DE2206914A1

DE2206914A1 - Physiologischer funktions-simulator

Info

Publication number: DE2206914A1
Application number: DE2206914A
Authority: DE
Inventors: Lee R Baessler; Harvey F Glassner; Adelbert W Valiensi
Original assignee: HUMETRICS CORP
Current assignee: HUMETRICS CORP
Priority date: 1971-11-09
Filing date: 1972-02-14
Publication date: 1973-05-17
Also published as: CH540040A; ES399770A1; US3736363A; JPS4855019A; AU451753B2; SE369795B; FR2159852A5; CA943255A; BE779352A; IT959545B; IL38597A; GB1334504A; IL38597A0; AU3822172A

Description

14, Februar 1972 A 272 Pp/kb

Firma HUMETRICS CORPORATION, 6574 Arizona Circle, Los Angeles. California 90045/USA

Physiologischer Funktions-Simulator

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Nachbildung von Wellenformen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Erzeugen physiologischer Wellenforrnen für die Unterrichtung ärztlichen und medizinischen Personals.

Als weit verbreitetes Hilfsmittel bei der Unterrichtung ärztlichen oder medizinischen Personals dienen in Universitätskliniken oder Forschungsinstituten Versucte am Patienten selbst. Diese Lehrmethode am Bett läßt aber nur eine kleine Anzahl an Schülern zu und stellt meistens eine enge Begrenzung des Verhältnisses von Ärzten zu Schülern bzw.

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Studenten dar. Außerdem ist diese Unterrichtsweise meistens durch die Verfügbarkeit der Patienten begrenzt, deren Krankheitssymptome und andere Merkmale gezeigt werden, wobei das Erkennen dieser Merkmale gelehrt werden soll.

Beispielsweise ist es bei der Unterrichtung über die Auswertung physiologischer Daten von niederen Frequenzen, die durch das Abtasten der Brust eines Patienten erhalten v/erden, wünschenswert, die Unterschiede der verschiedenen Krankheitsbedingungen bezüglich Form* Anstiegszeiten, Abklingzeiten, Wellenberge oder Wellentäler, sowie Impulsfolgen etc. darzustellen. Außerdem ist es wünschenswert, daß diese Unterschiede den Studenten sowohl visuell auf einem Osailloskop angezeigt werden, als auch zum Tasten nahegebracht werden, was durch die Verwendung einer Vorrichtung geschehen kann, wie sie in der US-Patentanmeldung "Verfahren und Vorrichtung zur Palpation" vom 5. September 1971 von Baessler beschrieben ist.

Bei dem Versuch, diese Unterrichtsprobleme, d.h. die Probleme des Arzt/Studenten-Verhältnisses und der Verfügbarkeit von Patienten, sind Magnetbänder oder andere dauerhafte Unterlagen für die Nachbildung der Wellenformen im Unterrichtssaal hergestellt worden. Seuche Verfahren sind jedoch äußerst unflexibel, da einem vorgeschriebenen Lehrplan

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gefolgt werden muß. Bei einem solchen System kann der Lehrer die grundsätzlichen Parameter und wichtigsten Punkte absolut nicht verändern und er kann auch nicht zusätzliche Beispiele oder geringfügige Abweichungen vorsehen, welche bei Antworten auf die von den Studenten gestellten Fragen notwendig sein können.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die oben angeführten und weitere Unzulänglichkeiten der bekannten Unterrichts-Hilfsmittel zu beseitigen und ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung für die Erzeugung von Wellenbildern ausgewählter Formen vorzusehen.

Durch die Verwendung vorliegender Erfindung können ausgewählte Funktionen hergestellt, abgewechselt, angezeigt, aufgezeichnet und für die Betätigung anderer Vorrichtungen verwendet werden. Dieser Aufgabe ordnet sich das Ziel unter, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zu schaffen, womit eine Wellenform für die unmittelbare Übersetzung in eine ihr analogen elektrischen Welle gezeichnet werden kann.

