DE1949445A1

DE1949445A1 - Vorrichtung zur Erfassung kritischer Atemstoerungen

Info

Publication number: DE1949445A1
Application number: DE19691949445
Authority: DE
Inventors: Wade Gerald James
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1968-10-02
Filing date: 1969-10-01
Publication date: 1971-01-14
Also published as: NL6914723A; IL33011A0; US3572317A; GB1290537A; FR2019727A1; BE739664A; CH512236A; AT298663B

Description

DR. ING. F. WTTBSTHOFF 8 MÜNCHEN 9O DIPL. ING. G. PULS SCHWEIGEHSTHASSE 2 DR.K.T.PEOHMANN tmmo* S2 06 51 DR. ING. D. BBHRENS MnoBmMinraeMi

ΡΒΟΤΧΟΙΡΛΤΧΧΤ ΚβίΤΟΗΧΚ

PATENTANWÄLTE

1A-37 517

11. Februar 1970

Be Schreibung zu der Patentanmeldung

F. Hoffmann-La Roche &.Co, Aktiengesellschaft»

Basel / Schweiz

betreffend
Vorrichtung zur Erfassung kritischer Atemstörungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung kritischer AtemsUörungen durch die Überwachung der Herz- und Atemtätigkeit.

Eines der ernstesten Probleme der heutigen Kindermedizin ist die hohe Zahl von Todesfällen bei Neugeborenen und von geistig behinderten Kindern als direkte oder indirekte Folge der sogenannten Hyalinkrankheit der Lungen, die sich in der Unfähigkeit des Neugeborenen, nach der Geburt die notwendige Atmungsanpassung durchzuführen, auswirkt· Die genauen Gründe dieser Krankheit sind nicht bekannt und es ist sehr schwierig, sie zu ermitteln, da auch der gut angepaßte Neugeborene extreme Schwankungen seinesphysiologischen Zustandes seigt.

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Es scheint Jedoch, dass einer der wichtigsten Gründe für die bei dieser Krankheit auftretenden Atemstörungen des Neugeborenen die Bildung einer hyalinen Membran in der Lunge 1st. Beim Auftreten dieser Erscheinung wird die Atmung unrege1-mässig und setzt häufig vorübergehend aus. Das Ergebnis ist eine unerwünschte Veränderung des Gasgehaltes im Blut und damit zusammenhängend die Schädigung anderer Gewebe,

Wi® auf anderen Gebieten der Medizin wurden auch auf $.em Gebist der HifaXinkrsnkhfeit der Lungen Fortschritte in der ©hirurgtsehsn. und therapeutischen Behandlung zur Linderung ■'ύΧιύ ll&llmig, €mr- Hyailnkrankheit gemacht· Dfe bekannteste üM BM hSufigstsii angewandte Sofertnmssnahrse bei Atemstörungen besteht eines⁵ Ieiclit^n mecheniscjiiesi Reisung des Neugeborenen -Änwii öis KF&nkeRSChweeter, was gewöhnlich ausreicht, um. öi© normal© Ätüiing «iefier anzuregen. Urs 3®^Qöh eine geeignete Soforthilfe rechtzeitig vornehmen au können, ist es ausserordentlich wichtig, den Beginn eines ÄfcemstSrungsanfalls sofort EU erfassen, damit physiologische Schädigungen vermieden oä@r möglichst gering gehalten werden oder der Tod dess Patienten zu verhindern ist. Andererseits 1st es jedoch \m-* realistisch, an eine nahezu dauernde Beobachtung jedes einselnen !©ugeborenen zu denken, wae auch In einer gut organisierten Intensivpflegeatation unmöglich ist. Obwohl die extreme Wachsamkeit« die bei Krankenschwestern in solchen Stationen notwendig ist, normalerweise auereichen würde, um Atemstörungen so rechtzeitig zu erfassen, dass der Tod

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ORIGINAL INSPECTED

des Patienten verhindert werden kann, mag es jedoch oft nicht früh genug sein, um organische Schädigungen zu vermeiden, die beispielsweise eine geistige Behinderung zur Folge haben können. Daher ist ein Ueberwachungssystem zur kontinuierlichen Beobachtung von Neugeborenen und zur Abgabe eines frühzeitigen Alarmsignals beim Einsetzen von kritischen Atemstörungen sehr wünschenswert, damit eine frühzeitige Hilfsmassnahme eingeleitet werden kann.

