DE2224128A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abnahme biologischer Signale - Google Patents

Description

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Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Prankreich)

Verfahren und Vorrichtung zur Abnahme biologischer

Signale

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abnahme biologischer Signale und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Bereits vor vielen Jahren hat man das Auftreten von elektrischen Potentialen an der Oberfläche des Körpers von Menschen und Tieren sowie die Beziehung zwischen den Änderungen dieser Potentiale und der Aktivität der darunter liegenden
Organe nachgewiesen; diese Signale werden durch geeignete
Apparate empfangen und durch den Arzt sowie insbesondere den Pharmakodynamiker ausgewertet, um die normalen oder pathologischen Eigenschaften dieser Organe und ihre Reaktion auf

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äußere Reize wie mechanische, elektrische und optische Reize oder die Einnahme bzw. Einführung von chemischen Substanzen zu ermitteln. Diese Apparate sind sehr geeignete Mittel zur Untersuchung oder Diagnostik und allgemein verwendet; die üblichsten Apparate davon sind der Elektroenzephalograph und der Elektrokardiograph.

Was die Untersuchung der Digestionsviszera oder Verdauungsorgane betrifft, so haben ALVAREZ im Jahre 1920, DAVIS in den USA im Jahre I957 sowie TIEMANN und BRICHERTZ in Deutschland im Jahre I959 gezeigt., daß Potentialschwankungen an der Abdominal- oder Bauchwand auftreten. Professor THOUVENOT hat durch Korrelationen beim Tier gezeigt, und zwar mittels Elektroden in situ und auf der Haut, daß diese Potentialschwankungen in Beziehung zu der Aktivität der darunter liegenden Digestionsviszera oder Verdauungsorgane stehen. Dr. MARTIN schließlich hat durch Anbringen der Elektroden an verschiedenen Bereichen des menschlichen Abdomens bzw. Bauchs (Unterleibs) systematisch diese Organaktivität aufgezeichnet. '

Diese neue Methode funktioneller Untersuchung, die auf gleichzeitige Arbeiten von Dr. MARTIN und Professor THOUVENOT zurückgeht, wird Elektrosplanchnographi genannt (als bibliographische Quellen seien genannt: Dr, MARTIN, Prof. THOUVENOT und P. TOURON:' CR. Soc Biol. 19βΐ l6l Seiten 2595 - 26ΟΟ und eine Mitteilung beim ersten Kongreß der Medizinelektronik von Prof. THOUVENOT und Dr. MARTIN aus dem Jahre 1967).

Diese Methode führt zu einer Feinanalyse der Verdauungsorganaktivitäten: Dünndarm, Magen, Grimmdarm oder Kolon,

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und hat überraschende Diagnosen erlaubt, die durch Anatomopathologie bestätigt worden sind und die dennoch klinisch und radiologisch schwierig waren.

Obwohl leistungsfähig und von bestimmtem Nutzen ist diese Methode nicht nur ein schwieriges und zeitraubendes Verfahren, sondern sie erfordert auch große Sachkunde und Erfahrung zur Auswertung der Ergebnisse.

Außerdem erschweren die Lage der Elektroden, die Änderungen in der Lage der Versuchsperson bzw. des Versuchstiers, wodurch sich die Lage der inneren Organe ändert, die Adipositas oder übermäßige Bildung von Fettgewebe unter der Bauchhaut, die Atemaktivität usw.' die Normalisierung dieses Verfahrens und infolgedessen, auch die Anwendung der Kriterien.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diese Schwierigkeiten der Elektrosplanchnographie zu überwinden, insbesondere gleichzeitig Signale zu erhalten, die bisher mittels gesonderter Apparate gewonnen wurden, die mit Elektroden versehen sind, die an genau bestimmten, unterschiedlichen Punkten des Körpers (in der Nähe der zu untersuchenden Organe) angebracht werden, insbesondere die Elektrokardiogramme, Elektroenzephalogramme und Elektropneumogramme, und so mehrere Phänomene zu überwachen und diese zeitlich zu korrelieren.

