DE2003040B2

DE2003040B2 - Verstärkeranordnung für Elektrokardiographen

Info

Publication number: DE2003040B2
Application number: DE2003040A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: American Optical Corp
Priority date: 1969-01-23
Filing date: 1970-01-23
Publication date: 1974-07-25
Also published as: GB1266396A; IL33064A; NO128748B; BE744240A; IL33064A0; NL6917997A; NL167849B; JPS5027679B1; NL167849C; FR2028935A1; DE2003040A1; US3569852A; BE847286Q

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkeranordnung für Elektrokardiographen mit einem vom Ausgangssignal des Verstärkers gesteuerten Schwellwertdetektor zur Verstärkungsbeeinflussung.

Bei einem Elektrokardiographen werden im allgemeinen Elektroden an geeigneten Stellen an dem Patienten angelegt, und die von den Herzströmen abgeleiteten Signale werden nach Verstärkung in einem mehrstufigen Verstärker zur Aussteuerung des Aufzeichnungsgerätes, z. B. eines Schreibers, verwendet.

Die Aufzeichnung besteht im Idealfall aus einer Folge von Herzstromsignalkurven über einer Nullinie, die sich längs der Mitte des Papierstreifens des Aufzeichnungsgerätes erstreckt. Das Vorhandensein eines Rauschpegels sowie von Veränderungen der Gleichspannungskomponente des Signals beeinträchtigen in vielen Fällen die Auswertbarkeit der Aufzeichnung nicht, sondern der Kardiologe kann in diesen Fällen immer noch jede einzelne Herzstromkurve untersuchen. In vielen Fällen ist d>;r Rauschpegel jedoch so hoch, daß der Schreibstift über die Grenzen des Papierstreifens hinaus ausgelenkt wird bzw. an diesen Grenzen nur eine Aufzeichnung: in Form einer geraden Strecke erhalten wird. In beiden Fällen wird keine auswertbare Information aufgezeichnet. In manchen Fällen kann ein hochfrequentes Rauschen so stark sein, daß die auswertbare Information fast vollständig verlorengeht.

Bei einer bekannten Verstärkeranordnung der eingangs genannten Art (DT-PS 824 666) dienen Schwellwertdioden dazu, bei Auswanderung der Nullinie über ein vorbestimmtes Maß hinaus Zeitkonstantenglieder aufzuladen, deren Ladespannung auf die Gittervorspannung der Endstufe einwirkt, um dadurch den Verlauf der Nullinie im Sinne einer Kompensation der Abweichung zu beeinflussen. Die Zeitkonstantenglieder haben eine hohe Zeitkor.siante, wodurch eine Rückverlagerung der Nullinie innerhalb noch interessierender Zeitspannen nicht eintritt.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstärkeranordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ein schnelles Ansprechen der Verstärkeranordnung im Sinne einer Unterdrückung der Störsignale sowie eine schnelle Rückkehr zur normalen Arbeitsweise

ίο nach Beendigung der Siörsignale erzielt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine von dem Detektor gesteuerte Schaltstufc bei Ansprechen des Detektors den Frequenzgang des

«5 Verstärkers beeinflussende Kopplungsglieder in den Verstärkerzug einschaltet.

Bei der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung wird zwar durch Beeinflussung des Frequenzganges des Verstärkers in gewissem Maße eine Verzerrung

ao der Herzstromsignale verursacht; jedoch vermittelt auch ein in gewissem Ausmaß verzerrtes Herzstromsignal dem Kardiologen noch eine ausreichende auswertbare Information. Es wird der Vorteil erreicht, daß das Ansprechen der Verstärkeratiordnung sehr kurz-

zeitig erfolgen kann und die Verstärkeranordnung umgehend nach Beendigung des Störsignals zu ihrer normalen Arbeitsweise zwischen den beiden Schwellwerten zurückkehren kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.

Fig. IA zeigt ein typisches Herzstromsignal 30 sowie die Form (40) des Signals nach dessen Durchgang durch ein Filter mit einer kurzen Zeitkonstante;

Fig. IB zeigt das in den übrigen Figuren zur Bezeichnung der beiden Signale der F i g. 1A verwendete Symbol, wobei das Symbol nach F i g. IB in den anderen Figuren zusammen mit der Zahl 30 oder 40 verwendet wird, die angibt, welches der beiden Signale der Fi g. IA dargestellt ist;

F i g. 2 zeigt ein typisches Elektrokardiogramm, das beim Vorhandensein eines niedrigen Niederfrequenzrauschpegels erhalten worden ist;