Ueberwachungsgeräte dieser Art sind auf dem Markt erhältlich, wobei diese Geräte im wesentlichen ein Signal abgeben sollen, wenn kritische Atemstörungen auftreten, Indem einfach die Atemtätigkeit Neugeborener analysiert wird. Unglücklicherweise atmen neugeborene Kinder jedoch sehr unregelmässig, wobei nicht-kritische Atemstockungen eine sehr häufige Erscheinung sind. Diesen Atemstockungen ähnlich sind die oben beschriebenen Atemstörungen, die zu totalem Atmungsausfall und zum Tode oder zu länger dauerndem Atemmangel und nach-, folgenden organischen Schäden, z.B. zu geistigen oder körperlichen Schädigungen führen können, wenn sie nicht frühzeitig vom Klinikpersonal entdeckt werden. Im Hinblick darauf und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Atemfrequenz und kurze Atemstockungen keine guten Indikatoren für die Schwere von Atemstörungen sind, muss die Punktion der auf dem Markt erhältlichen Ueberwaohungsgeräte für Neugeborene, die im wesentlichen nur die Atemtätigkeit alleine zur Erfassung von Atemstörungen verwenden, als ungünstig angesehen

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werden, da sie einsetzende Atemstörungen kritischer Art nicht eindeutig Von unkritischen Atemstockungen unterscheiden können, folglich sehr oft fälschlicherweise kritische Atemstörungen anzeigen und dadurch erhebliche Verluste an Pflegezeit und oft falsche Aufzeichnungen verursachen, was unnötige Besorgnis und überflüssige Vorkehrungen veranlasst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Mangel bekannter Geräte durch ein Ueberwachungsgerät, das zwischen nicht kritischen Atemstockungen und kritischen Atemstörungen unterscheiden kann und praktisch keinen Fehlalarm gibt, zu Überwinden.

Brfindungsgemässwird dies erreicht durch Anordnungen zur Ableitung eines für die Herztätigkeit repräsentativen elektrischen Signals und eines für die Atemtätigkeit repräsentativen elektrischen Signals und eine Anordnung, die auf diese Signale anspricht, um zur Erfassung kritischer Atemstörungen das elektrische Herztätigkeitsignal zu dem elektrischen Atemtätigkeitsignal in Beziehung zu setzen.

Im folgenden sind anhand der beiliegenden Zeichnung AusfÜhrungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blookdiagramm einer Ausbildungsform der Erfindung, Figur 2 ein detailliertes schematisohes Blookdiagramm der Erfindung,
Figur 3 eine Reihe von zeitlichen Spannungsverläufen in den in

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Figur 2 angegebenen Punkten,

Figur 4 die vergleicheweise Aufzeichnung eines Herztätigkeitssignals und eines Ausgangssignals in Herzimpulsen pro .Minute, wobei der Puls Über eine Perlode von acht Stunden integriert 1st, und

Figur 5 eine Wiedergabe der Atem- und der Herzfrequenz, wie sie auf den Messgeräten 47 und 28 der Figur 2 angezeigt werden.

In Figur 1 1st ein Blockdiagramm eines allgemeinen Ueberwachungssysteins gezeigt, in dem das Prinzip dieser Erfindung benutzt wird, wobei ein Patient 11 über geeignete Wandler (nicht gezeigt) mit den Blöcken 12 und 13 zur Erzeugung von Signalen verbunden ist, die fUr die Herz- und Atemtätigkeit des Patienten repräsentativ sind, wobei diese Parameter als Basis zur Erfassung von kritischen Atemstörungen verwendet werden*

Es wurde gefunden, dass kritische Atemstörungen erfasst und von vorübergehenden Atemstoekungen nicht-kritischer Art unterschieden werden können, wenn man die Herz- und Atemtätigkeit zueinander in Beziehung setzt wie das in Block 14 geschieht. Dies ist ein erheblicher Fortschritt bei der Ueberwachung von Neugeborenen, da beispielsweise Frühgeburten, wie

bereits oben erwähnt, nicht gleiohmässig atmen, sondern grosse Schwankungen der Atemfrequenz und sogar periodenweise unregelmässig· Atmung mit ausgedehnten Atemstookungen zeigen, die jedoch kein« krankhaften Auswirkungen haben.

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Bel der Entwicklung einer geeigneten Methode, um die Herz- und Atemtätigkeit zueinander in Beziehung zu setzen, stellt man zunächst fest, dass diese zwei Parameter im wesentlichen durch Rhythmus, Frequenz und Signalverlauf gekennzeichnet werden können. Nach ausführlichen Studien wurde gefunden, dass eine besonders günstige Art der Ausführung dieser Erfindung darin besteht, die Herztätigkeit in Herzfrequenzwerte umzuwandeln und das Atemtätigkeitssignal direkt zu benützen, um einen Hinweis auf Atemstockungen zu erhalten, wie das in den Blöcken 15 und 16 angedeutet ist. Die Erfassung des Auftretens von vorbestimmten unteren Grenzwerten der Herzfrequenz und von vorbestimmten minimalen Perioden des Atemausfalles, die für Neugeborene anwendbar sind, wird ebenfalls in den Blöcken 15 und 16 durchgeführt, wobei das gleichzeitige Auftreten solcher Erscheinungen in Block 17 miteinander in Beziehung gesetzt wird, wodurch beim Feststellen einer kritischen Atemstörung ein Alarm 16 betätigt wird, der anzeigt, dass der Patient dringend Hilfe benötigt.

