einer Oberarmmanschette gewonnen wird. Unter der Pulskurve ist die erste und zweite differentielie Ableitung dargestellt, Fig. 1b und 1o. Durch entsprechende Verstärkung und Begrenzung wird aus der zweiten A%-leitung ein Rechteckimpuls gewonnen, Fig. 1d. Die Breite dieses Rechteckimpulses entspricht der Zeitdauer vom Fußpunkt der Volumenpulskurve bis zum Wendepunkt der Druckanstiegsflanke = SET-Intervall.

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Fig. 2 zeigt im Blockschaltbild das elektronische Meßgerät, mit dem die Breite des Hechteckimpulses gemessen wird. Das von dem Thermistorpulswandler 1 gewonnene Pulssignla wird mittels des Verstärkers 2 verstärkt und mittels der Differenzierstufen 3 und 4 zweimal differenziert. In einer Impulsformerstufe 5 wird

aus der zweiten Ableitung der Pulskurve Fig. 10Γ der Eechteckimpuls Fig. Id gewonnen, wobei nur der Betrag der Amplitude des Rechteckimpulses an die Torstufe 6 weitergeleitet wird, der einen einstellbaren oder automatisch geregelten Schwellwert übersteigt. Die Öffnungszeit der Torstufe 6 wird über die Zeitmeßstufe 7 und eine Steuerstufe 8 festgelegt, womit erzielt werden soll, daß Folgeimpulse, die den Schwellwert ebenfalls übersteigen, weitgehend gesperrt werden. Die Zeitmeßstufe 7 mißt die Zeitdauer jedes SET-Intervalls und speichert den Meßwert von Pulsschlag zu Pulsschlag, wobei es auch möglich 1st, neben diesem Momentanwert des SET-Intervalls den Mittelwert zujnessen. Die Anzeige und Registrierung des SET-Intervalls erfolgt in den Stufen 9. und

Fig. 3 zeigt das Blockschema einer elektronischen Analog-Rechenschaltung. In der ersten Stufe 11 wird der Reziprokwert des SET-Intervalls gebildet. Die nächste Stufe 12 ermöglicht die Multiplikation des Rezipfokwertes des SET-Intervalls mit einem einstellbaren Faktor« Das nach Stufe 12 gewonnene Ergebnis, das bereits weitgehend dem Schlagvolumen entspricht, kann durch Verrechnung mit einem weiteren fortlaufend gewonnenen Kreislauf/-parameter verbessert werden, Bechenstufe 13. Stufe 14 soll zeigen,

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daß duroh elektronische Multiplikation mit der Pulsfrequenz sohlleßlioh ein Ergebnis gewonnen wird, das weitgehend dem Herzminutenrolumen entspricht und in Stufe 15 angezeigt und registriert werden kann.

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Claims

Ansprüche

M .)) Verfahren und Meßgerät zur Beurteilung der Leistungsfähig- · keit des Herzens durch Ausmessung der Pulskurve, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise bei einer weitgehend zentralen Volumenpulskurve die Zeitdauer vom Beginn des Steilanstieges bis zum Punkt der größten Druckanstiegs- '" geschwindigkeit (Wendepunkt des Druckanstieges der Pulskurve) gemessen wird.
2.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekenn-I-zeichnet, daß die Volumenpulskurve (a), die in an sich bekannter Weise aus einer Druokmanschette, die z.B. um den Oberarm gelegt wird, vorzugsweise mittels eines Thermistor-Pulswandlers (1) gewonnen wird.
3.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Volumenpulskurve (a) elektronisch zweimal differenziert (b), (o) wird und die Breite des aus der zweiten Ableitung gewonnenen Eechteckimpulses (d) * SET-Intervall mit bekannten elektronischen Mitteln ge- w messen wird«
4.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Mittel zur Messung der Breite des Rechteckimpulses (d) beispielsweise bestehen aus einem Verstärker (2), je einer Differenzierstufe (3) und (4), einem Impulsformer (5), einer Torstufe (6), der Zeitmeßstufe (7), einer Steuerstufe (8), einem Anzeigeteil (9) und einem fiegistrierteil (10).

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5.) Verfahren und Meßgerät nach. Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellwert einstellbar ist| deres erlaubt, den zur Messung herangezogenen Hechteckimpuls vom Störuntergrund zu trennen und daß der Sohwellwert beispielsweise unmittelbar von der Amplitude der ersten Ableitung der Pulskurve gesteuert wird.
6.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 5, daduroh gekennzeichnet, daß unerwünschte, vom Impulsformer weitergeleitete Impulse mittels einer Torstufe (6) in Verbindung mit der Steuerstufe (8) weitgehend gesperrt werden.
7.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet, daß zur Messung des Maximalwertes des SET-Intervalls, d.h. ohne Inanspruchnahme eines Schwellwertes, eine individuelle Kontrolle des Zeitmeßvorganges z.B. dadurch erfolgt, daß auf dem Schirm eines Oszillographen die exakt differenzierte erste Ableitung abgebildet wird und auf dem Sohirmblld eine Markierung (Zielmarke) eingeschrieben wird, die aus der Rückflanke des der Zeitmessung zugrunde liegenden Rechteoklmpulses gebildet wird, wobei eine Verschiebung dieser Zeitmarke in Richtung zum Maximalwert der exakt differenzierten ersten Ableitung beispielsweise dadurch erfolgt, daß die Zeitkonstante des RC-Gliedes, aus dem die erste Ableitung der Pulskurve gewonnen wird, vergrößert wird, die nach nochmaliger Differenzierung den der Zeitmessung zugrunde liegenden Rechteokimpuls liefert.

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8.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit elektronischen Mitteln (11) der Reziprokwert des SET-Intervalls gebildet wird, wobei sJich ein oder mehrere Korrekturfaktoren (12) einstellen lassen, die es erlauben, einen dem Schlagvolumen weitgehend proportionalen Meßwert zu erhalten,
• 9.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch unmittelbare elektronische Verrechnung (13) ein oder mehrere leicht meßbare Zeitintervalle oder andere Kreislaufparameter als Korrekturgrößen erfaßt werden, um den gesuchten Meßwert zu verbessern»
10.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gemäß den vorangehenden Ansprüchen dem Schlagvolumen weitgehend proportionalen Meßwert elektronisch mit der gleichzeitig abgeleiteten Pulsfrequenz multipliziert wird (14), wobei der auf diese Weise gewonnene Meßwert weitgehend dem Minutenvolumen entspricht und mittels der Vorrichtung (15) angezeigt oder registriert werden kann.
11.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von venösen Stauungen abwechselnd am linken und am rechten Oberarm gemessen * wird. ' /

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12.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der SET-Intervalle, die bei steigendem Manschettendruck gewonnen werden, erfaßt und deren Abhängigkeit rom Manschettendruck diagnostisch ausgewertet wird, wobei beispielsweise eine Verlängerung des SET-Intervalle3 dann festgestellt wird, sobald der Manschettendruck den diastollschen Druck erreicht hat«
13.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die SEHN-Intervalle am Unterarm oder 2.B. an den Beinen gemessen und zueinander in Beziehung gesetzt werden, um daraus diagnostische Hückschlüsse auf das Kreislaufsystem zu erhalten«
14.) Verfahren und Meßgerät nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor allem im Hinblick auf die richtige Einstellung vorgeschriebener Schwellwerte Prüfimpulse genau definiertet Anstiegeflanken bzw. Wendepunkte vorgesehen werden, die beispielsweise als Einschwingzeiten BC-gekoppelter Verstärker dargestellt werden.

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