F i g. 3 und 4 zeigen ähnliche Aufzeichnungen, die mit verschiedenen Aufzeichnungsgeräten beim Vorhandensein eines hohen Niederfrequenzrauschpegels erhalten worden sind;

F i g. 5 zeigt eine typische Aufnahme mit demselben Eingangssignal, das jedoch mit einem erfindungsgemäßen Verstärker gebildet wurde;

F i g. 6 zeigt eine Aufzeichnung, die mit Hilfe von bekannten Schaltungen bei einer plötzlichen Veränderung des Gleichspannungspegels erhalten worden ist, dem die Herzstromsignale überlagert werden;

F i g. 7 zeigt die Aufzeichnung, die bei demselben Eingangszustand wie in Fig.6 mit Hilfe eines erfindungsgemäß ausgebildeten Verstärkers erhalten wird;

F i g. 8 zeigt einen typischen Frequenzgang eines erfindungsgemäßen Verstärkers. Bei diesem Frequenzgang werden die schädlichen Wirkungen von niederfrequentem Rauschen herabgesetzt;

F i g. 9 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die schädlichen Wirkungen von niederfrequentem Rauschen herabgesetzt werden;
Fig. 10 zeigt ausführlicher den Vergleicher und Schalter 42 in F i g. 9;

Fig. 11 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die schädlichen Wirkungen von hochfrequentem Rauschen herabgesetzt werden;

Fig. 12 xeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem die schädlichen Wirkungen von nieder- und hochfrequentem Rauschen herabgesetzt werden;

F i g. 13 zeigt einen Frequenzgang eines erfindungsgemäßen Verstärkers, in dem die schädlichen Wirkungen von hochfrequentem Rauschen herabgesetzt werden.

In F i g. 1A ist mit der ausgezogenen Linie 30 eine typische Herzstromsignalkurve dargestellt. Dabei sind die Spitzen P, Q, R, S und T in der in der Medizin üblichen Weise bezeichnet. Wenn eine Folge von elektrischen Signalen der angegebenen Art periodisch eintrifft, kann man das Frequenzspektrum des Signals ableiten. Es enthält hohe und niedrige Frequenzen. Dabei trägt die QRS-Gruppe vorwiegend zu den hohen Frequenzen und tragen die Wellen P und Tarn meisten zu den niedrigen Frequenzen bei. Beim Durchgang des Signals durch einen Hochpaß, der die niedrigen Frequenzen schwächt, wird das Signal in der durch die strich- ao lierte Linie 40 angedeuteten Weise verändert. Die einzelnen Teile des Signals sind noch erkennbar. Für einen Kardiologen enthält das veränderte Signal immer noch eine beträchtliche Menge brauchbarer Informationen.

Fig. IB ist einfach ein Kurzzeichen zur Darstellung as des Signals 30 oder 40 der F i g. 1A. Dieses in F i g. 1B dargestellte Zeichen wird in allen darauffolgenden Figuren der Zeichnungen zusammen mit der Zahl 30 oder 40 zur Kennzeichnung jedes der Signale der F i g. IA bezeichnet, das jeweils durch das gemeinsame Symbol der F i g. 1B dargestellt wird.

F i g. 2 zeigt ein typisches Elektrokardiogramm, das beim Vorhandensein eines niedrigen Niederfrequenzrauschpegels aufgenommen wurde. Die Grundlinie 13 auf dem Papierstreifen 12 stellt den Rauschpegel dar. Die Herstromsignale sind dem Rauschpegel überlagert. Jedes dieser Signale (30) ist eine genaue Wiedergabe des tatsächlich von dem Patienten kommenden Signals. Die Schwankungen der Basislinie sind ohne Bedeutung, da alle wichtigen Informationen in jedem PQRST-Komplex enthalten sind.

F i g. 3 ähnelt der F i g. 2 und stellt die Aufzeichnung dar, die mit einem bekannten Elektrokardiographen beim Vorhandensein eines hohen Niederfrequenzrauschpegels aufgenommen worden ist. Es sei angenommen, daß zunächst kein Rauschpegel vorhanden war und die Herzstromkurven im linken Teil der Zeichnung einer in der Mitte des Papierstreifens 12 befindlichen Grundlinie überlagert sind. Sobald das llcrzstromsignal durch das Rauschen gestört wird, folgen die Zacken dem niederfrequenten Rauschen, d. h., sie sind der Grundlinie 14 überlagert. Bei einem genügend hohen Rauschpegel kann der aufzeichnende Stift über den einen oder anderen Rand des Papierstreifens hinauswandern. In den Zeitabschnitten, in denen der Stift sich nicht auf dem Papier befindet, wird nichts aufgezeichnet.