Ein Verfahren zur Abnahme biologischer Signale, die signifikant sind für die Aktivität des Verdauungs(Magen-Darm-) Kanals, des Atemsystems (Biaphragmas oder Zwerchfells), des Herzsystems und der elektrozerebralen Aktivität einer Versuchsperson oder eines Versuchstiers, wobei Elektroden

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BAD ORKätNAt

auf der Haut der Versuchsperson oder des Versuchstiers angebracht und die zeitlichen Schwankungen der Potentiale dieser Elektroden registriert werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode am Ende jeder der vier Gliedmaßen der Versuchsperson bzw. des Versuchstiers angebracht wird, daß gleichzeitig auf verschiedenen Spuren die'zwischen diesen, paarweise genommenen Elektroden auftretenden Spannungen und/oder zwischen jeder dieser Elektroden und einem Bezugspunkt auftretenden Spannungen registriert werden, und daß daraus die für jedes Organ charakteristischen Signale abgeleitet werden, durch Selektion der empfangenen Signale.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Selektion der charakteristischen Signale durch Auswahl bestimmter dieser Spuren mittels visueller Beobachtung der Registrierungen der jeder Spur entsprechenden Signale.

Gemäß einer zweiten Weiterbildung der Erfindung wird die Selektion der charakteristischen Signale ergänzt durch eine Analyse der Folgefrequenz signifikanter Ereignisse in den Registrierungen und durch Vergleich dieser Frequenzen mit für sich bekannten charakteristischen Frequenzen der Aktivität Jedes Organs.

Zusammenfassend ist also festzustellen, daß das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, mit einer begrenzten Anzahl von Elektroden, die im Abstand von allen Organen angeordnet sind, die durch ihre Aktivität elektrische Signale an der Körperoberfläche erzeugen können, alle signifikanten Signale dieser Organe abzunehmen; .die Selektion dieser Nutzsignale, die mit variablen Vorlaufgeschwindigkeiten der Spuren aufgezeichnet sind, kann durch Wahl einer dieser Spu-

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ren vorgenommen werden, der sogenannten.Organelektiven, oder durch eine Spektralfrequenzanalyse; für ein bestimmtes Organ kann der Bereich dieses Organs, indem die in der Registrierung auftretenden Vorgänge ihren Ursprung haben, bestimmt werden durch Verknüpfung von mindestens zwei der auf mindestens zwei dieser Spuren empfangenen Signale, woraus man die Richtung der elektrischen Achse dieses Bereichs ableitet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch vier Elektroden, sechs Verstärker, deren Eingänge mit der Spannungsdifferenz von je zwei der Elektroden beaufschlagbar sind, wobei der Ausgang jedes Verstärkers einerseits an eine Spur einer ersten oder Dauerregistriereinrichtung angeschlossen und andererseits über eine.Abnahmeeinrichtung an die Spur einer zweiten Registriereinrichtung mit einstellbarer Geschwindigkeit anschließbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat vorzugsweise eine Einrichtung zur Frequenzanalyse dieser Signale, z. B, einen Energiespektraldichteanalysator oder eine Serie von Bandpaßfiltern.

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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung,näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und

Fig. 2 ein Beispiel für die Bestimmung des elektrischen Vektors eines Organs,

Fig. 1 ist verhältnismäßig schematisch gehalten, Sie zeigt, wie erfindungsgemäß biologische Signale abgenommen

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und der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zugeführt werden.

Es sei zunächst erinnert an die Charakteristiken der für sich bekannten Verfahren zur Abnahme von biologischen Signalen: diese Verfahren sind im wesentlichen die Elektroenzephalographie, die Elektrokardiographie, die Elektropneumographie und die Elektrosplanchnographie, In den beiden ersten Fällen interessiert man sich nur für die Aktivität eines einzigen,genau bestimmten Organs, nämlich des Gehirns oder des Herzens, während man beimletzteren Verfahren die Aktivität von mehreren Organen untersucht, nämlich insbesondere des Magens, des Dünndarms und des Grimmdarms, von denen bestimmte, insbesondere der Dünndarm, mehrere Teile aufweisen, die in anatomischer und funktioneller Hinsicht voneinander verschieden sind, was für den Arzt wichtig ist, um die Aktivitäten oder Aktionen zu bestimmen. Um repräsentative Signale des Organs oder der Gesamtheit von Organen zu gewinnen, und praktisch diese Signale allein, bringt man die Abnahmeelektroden, um eine maximale Amplitude zu gewährleisten, möglichst nahe zu den Organen anj auf den Schläfen im Fall der Elektroenzephalographie, auf der Brust im Fall der Elektrokardiographie, auf dem Bauch im Fall der Elektrosplanchnographie; im letzteren Fall muß man eine größere Anzahl von Elektroden verwenden, z. B. dreizehn, um die Aktivitäten jedes der Organe und jedes der Organteile des Apparatus digestorius oder Verdauungssystems zu unterscheiden.