Es soll hier festgehalten werden, dass die vorangehende., ebenso wie die nachfolgende Beschreibung dieser Erfindung sich speziell auf neugeborene Patienten bezieht, es ist jedoch offensichtlich, dass die grundlegenden Eigenschaften, d.h. Signalverlauf und Rhythmus, der zwei verwendeten physiologischen Parameter ebenso wie die vorgeschriebenen Schaltungs-Parameter, d.h. beispielsweise der Frequenzgrenzwert usw., so geändert werden könnten, dass ein ähnliches Gerät zur Ueber-

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wachung kritischer Atemstörungen nicht nur für Neugeborene» sondern auch für ältere Kinder und erwachsene Patienten mit Symptomen kritischer Atemstörungen entsteht.

Ausserdem 1st zu beachten» dass in der nachfolgenden Beschreibung und den dazu gehörigen Zeichnungen neben der detaillierten Beschreibung der Erfassung kritischer Atemstörungen durch die Wechselwirkung von Herz- und Atemtätigkeit zusätzlich eine Anordnung beschrieben wird, die zur Erfassung einer zweiten Bedingung kritischer Atemstörungen dient und ebenfalls anzeigt» wenn der neugeborene Patient dringend Hilfe benötigt. Diese zweite Bedingung kritischer Atemstörungen kann zwar unabhängig festgestellt werden, dient aber als Ergänzung im Sinne einer vollständigen Erfassung kritischer Atemstörungen.

In Figur 2 ist ein schematlsches Diagramm eines Ueberwachungssystems für kritische Atemstörungen aufgrund der Prinzipien dieser Erfindung, wie sie oben allgemein diskutiert sind, gezeigt. Physiologische Elektroden 21 oder andere geeignete Wandler werden entweder direkt oder mit Hilfe eines dazwischen liegenden Materials z.B. einer konventionellen Elektrodenpaste mit dem Patienten in Kontakt gebracht. Die Elektroden 21 werden so am Patienten befestigt, dass ein brauchbares elektrisches Signal der Herztätigkeit mit möglichst wenig Störungen erhalten wird} solche Signale mit dem typischen PQRST-Verlauf sind in Figur j3(a) gezeigt, wobei zwei aufeinanderfolgende elektrische Herztätigkeitssignale mit 23 und

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bezeichnet sind.

Das Signal wird von den Elektroden 21 einem üblicherweise als EKG-Verstärker bezeichne ten,konventionellen Differentialverstärker 25 zugeführt, der eine hohe GleichtaktunterdttUckung bei 6o Hz hat und eine hohe Eingangs Impedanz aufweist; um den Stromfluss durch die Elektroden klein zu halten und ausserdem . eine mögliche Unsymmetrie des Elektrodenpaars zu kompensieren. Der Ausgang des Verstärkers ist mit einem Filter 26 verbunden, der zur Ausblendung der P- und T-Impulse eine Mittenfrequenz von 30 Hz und eine Bandbreite von etwa 10 Hz aufweist und der daher, wie in Figur 3(b) gezeigt, im wesentlichen den QRS-Komplex durchlässt. Obschon für die gegenwärtige AusfUhrungsform eine Mittenfrequenz von 30 Hz für den Filter 26 gewählt wurde, hat es sich gezeigt, dass auch andere Mittenfrequenzen, z.B. 20 oder 40 Hz verwendbar sind und man damit eine brauchbare Grosse des QRS-Komplexes erhält.

An dan Ausgang des Filters 26 ist ein Impulsformer 27, z.B. ein Schmitt-Trigger,angeschlossen, der auf den ersten Anstieg des Eingangssignals 3(b) anspricht und Ausgangsimpulse von einheitlicher Dauer und Amplitude,wie die Impulse 23' und 24' der Bigur 3(c),abgibt, die den von den Elektroden aufgenommenen QRS-Signalen entsprechen. Die vom Impulsformer 27 kommenden Impulse werden dem Eingang einer Integrationsstufe von bekannter Art, z.B. einem Integrationsverstärker zugeführt, in welchem in einem Speicherelement {z.B. einem Kon-

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densator) ein SpannungsZuwachs proportional au der Zahl der vom Impulsformer 27 könnenden Herztätigkeitsimpulse aufsummiert wird«um einen der Herzfrequenz entsprechenden Ausgangswert abzugeben, wobei sich die Herzfrequenz auf eine der RC-Zeitkonstante der Integrationsstufe 28 entsprechende Periode bezieht. Die bei der vorliegenden AusfUhrungsform gewählte Integrationszeltkonstante (T) beträgt 8 Sekunden,da diese Zeitspanne eine gute Geräteanzeige der Herzfrequenzen von etwa 30 bis 200 Schlägen pro Minute ermöglicht. Ausserdem hat sich dieser Wert der Zeltkonstante auch günstig erwiesen für die Beobachtung von längerfristig anomalen Herzfrequenzen,während gleichzeitig normale Schwankungen der Herzfrequenzen nicht registriert werden, da . diese normalen Schwankungen der Herzfrequenzen während der Integrationsdauer (T) ausgeglichen werden. Obschon für die ■ vorliegende AusfUhrungsform eine Zeitkonstante von 8 Sekunden gewählt wurde, ist es klar, dass andere Werte der Integrationszeit bei Neugeborenen mit Erfolg verwendet werden können, z.B. 5-20 Sekunden.