In manchen bekannten Systemen kann sich der Stift nur innerhalb eines Bereiches innerhalb der Außenränder des Papiers bewegen.

In F i g. 4 sind Zacken 30 ganz ähnlich wie in F i g. 3 der Grundlinie 15 überlagert. Da sich aber der Stift nicht über die Grenzen hinausbewegen kann, die durch die geradlinigen Segmente der Grundlinie 15 dargestellt sind, hat die Aufzeichnung in ihren geradlinigen Bereichen keinen Wert. Die negativen Zacken werden im oberen Teil der Aufzeichnung und die positiven Zakken werden im unteren Teil der Aufzeichnung nicht aufgezeichnet. Die im oberen Teil der Aufzeichnung dargestellte Gesamtspannung ist selbst beim Auftreten einer negativen Zacke immer noch größer als die höchste Spannung einer Polarität, die noch aufgezeichnet werden kann. Ebenso erhält man bei positiven Zacken im unteren Teil der Aufzeichnung immer noch eine Gesamtspannung, die höher ist als die höchste Spannung der anderen Polarität, die noch aufgezeichnet werden kann.

F i g. 5 zeigt eine Aufzeichnung, wie sie mit Hilfe eines Verstärkers erhalten werden kann, der erfindungsgemäß ausgebildet ist. Die Verstärkerschaltung enthält zwei Schwellwertdetektoren, die ansprechen, wenn das Ausgangssignal vorherbestimmte Grenzen der einen oder anderen Polarität überschreitet. Diese zwei Grenzen entsprechen Auslenkungen des Schreibstiftes bis zu den Linien 21, 22. Solange das Gesamtausgangssignal keinen dieser Schwellwerte überschreitet, bleibt die Aufzeichnung innerhalb der durch die Linien 21, 22 gegebenen Grenzen. Dies ist auf der linken Seite der Zeichnung dargestellt. Es sei angenommen, daß das Hcrzstromsignal plötzlich durch einen hohen Niederfrequenzrauschpegel gestört wird. Während der ersten positiven Halbwelle des Rauschsignals nimmt das Ausgangssignal in einer ersten Richtung zu, so daß der Stift zu der Linie 21 hin ausgelenkt wird. Bis die Ausgangsspannung den Schwellwert bzw. der Stift die Linie 21 erreicht, hat der Verstärker eine hohe Eingangszeitkonstante und entsprechen die aufgezeichneten Herzslromkurven 30 genau den Herzstromsignalen. Sobald die Ausgangsspannung den Schwellwert erreicht, wird die Eingangszeitkonstante auf einen niedrigen Wert umgeschaltet. Dadurch wird das niederfrequente Rauschen stark geschwächt. Das Signal wird so stark verkleinert, daß im oberen Teil jeder positiven Halbwelle der Stift nicht über den Rand des Papiers hinauswandert. Man kann daher die dem Rauschpegel überlagerten Herzstromkurven noch erkennen. Oberhalb der Linie 21 hat jedoch jede die Form der Kurve 40 in Fig. IA, weil die Kurve durch die Verkürzung der Verstärkerzeitkonstante etwas verändert wird.

Wenn die Ausgangsspannung in der zweiten Hälfte der ersten Halbperiode des Rauschsignals wieder untei den Schwellwert sinkt, der in F i g. 5 durch die Linie 21 dargestellt ist, wird der Verstärker wieder auf die lange Eingangszeilkonstante umgeschaltet. Die zwischen der Linien 21 und 22 aufgezeichneten Kurven stellen dahei die Herzstromsignale genau dar.

Während der zweiten Halbperiode des Rauschsi gnals überschreitet die Ausgangsspannung der Schwellwert, welcher der Linie 22 entspricht. In dieseir Zeitpunkt wird der Verstärker wieder auf die kürzere Eingangszeitkonstante umgeschaltet, so daß da; Rauschsignal geschwächt wird. Die zwischen der Linie 22 und dem unteren Rand des Papiers aufgezeichneter Herzstromkurven sind von der in Fig. IA mit 40 bezeichneten Art. Sobald die Gesamtausgangsspannunj; unter den der Linie 22 entsprechenden Schwellwer sinkt, wird der Verstärker wieder auf die längere Eingangszeitkonstante umgeschaltet, und es entspreche! die aufgezeichneten Herzstromkurven wieder der Kurve 30 in F i g. IA.

