DE2152322A1

DE2152322A1 - Diagnosevorrichtung,insbesondere fuer die UEberwachung einer foetalen Herzbewegung

Info

Publication number: DE2152322A1
Application number: DE19712152322
Authority: DE
Inventors: Fielder Frederick Douglas; Clifton David Arthur Montrose
Original assignee: Sonicaid Ltd
Current assignee: Sonicaid Ltd
Priority date: 1970-10-20
Filing date: 1971-10-20
Publication date: 1972-04-27
Also published as: JPS5241588B1; FR2113287A5

Description

DIpl.-Ing. Heinz Bardehle

P3fe.i-a· welt

8 Münchän 22, r ,r-sT. 15. Td. 292555
Postanschrift München 26, Postfach 4

Mein Zeichen: P 1315

Anmelder: Sonicaid Limited

Nyetimber, Hook Lane,

Bognor Regis, Sussex, England

ία Okt. 197!

Diagnosevorrichtung, insbesondere für die Überwachung einer fötalen Herzbewegung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Diagnosevorrichtung.

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zu Grunde, eine mit Ultraschall arbeitende Diagnosevorrichtung zu schaffen, die zur fortwährenden Überwachung der fötalen Herzbewegung während des Arbeitens dient. Im besonderen soll die neu zu schaffende Vorrichtung imstande sein, die Herzfrequenz nahezu augenblicklich durch Messung des Zeitintervalls zwischen einzelnen Herzschlägen zu ermitteln.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung.

Eine gemäß der Erfindung aufgebaute Vorrichtung enthält Einrichtungen, welche Ultraschallenergie übertragen und einen Teil dieser Energie nach Reflexion empfangen und mit

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der ausgesendeten Energie mischen, um ein Schlag-Signal zu erzeugen. Die Frequenz des betreffenden Schlag-Signals bzw. Herzschlag-Signals ändert sich mit der Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Bewegungsfrequenz der Oberflächen, von denen die Energie reflektiert wird, und zwar entsprechend dem Dopplerprinzip. Es ist im Zusammenhang mit dem Dopplerprinzip bekannt, daß in dem Fall, daß Schallwellen von einem sich bewegenden Objekt reflektiert werden, eine geringe Frequenzverschiebung dieser Schallwellen erfolgt. Die Frequenzverschiebung ist dabei proportional der Geschwindigkeit des betreffenden Objekts. Demgemäß bewirken die Herzbewegungen eine FrequenzverSchiebung, die von der Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Bewegungsfrequenz des Herzens abhängt. Diese Frequenzverschiebung kann als Maß zur Ermittelung des Auftretens des jeweiligen Herzschlages herangezogen werden.

Die erfindungsgemäße Diagnosevorrichtung enthält dabei Einrichtungen zur Aussendung von Ultraschallenergie, Einrichtungen zum Empfang eines Teils der betreffenden Energie nach Reflexion und zur Mischung dieser Energie mit der ausgesendeten Energie, und zwar zur Erzeugung eines Signals, welches Frequenzen enthält, die sich mit der Bewegungsfrequenz der Oberflächen ändern, von denen die Energie reflektiert worden ist. Ferner enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen zur Auswahl zumindest eines Frequenzbandes aus dem Signal und zur Ableitung einer ersten Impulsfolge aus dem betreffenden Frequenzband. Ferner enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung Einrichtungen, die eine dem Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen der ersten Impulsfolge proportionale Spannung erzeugen, und schließlich sind Einrichtungen vorgesehen, die eine zweite Impulsfolge erzeugen. Die Impulswiederholungsfrequenz dieser zweiten Impulsfolge ist dabei größer als die Impulswiederholungs-

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frequenz der ersten Impulsfolge; sie ändert sich umgekehrt mit der Spannung.

Gemäß einem anderen Aspekt umfaßt die Erfindung weitere neue Merkmale, und zwar einzeln oder in Kombination, der nachstehend noch näher beschriebenen Diagnosevorrichtung.

Es hat sich auf Grund von Untersuchungen gezeigt, daß die Frequenz von 210 Hz regelmäßig während einer kurzen Zeitspanne an derselben Stelle in jedem Herzschlagzyklus auftritt. Demgemäß kann das Auftreten dieser Frequenz als Größe zur Identifizierung einer bestimmten Stelle in jedem Herzzyklus herangezogen werden. Damit liefert die Messung des Zeitintervalls zwischen dem Auftreten dieser Frequenz eine Anzeige für die augenblickliche Herzfrequenz.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält vorzugsweise einen Ultraschallgenerator, der ständig bei einer Frequenz im Bereich von 2 MHz arbeitet und der einen Kristall- bzw. Quarzwandler speist, welcher bei der gleichen Frequenz in Resonanz ist. Vorzugsweise sendet der Wandler einen divergierenden Ultraschallstrahl über einen großen Winkelbereich aus, so daß die Ultraschallenergie von dem fötalen Herz über einen großen Bewegungsbereich reflektiert wird, ohne daß eine entsprechende Einstellung erforderlich ist, und zwar sowohl während des Auftretens von Kontraktionen als auch während der Bewegung in die Gebärmutter hinein. Der akustische Energiepegel kann dabei sehr gering sein und z.B. weniger als 10 mW/cm² auf der Hautoberfläche betragen. Auf Grund der breiten Verteilung wird dieser Energiepegel an der fötalen stelle noch weiter vermindert. Mit Hilfe eines derart niedrigen Energiepegels können nur Hauptbewegungen ermittelt werden; das fötale Herz selbst ist dabei normalerweise die einzige Bewegungsquelle, die in diesem Bereich die

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erforderliche Bewegungsgröße liefert. Die Blutströmung, abdominale Muskelbewegungen und fötale Körperbewegungen sind hingegen entweder zu klein oder zu langsam, um eine Störung hervorzurufen, oder sie können während der Verarbeitung des empfangenen signals wirksam beseitigt werden. Um den Empfang von Reflexionen aus dem durch den divergierenden Strahl abgedeckten breiten Bereich zu ermöglichen, ist vorzugsweise eine Vielzahl von Kristallen um den Sendekristall herum angeordnet. Nach Verstärkung der empfangenen signale werden diese mit einem kleinen Anteil des ausgesendeten Signals gemischt, um ein Schlag-Signal zu erzeugen. Dieses Schlag-Signal enthält eine Anzahl unterschiedlicher Frequenzen, die den Bewegungen des fötalen Herzens und irgendwelcher anderer reflektierender Oberflächen in der Bahn des divergierenden Strahls entsprechen. Das Schlag-Signal wird einem Filter mit einer Nenndurchgangsfrequenz von 210 Hz i 5 Hz zugeführt. Dieses Filter weist vorzugsweise eine Dämpfung von zumindest 36 dB/Oktave auf. Das durch das Filter ausgewählte 210—Hz-Signal wird einem Vollweg-Detektor zugeführt und dann über ein Niederfrequenzfilter einem Begrenzer zugeführt. Dadurch wird eine Impulsfolge erzeugt, die je Burst der ausgewählten Frequenz in dem Schlag-Signal einen Impuls umfaßt.

Es hat sich gezeigt, daß normalerweise nur ein Haupt-Burst der bestimmten Frequenz in jedem Herzschlag-Zyklus auftritt und daß diese Frequenz in weniger bedeutendem Ausmaß zwischen diesen Haupt-Bursts auftritt. Das Niederfrequenzfilter ist jedoch auf eine solche Frequenz abgestimmt, dass die Wirkung dieser geringfügigen störungen weitgehend vermieden ist. Dadurch tritt dann normalerweise nur ein Impuls in der Impulsfolge je Herzschlag auf.