Die elektrischen Herztätigkeitssignale 23, 24 in Figur 3(a) sind ebenso wie die Impulse 23*, 24* in Figur 3(c) selbstverständlich nur zwei einer langen Reihe elektrischer Signale, die während der Ueberwachung des Patienten Über eine längere Zeitdauer aufgenommen werden. Wenn die Herzfrequenz des Überwachten Patienten unmittelbar vor dem Herzimpuls 23' x Schläge pro Period· (T) ist, dann gibt die im Punkt χ beginnende Kurve

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29 der Figur 3(d) den Ausgangswert der Herzfrequenz im Integrator 28 an. Man sieht« dass die Herzfrequenzkurve 29 vom Punkt y ab wieder ansteigt« da in diesem Punkt die Spannung des Impulses 24* den Kondensator des Integrationsgliedes wieder auflädt.

Mit dem Ausgang der Integrationsstufe 28 sind zwei Einheiten verbunden« ein Messgerät und ein Grenzwertdetektor. Das

Messgerät 3Sl kann beispielsweise ein d'Arsonval Galvanometer sein«

das vorteilhafterweise so eingestellt ist« dass es die Zahl der Herzimpulse pro Minute anstelle der Herzimpulse in der acht-Sekundenperiode (T) anzeigt.

Der Detektor 32 ist eine einstellbare Schwellschaltung« die beim Abfallen der Herzfrequenz des Überwachten Patienten unter einen bestimmten Wert anspricht. In Figur 3(d) ist ein Herzfrequenzgrenzwert ζ angenommen, der durch eine gestrichelte Linie angezeigt lstj man sieht« dass die Kurve 29 im Punkt ν unter die vorgeschriebene Grenze ζ fällt und bis zum.Punkt w unterhalb der Linie bleibt. Wie in Figur 3(e) gezeigt spricht der Detektor 32 auf Herzfrequenzwerte am Ausgang der Integrationsstufe 28 an, die unterhalb von ζ liegen und liefert während der Zeit zwischen ν und w einen Ausgangsimpuls 30. Der Ausgang des Detektors 32 1st mit einem Eingang einer UND-Torschaltung 33 verbunden. FUr den Detektor 32 sind verschiedene Arten von Schaltungen denkbar« z.B. ein vorgespannter Nulldurchgangs-Detektor, der im wesentlichen als Spannungsdifferenz-Vergleiohs-

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schaltung wirkt. Die Funktion des Detektors 32 besteht somit darin, das Ausgangssignal der Integrationsstufe 28 mit der Bezugsspannung ζ zu vergleichen, um das in Figur 3 (e) mit 30 bezeichnete digitale Signal zu erzeugen, wenn die Bezugspannung höher ist als das Spannungssignal am Ausgang der Integrationsstufe 28. Ein geeigneter Wert für die Spannung ζ entspricht beispielsweise einem unteren Frequenzgrenzwert von etwa 90 Herzschlägen pro Minute.

Zur Erzeugung eines elektrischen Signals für die Atemtätigkeit dient ein in Figur 2 schematisch gezeigter Impedanz«-Pneumograph mit einem Paar physiologischer Elektroden 34, die an eine Hochfrequenzstromquelle 35 angeschlossen sind, um ein amplituden-moduliertes Hochfrequenz-Trägersignal als Atemtätigkeitsignal zu liefern, wie es in Figur 1 gezeigt 1st, Natürlich 1st die Impedanz-Pneumographie nur eine von vielen Methoden, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines die Atemtätigkeit anzeigenden Signales lnfrage kommen.

Das elektrische Atemtätigkeitsignal wird von den Elektroden 34 einem Wechselstrom-Differentialverstärker 36 > zugeführt, dessen Ausgang mit einem Hochpassfilter 37 zur Ausblendung der von der Umgebung kommenden 60 Hz Rauschsignale dient. Das gefiltert· amplituden-modulierte Signal wird anachlieseend einem Demodulator 38 zugeführt, der ein demodullertes Ausgangesignal wie das in Figur 3 (g) gezeigte

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liefert, welches einem Nulldurchgangs-Detektor 39 zugeführt wird. Wie man in Figur 3 (h) sieht, werden vom Nulldurchgangs-Detektor 39 Impulse von einheitlicher Amplitude und Polarität erzeugt, wenn das Ausgangesignal vom Demodulator 38 die Nulllinie Überquert. Der Ausgang des Nulldurohgangs-Detektors 39 ist verbunden mit einem Impulsformer 41, z.B. einer monostabilen Schaltung, die beim Auftreten eines die vorbestimmte Triggerechwelle Überschreitenden Eingangssignals für eine bestimmte Zeit in ihren unstabilen Zustand schaltet. Die Ausgangsimpulse des Nulldurchgangs-Detektors 39,deren Dauer beliebig, schwankt,werden dadurch normalisiert und Ausgangsimpulse 42, wie sie in Pigur 3(i) gezeigt sind, werden erzeugt.