Der Aufzeichnungsvorgang wird in dieser Weise fortgesetzt. Alle zwischen den Linien 21 und 22 liegenden Herzstromkurven werden ohne Schwächung ihrer niederfrequenten Informationen aufgezeichnet. Trotzdem sind" die in der Aufzeichnung enthaltenen Kurven 40 besser als gar keine Information. Die Kurven 40 ent-

halten nach wie vor eine beträchtliche Menge von Informationen, die von dem Kardiologen vorteilhaft verwendet werden können.

Fig.6 zeigt eine typische Aufzeichnung bekannter Art, die erhalten wird, wenn beispielsweise infolge einer Bewegung des Patienten die Gleichspannungskomponente des Herzstromsignals plötzlich zunimmt. Zunächst sind die Zacken der Grundlinie überlagert, die sich in der Mitte des Papierstreifens befindet. Bei einer plötzlichen Erhöhung des Ruhespannungspegels nimmt die Ausgangsspannung auf einen Wert zu. der viel höher ist als der höchstzulässige Wert, der am Rand des Papiers 12 aufgezeichnet wird. Das stärkere Signal ist durch die Linie 25 dargestellt. Diese Linie ist außerhalb des Papierstreifens strichliert dargestellt, weil Pegel, die höher sind als jene, die eine Auslenkung des Stiftes bis zum Rand des Papiers bewirken, tatsächlich nicht aufgezeichnet werden. Wenn die Veränderung des Einganges eine Sprungfunktion ist, klingt die Ausgangsspannung entsprechend der Eingangszeitkonstante exponentiell ab. Dieses Abklingen ist durch die Linie 26 dargestellt, die wie die Linie 25 außerhalb der Begrenzungen des Papiers strichliert gezeichnet ist. Sobald die abklingende Ausgangsspannung den Bereich unterhalb des dem Rand des Papiers entsprechenden, höchsten Spannungspegels erreicht, wird das Herzstromsignal wieder aufgezeichnet. Die Herzstromkurven sind jetzt der exponentiell abklingenden Grundlinie 26 überlagert. Nach dem vollständigen Aufladen des Eingangskondensators auf eine Spannung, die dem Eingangssprung entspricht, hat der neue Gleichspannungspegel keinen Einfluß mehr auf die Funktion der Schaltung. Die Herzstromkurven sind wieder der in der Mitte angeordneten Grundlinie überlagert.

Bei den bekannten Systemen dieser Art besteht ein Nachteil darin, daß es bei einer großen Eingangszeitkonstante ziemlich lange dauert, ehe die Ausgangsspannung wieder in den auswertbaren Bereich zurückkehrt. Man kann auch den Eingangskondensator nicht weglassen. An irgendeiner Stelle des Verstärkers muß ein Kondensator vorgesehen sein, der das Signal wechselstrommäßig an eine nachgeschaltete Stufe anlegt. Ohne eine derartige Wechselstromkopplung durch einen Kondensator wäre es in den meisten Fällen unmöglich, eine Aufzeichnung zu erhalten. Der Gleichspannungspegel an den Elektroden ändert sich ständig in einem Ausmaß, das für den Hub des Gesamt-Herzstromsignai von Bedeutung ist. Ohne einen Kondensator, der dazu dient, zu verhindern, daß in der Ausgangsspannung bleibende Veränderungen auftreten, die Veränderungen des Gleichspannungspegels am Eingang entsprechen, würde die Ausgangsspannung den auswertbaren Bereich sehr oft überschreiten. An irgendeiner Stelle der Schaltung ist ein Kondensator erforderlich, damit diese Erscheinung verhindert wird. Der Kondensator ist notwendigerweise mit einem anderen Element verbunden, das eine Eingangsimpedanz darstellt. Diese Impedanz und der Kondensator stellen ein Glied mit einer Zeitkonstante dar. die erfindungsgemäß verändert wird.

F i g. 7 zeigt die Wirkung der erfindungsgemäßen Umschaltung der Zeitkonstante beim Auftreten einer Veränderung des Gleichspannungspegels am Eingang. Infolge des erhöhten Gleichspannungspegels steigt die Ausgangsspannung, gemäß der Linie 28, wieder über den höchsten auswertbaren Wert. Sobald die Ausgangsspannung den der Linie 21 entsprechenden Schwellwert überschreitet, wird die Eingangszeitkonstantc verkürzt und daher der Kondensator schnellet aufgeladen. Die exponentiell abklingende Spannung isl durch die Kurve 29 dargestellt, der die Herzstromkurven überlagert sind. Das Abklingen erfolgt viel schneller als in F i g. 6. Sobald die Ausgangsspannung kleiner ist als der dem oberen Rand des Papiers entsprechende Höchstwert, kann das Herzstromsignal durch die Aufzeichnung dargestellt werden. Da die Zeitkonstante immer noch verkürzt ist, sind die Herzstromkurven etwas