Wie schon erwähnt ist vorliegende Erfindung besonders für die Nachbildung physiologischer Wellenformen für Unterrichtszwecke geeignet. Beispiele solcher physiologischen

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Punktionen sind das Elektrokardiogramm, die Blutdruckwellen, das Ballistokardiograf^, das Elektroenzephalogramm und die Herzton-Signale. Es ist daher eine weitere Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, womit ein ärztliches und medizinisches Personal geschult werden kann.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus nachfolgender Beschreibung und des sich daran
anschließenden Schutzbegehrens noch deutlicher.

Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Figur 1 eine AnIa ge der Erfindung;

Figur 2 ein Blockschaltbild der in Figur 1 dargestellten Anlage; und

Figur 3 ^eiⁿ Wellenbild der Eingangsanordnung.

In der Figur 1 ist eine Eingangsanordnung 10 in Form einer gebräuchlichen Schri^eb/Digital-Eingangsanordnung dar gestellt, beispielsweise eine Datentafel, wie sie handelsüblich am Markt zu erhalten ist. Statt der Schreib/Digital Eingangsanordnung 10 kann ebenso jede andere gebräuchliche Anordnung verwendet werden, die mit translatorischen Regel widerständen und Analog/Digital-Wandlern hergestellt und

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dafür bestimmt ist, eine Binärdarstellung der X- und Y-Koordinaten wMerzugeben, welche der Stellung des Stiftes auf der Tafeloberfläche entsprechen, wobei der Stift über dieser Oberfläche in Verfolgung der Kurvenform bewegt wird, die nachgebildet werden soll.

Die X- und Y-Koordinaten werden durch digitale Ausgangsignale X- und Y von der Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 dargestellt und an die Verarbeitungsaniage 12 gegeben, die in Figur 2 näher beschrieben ist. Wie nachfolgend erklärt wird, verwendet die Signal-Verarbeitungs-. anlage 12 die digitalen X- und Y-Koordinaten, dargestellt durch die Signale X und Y, dazu, eine analoge Wellenform zu erzeugen, um diese an eine geeignete Ausgangsvorrichtung zu geben, wie beispielsweise an ein gebräuchliches Oszilloskop 14 oder an eine Abtast (Palpation)- Plattform 16, wie diese in der oben genannten US-Patentanmeldung von Baessler beschrieben ist, die von dem gleichen Anmelder vorleJLgender Erfindung angemeldet ist.

Es ist dabei offensichtlich, daß die Anzahl und die Art der Ausgangsvorrichtungen weitgehendst variieren kann. Beispielsweise kann ein einzelner Arzt eine bestimmte Wellenform auf eine Datentafel am Pult skizzieren, um damit ein sich

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wiederholendes, elektrisches Analogsignal an einer Hauptabtastplattforni am Pult und zugleich an einer Anzahl von einzelnen Abtastplattforrnen auf den einzelnen Tischen der Studenten zu erzeugen. Damit wird eine bedeutende Flexibilität bei Darstellungen in einer Vorlesung erreicht.

In dem die Einzelheiten darstellenden Blockschaltbild der Figur 2 wird gezeigt, daß die digitale X-Koordinate, die das Signal X darstellt, von der Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 an einen Lese/Schreib-Steuerkreis 18 gegeben werden kann. Steht der Lese/3chreib-Steuerkreis 18 in "Schreib-Stellung, so kann die die X-Koordinate darstellende digitale Zahl parallel zum Steuerkreis 18 an die Klemmen 20 des Adresseneinganges eines Speicherkreises 22 gegeben werden. Diese die X-Koordinate darstellende digitale Zahl kann zusätzlich an ein "Adressenregister für das letzte X" 24 gegeben werden. Das "Adressenregister für das letzte X" 24 dient dazu, die digitale Zahl zu speichern, die der letzten X-Koordinate der Stellung des Schreibers oder Stiftes der Schreib/Dgital-Eingangsanordnung 10 zu der Zeit entspricht, wenn der Lese/ Schreib-Steuerkreis 18 von der Betriebstellung "Schreiben" umgeschaltet ist. Das digitale Ausgangssignal von der Schreib/ Digital-Eingangsanordnung 10, das die Y-Koordinate des Stiftes auf der Tafeloberfläche darstellt, kann dazu parallel direkt an die Daten-Eingangsklemmen 26 des Speicherkreises 22 gegeben

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werden.