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Vorzugsweise enthalten die Spannungserzeugenden Einrichtungen noch Einrichtungen zur Ableitung dritter und vierter zeitverschobener Impulsfolgen aus der ersten Impulsfolge. Die Impulse der dritten Impulsfolge und der vierten Impulsfolge sind von kürzerer Dauer als die Impulse in der ersten Impulsfolge. Ferner ist eine Integriereinrichtung vorgesehen, die von einer Bezugsquelle angesteuert wird. Außerdem sind Einrichtungen vorgesehen, die durch die dritte Impulsfolge gesteuert die Abtastung des Ausgangssignals der Integriereinrichtung bewirken, und schließlich sind Einrichtungen vorgesehen, die durch die vierte Impulsfolge gesteuert die Rückstellung der Integriereinrichtung bewirken.

Die Einrichtungen zur Erzeugung der zweiten Impulsfolge enthalten vorzugsweise eine erste Schalteinrichtung, die den Eingang eines Sägezahngenerators abwechselnd mit zwei Klemmen eineCBezugsquelle verbindet, einen Zwei-Zustands-Vergleicher, der sich in dem einen Zustand befindet, wenn eines seiner Eingangssignale positiver ist als das andere Eingangssignal, und der sich in dem anderen Zustand befindet, wenn das andere Eingangssignal positiver ist als das genannte eine Signal, und eine zweite Schalteinrichtung, die den einen Eingang abwechselnd mit den beiden Klemmen verbindet, an denen die Spannung erzeugt wird. Dabei wird das Ausgangssignal des Sägezahngenerators dem anderen Eingang des Vergleichers zugeführt. Die erste Schalteinrichtung und die zweite schalteinrichtung werden durch das Ausgangssignal des Vergleichers in der Weise gesteuert, daß das Ausgangssignal des Sägezahngenerators sich in einer Richtung ändert, bis es das Potential an einer der beiden Klemmen erreicht, und in der entgegengesetzten Richtung, bis es das Potential an der anderen Klemme der beiden Klemmen erreicht. Die zweite Impulsfolge wird dabei vom Ausgang des Vergleichers abgenommen.

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Normalerweise führt eine Klemme der beiden Klemmen, an denen die Spannung erzeugt wird, Brdpotential, weshalb das eine Eingangssignal des Vergleichers zwischen der Betriebseingangsklemme und Erde umgeschaltet werden kann. In diesen Fällen sollte eine Klemme der Bezugquelle ein positives Potential in Bezug auf Erde führen, und die andere Klemme sollte ein negatives Potential in Bezug auf Erde führen. Der Sägezahngenerator kann in Form einer Integriereinrichtung vorliegen. In diesem Fall kann die Bezugsquelle eine Spannungsquelle sein, deren eine Klemme ein konstantes positives Potential in Bezug auf Erde führt und deren andere Klemme ein konstantes negatives Potential in Bezug auf Erde führt. Im Unterschied dazu kann der Sägezahngenerator auch auf der Basis der Ladung eines Kondensators arbeiten. In diesem Fall enthält die Bezugsquelle vorzugsweise zvei Konstantstromeinrichtungen, deren eine dazu dient, den Kondensator in einer Richtung aufzuladen, und deren andere dazu dient, den Kondensator zu entladen oder in der entgegengesetzten Richtung zu laden. Die KonstantStromquellen können in Form von komplementären Transistoren vorliegen, und die erste Schalteinrichtung kann in Form von Dioden vorliegen, die zwischen dem Ausgang des Vergleichers und den Emitterelektroden der betreffenden Transistoren geschaltet sind. Die betreffenden Dioden dienen dabei dazu, die Transistoren abwechselnd in den. leitenden Zustand und gesperrten Zustand zu schalten.

Die zweite schalteinrichtung kann z.B. in Form von Feldeffekttransistoren vorliegen, deren Tor- bzw. Gate-Elektroden mit dem Ausgang des Vergleichers über Widerstände und Dioden verbunden sind.

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Vorzugsweise wird jeder Impuls der dritten Impulsfolge durch die Vorderflanke eines Impulses der ersten Impulsfolge ausgelöst, und jeder Impuls der vierten Impulsfolge wird durch die Rückflanke des entsprechenden Impulses der zweiten Impulsfolge ausgelöst. Vorzugsweise nimmt jeder Impuls der dritten und vierten Impulsfolge nur einen kleinen Anteil der Dauer eines Impulses der ersten Impulsfolge ein. Dieser Anteil kann z.B. 8% betragen. Es dürfte einzusehen sein, daß das Ausgangssignal des Integrators nahezu linear am Ende jedes Rückstellimpulses der vierten Impulsfolge ansteigt und zu Beginn des nächstfolgenden Rückstellimpulses auf Null zurückgeführt wird. Da die Impulse in der dritten und vierten Impulsfolge eine konstante Beziehung zu den Impulsen in der ersten Impulsfolge aufweisen, weist die durch das Ausgangssignal des Integrators erreichte Spannung auf ihre Abtastung hin, und zwar durch die Steuerung eines Abtastimpulses der dritten Impulsfolge, eine definierte Beziehung zu dem Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der ersten Impulsfolge auf.

Da die Rückstellimpulse eine endliche Breite aufweisen, beginnt das Ausgangssignal des Integrators bis zum Ende des jeweiligen Rückstellimpulses nicht anzusteigen. Es ist jedoch möglich, im Bedarfsfall zu veranlassen, daß der Pegel des Ausgangssignals des Integrators der gleiche ist wie in dem Fall, daß der Sägezahn zu Beginn des Rückstellimpulses begonnen hätte. Zu diesem Zweck ist ein Speicherkondensator über eine Diode an dem Eingang der Integriereinrichtung angeschlossen, wobei diesem Kondensator der Rückstellimpuls oder ein anderer Impuls mit derselben Dauer

dauer
wie der Rückstellimpuls⁷ zugeführt wird. Demgemäß lädt sich dieser Kondensator während der Dauer des Rückstellimpulses

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auf, und die Ladung auf dem Kondensator wird dem Eingangssignal des Integrators am Ende des Rückstellimpulses hinzuaddiert, so daß die Sägezahnspannung anfänglich mit einer höheren Geschwindigkeit ansteigt als in dem Fall, daß auf dem Kondensator eine Ladung fehlt.

Es dürfte ersichtlich sein, daß zunächst eine Spannung erzeugt wird, die proportional dem Zeitintervall zwichen den Impulsen der ersten Impulsfolge ist, wobei diese Spannung dann dazu herangezogen wird, eine zweite Impulsfolge zu erzeugen, deren Impulswiederholungsfrequenz umgekehrt proportional zu der genannten Spannung ist.

Damit setzt das System eine Frequenz in eine andere (normalerweise höhere) Frequenz um, die direkt proportional der ersten Frequenz ist und zu dieser in irgendeinem gewünschten Verhältnis steht. Der Vorzug des Systems liegt dabei in der Tatsache, daß die zweite Frequenz auf einer augenblicklichen Feststellung der Eingangsfrequenz basiert, die von der Messung der Eingangsperiode abgeleitet ist. Ein derartiges System könnte daher die entsprechende bzw. äquivalente Frequenz einer einzigen getrennten Periode messen. Ein besonderer Vorteil des Systems besteht im übrigen darin, daß die Ausgangsfrequenz so gewählt werden kann, daß eine digitale oder analoge Anzeigeeinrichtung gesteuert wird, die wesentlich schneller anzusprechen imstande ist als ein ähnliches System, dem Signale mit der Eingangsfrequenz direkt zugeführt werden.

In jeder Diagnosevorrichtung zeigt sich die Neigung, daß unerwünschte Signale erzeugt werden. Diese unerwünschten bzw«, ungewollten Signale können entweder durch ungewöhnliche Bewegungen des überwachten Organs hervorgerufen werden

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oder durch eine Bewegung des das betreffende Organ enthaltenden Körpers. In Abweichung hiervon können die betreffenden Signale aber auch durch den Wandler hervorgerufen werden, der dazu herangezogen wird, die zu überwachenden Bewegungen in elektrische Signale umzusetzen, indem der betreffende Wandler auf andere äußere Einflüsse anspricht.