In allen diesen Fällen werden die empfangenen Signale auf einer im wesentlichen geraden Spur sichtbar gemacht als Impulse bestimmter Form, die sich mit einer Folgefrequenz

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in einem relativ genau bestimmten Band wiederholen; diese Frequenz beträgt z. B. etwa 10 - 40/min im Fall dedAtmens, 3/min im Fall des Magens, 6 - 12/min im Fall des Dünndarms, 0,2 - 3/rnin im Fall des Grimmdarms. Die Vorlaufgeschwindigkeiten der zugehörigen Registriereinrichtungen müssen diesen Frequenzen angepaßt und demgemäß sehr verschieden sein, je nachdem, ob es sich um einen Elektroenzephalographen, einen Elektrokardiographen, einen Elektrosplanchnographen usw. handelt.

Eine in der Elektrokardiographie. verwendete Methode, die sogenannte Einthoven-Methode, unterscheidet sich von diesem generellen Schema: nach dieser Methode werden im . wesentlichen die Elektroden in einem bestimmten Abstand vom Herz, jedoch in genau bestimmter Weise relativ zu diesem Organ angebracht; genauer gesagt, sie bilden ein gleichseitiges Dreieck, dessen Mittelpunkt das Herz ist. Die empfangenen Signale haben dennoch eine ausreichende Amplitude wegen der kraftvollen Herzbewegungen im Verhältnis zu den Aktivitäten der anderen Organe. Diese Methode gestattet dem Mediziner, die Richtung des Vektors der mittleren Herzaktivität zu bestimmen. Tatsächlich läßt jede Muskelfaser des Herzens bei ihrer Depolarisierung einen momentanen elektrischen Dipol auftreten; die Gesamtheit aller dieser kleinen momentanen elektrischen Dipole hat als Resultierende einen momentanen Vektor, dessen Richtung mit der Zeit variiert und den man den Vektor der mittleren Herzaktivität nennt.

Die Amplitude der Ereignisse, die auf jeder Registrierspur der Spannungen zwischen den paarweise genommenen Elektroden zu sehen-ist, ist proportional der Projektion des- Vektors der mittleren Aktivität ftuf das diese Elektroden

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BAO ORtGtNAL

verbindende Element. Man kann also durch Messung dieser Amplituden grafisch die Richtung des Vektors mittlerer Aktivität und dessen zeitliche Änderung bestimmen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik haben sich die Erfinder zunächst mit dem Problem beschäftigt, die bekannte Technik der Elektrosplanchnographie zu verbessern.

In der Digestionspathologie ist außer der Frequenz die Amplitude der "Ereignisse" von beträchtlicher Wichtigkeit.

Die Versuchspersonen leiden mehr oder weniger an. Obesitus oder Fettleibigkeit, und je dicker das Panniculus adiposus oder Unterhautfettgewebe ist, um so kleiner ist die Signalamplitude und um so schwieriger sind die "Ereignisse" wahrnehmbar bzw. unterscheidbar.

Die Beweglichkeit der Abdominol- oder Bauchorgane ist so, daß man nicht mit Sicherheit weiß, ob die Elektroden sich genau am zu untersuchenden Teil des Verdauungskanals befinden.

Außerdem ist in der Digestions- oder Verdauungsorganchirurgie die postoperative Überwachung schwierig wegen der Operationswunde und der Wundverbände, die das Anbringen der Elektroden an den am meisten interessierenden Stellen verhindern.

Schließlich haben die Erfinder festgestellt, daß die Verschiebung einer Elektrode A auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 6 cm, dessen Mittelpunkt von anderen Elektroden B eingenommen ist eine Änderung der Amplitude der Aktivitätspotentiale verursacht.

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Daher ist für die Registrierung der Magenaktivität das Signal optimal, wenn die Achse der beiden Elektroden um 80 - 120 relativ zu einer Horizontalen angeordnet ist, wobei die Versuchsperson aufrecht steht.

Diese Erkenntnis, die auch für den Dünndarm und den Grimmdarm gültig ist, hat gezeigt, daß, wenn ein Teil des Verdauungskanals arbeitet, er einen Vektor der mittleren Aktivität besitzt. Es ist also zu überlegen, wie dieser aus der Entfernung charakterisiert werden kann unter Ver- " wendung seiner projektiven A Eigenschaften.