ίο verzerrt. F i g. 7 zeigt zwei derartige Zacken 40 zwischen dem oberen Rand des Papiers und der Linie 21. Sobald die Ausgangsspannung niedriger ist als der der Linie 21 entsprechende Schwellwert, wird die Schaltung wieder auf die längere Zeitkonstante umgeschaltet. Jetzt erfolgt das exponentiell Abklingen langsamer. Die aufgezeichneten Herzstromkurven sind mit der Ziffer 30 bezeichnet, weil sie nicht verzerrt sind. Bei der Betrachtung der F i g. 6 und 7 erkennt man, daß die Anwendung der Erfindung stark den Zeitraum ver-

ao kürzt, in dem nach einer plötzlichen Veränderung des Gleichspannungspegels am Eingang keine Herzstromkurven aufgezeichnet werden.

F i g. 8 stellt den Frequenzgang eines Verstärkers dar, der mit einer verstellbaren Eingangszeitkonstante

a5 arbeitet. Wenn der Verstärker für alle Frequenzen von mehr als einigen Hertz einen konstanten Verstärkungsfaktor und für höhere Frequenzen von etwa 50 Hz einen abnehmenden Verstärkungsfaktor hat, wird der Gesamtverstärkungsfaktor der Stufe durch den Einfluß des eingangsseitigen Hochpasses auf die Verstärkung jeder Signalfrequenz bestimmt. Der Gesamt-Frequenzgang, der durch die Kurve 31 dargestellt ist, wird bei normalem Betrieb mit langer Eingangszeitkonstante erhalten. Der obere 3-db-Punkt liegt bei 50 Hz und der untere 3-db-Punkt bei 0,05 Hz. Die erstgenannte Frequenz ist so hoch, daß keine der interessierenden hochfrequenten Komponenten der Herzstromkurven geschwächt wird. Der untere 3-db-Punkt liegt bei einer Frequenz, die so niedrig ist, daß keine der interessierenden niederfrequenten Komponenten geschwächt wird.

Die Kurve 32 zeigt, wie nach der Anzeige eines hohen Niederfrequenzrauschpegels und der Verkürzung der Eingangszeitkonstante der Gesamtfrequenzgang des Verstärkers verändert wird. In diesem Fall bleibt der obere 3-db-Punkt bei 50 Hz unverändert. Dagegen liegt der untere 3-db-Punkt bei 1,0 Hz. Signale mit Frequenzen unter 1 Hz, z. B. ein typisches Rauschsignal, werden so stark geschwächt, daß die Ausgangsspannung den höchsten auswertbaren Pegel nicht überschreitet. Es werden zwar auch die niederfrequenten Komponenten des Gleichspannungssignals geschwächt, doch werden die hochfrequenten Komponenten in keiner Weise beeinflußt, so daß die erhaltene Aufzeichnung immer noch eine beträchtliche Menge an auswertbaren Informationen enthält.

F i g. 9 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Eingangssignal wird zwischen der Klemme 33 und Erde angelegt Der Gleichstromeo Vorverstärker 34 hat einen Frequenzgang, der bis herunter auf Gleichstrom konstant ist, und einen oberen 3-db-Punkt bei etwa 50 Hz. Das verstärkte Signal wird über den Kondensator 35 an den Widerstand 36 angelegt. Wenn der Schalter 41 offen ist, d. It, wenn eine einstellbare Zeitkonstante nicht erwünscht ist, oder wenn der Schalter geschlossen ist, aber die Ausgangsspannung an der Klemme 39 die beiden Schwellwerte nicht überschreitet, bewirkt der Vereleicher und Schal-

ter 42 eine Trennung zwischen dem Leiter 46 und dem Leiter 45. Infolgedessen belastet der Widerstand 43 den Eingang des Gleichspannungsverstärkers 38 nicht. Durch die Einstellung des Abgriffes 37 wird der Eingangspegel des Gleichspannungsverstärkers 38 bestimmt. Dieser Verstärker hat wie der Vorverstärker 34 einen konstanten Frequenzgang von Gleichstrom bis hinauf zu den höheren Frequenzen, und sein oberer 3-db-Punkt liegt oberhalb von etwa 50 Hz.