Um die Auswertung der ausgezeichneten Daten zu erleichtern wäre es möglich, eine Einrichtung zur Mittelung des Wertes der gemessenen Größe bereitzustellen, um die Auswirkung der ungewollten Signale zu vermindern. Ein derartiger Mittelwert kann geringe Änderungen in der Größe überdecken, die zu einem falschen Ergebnis führen könnten. Außerdem können die ungewollten bzw. unerwünschten Signale eine beträchtliche Amplitude aufweisen und demgemäß eine nennenswerte Auswirkung auf den Mittelwert haben.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält demgemäß vorzugsweise Einrichtungen zur Erzeugung einer ersten elektrischen Größe, die kennzeichnend ist für die Impulswiederholungsfrequenz der zweiten impulsfolge, und zwar während einer ersten bestimmten Zeitspanne gemessen, ferner Einrichtungen zur Erzeugung einer zweiten elektrischen Größe, die kennzeichnend ist für die Impulswiederholungsfrequenz der zweiten Impulsfolge, und zwar während einer zweiten bestimmten Zeitspanne gemessen, die kürzer ist als die erste Zeitspanne, außerdem Einrichtungen zum Vergleich der ersten Größe und der zweiten Größe und zur Erzeugung eines Schaltsignals in dem Fall, daß die Differenz zwischen den beiden Größen einen bestimmten Minimalwert überschreitet, und schließlich eine Speichereinrichtung zur Speicherung der zweiten Größe. Dabei wird die Meßeinrichtung durch das

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Schaltsignal gesteuert, und zwar derart, daß bei Fehlen des Schaltsignals das Ausgangssignal der Speichereinrichtung den Augenblickswert der zweiten Größe angibt, während bei Vorhandensein des Schaltsignals das Ausgangssignal der Speichereinrichtung den Wert der zweiten Größe unmittelbar vor Beginn des Schaltsignals angibt.

Die Einrichtungen zum Vergleich der ersten Größe und der zweiten Größe können einen Operationsverstärker enthalten, dessen Ausgangssignal einem Pegeldetektor zugeführt wird, der das Schaltsignal in dem Fall abgibt, daß die Differenz zwischen den beiden Größen einen bestimmten Minimalwert überschreitet. Die Speichereinrichtung kann in Form eines Nachlauf-Speicher-Verstärkers vorliegen, dessen Ausgangssignal eine Aufzeichnungseinrichtung steuert. Neben dem Signaleingang weist ein Nachlauf /speicher-Verstärker noch einen Steuereingang auf, an dem er derart steuerbar ist, daß ein Übergang von seiner Nachlauffunktion zu seiner Speicherfunktion erfolgt. Wenn dem Steuereingang eines Nachlauf /Speicher-Verstärkers ein Signal zugeführt wird, hört das Ausgangssignal auf, dem Eingangssignal zujFolgen (nachzulaufen), so daß Änderungen in dem.Eingangssignal aufhören, das Ausgangssignal zu beeinflussen. Bei der vorliegenden Anordnung wird das den Augenblickswert der jeweiligen Größe darstellende Signal dem Signaleingang des Nachlauf/ Speicher-Verstärkers zugeführt, der bei Fehlen des Schaltsignals den Änderungen dieser Größe folgt und die Aufzeichnungseinrichtung entsprechend diesen Änderungen steuert. Das Schaltsignal wird dem Steuereingang des Nachlauf /Speicher-Verstärkers so zugeführt, daß in dem Fall, daß das Schaltsignal erzeugt wird, der Verstärker in seine Speicherfunktion übergeführt wird. Unter diesen Voraussetzungen setzt der

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Nachlauf/Speicher-Verstärker die Abgabe eines Signals an die Aufzeichnungseinrichtung fort, welches den Wert der Größe unmittelbar vor Auftreten des Schaltsignals darstellt.

Die Einrichtungen zur Erzeugung der ersten und zweiten elektrischen Größen können durch erste und zweite Transistor-Pumpkreise gebildet sein, deren einer eine Zeitkonstante aufweist, die langer ist als die des anderen Pumpkreises. Jeder Pumpkreis dieser Pumpkreise kann einen ersten Kondensator in Reihe mit einer Diode enthalten, wobei der Verbindungspunkt des Kondensators und der Diode mit dem Emitter eines Transistors verbunden ist, dessen Kollektor mit einer Wider— Standslast verbunden ist, zu der ein zweiter Kondensator parallel liegt. Bei einer derartigen Anordnung stellt die Spannung an dem zweiten Kondensator ein Maß für die Impulswiederholungsfrequenz des Eingangssignals dar. Wenn der zweite Kondensator einen relativ niedrigen Wert aufweist, kann die an ihm abfallende Spannung sämtlichen Änderungen der Wiederholungsfrequenz folgen. Wenn demgegenüber der zweite Kondensator einen großen Wert aufweist, spricht die an ihm abfallende Spannung nur allmählich auf Änderungen der Wiederholungsfrequenz an, so daß ein Mittelwert erzeugt wird.

Es dürfte einzusehen sein, daß in einer Anordnung, wie sie bisher beschrieben worden ist, die Vorderflanke irgendeines unerwünschten Signals den Ausgang des Nachlauf/Speicher-Verstärkers erreicht, bevor der Verstärker zu seiner Speicherfunktion übergehen kann. Wenn somit die Aufzeichnungseinrichtung imstande ist, auf diese Vorderflanke anzusprechen, wird das aufgezeichnete Signal entsprechend beeinflußt sein, was bedeutet, daß es fehlerhaft sein kann. Deshalb sollte vorzugsweise entweder eine Verzögerungseinrichtung zwischen dem

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Pumpkreis, der den Augenblickswert liefert, und dem Signaleingang des Nachlauf/ Speicher-Verstärkers vorgesehen sein, oder aber der Verstärker sollte periodisch in seine Speicherfunktion übergeführt werden, um sicherzustellen, daß das Schaltsignal erzeugt werden kann, bevor irgendein ungewolltes Signal dem Signaleingang zugeführt wird.

Wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung dazu herangezogen wird, die fötale Herzfrequenz während des Arbeitens zu überwachen, kann sich die Impulswiederholungsfrequenz der ersten Impulsfolge nur einmal je Herzschlagperiode ändern. Deshalb können Austastimpulse erzeugt werden, um den Verstärker periodisch umzuschalten, und zwar kurz nach der Erzeugung jedes neuen Wertes. Als Ergebnis ergibt sich, daß jeder neue Wert nur dann das Ausgangssignal des Nachlauf/speicher-Verstärkers beeinflußt, wenn das Schaltsignal nicht als Ergebnis des Auftretens des bestimmten Wert erzeugt worden ist.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig» 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines weiteren Teiles der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält einen Ultraschallgenerator 11, der ständig bei einer Frequenz im Bereich von 2 MHz arbeitet und der einen Kristallwandler bzw. Quarzwandler (nicht gezeigt) speist, welcher bei derselben Frequenz in Resonanz ist. Der Wandler sendet vorzugsweise einen divergierenden Ultraschallstrahl über einen Weitwinkelbereich aus,