Ein Zweig der Ausgangsleitung des Impulsformers 41 1st mit einem einstellbaren monostabilen Verzögerungsmultivibrator 43 verbunden, der im wesentlichen dann einen Ausgangsimpuls liefert, wenn der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen 42 einen bestimmten Wert überschreitet, wodurch ein Fehlen der Atemfunktion oder eine Atemstockung für mindestens das eingestellte vorbestimmte Zeltintervall angezeigt wird. Um dies zu erreichen,enthält der Multivibrator ein einstellbares RC-Qlied, dessen Kondensator sich während der Abwesenheit von Impulsen mit einer bestimmten . Geschwindigkeit auflädt und sloh duroh einen Impuls 42 entlädt, wie es In Figur 3(j) gezeigt ist. Wenn die Kondensatorladung eine vorher eingestellte Schwelle η überschreitet, wie im Punkt n' gezeigt, dann ist ein bestimmtes ZeltIntervall t',das

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durch die Schwelle bestimmt ist, abgelaufen oder überschritten bevor ein neuer Impuls 42 ankommt und der Multivibaator kippt, wie in Figur 3(k) gezeigten seine instabile Lagej der dabei abgegebene Ausgangsimpuls 44 dauert so lange, bis die Atemtätigkeit wieder einsetzt und am Eingang des Multivibrators der nächste Eingangsimpuls 42 erscheint. Es wurde gefunden, dass geeignete Zeitintervalle, auf die der Multivibrator 43 eingestellt werden kann, etwa 15* 30 oder 45 Sekunden dauern.

Der Ausgang des Multivibrators 43 ist an den zweiten Eingang der UND-Torschaltung 33 gelegt. Wenn die in den Figuren 3(e) und 3(k) gezeigten positiven Ausgangssignale vom Detektor 32 und vom Multivibrator 43 gleichzeitig an den Eingängen der UND-Torschaltung 33 auftreten und damit eine niedrige Herzfrequenz und die Abwesenheit einer Atemtätigkeit für eine bestimmte Zeitdauer anzeigen, so ermöglicht die UND-Torschaltung 33 die Weitergabe eines Signals durch eine ODER-Torschaltung 45 zur Betätigung des Alarmgeräts 18 und damit zur Anzeige des Bestehens einer kritischen Atemstörung. ' Das Alarmgerät kann entweder ein hörbares oder ein sichtbares Signal oder beides abgeben* Der zweite Zweig des Ausganges von Impulsformer 41 ist mit einer Integrationsstufe 47 verbunden, die der Integrationsstufe 28 ähnlich 1st, mit der Ausnahme, dass fritegrationsetufe 47 in der vorliegenden AusfUhrungsform ein· RC-Integrationszeitkonstante von 30 Sekunden hat ,um eine gute Messgeräteanzeige der Atemfrequenz von 15 bis 250 Atemzügen pro Minute zu ermöglichen. In Figur 3(1) 1st

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die Atemfrequenz des Überwachten Patienten unmittelbar vor dem Impuls 42 x' Atemzüge pro Intervall (30 Sekunden)ι das bedeutet,dass die in Punkt x^f beginnende Kurve 48 die Atem-

frequenz am Ausgang der Integrationsstufe 47 wiedergibt. Man sieht, dass die Kurve 48 der Atemfrequenz im Punkt y¹ wieder anzusteigen beginnt, da in diesem Punkt das Potential des zweiten Impulses 42 in Figur 3(i) den Kondensator des Integrations-RC-Gliedes auflädt.

Mit dem Ausgang der Integrationsstufe 47 sind zwei Einheiten verbunden, ein Mes«gerät 49 und ein Grenzwertdetektor 51. Das Messgerät kann etwa, ähnlich wie das Messgerät 31 ein d'Arsonval Galvanometer sein, das vorteilhafterweise so eingestellt ist, dass es eine Anzeige in Atemzügen pro Minute anstelle von Atemzügen pro 30 Sekunden liefert.

Der Grenzwertdetektor 51 enthält eine konventionelle

dt,"

Sohwellenschaltung ähnlicher Funktion wie Detektor 32, wobei

der Detektor getriggart wird,wenn die Atemfrequenz des überwachten Patienten am Ausgang des Integrators 47 unter einen bestimmten vorgeschriebenen Frequenzwert von 18 Atemzügen pro* Minute fällt. Wenn z.B. der vorgeschriebene Frequenzgrenzwert einer Spannung von z¹ in Figur 3(1) entspricht, so wird im Falle einer Unteraohreltung des Wertes z' durch die Frequenzkurve 48, wie etwa in Punkt w',der Detektor 51 getriggert, um ein Ausgangesignal, d.h. einen digitalen Impuls, auf Leitung 52 abzugeben. Wenn hingegen die Kurve 48 oberhalb der - Spannungs-

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schwelle y' liegt« dann erscheint ein Ausgangssignal auf Leitung 53. Auch fUr Detektor 51 kann entweder ein Schmitt-Trigger« ein Nulldurchgangs-Detektor» oder eine ähnliche Schaltung verwendet werden.