Wenn der Widerstand 43 nicht eingeschaltet ist, wird die Eingangszeitkonstante des Verstärkers 38 nur durch den Kondensator 35 und den Widerstand 36 bestimmt, die der Eingangsimpedanz des Verstärkers parallelgeschaltet sind. Wie in jedem RC-G\\ed dieser Art werden jetzt niederfrequente Signale gegenübet hochfrequenten Signalen geschwächt, weil der Kondensator für niederfrequente Signale eine höhere Impedanz hat. Der Kondensator 35 und der Widerstand 36 haben solche Werte, daß die Gesamtverstärkung der Schaltung zwischen den Klemmen 33 und 39 den in F i g. 8 durch »0 die Kurve 31 dargestellten Frequenzgang hat.

Bei geschlossenem Schalter 41 schließt der Vergleicher und Schalter 42 den Stromkreis zwischen den Leitern 45 und 46, wenn die Ausgangsspannung an der Klemme 39 die positive oder negative Grenze über- »5 schreitet. Der Vergleicher und Schalter 42 arbeitet sehr trägheitsarm. Sobald die Ausgangsspannung die eine oder andere Grenze überschreitet, wird der Widerstand 43 eingeschaltet. Sobald die Ausgangsspannung in den Bereich zwischen den beiden Grenzen zurück- 3» kehrt, wird der Widerstand 43 wieder ausgeschaltet. Bei eingeschaltetem Widerstand ist die Zeitkonstante kürzer, weil der Widerstandswert der Parallelschaltung, die aus dem Widerstand 43 und dem Potentiometer 36 besteht, kleiner ist als der Widerstandswert des Polentiometers 36 allein. Der Widerstand 43 hat einen solchen Wert, daß bei eingeschaltetem Widerstand 43 die ganze Schaltung zwischen den Klemmen 33 und 39 den in F i g. 8 durch die Kurve 32 dargestellten Frequenzgang hat. Der Fachmann kann geeignete Werte für den Kondensator 35, den Widerstand 43 und das Potentiometer 36 ohne weiteres bestimmen. Wenn in einem bestimmten Anwendungsfall ein verstellbarer Eingang für den Verstärker 38 nicht erforderlich ist. braucht man kein Potentiometer zu verwenden. Unter Umständen ist es auch nicht notwendig, zwischen dem Kondensator 35 und dem F.ingang des Verstärkers 38 ein Impedanzglied einzuschalten, weil jeder Gleichspannungsverstärker eine effektive Eingangsimpedanz hat. Wenn diese Eingangsimpedanz einen solchen Wert hat, daß mit Hilfe eines geeigneten Kondensators 35 ein Frequenzgang erhalten wird, wie er durch die Kurve 31 in F i g. 8 dargestellt ist, braucht ein eigenes Element 36 in der Schaltung nicht vorgesehen zu werden.

F i g. 10 zeigt ausführlich eine Schaltung, die für den Vergleicher und Schalter 42 in F i g. 9 verwendet werden kann. Wenn der Schalter 41 offen ist oder sich das an den Leiter 44 angelegte Ausgangssignal innerhalb der Grenzen befindet, sind beide Transistoren 52 und 53 gesperrt. Der Kollektor des Transistors 52 ist direkt ⁶<> an den aus einem Feldeffekttransistor bestehenden Schalter 58 angelegt und legt an diesen eine Sperrvorspannung an. In ähnlicher Weise ist der an dem Pluspol 55 liegende Kollektor des Transistors 53 derart mit einem aus einem Feldeffekttransistor des entgegenge- ⁸S setzten Typs bestehenden Schalter 59 verbunden, daß dieser Schalter offen ist. Der Leiter 45 ist mit dem Leiter 46 nicht verbunden, und der Widerstand 43 in F i g. 9 ist effektiv nicht eingeschaltet.

Solange sich die Ausgangsspannung innerhalb des auswertbaren Bereiches befindet, liegt die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 50, 51 in dem Bereich zwischen +0,5V und -0,5 V. Die Spannung kann nie einen so hohen positiven Wert erreichen, daß an dem npn-Transistor 53 eine Durchlaßvorspannung liegt, und nie einen so hohen negativen Wert, daß an dem pnp-Transistor 52 eine Durchlaßvorspannung liegt. Wenn die Ausgangsspannung jedoch den Pegel überschreitet, der Linie 21 in F i g. 5 und 7 entspricht, liegt an dem Basis-Emitter-Übergang des Transistors 53 eine Durchlaßvorspannung. Da der Transistor leitet, fließt der Strom von dem Pluspol 55 über den Widerstand 54 und den Widerstand zur Erde. Das Kollektorpotential des Transistors nimmt ab, wodurch der FET-Schalter 59 umgetastet wird und jetzt den Leiter 45 mit dem Leiter 46 verbindet, so daß der Widerstand 43 eingeschaltet wird. Sobald die Ausgangsspannung unter den Pegel sinkt, welcher der Linie 21 auf dem Aufzeichnungsträger entspricht, fällt die Spannung an der Verbindungsstelle der Widerstände 50, 51 unter +0,5 V, worauf der Transistor 53 gesperrt und der FET-Schalter 59 geöffnet wird. Dadurch wird der Widerstand 43 ausgeschaltet.