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so daß von dem fötalen Herzen Energie über einen breiten Bewegungsbereich reflektiert wird, ohne daß eine entsprechende Einstellung erforderlich ist. Dies erfolgt dabei sowohl während der Kontraktion als auch während der Bewegung in den Uterus hinein. Der akustische Energiepegel kann dabei sehr niedrig sein; er kann z.B. kleiner als 10 mW/cm² an der Hautfläche sein. Mit Rücksicht darauf, daß die Ulatraschallenergie über einen breiten Bereich verteilt wird, ergibt sich an der fötalen Stelle noch eine weitere Energieverminderung. Bei einem .derart niedrigen Energiepegel können nur Hauptbewegungen ermittelt werden. Das fötale Herz selbst ist normalerweise die einzige Bewegungsquelle, die die in diesem Bereich erforderliche Bewegungsgröße aufweist. Die Blutströmung, abdominale Muskelbewegungen und fötale Körperbewegungen sind entweder zu schwach oder zu langsam, um eine Störung hervorzurufen, oder die durch sie hervorgerufenen Wirkungen können während der Verarbeitung der empfangenen Signale wirksam beseitigt werden. Um von dem durch den divergierenden Ultraschallstrahl abgedeckten großen Bereich Reflexionen empfangen zu können, ist eine Vielzahl von Empfangskristalllen um den Sendekristall herum angeordnet. Die Empfangskristalle sind mit einem Ultraschallempfänger 12 verbunden. Nach Verstärkung werden die empfangenen Signale in einem Mischer 13 mit einem geringen Anteil des ausgesendeten Signals gemischt, um ein Schlag-Signal zu erzeugen, dessen Frequenz sich mit der Bewegungsgeschwindigkeit bzw. Bewegungsfrequenz des fötalen Herzens und jeglicher anderer reflektierender Oberflächen in der Bahn des divergierenden Strahls entsprechend dem Dopplerprinzip ändert. Das Schlag-Signal umfaßt eine Anzahl verschiedener Frequenzen; es wird einem Filter 14 mit einer Nenndurchlaßfrequenz von 210 Hz ί 5 Hz zugeführt. Dieses Filter weist vorzugsweise eine Dämpfung von zumindest 36 dB/8ve (Oktave) auf. Das durch das Filter ausgefilterte bzw. ausgewählte

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21O-Hz-Signal vird einem Vollweg-Detektor 15 zugeführt und dannifcer ein Niederfrequenzfilter einem Begrenzer 17 zugeführt, von welchem eine Impulsfolge abgegeben wird, die einen Impuls pro Burst der ausgewählten Frequenz des Schlag-Signals aufweist.

Es hat sich gezeigt, daß normalerweise nur ein Haupt-Burst der betreffenden Frequenz in jeder Herzschlag-Periode auftritt, und daß in geringem Maße diese Frequenz zwischen diesen Haupt-Bursts auftreten kann. Das Niederfrequenzfilter 16 ist jedoch auf eine solche Frequenz abgestimmt, daß es in starkem Maße die Auswirkung dieser geringen Störungen beseitigt, so daß normalerweise ein Impuls in der Impulsfolge je Herzschlag auftritt. Das betreffende Frequenzband, ist auf Grund von Untersuchungen an einer großen Anzahl von fötalen Herzen so gewählt, daß es bei einer Frequenz von 210 Hz den Bereich umfaßt, der sich aus 5 Hz zu beiden Seiten dieser Frequenz ergibt. Es dürfte jedoch einzusehen sein, daß die Erfindung auf die Anwendung dieses bestimmten Frequenzbands nicht beschränkt ist und ebenso nicht notwendigerweise auf die Auswahl eines einzigen Frequenzbands. Mit Rücksicht darauf, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung einen weiten Anwendungsbereich besitzt, kann es wünschenswert sein, mehr als ein Filter 14 vorzusehen, so daß Signale aus einer Anzahl von Frequenzbändern entweder gleichzeitig oder nacheinander dem Detektor 15 zugeführt werden können.

Obwohl die meisten ungewollten Signale durch das Niederfrequenzfilter 16 und den Begrenzer 17 abgeführt werden, sind noch zusätzliche Einrichtungen vorgesehen, um die Möglichkeiten des Ansprechens der Vorrichtung auf andere Signale als die gewünschten Signale zu vermindern. Ein Teil dieser zusätzlichen Einrichtungen ist durch ein Gatter 18

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und eine monstabile Einrichtung 19 dargestellt. Normalerweise' beträgt das minimale Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden fötalen Herzschlägen 270 ms. Demgemäß können jegliche Signale, die innerhalb von 270 ms nach einem Herzschlag auftreten, als ungewollte Signale betrachtet werden. Daher ist die monostabile Einrichtung 19 so ausgelegt, daß sie durch die Vorderflanke eines Impulses der von dem Begrenzer 17 empfangenen Impulsfolge getriggert wird und über eine Leitung 20 ein Ausgangssignal während 270 ms von der Triggerung aus abgibt. Dieses Ausgangssignal auf der Leitung 20 wird dazu herangezogen, das Gatter 18 zu sperren, so daß die Impulsfolge die Leitung 21 während dieser Zeitspanne nicht erreichen kann.

Die durch das Gatter 18 übertragenen Impulse werden einer weiteren monostabilen Einrichtung 22 zugeführt, welche ebenfalls durch die Vorderflanke eines Impulses der Impulsfolge getriggert wird und welche an eine Leitung 23 ein Ausgangssignal während 20 ms nach der Triggerung abgibt. Diese Leitung 23 führt zu einer weiteren monostabilen Einrichtung 24 hin, die durch die Rückflanke des auf der Leitung 23 auftretenden Impulses getriggert wird. Die monostabile Einrichtung 24 gibt über die Leitung 25 ein Ausgangssignal während 20 ms nach ihrer Triggerung ab. Daher tritt auf der Leitung 23 eine Folge von 20-ms-Impulse auf, deren jeder einem fötalen Herzschlag entspricht. Auf der Leitung 25 tritt eine Folge von 20-ms-Impulsen auf, deren jeder unmittelbar nach dem Ende eines entsprechenden Impulses auf der Leitung 23 auftritt.

Ein Integrator 26 wird von einer Bezugsquelle 43 her gespeist; sein an eine Leitung 27 abgegebenes Ausgangssignal steigt nahezu linear von dem Zeitpunkt an, zu dem der

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Integrator zurückgestellt ist· Die auf der Leitung 25 auftretende Impulsfolge wird dem Rückstelleingang des Integrators 26 zugeführt, so daß das Ausgangssignal des Integrators zu Beginn jedes Rückstellimpulses auf Null zurückgeführt ist. Da das Ausgangssignal des Integrators vom Ende jedes Rückstellimpulses aus linear zunimmt, stellt die Größe des Ausgangssignals unmittelbar vor Rückstellung des Integrators ein Maß für das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Rückstellimpulsen dar· Da die auf der Leitung 23 auftretenden Impulse unmittelbar vor den Rückstellimpulsen auftreten, werden sie dazu herangezogen, das Ausgangssignal des Integrators abzutasten. Zu diesem Zweck ist ein Schalter 28 an der Leitung 27 angeschlossen. Dieser Schalter wird während der Dauer jedes auf der Leitung 23 auftretenden Impulses geschlossen. Das Ausgangssignal des Schalters 28 wird einem Speicher 29 zugeführt, so daß die in dem Speicher befindliche Spannung ein Maß für das Zeitintervall zwischen den Rückstellimpulsen darstellt· Da, wie bereits ausgeführt, das Zeitintervall durch die Impulse der am Ausgang des Begrenzers 17 auftretenden Impulsfolge bestimmt ist, stellt die Spannung in dem Speicher 29 ein Maß für das zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen der Eingangsimpulsfolge dar.