Die Ausgangsleitungen 52 und 5> des Detektors 51 sind mit einem geeigneten Verzögerungszeitgeber BT verbunden, der in der bevorzugten AusfUhrungsform eine HC-Zeitkonetante bzw. eine Zeitgeberperiode von 60 Sekunden hat, wobei das Intervall durch die von einem Über Leitung 52 ankommenden Detektorausgangssignal veranlasste Aufladung des Kondensators gestartet wird und der Zeitgeber durch ein über die Leitung 55 ankommendes Ausgangssignal des Detektors 51»das die Entladung des Kondensators bewirkt, zurückgestellt wird. Wenn der Zeitgeber 5^ ' bis zum Ende einer 60-Sekundenperiode nicht zurückgestellt ist, liefert er ein Ausgangssignal 55»wie in Figur 3(m) gezeigt, das durch die ODER-Torschaltung Wi läuft, um den Alarm 18 zu betätigen.

In Punktion werden nun vom Patienten etwa die in Figur 3(a) gezeigten Herztätigkeitssignale in EKO-Verstärker 25 und Filter 26 verstärkt und gefiltert und danach in Impulse mit gleichmässiger Amplitude und Breite umgewandelt, wie sie in Figur 3(c) gezeigt sind. Oleichzeitig werden vom Patienten etwa die in Figur 3(f) gezeigten hochfrequenten Atemtätigkeitssignale abgeleitet, gemäss Figur 3(g) demoduliert und jeder Nulldurohgang des demodulierten Signals wird erfasst) dabei wird eine

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Serie von entsprechenden positiven Impulsen gemäss Figur 3(h) erzeugt; diese Impulse werden durch einen Impulsformer 41 so geformt, dass man Impulse 42 gemäss Figur 3(i) mit steilem Anstieg und einheitlicher Amplitude und Dauer erhält.

Die Ausgangssignale der Impulsformer 27 und 41,die die Herztätigkeit und die Atemtätigkeit repräsentieren, werden unabhängig voneinander einer Anordnurs 14 eingegeben,in der der Zusammenhang zwischen Herz- und Atemtätigkeit erfasst wird, damit eine gegebenenfalls vorhandene kritische Atemstörung erkannt wird. Die Herztätigkeitsignale werden in eine Integrationsstufe 28 eingegeben ,die kontinuierlich Über eine acht-Sekundenperiode integriert und ein in Figur 3(g) gezeigtes Ausgangssignal liefert. Zur deutlicheren Darstellung des Ablaufes ist in Figur 4 ein typisches EKG-Signal Über eine längere Zeitperiode aufgezeichnet, das dem Verstärker 25 eingegeben wird, während die untere Kurve 57 die von der Integrationsstufe 28 erzeugte Herzfrequenzkurve darstellt. Man beachte den Anstieg der Herzfrequenz bei 58 bei einer Beschleunigung der Herztätigkeit im Bereich 59. Wenn und solange das Herzfrequenzsignal am Ausgang der Integrationsstufe 28 in der Höhe oder unterhalb des am Grenzwertdetektor 32 vorher eingestellten Wertes von 90 Herz impulsen pro Minute ist, wird ein in Figur 3(e) als Im-. puls 30 gezeigtes Signal erzeugt, das an der UND-Toraehaltung 33 ala ein Eingangssignal erscheint. Das zweite Eingangssignal an der UND-Torsohaltung ist ein Atemtätigkeitesignal das vom Impulsformer 41 Über den einstellbaren Verzögerungemultivibrat-

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tor 43 geliefert wird. Der Multivibrator ist dabei beispielsweise auf 15 Sekunden eingestellt, sodass ein Signal an der UND-Torschaltung 33 erscheint, wenn das Zeitintervall zwischen den Anstiegsflanken (oder auch den Abfallflanken) der aufeinanderfolgenden Impulse von Impulsformer 41 gleichgross wie oder grosser als die eingestellte Dauer von I5 Sekunden ist, und damit das Bestehen einer kritischen Atemstörung anzeigt. Wenn an beiden Eingängen der UND-Torschaltung 33 gleichzeitig Signale ankommen, kann die UND-Torschaltung den Alarm l8 betätigen» wodurch das Bestehen einer kritischen Atemstörung und damit die Notwendigkeit einer unmittelbarer Hilfe für den neugeborenen Patienten angezeigt wird.

Die Erfassung einer solchen Wechselwirkung von Herz- und Atemtätigkeit kann man sich auch anhand der Figur 5 klarmachen, die Kurven für die Herzfrequenz 6l und die Atemfrequenz 62 an den Ausgängen der Integrationsstufen 28 und 47 zeigt. Wie man sieht, fällt die integrierte Herzfrequenzkurve 61 zwischen den Punkten 63 und 63' unter den Grenzwert von 90 Herzschlägen pro Minute, wodurch in diesem Intervall ein Signal an einem Eingang der UND-Torschaltung 33 anliegt. Ausserdem zeigt der Wert der Integrierten Atemfrequenz 62 einen leichten Abfall zwischen den Punkten 64 und 64', der auf das vollständige Fehlen von Atemzügen während dieser Perlode zurückzuführen ist, da andernfalls ein Ausgangeimpuls vom Impulsformer 41 diesen Teil der Kurve 42 wieder ansteigen lassen wtirde.