Wenn die Ausgangsspannung so stark negativ wird, daß sie den Pegel überschreitet, welcher der Linie 22 auf dem Aufzeichnungsträger entspricht, geht die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 50, 51 auf einen negativen Wert von mehr als —0,5 V. Jetzt leitet der Transistor 52 und fließt Strom von Erde über den Transistor und den Widerstand 56 zu der Minuspotentialquelle 57. Das Minuspotential an dem Kollektor des Transistors nimmt ab, und der FET-Schalter 58 wird geschlossen, so daß er den Leiter 45 mit dem Leiter 46 verbindet und den Widerstand 43 einschaltet. Sobald die Ausgangsspannung in den auswertbaren Bereich zurückkehrt, wird der Transistor 52 gesperrt und der FET-Schalter 58 geöffnet, so daß der Widerstand 43 ausgeschaltet wird.

F i g. 11 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, die beim Vorhandensein eines hohen Hochfrequenzrauschpegels hochfrequente Komponenten in dem Gesamtsignal schwächt. Die Elemente 53. 34, 35, 36, 37. 38 und 39 sind gleich den mit denselben Bezugsziffern versehenen Elementen in der Schaltung nach F i g. 9. In der Schaltung nach F i g. 11 ist der Eingang des Verstärkers mit einem Zusatzkondensator 71 belastet. Gewöhnlich liegt der Kondensator nicht über den Vergleicher und Schalter 72 an Erde, sondern ist effektiv ausgeschaltet. Wenn jedoch der Schalter 73 geschlossen isi und die hochfrequente Komponente des Gesamtausgangssignales einen vorherbestimmten Schwellweri überschreitet, wird der Kondensator durch den Vergleicher und Schalter 72 an Erde gelegt.

Der Widerstand 70 und der Kondensator 71 bilder einen Tiefpaß, während der Kondensator 35 und dei Widerstand 43 in F i g. 9 einen Hochpaß bilden. Dei Tiefpaß in F i g. 11 schwächt die höheren Frequenzen weil bei diesen Frequenzen der Spannungsabfall ar dem Widerstand 70 größer ist als an dem Kondensatoi 71.

In Fig. 13 ist der Frequenzgang der Anordnung nach F i g. 11 gezeigt. Wenn kein Rauschen vorhander ist, hat der Gesamtfrequenzgang die durch die Kurvt 80 dargestellte Form, mit einem unteren 3-db-Pnnk von 0,05 Hz und einem oberen 3-db-Punkt von 50 Hz Beim Vorhandensein eines hohen Hochfrequenzrausch

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pegels hat der Frequenzgang dagegen die durch die Kurve 81 dargestellte Form, wobei der obere 3-db-Punkt auf 10 Hz gesunken ist. Jetzt werden die hohen Frequenzen der Herzstromkurve geschwächt. Der größte Teil der gewünschten Informationen wird durch diese hohen Frequenzen dargestellt, und es kann durchaus Information in der Aufzeichnung fehlen. Es ist aber jedenfalls ein Signal besser als gar kcins.

Man erkennt, daß die Schaltung nach F i g. 11 einen Hochpaß enthält, der einen Kondensator 75 und einen Widerstand 74 besitzt. Das Ausgangssignal wird nicht direkt über den Schalter 73 an den Vergleicher und Schalter 72 angelegt. Der Kondensator 71 soll nur dann an Erde gelegt werden, wenn der Ausgang ein starkes Hochfrequenzrauschen enthält. Der Hochpaß schwächt niederfrequente Signale, so daß ein am Ausgang des Verstärkers 38 vorhandenes niederfrequentes Signal nur zu einer niedrigen Spannung an dem Widerstand 74 führt. Infogedessen ist die Verbindung des Kondensators 71 über das Element 72 mit Erde nicht von den niederfrequenten Komponenten des Ausgangssignals abhängig. Das Ein- und Ausschalten des Kondensators 71 ist nur von den hochfrequenten Komponenten abhängig, die von dem Kondensator 75 praktisch übertragen werden und zum Aufbau einer hohen Spannung an dem Widerstand 74 führen.