Um die Anzeige der Information durch die soweit beschriebene Vorrichtung zu erleichtern, sind Einrichtungen vorgesehen, die eine zweite Impulsfolge erzeugen, deren Impulswiederholungsfrequenz größer ist als die der am Ausgang des Begrenzers 17 auftretenden Impulsfolge. Die Frequenz der zweiten Impulsfolge ändert sich dabei umgekehrt mit der Spannung in dem Speicher 29. Da die Spannung in bzw. auf dem Speicher proportional dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen ist, ist die Impulswiederholungsfrequenz der zweiten Impulsfolge der Herzfrequenz proportional. Da die

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Frequenz in irgendeinem gewünschten Bereich ausgewählt sein kann, kann die betreffende Spannung ferner zur steuerung eines normalen Zählers oder einer analogen Frequenzmeßschal— tung verwendet werden. Damit kann die betreffende Spannung in geeigneter Weise dazu herangezogen werden, die Anzahl der Herzschläge pro Minute anzuzeigen. Dieser Teil der Vorrichtung umfaßt einen Schalter 30, der den Eingang eines Integrators oder Sägezahngenerators 31 abwechselt mit zwei Klemmen einer Bezugsquelle verbindet. Diese Klemmen sind in der Zeichnung durch die Symbole + und - angedeutet. Die Vorrichtung enthält ferner einen Zwei-Zustands-Vergleicher 32 mit zwei Eingängen und 34. Dieser Vergleicher befindet sich in dem einen Zustand, wenn sein Eingang 33 ein positiveres Potential führt als sein Eingang 34; er befindet sich in dem anderen Zustand, wenn sein Eingang 34 ein positiveres Potential führt als sein Eingang Die Vorrichtung enthält ferner einen Schalter 35» der den Eingang 33 abwechselnd mit dem Ausgang des Speichers 29 und mit Erde verbindet. Der Ausgang des Sägezahngenerators 31 ist mit der Klemme 34 verbunden, und die beiden Schalter 30 und 35 werden durch das Ausgangssignal des Vergleichers 32 gesteuert.

Im Hinblick auf die Arbeitsweise dieses Teils der Vorrichtung sei angenommen, daß die in dem Speicher 29 gespeicherte Spannung in Bezug auf Erde positiv ist und daß die Stellung des Schalters 30 so ist, daß das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 31 in Bezug auf Erde zu positiven Werten hin ansteigt. Wenn die Stellung des Schalters 35 zunächst so ist, daß der Ausgang des Speichers 29 mit der Klemme 33 verbunden ist, dann befindet sich der Vergleicher 32 in seinem einen Zustand, bis das Ausgangssignal des Sägezahngenerators das Potential des Speichers 29 erreicht hat. Zu diesem Zeitpunkt geht der Vergleicher 32 in seinen anderen Zustand über, wodurch die Schalter 35 und 30 umgeschaltet werden. Als Ergebnis dieser Maßnahme ist die Klemme 33 mit Erde verbunden, und das

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Ausgangssignal des Sägezahngenerators ändert sich in der entgegengesetzten Richtung,-so daß es in Bezug auf Erde veniger positiv wird. Wenn das betreffende Ausgangssignal Erdpotential erreicht, ändert sich der Zustand des Vergleichers erneut, und demgemäß kehren die beiden Schalter 30 und 35 in ihre Ausgangsstellungen zurück, und der Zyklus beginnt wieder von neuem. Auf diese Weise wird eine Folge von Impulsen konstanter Amplitude am Ausgang des Vergleichers erzeugt. Die Impulswiederholungsfrequenz dieser Impulsfolge ist dabei umgekehrt proportional zu der Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingangssignalen des schalters 35, mit anderen Worten ausgedrückt, zu dem Potential des Speichers 29 in Bezug auf Erde. Diese Impulsfolge könnte daher dazu herangezogen werden, einen Zähler direkt zu steuern. Es sind jedoch noch weitere Einrichtungen vorgesehen, um jegliche noch vorhandene ungewollte Signale abzuführen. Zu diesem Zweck wird die am Ausgang des Vergleichers auftretende Impulsfolge zwei Pumpkreisen 36 und 37 zugeführt. Der Pumpkreis 36 weist eine Zeitkonstante auf, die wesentlich langer ist als die Zeitkonstante des Pumpkreises 37. Hierdurch stellt das Ausgangssignal des Pumpkreises 37 eine spannung dar, deren Größe den Augenblickswert der Impulswiederholungsfrequenz darstellt. Demgegenüber ist das Ausgangssignal des Pumpkreises 36 eine Spannung, die den Wert der Impulswiederholungsfrequenz darstellt, und zwar über eine bestimmte Zeitspanne gemittelt. Die Ausgangssignale der beiden Pumpkreise 36 und 37 werden den Eingängen eines Differenzverstärkers 38 zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Maß für die Größe jeglicher Differenz zwischen den Ausgangssignalen der beiden Pumpkreise ist. Dieses Ausgangssignal wird einem Pegeldetektor 39 zugeführt, der in dem Fall ein Ausgangssignal an eine Leitung 40 abgibt, daß die Differenz einen bestimmten Minimalwert in der jeweiliegen Richtung überschreitet. Die auf der Leitung 40 auf-

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tretenden Signale steuern einen Schalter 41, der zwischen dem Ausgang des Augenblicks-Pumpkreises 37 und einem Speicher 42 geschaltet ist. Damit ist die Anordnung so gewählt, daß bei Fehlen eines Signals auf der Leitung 40 der Ausgang des Pumpkreises 37 mit dem Speicher 42 verbunden ist, der damit imstande ist, der Spannung des Pumpkreises 37 zu folgen und der ein Ausgangssignal abgibt, welches den Augenblickswert der Impulswiederholungsfrequenz von dem Verglei— eher 52 her darstellt. Wenn demgegenüber auf der Leitung 40 ein Signal auftritt, bewirkt der Schalter 41 die Abtrennung des Speichers 42 von dem Pumpkreis 37. Der Speicher 42 ist von solcher Ausführungsform, daß die AusgangsSignalabgabe bis zum Ende des signals auf der Leitung 40 fortgesetzt wird. Dadurch wird die Impulswiederholungsfrequenz am Ausgang des Vergleichers 32 unmittelbar vor Beginn des auf der Leitung 40 aufgetretenen Signals dargestellt. Durch das Ausgangssignal des Speichers 42 wird ein Leistungsverstärker (nicht gezeigt) angesteuert. Dieser Leistungsverstärker kann dazu herangezogen werden, irgendeine gewünschte Aufzeichnungs- oder Anzeigeeinrichtung zu steuern.

Fig. 2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan der Bezugsquelle 43, des Integrators 26, des Speichers 29, der Schalter 28, 30, 35» des Sägezahngenerators 31 und des Vergleichers 32 gemäß Fig.1. Die Bezugsquelle 43 ist durch einen Transistor 51 gebildet, dessen Emitter über einen Widerstand 52 mit einer negatives Potential führenden Speisespannungsklemme verbunden ist und dessen Basis über eine ZENER-Diode 53 auf einem konstanten Potential gehalten wird. Diese ZENER-Diode 53 liegt zwischen der das negative Potential führenden Speisespannungsklemme und über einen Widerstand 54 an Erde, Der Kollektor des Transistors 51 ist über eine Diode 55 und einen Widerstand mit der einen Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 57 verbunden. Die andere Eingangsklemme dieses Verstärkers ist

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über einen Widerstand 58 geerdet. Der Ausgang des Verstärkers ist.Über einen Widerstand 59 und einen Kondensator 60 mit der Eingangskleauae des betreffenden Verstärkers verbunden. Dadurch wirktder betreffende Verstärker als Integrator. Der Transistor 51 speist den integrierenden Verstärker slit einem konstanten Strom· Demgemäß steigt das Ausgangssignal des Verstärkers nahezu linear an.

Dem Integrationskondensator 60 ist ein Feldeffekttransistor mit seiner Quelle und Senke parallelgeschaltet» Die Torelektrode dieses Transistors ist über etne Diode 62 an einer Klemme 64 angeschlossen. Diese Elektrode ist außerdem über einen widerstand 61 geerdet. Die Klemme 64 ist mit dem Ausgang der monostabilen Einrichtung 24 (Fig. 1) verbunden. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der Feldeffekttransistor normalerweise nicht leitend ist, jedoch bei Auftreten jedes Rückstellimpulses von der monostabilen Einrichtung 24 her leitend wird. Demgemäß bewirkt jeder Rückstellimpuls die Entladung des Kondensators 60, wodurch das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 57 auf Null zurückgeführt wird. Mach dem Ende jedes Rückstellimpulses steigt das Ausgangssignal nahezu linear an, und zwar bis zum Beginn des nächsten Rückstellimpulses.