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Demnach wird von Punkt 64 bis zum Punkt 64' vom Impulsformer 41 kein Ausgangsimpuls geliefert, wodurch das Bestehen

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einer Atemstockung angezeigt wird. Infolgedessen wird Multivibrator 43 im Punkt 65 beziehungsweise genau 15 Sekunden nach dem Punkt 64 angesteuert, um an einen Eingang der UND-Torschaltung 33 ein Ausgangssignal zu liefern, das bis zum Punkt 64 dauert, in welchem vom Impulsformer 41 ein vom nachfolgenden Atemzug verursachtes Signal zur Abschaltung des Multivibrators 43 abgegeben wird. Aus Figur 5 ergibt sich, dass während der durch die schraffierte Fläche 66 bezeichneten Zeitspanne von den Ausgängen des Grenzwertdetektors 32 und des Multivibrators 43 gleichzeitig Signale abgegeben werden, welche die UND-Torschaltung 33 ansteuern und somit durch die Erfassung der Wechselwirkung das Bestehen einer kritischen Atemstörung angeben; über die ODER-Torschaltung wird der Alarm 18 betätigt, der die Notwendigkeit sofortiger Hilfe für den Patienten anzeigt.

Wie bereits oben erwähnt, wurde beobachtet, dass zusätzlich zu der Erfassung der Wechselwirkung In manchen Fällen von Ätemstörungen ein Stillstand der Atemtätigkeit auftrat, der nicht unmittelbar von einer verringerten Herzfrequenz begleitet war. Sehr oft ist ein solcher längerer Atemstillstand für. sich alleine apparativ nicht feststellbar, da einzelne intermittierende Atemzuge die tatsächliche körperliche Schwäche überdeckenj aus diesem Grunde 1st es ratsam,einen solchen längeren Atemstillstand mit Hilfe der Atemfrequenz zu erfassen,

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indem kontinuierlich Über eine relativ kurze Zeitspanne von etwa 30 Sekunden die' Atemtätigkeit integriert wird und fest-. gestellt wird, wie lange eine solche niedrige Atemfrequenz andauert, worauf bei Bestehen dieses Zustandes nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne ein Alarm zur Anzeige einer kritischen Atemstörung betätigt wird. Deshalb wurde zur Ergänzung der Erfassung der Wechselwirkung unter Bezugnahme auf Figur 2 eine Schaltung mit der Integrationsstufe 47» dem Grenzwertdetektor 51 und dem Verzögerungszeitgeber 54- beschrieben. Falls nun der Ausgangswert der Integrationsstufe unter einen bestimmten Grenzwert der Atemfrequenz fällt, z.B. unter l8 Atemzuge pro Minute gemäss Figur 3(1) (integriert Über eine 30 Sekundenperiode), so. wird dieser niedrige Wert aufgenommen durch den Grenzwertdetektor 51* der ein Ausgangssignal zum Starten des Verzögerungszeitgebers 5^ abgibt.- FUr den Fall, dass die niedrige Atemrate fUr eine Zeitspanne von mindestens 60 Sekunden dauert, ist vorgesehen , dass der Verzögerungszeitgeber 54,wie im Punkt 55 der Figur 3(m) angegeben,Über die ODER-Torschaltung 45 den Alarm 18 betätigt. In Figur 5 zeigt die Kurve 62 den Ausgang der Integrationsstufe 47, an dem in Punkt 67 die Frequenz unter den Wert 18 Atemzuge pro Minute fälltj dadurch wird der Verzögerungszeitgeber 54 angesteuert, der jedoch, da die Frequenz nur für 12 Sekunden bis zum Punkt 68 unterhalb des Wertes l8 Atemzuge pro Minute bleibt und dann der Grenzwertdetektor 5I abgeschaltet wird, Über die Leitung jp rUckgestellt wird.

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Vie bereits erwähnt, 1st die dargestellte Ausführung nur eine beispielsweise Verwirklichung der Erfindung und diese nioht darauf beschränkt. Vieleehr sind nooh mancherlei andere Aus-, führungen und Anordnungen möglich.

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Claims

Patentansprüche

1J Vorrichtung zur Erfassung von kritischen Atemstörungen durch die Ueberwachung der Herz- und Atemtätigkeit,, gekennzeichnet durch Anordnungen zur Ableitung eines für die Herztätigkeit repräsentativen elektrischen Signals und eines für die Atemtätigkeit repräsentativen elektrischen Signals und eine Anordnung, die auf diese Signale anspricht, um zur Er-* fassung kritischer Atemstörungen das elektrische Herztätigkeitssignal zu dem elektrischen Atemtätigkeitesignal in Beziehung zu setzen.

2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzeigeanordnung, die mit der auf die Signale ansprechenden Anordnung verbunden ist und die beim Auftreten der genannten kritischen Atemstörungen anspricht und diese anzeigt.

5. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Signale ansprechende Anordnung einen Zeitgeber enthält, der auf die genannten Atemtätigkeitssignale anspricht,um eine Atemstörung, die eine bestimmte Zeitdauer Überschreitet, zu erfassen.

4. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Signale ansprechende Anordnung einen auf.das elektrische Herztätigkeitssignal ansprechenden Detektor enthält, der beim Auftreten von zwei aufeinanderfolgenden Herz-

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schlagen unterhalte einer vorgewählten Frequenssichwelle ein/ Signal abgibt.

% Vorrichtung gemäas Anspruch % dadurch gekennzeichnet* dass die auf die Signale ansprechende Anordnung einen auf das elektrische Her^feätigkeitaignalanßppeßneMen Detektor $ur Erzeugung eines Signals beim Auftreten ^on sswei aufeinanderfolgenden Her«sehl8gen unterhalb einer vorgewinlteat J^equen??» schwelle enthÄlt·

6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Signale ansprechende Anordnung ausserdem eine auf die Koinzidenz der Ausgangssignale des Zeitgebers und des Detektors ansprechende elektronische Torschaltung enthält,

7. Vorrichtung gemäss Anspruch 6> dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungen zur Ableitung der Signale einen Über einen geeigneten Wandler an den Patienten angeschlossenen ersten Impulsgenerator zur Erzeugung der für die Herzaktivität repräsentativen elektrischen Signale und einen über einen geeigneten Wandler an den Patienten angeschlossenen zweiten Impulsgenerator zur Erzeugung der für die Atemtätigkeit repräsentativen elektrischen Signale enthalten.

8. Vorrichtung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet«, dass der genannte Detektor eine Anordnung zur kontinuierlichen

Integration der genannten Herztätigkeit Über eine bestimmte konstante Zeltdauer von etwa 5 bis 20 Sekunden enthält.

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DR.ET.PECHMANN

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8 MÜNCHEN Θ0

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1A-37 517

11. Februar 1970

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere zur Erfassung, kritischer Atemstörungen bei· Neugeborenen, gekennzeichnet durch eine Integrationsstufe zur Aufnahme der Herzimpulse der Anordnung zur Ableitung tton elektrischen Herztätigkeitsimpulsen und zur Erzeugung eines die Herzfrequenz darstellenden Ausgangssignalls, einen auf. das Herzfrequenzsignal ansprechenden Detektor zur Erzeugung eines Ausgangssignals, wenn die Herzfrequenz unterhalb eines vorgewählten,Grenzwertes liegt, einen Zeitgeber der auf die Atemtätigkeitsimpulse der Anordnung zur Ableitung von elektrischen Atemtätigkeitsimpulsen anspricht und ein Ausgangssignal abgibt, wenn eine Atemstockung ein vorgewähltes Zeitintervall überschreitet, und eine Anordnung in der die Ausgangssignale des genannten Detektors und des genannten Zeitgebers zueinander in Beziehung gesetzt werden, um eine kritische Atemstörung zu erfassen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Alarmgerät, das auf die Anordnung, in der die genannten Ausgangssignale zueinander in Beziehung gesetzt werden, anspricht, wenn eine kritische Atemstörung erfaßt wird,

11* Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeltgeber einstellbar ist und zur Erfassung einer Atemstockung mit einer Dauer zwischen 15 und Sekunden eingestellt werden kann«

12« Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η - _v zeichnet, daß die Integrierstufe kontinuierliche die Herzfrequenz angibt, die der Herztätigkeit in einem Intervall zwischen % und 20 Sekunden entspricht*

13· Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung, in der die genannten Aus-

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gangssignale zueinander in Beziehung gesetzt werden, eine Und-Torschaltung enthält, die beim gleichzeitigen Auftreten eines Ausgangssignales am Detektor und am Zeitgeber betätigt wird,

I4_e Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine zweite Integrationsstufe enthält, die auf die genannten Atemtätigkeitsimpulse anspricht und ein die Atemfrequenz angebendes Ausgangssignal erzeugt, und daß sie eine zweite Detektorstufe enthält, die auf dieses Ausgangssignal anspricht und einen Ausgangsimpuls abgibt, wenn die Atemfrequenz unterhalb eines vorgewählten Grenzwertes liegt.

15· Vorrichtung gemäß Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Alarmgerät, das auf die Anordnung, in der die genannten Ausgangssignale zueinander in Beziehung gesetzt werden, und auf die zweite Detektorstufe anspricht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Detektorstufe einen Verzögerungszeitgeber enthäkt, der durch eine unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegende Atemfrequenz betätigt wird und nach einem vorgewählten Zeitintervall einen Ausgangsimpuls abgibt, wobei dieser Verzögerungszeitgeber abgeschaltet und rückgestellt wird, wenn die Atemfrequenz einen oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Integrationsstufe die genannten Atemtätigkeitssignale über eine Periode zwischen 25 und 45 Sekunden integriert.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgewählte Zeitintervall des genannten Verzögerungszeitgebers etwa 60 Sekunden beträgt.

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