Das digitale Adressensignal, das im'Adressenregister für das letzte X 24 gespeichert ist, wird auf eine Eingangsklemme 27 eines geeigneten, gebräuchlichen Digital-Vergleichskreis 28 gegeben, der über eine zweite Eingangsklemme 29 von einem geeigneten, gebräuchlichen Mehrstufen-Binärzähler JO ebenfalls noch digitale Ausgangssignale erhält. Der Binärzähler JO kann wiederum von einem geeigneten, üblichen Oszillator 32 mit einer konstanten Ausgangsfrequenz, beispielsweise mit einem kristallgesteuerten Schwingkreis, betrieben werden. Der digitale Vergleichskreis 28 liefert ausserdem ein Löschsignal an die Lösch-Eingangsklemme R des Binärzählers JO. Das Ausgangssignal vom Binärzähler JO, das die Anzahl der vom Oszillator J2 eingegebenen Signale darstellt, wird außerdem an den Lese/Schreib-Steuerkreis 18 für eine Weitergabe an die Sammelklemme des Adresseneingangs 20 des Speicherkreises 22 gegeben. Das Ausgangssignal des Speicherkreises 22 wird über einen geeigneten, gebräuchlichen Digital/Analog-Wandler J4 und ein geeignetes und gebräuchliches Tiefpassfilter 35 an eine oder mehrere der Ausgangsvorrichtungen gegeben, die

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im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben worden sind.

Die Betriebsweise soll anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben werden. Das digitale Signal X stellt die Abszisse oder die X-Koordinate dar und ist als Adresse oder Speicher-Stellung gewählt; das digitale Signal Y stellt die Ordinate oder die Y-Koordinate dar und ist als Datenwort gewählt. So kann jede beliebige Wellenform, welche beispielsweise auf einer Datentafel-Oberfläche aufgezeichnet wird, die in 1 024 gleiche Teile auf der Abszisse und in 512 gleiche Teile auf der Ordinate geteilt ist, in einem Speicher von 9 Bit pro Wort gespeichert werden. Somit kann jede beliebige Wellenform, welche auf die Tafeloberfläche einer solchen Schreib/ Digital-Eingangsanordnung 10 gezeichnet werden kann, völlig durch eine Menge von 1 024 Zahlen-Paaren beschrieben werden. Die Folgesteuerung durch die Wortstellungen von 0 bis 1 023 läßt bei einer geeigneten Geschwindigkeit die digitale Version der auf die Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 gezeichnete Wellenform an den Ausgangsklemmen des Speicherkreises 22 erscheinen. Der Digital/Analog-Konverter J4 wird dann dafür eingesetzt, die digitale Wellenform wieder in ein zeitlich veränderbares Signal umzuwandeln, wodurch die durchgehende Wellenform für eine An-

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zeige und/oder eine andere Verwendung wiederholt erzeugt werden kann.

In der Stellung "Schreiben" des Lese/Schreibsteuerkreises 18 kann das die X-Koordinate darstellende Signal X von der Schreib/Digital-Eingangsanordriung

10 an das Adressenregister für das letzte X 24 zu der Zeit gegeben werden, zu der die die Y-Koordinaten darstellenden Signale an die Daten-Eingangsklemme 26 des Speicherkreises 22 für eine Speicherung gegeben werden. Bei dem beschriebenen Beispiel hat es sich gezeigt, daß es günstig ist, für den Oszillator J52 ein Ausgangssignal für den Binärzähler JO von einer Frequenz von 256 Hertz vorzusehen. Der Oszillator kann natürlich auch eine viel höhere Frequenz erzeugen, die dann durch einen nachfolgenden, geeigneten und gebräuchlichen Zähler (nicht gezeigt) untersetzt wird.