Da die Rückstellimpulse eine endliche Breite besitzen (die durch die für die Entladung des Kondensators 60 benötigte Zeitspanne bestimmt ist), kann das Ausgangssignal des Integrators bis zum Ende des jeweiligen Rückstellimpulses nicht ansteigen, so daß die Amplitude des von dem Verstärker erzeugten Sägezahnsignals von dem Zeitintervall zwischen dem Ende eines Rückstellimpulses und dem Beginn des nächsten Rückstellimpulses abhängt. Da diese Anordnung Fehler einführen könnte, wenn sich die Dauer der Rückstellimpulse ändert, sind Einrichtungen vorgesehen, die bewirken daß der

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Pegel des Ausgangssignals des Integrators genauso hoch ist wie in dem Fall, daß das Sägezahnsignal zu Beginn des Ruckstellimpulses begonnen hätte.. Zu diesem Zweck ist zwischen der Eingangsklemme 64 und dem Kollektor des Transistors 51 ein Speicherkondensator 65 vorgesehen» Bei dieser Anordnung wird der Kondensator 65 während des Rückstellimpulses geladen, wobei die auf dem Kondensator befindliche Ladung dem Eingangssignal des Integrators am Ende des Rückstellimpulses hinzuaddiert wird, so daß die Sägezahnspann_ung zunächst mit einer höheren Geschwindigkeit ansteigt als im Falle des Fehlens der Ladung auf dem Kondensator. Diese erhöhte Anstiegsgeschwindigkeit kompensiert den Umstand, daß die Sägezahnspannung bis zum Ende des Rückstellimpulses nicht anzusteigen beginnt.

Das Ausgangssignal des integrierenden Verstärkers 57 wird der Quelle eines Feldeffekttransistors 66 zugeführt, dessen Senke mit einem Speicherkondensator 69 verbunden ist· Die Torelektrode des Feldeffekttransistors 66 ist über einen Widerstand 77 mit der Quelle dieses Transistors verbunden. Über eine Diode 67 ist die Torelektrode des Feldeffekttransistors 66 mit einer Eingangsklemme 68 verbunden, die ihrerseits mit dem Ausgang der monostabilen Einrichtung 22 (Fig. 1) verbunden ist. Die von der monostabilen Einrichtung 22 abgegebenen Impulse treten unmittelbar vor den Rückstellimpulsen von der monostabilen Einrichtung 24 her auf. Demgemäß dient der Feldeffekttransistor 66 dazu, das Ausgangssignal des Integrators an der Spitze des Sägezahns abzutasten und das abgetastete Ausgangssignal auf dem Kondensator 69 zu speichern. Damit ist die an dem Kondensator 69 liegende Spannung proportional dem Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen am Ausgang des Begrenzers 17. Dieser Kondensator stellt den Speicher 29 gemäß Fig. 1 dar.

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Der Vergleicher 32 gemäß Fig. 1 ist durch einen Differenzverstärker 70 mit Eingangsklemmen 71 und 72 gebildet. Dieser Differenzverstärker ist so ausgebildet, daß er ein Ausgangssignal mit konstanter Amplitude abgibt. Die Eingangsklemme 72 ist über einen Widerstand 73 mit der Senke eines Feldeffekttransistors 74 verbunden· Die Quelle dieses Transistors 74 ist mit einem Kondensator 69 verbunden· Die Klemme 72 ist ferner unmittelbar mit der Quelle eines Feldeffekttransistors 75 verbunden, dessen Senke geerdet ist. Die Torelektrode des Feldeffekttransistors 74 ist über einen Widerstand 91 mit der Quelle dieses Transistors verbunden· Über eine Diode 76 ist die Torelektrode des Feldeffekttransistors 74 mit dem Ausgang des Verstärkers 70 verbunden. Die Torelektrode des Feldeffekttransistors 75 ist über einen Widerstand 92 geerdet und über eine Diode 78 mit dem Ausgang des Verstärkers 70 verbunden. Es dürfte ersichtlich sein, daß die Feldeffekttransistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sind, so daß ein Transistor leitend ist, während der andere nicht leitend ist. Demgemäß stellen diese beiden Feldeffekttransistoren und ihre zugehörigen Bauelemente den Schalter 35 Fig. 1 dar; sie dienen dazu, die Klemme 72 des Verstärkers 70 abwechselnd mit den beiden Belegungen des Kondensators 69 zu verbinden»

Die Eingangsklemme 71 des Verstärkers 70 ist über einen Widerstand 79 mit der einen Belegung eines Kondensators 80 verbunden, dessen andere Belegung geerdet ist. Dieser Kondensator stellt den Integrator oder Sägezahngenerator 31 gemäß Fig. 1 darf er wird von Konstant Stromquellen her geladen bzw. entladen, die durch die Transistoren 81 und 82 gebildet sind. Die Transistoren sind von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp. Die Kollektoren beider Transistoren sind mit dem Kondensator 80 verbunden. Der Emitter des Transistors 81 ist über einen Widerstand 83 mit einer positives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden, während der Emitter

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des Transistors 82 über einen Widerstand 84 mit der negatives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden ist· Die Basis des Transistors 81 ist mit dem Verbindungspunkt einer ZENER-Diode 85 und eines Widerstands 86 verbunden. Dieser Widerstand und die genannte ZENER-Diode liegen in Reihe zwischen der positives Potential führenden Speisespannungsleitung und Erde. Die Basis des Transistors 82 ist demgegenüber mit dem Verbindungspunkt der ZENER-Diode 53 und des Widerstands 54 verbunden. Der Emitter des Transistors 81 ist ferner über einen Widerstand 87 und eine Diode 88 mit dem Ausgang des Vergleichers verbunden. Der Emitter des Transistors 82 ist über einen Widerstand 89 und eine Diode 90 mit demselben Ausgang verbunden. Da die Transistoren von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp sind und da die Dioden 88 und 90 entgegengesetzt gepolt sind, verden die beiden Transistoren und 82 abwechselnd leitend sein.

Die Arbeitsweise dieses Teils der Vorrichtung ist in einigen Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 1 erläutert worden. Diese Arbeitsweise wird in Verbindung mit den in Fig. 2 dargestellten Bauelementen im folgenden wiederholt werden, wie im Falle der Fig. 1 sei angenommen, daß der Kondensator 69 derart geladen ist, daß die obere Belegung in der Zeichnung positiv in Bezug auf die geerdete Belegung ist. Ferner sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 70 in Bezug auf Erde positiv ist, so daß der Transistor 81 leitend ist. Demgemäß steigt das Potential an dem Kondensator 80 in Bezug auf Erde zu positiven Werten hin an. Unter diesen Bedingungen wird der Feldeffekttransistor 74 leitend, und der Feldeffekttransistor 75 wird nicht leitend, so daß das Potential an dem Kondensator 69 der Klemme 72 des Verstärkers 70 zugeführt wird. Sobald der Kondensator 80 in einem solchen Ausmaß geladen ist, daß die Klemme 71 des Verstärkers 70 schwach

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positiv in Bezug auf die Klemme 72 wird, wird das Ausgangssignal des Verstärkers negativ, so daß der Transistor 82 anstelle des Transistors 81 leitend wird. Der Feldeffekttransistor 75 wird damit anstelle des Feldeffekttransistors 74 leitend. Demgemäß führt die Klemme 72 des Verstärkers 70 nunmehr nahezu Erdpotential, und der Kondensator 80 wird über den Transistor 82 solange entladen, bis die Klemme 71 in Bezug auf Erde negativ wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Ausgangssignal des Verstärkers wieder positiv , und die Anfangszustände werden wieder hergestellt. Demgemäß wird eine Folge von Impulsen am Ausgang des Verstärkers erzeugt, wobei die Impulswiederholungsfrequenz dieser Impulsfolge umgekehrt proportional der Spannung an dem Kondensator 69 ist. Mit Rücksicht auf die Ausführung des Verstärkers 70 weisen die Impulse dieser Impulsfolge eine konstante Amplitude auf.