In der Schaltung nach F i g. 11 ist der Kondensator 71 nur während der Dauer der Spitze jeder Halbperiode eines hochfrequenten Rauschsignals mit Erde verbunden. Ein typisches hochfrequentes Rauschsignal ist eine einfache Zacke, die beispielsweise mit Hilfe eines Schrittmachers erzeugt wird. Um eine Sättigung der Verstärker des Aufzeichnungsgerätes zu vermeiden, sollen die Zacken beschnitten werden. Wenn in der Schaltung nach F i g. 11 die Zacke den Schwellwert überschreitet, wird der Kondensator 71 über den Vergleicher und den Schalter 72 mit Erde verbunden. Der Kondensator begrenzt oder beschneidet die Zacke. (Die Spannung an einem Kondensator kann sich nicht plötzlich verändern. Sobald der Kondensator 71 effektiv eingeschaltet ist, kann die an ihm liegende Spannung vor der Beendigung der Zacke nicht momentan und nicht beträchtlich ansteigen, so daß die Zacke in der gewünschten Weise effektiv beschnitten wird.)

Die Schaltung nach F i g. 11 ist der nach F i g. 9 im Prinzip sehr ähnlich. Beispielsweise kann der Vergleieher und Schalter 72 ebenso ausgebildet sein wie der Vergleicher und Schalter 42. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß in der Schaltung nach F i g. 11 der Eingang des Verstärkers 38 nicht mit einem Widerstand, sondern mit einem Kondensator zusätzlich belastet wird. Die Schaltung nach F i g. 11 besitzt ferner einen Hochpaß, so daß der Vergleicher und Schalter 72 nur auf hochfrequentes Rauschen anspricht.

Um bei der Schaltung von F i g. 9 zu gewährleisten, daß nur die niederfrequenten Komponenten zum Einschalten des Widerstandes 43 in die Schaltung führen, könnte man zwischen der Ausgangsklemme 39 und dem Schalter 41 einen Tiefpaß vorsehen. Ein derartiger Kreis ist in dem System nach F i g. 9 nicht vorgesehen, weil er nicht nur die hohen Frequenzen aussieben, son-

ao dem auch eine beträchtliche Phasenverschiebung der niederfrequenten Komponente bewirken würde. Infolgedessen würde der Widerstand 43 etwas nach dem Überschreiten des Schwellwertes eingeschaltet und etwas nach dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, von

as dem an der Widerstand 43 nicht mehr benötigt wird. Infolgedessen kann der Vergleicher und Schalter 42 in F i g. 9 durch hochfrequentes Rauschen ausgelöst werden. Der Widerstand wird dann schnell ein- und ausgeschaltet, doch kann dies schlimmstenfalls zu einer hochfrequenten Welligkeit des Ausganges führen.

Die Schaltung nach Fi g. 12 stellt eine Kombination der Schaltungen nach den F i g. 9 und 11 dar. Das einzige zusätzliche Element besteht aus dem Emitterfolger 76. Der aus dem Widerstand 70 und dem Kondensator 71 bestehende Tiefpaß erhöht effektiv die Ausgangsimpedanz des Vorverstärkers 34 hinsichtlich der nachgeschalteten Stufen. Zur einwandfreien Impedanzanpassung kann man einen Emitterfolger verwenden. Dieser hat ähnlich wie der Vorverstärker 34 eine niedrige Ausgangsimpedanz, so daß der Kondensator 35 effektiv von einer Quelle mit niedriger Impedanz gespeist wird

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verstärkeranordnung für Elektrokardiographen mit einem vom Ausgangssignal des Verstärkers gesteuerten Schwellwertdetektor zur Verstärkungsbeeinflussung, dadurch gekennzeichnet, daß eine von dem Detektor (52, 53) gesteuerte Schaltstufe (58,59) bei Ansprechen des Detektors den Frequenzgang des Verstärkers (34, 38) beeinflussende Kopplungsglieder (43, 71) in den Verstärkerzug einschaltet.

2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verstärkerzug ein einen Querwiderstand (36) aufweisendes Hochpaßfilter (35, 36) vorgesehen ist und die Schaltstufe (58,59) bei Ansprechen des Detektors einen zusätzlichen Widerstand (43) dem Querwiderstand (36) parallelschaltet.

3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltstufe (58, 59) bei Ansprechen des Detektors zur Erzielung einer Tiefpaßwirkung eine Querkapazität (71) an den einen Längswiderstand (70) aufweisenden Verstärkerzug (70,35) anschaltet.

4. Verstärkeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Verstärkers (38) dem Schwellwertdetektor (52, 53) über ein Hochpaßfilter (75,74) zugeführt werden.