Der Binär zähl er J50 wird nach und nach getriggert oder zyklisch durch die Signale des Oszillators 52 angestoßen und das Ausgangssingal des Zählers 30 wird im' digitalen Vergleichskreis 28 mit dem im Register 24 gespeicherten, die letzte X-Koordinate darstellenden Adres-

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sensignal verglichen. Wenn die im Binärzähler 30 enthaltene Zahl gleich der letzten X-Koordinate wird, löscht der digitale Vergleichskreis 28 den Binärzähler und begrenzt dadurch den Lauf des Binärzählers auf den Teil der Tafel, auf welchen eine Eingangswellenform durch den Schreibstift skizziert worden ist. Die Bedienungsperson der Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 kann somit die Kurve an jeder Stelle entlang der X-Koordinate oder der Zeitachse auf der Datentafel beenden.

Ist der Lese/Schreib-Steuerkreis 18 in die Stellung "Lesen" geschaltet,so zählt der Binärzähler JO fortlaufend von 0 bis zu dem letzten Adressenwert, das heißt bis zu der letzten X-Koordinate, die durch ein im Register 24 gespeichertes Signal X dargestellt ist. In dieser Stellung "Lesen" wird das Ausgangssignal vom Binärzähler durch den Lese/Schreib-Steuerkreis 18 an die Adresseneingangsklemme des Speicherkreises 22 gegeben, um dadurch die digitalen Signale der Y-Koordinaten der durchgehenden Wellenform aus dem Speicherkreis 22 an den Digital/Analog-Konverter J>K für die Umwandlung in ein zeitlich veränderliches Signal periodisch wiederholt zu geben. Da ja der Binärzähler JO fortlaufend unter der Steue-

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rung des Oszillators 32 regeneriert, wird eine über dem ersten Viertel der X-Koordinate auf der Fläche der Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 ausgezogene Wellenform als ein elektrisches Analogsignal viermal nacheinander in dem Zeitrahmen der Tafeloberfläche der Schreib/Digital-Eingangsanordnung 10 wiedergegeben.

Wenn das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung in dem oben Beschriebenen anhand eines physiologischen Punktionsgenerators erklärt ist, so besitzt die Erfindung auch auf allen anderen Gebieten eine grosse Anwendungsmöglichkeit, wo eine selektive und wiederholte Erzeugung eines Analogsignales gewünscht wird. Eine bisher unerreichte Flexibilität, insbesondere auf dem Gebiet des Lehrwesens, wird mit dieser Erfindung gegeben, zumal die Wellenform in jeder Beziehung selektiv verändert werden kann. In dem besonderen Gebiet der Unterrichtung kann das Verhältnis von Lehrern zu Studenten bedeutend vermindert werden, wähimd zugleich die Qualität des Unterrichtes bedeutend zunehmen kann.

Vorliegende Erfindung kann auch in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne dabei von den we-

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sentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen. Die oben beschriebene Ausführungsform dient daher nur der Erklärung und nicht einer Beschränkung des Schutzbegehrens.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

ru Physiologischer Signalgenerator, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen planare Oberfläche,, durch auf die Bewegung eines von Hand über die Oberfläche geführten Schreibstiftes ansprechende Mittel (10) zur Herstellung eines digitalen Lagesignals (X,Y), das sich auf die Lage des Schreibstiftes relativ zu einer ersten und zweiten Achse in der Ebene dieser Oberfläche bezieht, wobei diese beiden Achsen im wesentlichen aufeinander senkrecht stehen, durch Elemente zum Speichern (22) des Teiles des digitalen Lagesignales bezogen auf die Lage des Schreibstiftes relativ zu der ersten Achse der Oberfläche bei einer Adresse, bezogen auf die Lage des Sehreibstiftes relativ zu der zweiten Achse der Oberfläche, durch Mittel zur sich wiederholenden Adressierung der Speicherelemente in vorherbestimmter Geschwindigkeit, um ein sich wiederholendes, digitales Ausgangssignal₅. bezogen auf die

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Lage des Schreibstiftes relativ zur ersten Achse der Oberfläche herzustellen, und durch Mittel (>4) für die Urnwandlung des digitalen Ausgangssignals in eine analoge Form.

2. Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Elemente (24) zum Speichern eines digitalen Steuersignales, das sich auf die letzte Adresse bezieht, bei welcher ein Teil des digitalen Lagesignals in den Speicherelementen (22) gespeichert ist, und durch Mittel (28), die auf die Speicherelemente des Steuersignals zur Begrenzung der sich wiederholenden Adressierung der Speicherelemente des Lagesignals auf den Teil ansprechen, in welchem ein Teil des digitalen Lagesignals gespeichert ist.

J>, Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel der sich wiederholenden Adressierung aus einem Oszillator (32) mit einer vorher festgelegten Impulswiederholungsrate bestehen, aus einem auf den Oszillator ansprechenden Binärzähler OQ), aus Elementen (18,24) zum Speichern eines Signales, das sich auf die Adresse des Teiles des zuletzt gespeicher-

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ten Digital-Signals in dem'Lagesignal-Speicher bezieht,
und aus einem digitalen Vergleichskreis (28) zum Vergleichen des gespeicherten Adressensignals mit der Zahl
im Binärzähler (JO) und zur Erstellung eines dem Vergleich entsprechenden Rückstellsignales für den Binärzähler.

4. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Tiefpassfilter (55)* das sich zur Aufnahme der in eine analoge Form umgewandelten Ausgangssignale an den Digit/Analog-Wondler anschließt.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Abtast-Plattform (16) und durch Übertragungselemente der analogen Ausgangssignale an die Abtast-Plattforrn, wodurch diese die physiologischen Signale tastbar wiedergibt.

6. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine Kathod^l&ahlröhre (14) und durch Mittel zur Übertragung der physiologischen Signale an diese
Kathodenstrahlröhre, wodurch die physiologischen Signale
optisch angezeigt sind.

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7. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen ebene Oberflä- ehe mit einer ersten und einer zweiten, im wesentlichen aufeinander senkrecht stehenden Achse, durch Mittel (10) zur Erzeugung eines digitalen Signales, das der relativen Lage des Schreibstiftes auf der Oberfläche entspricht, durch Mittel (22) zum Speichern zumindest eines Teiles dieses Digitalsignales, durch Mittel (18,24) zur sich wiederholenden Adressierung der Speicherelemente für die Erzeugung eines sich wiederholenden, digitalen Ausgangssignales und durch Mittel (34) für die Umwandlung des digitalen Ausgangssignales in ein Analogsignal.

8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel (24,28) zur Begrenzung der Adressierung der Speicherelemente auf den Teil, in dem das digitale Signal gespeichert ist.

9· Verfahren zur Erzeugung eines sich wiederholenden, physiologischen Signales, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schreibstift von Hand über eine im wesentlichen ebene Oberfläche bewegt wird und dadurch ein digitales Signal erzeugt wird, das sich auf die Lage des Schreibstiftes relativ zu der Oberfläche bezieht, daß das erzeugte digitale

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Signal gespeichert wird, dal3 das gespeicherte Digitalsignal für die Schaffung eines digitalen Ausgangssignals wiederholt ausgelesen wird und daß das Ausgangssignal in eine analoge Form umgewandelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die wiederholte Auslesung des gespeicherten Digitalsignales zunächst ein periodisches Impulssignal erzeugt wird, dann die Impulse in dem periodischen Signal, gezählt werden, die Adresse des zuletzt gespeicherten Digitalsignales gespeichert wird, die Anzahl der gezählten Impulse mit der gespeicherten Adresse verglichen wird und das Auslesen des gespeicherten Digitalsignals entsprechend dem Vergleich wiederholt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erzeugte Signal physiologisch ist und daß das analoge Ausgangssignal sowohl visuell wie physikalisch wiedergegeben wird.

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