In Fig. 3 ist ein vereinfachter Schaltplan der Pumpkreise 36 und 37, des Differenzverstärkers 38, des Pegeldetektors 39, des Schalters 41 und des Speichers 42 gezeigt. Der Pumpkreis ist durch einen Transistor 101, durch Widerstände 102 und 103, durch Kondensatoren 1o4 und 105 und durch eine Diode 106 gebildet. Die am Ausgang des Verstärkers 70 (Fig. 2) auftretende Impulsfolge wird einer Eingangsklemme 107 zugeführt, die über den Widerstand 102 mit der einen Belegung des Kondensators 104 verbunden ist, dessen andere Belegung über die Diode 106 mit einer positives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden ist. Der Verbindungspunkt der Diode und des Kondensators ist mit dem Emitter des Transistors 101 verbunden, dessen Basis mit der positives Potential führenden Speisespannung sleitung verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 101 ist mit einer Widerstandslast verbunden, die durch den Widerstand 103 gebildet ist. Diesem Widerstand 103 liegt der Kondensator 105 parallel. Bei einer derartigen Anordnung

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stellt die Spannung an dem Kondensator 105 ein Maß für die Impulswiederholungsfrequenz des Bingangssignals dar. Der Kondensator 105 weist einen relativ hohen Wert von z.B. 100yuF auf. Demgemäß spricht die Spannung an dem Kondensator nur allmählich auf Änderungen in der Impulswiederholungsfrequenz an, so daß ein Mittelwert erzeugt wird.

Der Pumpkreis 37 ist durch einen Transistor 111, durch Widerstände 112 und 113, durch Kondensatoren 114 und 115 und durch eine Diode 116 gebildet. Der betreffende Pumpkreis ist in der gleichen Weise ausgelegt wie der Pumpkreis 36. Eine Ausnahme hiervon bildet der Transistor 111, der von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp ist wie der Transistor 111, Eine weitere Ausnahme bildet der Umstand, daß der Kollektor dieses Transistors 111 mit einer negatives Potential führenden Speisespannungsleitung anstelle einer positives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden ist. Der Wert des Kondensators 115 ist hingegen sehr viel kleiner als der Wert des Kondensators 101; er kann z.B. 5/uP betragen. Daher kann die Spannung an diesem Kondensator sämtlichen Änderungen der Wiederholungsfrequenz der Eingangsimpulsfolge folgen. Die Kondensatorspannung stellt damit nahezu einen Augenblickswert dieser Impulswiederholungsfrequenz dar.

Die Spannungen an den Kondensatoren 105 und 115 werden über Widerstände 120 und 121 der einen Eingangsklemme eines Operationsverstärkers 122 zugeführt. Die andere Eingangsklemme dieses Operationsverstärkers 122 ist über einen Widerstand 123 geerdet. Das Ausgangssignal des betreffenden Verstärkers wird über einen Widerstand 1 24 und über eine Parallelschaltung eines Widerstands 125 und eines Kondensators 126 dem Eingang dieses Verstärkers zurückgekoppelt. Der Verstärker ist dabei so ausgelegt, daß er ein Ausgangssignal erzeugt, das

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proportional der Differenz zwischen den Spannungen an beiden Kondensatoren 105 und 115 ist. Demgemäß stellt das Ausgangssignal ein Maß für jegliche Differenz zwischen dem Augenblickswert und dem Mittelwert der Impulswiederholungsfrequenz des Eingangssignals dar.

Der Pegeldetektor 39 (Fig. 1) ist durch zwei Transistoren und 132 gebildet. Das Differenzsignal von dem Verstärker wird über einen Widerstand 127 der Basis des Transistors und dem Emitter des Transistors 132 zugeführt. Der Emitter des Transistors 131 ist geerdet und ebenso die Basis des Transistors 132. Die Kollektoren der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und an dem einen Eingang eines ODER-Gliedes angeschlossen, das durch die Widerstände 133 und 134 und die Dioden 135 und 136 gebildet ist. Die beiden Transistoren 131 und 132 sind von gleichem Leitfähigkeitstyp; sie dienen dazu, dem ODER-Glied ein Eingangssignal zuzuführen, wenn das Differenzsignal am Ausgang des Verstärkers 122 einen bestimmten Pegel in der jeweiligen Richtung überschreitet.

Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes wird durch einen Transistor 141 verstärkt und invertiert. Die Basis dieses Transistors ist mit dem Verbindungspunkt zweier Dioden 135 und 136 verbunden. Der Emitter dieses Transistors ist über einen niederohmigen Widerstand 142 mit der negatives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden, und der Kollektor des betreffenden Transistors ist über einen Widerstand 143 mit der positives Potential führenden Speisespannungsleitung verbunden. Der Kollektor des betreffenden Transistors ist ferner über eine Diode 144 mit der Torelek- ■ trode eines Feldeffekttransistors 145 verbunden. Die Quelle dieses Feldeffekttransistors ist über einen Widerstand 149 mit der Torelektrode dieses Transistors verbunden. Außerdem

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ist die Quelle des betreffenden Feldeffekttransistors über einen Widerstand 146 mit dem Kondensator 115 verbunden. Die Senke des betrachteten Feldeffekttransistors ist mit einem Kondensator 147 verbunden, der den Speicher 42 gemäß Fig» 1 darstellt. Die Spannung an dem Kondensator 147 wird einer Klemme 148 zugeführt, die zu einem Leistungsverstärker mit hochohmigemEingang führt, der das Aufzeichnungs- oder Anzeigeinstrument steuert.

Solange die Differenz zwischen dem Augenblickswert und dem Mittelwert der Impulswiederholungsfrequenz kleiner ist als ein bestimmter Wert, ist der Feldeffekttransistor 145 leitend, so daß die Spannung an dem Kondensator 147 der Spannung an dem Kondensator 115 folgt und damit ein Maß für den Augenblickswert der Impulswiederholungsfrequenz darstellt. Wenn jedoch die Differenz zwischen dem Augenblickswert und dem Mittelwert einen bestimmten Minimalwert überschreitet, wird dem ODER-Glied ein Signal zugeführt, und über den Transistor 141 wird der Feldeffekttransistors 145 in den nichtleitenden Zustand übergeführt. Unter diesen Bedingungen kann die Spannung an dem Kondensator 147 nicht mehr Änderungen der Spannung an dem Kondensator 115 folgen, weshalb das Ausgangssignal an der Klemme 148 ein Maß für den Augenblickswert der Impulswiederholungsfrequenz unmittelbar vor Erzeugung des Differenzsignals bleibt.

Es dürfte einzusehen sein, daß bei einer Anordnung der beschriebenen Art die Vorderflanke jedes unerwünschten Signals den Kondensator 147 erreicht, bevor der Feldeffekttransistor 145 abgeschaltet bzw. in den nichtleitenden Zustand übergeführt werden kann. Wenn die Anzeige- bzw. Aufzeichnungseinrichtung auf diese Vorderflanke anzusprechen imstande ist, kann dieses Ergebnis somit fehlerhaft sein. Aus diesem

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Grund ist dem Widerstand 146 ein solcher Wert gegeben, daß eine geringe Verzögerung in der Übertragung der Spannung von dem Kondensator 115 zu dem Kondensator 147 erfolgt. Ferner wird das Austastsignal vom Ausgang der monostabilen Einrichtung 19 (Fig. 1)» welches unmittelbar nach jedem Herzschlag auftritt, einer Klemme 150 zugeführt, die den zweiten Eingang des ODER-Gliedes bildet. Demgemäß wird der Feldeffektransistor 145 während 270 ms nach jedem Herzschlag in den nichtleitenden Zustand übergeführt, und die Spannung am Kondensator 147 vermag sich während dieser Zeitspanne nicht zu ändern.

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Claims

Patentansprüche

Diagnosevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (11) zur Aussendung von Ultraschallenergie vorgesehen sind, daß Einrichtungen (12,13) vorgesehen sind, die einen Teil der reflektierten Energie empfangen und mit der ausgesendeten Energie zwecks Erzeugung eines Signals mischen, das Frequenzen enthält, die sich mit der

an Bewegungsgeschwindigkeit der Oberflächen ändern ,/welchen die Ultraschallenergie reflektiert ist, daß Einrichtungen (14) vorgesehen sind, die zumindest ein Frequenzband aus dem signal auswählen und eine erste Impulsfolge auf diesem Frequenzband ableiten, daß Einrichtungen (15) vorgesehen sind, die eine dem Zeitintervall zwischen benachbarten Impulsen des ersten Impulszuges proportionale Spannung erzeugen, und daß Einrichtungen (16,17) vorgesehen sind, die eine zweite Impulsfolge erzeugen, deren Impulswiederholungsfrequenz größer ist als die Impulswiederholungsfrequenz der ersten Impulsfolge und sich umgekehrt mit der betreffenden Spannung ändert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mitte des Frequenzbandes bei etwa 210 Hz liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite nahezu 10 Hz beträgt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschallenergie durch einen Wandler abgegeben wird, der einen divergierenden Strahl aussendet, und daß die Ultraschallenergie von einer Vielzahl von um diesen Wandler herum angeordneten Empfangskristallen empfangen wird.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Spannung erzeugenden Einrichtungen solche Einrichtungen (22,24) enthalten, die aus der ersten Impulsfolge dritte und vierte zeitverschobene Impulsfolgen ableiten, daß die Impulse der dritten und vierten Impulsfolgen von kürzerer Dauer sind als die Impulse der ersten Impulsfolge, daß eine Integriereinrichtung (26) von einer Bezugsquelle (43) gespeist wird, daß Einrichtungen (28) vorgesehen sind, die durch die dritte Impulsfolge gesteuert das Ausgangssignal der Integriereinrichtung (26) abtasten, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die durch die vierte Impulsfolge gesteuert die Rückstellung der Integriereinrichtung bewirken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet,

daß jeder Impuls der dritten Impulsfolge durch die Vorderflanke eines Impulses dar ersten Impulsfolge ausgelöst wird und daß jeder Impuls der vierten Impulsfolge durch die Rückflanke des entsprechenden Impulses der dritten Impulsfolge ausgelöst wird«,

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherkondensator (65) über eine Diode (55) mit dem Eingang der Integriereinrichtung (57,60) verbunden ist, daß durch die Zuführung des Rückstellimpulses zu dem Kondensator (65) der betreffende Kondensator (65) aufgeladen wird und daß die Ladung auf dem Kondensator (65) dem

Eingangssignal der Integriereinrichtung (57,60) am Ende des Rückstellimpulses hinzuaddiert wird.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung der

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zweiten Impulsfolge eine erste Schalteinrichtung (30), die den Eingang eines Sägezahngenerators (3I) abwechselnd mit einer von zwei Klemmen einer Bezugquelle verbindet, einen Zwei-Zustands-Vergleicher (32), der in seinem einen Zustand ist, wenn eines seiner Eingangssignale positiver ist als das andere Eingangssignal, und der in seinem anderen Zustand ist, wenn das andere Eingangssignal

eine positiver ist als das eine Eingangssignal, und/zweite Schalteinrichtung (35) enthalten, die den einen Eingang (33) abwechselnd mit zwei Anschlußklemmen verbindet, an denen die Spannung erzeugt wird, daß das Ausgangssignal des Sägezahngenerators (31) dem anderen Eingang (34) des Vergleichers (32) zugeführt wird, daß die erste Schalteinrichtung (30) und die zweite Schalteinrichtung (35) durch das Ausgangssignal des Vergleichers (32) derart gesteuert werden, daß das Ausgangssignal des Sägezahngenerators (31) sich in einer Richtung ändert, bis es das Potential einer der beiden Klemmen erreicht, und in der entgegengesetzten Richtung, bis es das Potential der anderen Klemme der beiden Klemmen erreicht, und daß die zweite Impulsfolge vom Ausgang des Vergleichers (32) abgenommen wird.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (36) zur Erzeugung einer ersten elektrischen Größe vorgesehen sind, die kennzeichnend ist für die während einer ersten bestimmten Zeitspanne gemessene: Impulswiederholungsfrequenz der zweiten Impulsfolge, daß Einrichtungen (37) zur Erzeugung einer zweiten elektrischen Größe vorgesehen sind,die kennzeichnend ist für die während einer zweiten bestimmten Zeitspanne gemessene Impulswiederholungsfrequenz der zweiten Impulsfolge, daß die zweite Zeitspanne kürzer ist

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als die erste Zeitspanne, daß Einrichtungen (38,39) vorgesehen sind, die die beiden Größen vergleichen und ein Schaltsignal in dem Fall erzeugen, daß die Differenz zwischen den beiden Größen ein bestimmtes Minimum über«- schreitet, daß eine Speichereinrichtung (42) zur Speicherung der zweiten Größe vorgesehen ist, und daß diese Speichereinrichtung (42) durch das Schaltsignal derart gesteuert ist, daß bei Fehlen des Schaltsignals das Ausgangssignal der Speichereinrichtung (42) den Augenblickswert der zweiten Größe darstellt, während bei Vorhandensein des Schaltsignals das Ausgangssignal der Speichereinrichtung (42) den Wert der zweiten Größe unmittelbar vor Btginn des Schaltsignals darstellt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtungen zur Erzeugung der ersten und zweiten elektrischen Größe durch erste und zweite Transistor-Pumpkreise (36,37) gebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transistor-Pumpkreis (36,37) einen ersten Kondensator (104;114) in Reihe mit einer Diode (106;116) enthält und daß der Verbindungspunkt des Kondensators (104; 114) und der Diode (106;116) mit dem Emitter eines Transistors (1O1;111) verbunden ist, dessen Kollektor mit einer Widerstandslast (1O3;113) verbunden ist, zu der ein zweiter Kondensator (105;115) parallel geschaltet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß die Spannungen an den zweiten Kondensatoren (105;115) der beiden Transistor-Pumpkreise (36,37) einem Operations-

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verstärker (122) zugeführt werden, der ein der Differenz zwischen diesen beiden Spannungen proportionales Ausgangssignal abgibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Operationsverstärkers (122) einem Pegeldetektor (39) zugeführt wird, der das Schaltsignal in dem Fall abgibt, daß die Spannung an einem der zweiten Kondensatoren (105;115) die Spannung an dem anderen der zweiten Kondensatoren (115;105) um mehr als eine bestimmte Größe überschreitet.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (42) durch einen Nachlauf /Speicher-Verstärker gebildet ist, dessen Ausgangssignal eine Aufzeichnungseinrichtung steuert.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlauf /Speicher-Verstärker periodisch während einer bestimmten Zeitspanne nach jedem Impuls der ersten Impulsfolge in seine Speicherfunktion übergeführt wird.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die periodische Umstellung des Nachlauf/Speicher-Verstärkers durch das Ausgangssignal einer monostabilen Einrichtung (19) gesteuert wird, deren Ausgangssignal ferner ein Gatter (18) zwischen der Auswahleinrichtung und der Spannungserzeugungseinrichtung zu schließen erlaubt.

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