Zu diesem Zweck bringt man an, wie in Fig. 1 abgebildet, eine Bezugselektrode Γ in Höhe des Nabels und vier Elektroden 2, 3, 4 und 5 .an den beiden Handgelenken und den beiden Knöcheln und registriert die zwischen zwei dieser vier Elektroden auftretenden Spannungen.

Bekanntlich verhalten sich die Gliedmaßen wie einfache Leiter. Diese Eigenschaft führt dazu, die Schaltung als. · ein im wesentlichen gleichschenkliges Trapez zu betrachten, dessen Eckpunkte die vier Radizes oder Wurzeln der Gliedmaßen sind.

Es gibt nun sechs Registrierungsmöglichkeiten:

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2-4 ·

2-5 ■

3-4

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4-5.

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Diese ursprüngliche Schaltung gestattet die Erfassung des Ursprungs jedes Aktivitätsvektors: da alle Organe oder Organteile verschiedene Achsen besitzen, kann man die verschiedenen motorischen Verdauungsaktivitäten von Magen bis zum After voneinander trennen.

Jede Spur muß also für eine gegebene Aktivität ausgewählt sein. Wenn man schließlich die Elektroden direkt am Bauch anbringen würde, würden sich der Modulation der Grundlinie, die der motorischen Verdauungsaktivität entspricht, die Atmungsaktivität und die Herzaktivität überlagern. Nun arbeitet der Dünndarm mit einer Aktivität von bis zu 12/min, während die Atemaktivität 12 - 20/min beträgt. Außerdem ist die Amplitude identisch, so daß die Auswertung der Spuren manchmal unmöglich wäre.

Der Vorteil der pheripheren Elektroden besteht also darin, alle Aktivitäten des Verdauungsorganssystems voneinander zu trennen.

Durch das erfindungsgemäße, neue Verfahren der Anordnung der Elektroden und der Gewinnung von biologischen Signalen erhält man alle zu einem gegebenen Zeitpunkt vom menschlichen Körper abgegebenen Signale, insbesondere·

das Elektrokardiogramm, das Elektropneumogramm, das Elektroenzephalogramm,

sowie die Registrierung aller Signale, die für das Verdauungssystem repräsentativ sind, die im folgenden zun. Unterscheidung vom Elektrosplanchnogramm mit Elektrogasxroenterogramm bezeichnet werden sollen.

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Schließlich kann man durch Ausnutzen der Seiten des Trapezes und seiner beiden Diagonalen eine oder zwei besondere Aktivitäten nachweisen, ohne das ursprüngliche Signal zu zerstören.

Die gleichzeitige Registrierung aller biologischen Signale, die vom menschlichen Körper abgegeben werden, ist insoweit ein Vorteil, als sie die Vornahme von den Arzt interessierenden zeitlichen Korrelationen gestattet; manchmal führt trotz des Vorhandenseins von ausgewählten oder elektiven Spuren die Überlagerung aller dieser Signale, insbesondere das Vorhandensein von Signalen großer Amplitude des Elektrokardiogramms und des Elektropneumogramms auf allen Spuren, zu Schwierigkeiten, wenn der Arzt mit maximaler Reinheit das Signal von einem einzigen Organ erhalten will.

Um diesen Nachteil zu überwinden, werden erfindungsgemäß die verschiedenen Signale ausgehend von einer Frequenzdifferenz unterschieden. Es ist festgestellt worden, daß jedes der Signale außer einem' ihm eigenen Band der Folgefrequenz (der Wiederholung) von signifikanten Ereignissen, eine spektrale Energieverteilung dieses Ereignisses besitzt, das ebenfalls genau bestimmt ist. Diese Verteilung hat eine Mittenfrequenz, die ziemlich rein ist, damit ein Bandpaßfilter, das auf diese Frequenz abgestimmt ist, ausreichend alle anderen Signale, die als Störsignale betrachtet werden, eliminieren kann. Ein System zur Zählung der Anzahl der so filtrierten signifikanten Ereignisse während eines bestimmten Zeitintervalls gestattet schließlich, die Charakterisierung hinsichtlich der Spektral-

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frequenz vorzunehmen. Schließlich kann eine Spektralanalyse benutzt werden, um die Differenzierung von benachbarten Mittenfrequenzslgnalen zu bestätigen.

Es sei jetzt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abnahme von biologischen Signalen beschrieben.

Gemäß Fig. 1 hat die Vorrichtung fünf Elektroden, eine Bezugs- oder Massenelektrode 1 und vier Abnahmeelektroden 2, 3, 4 und 5. Diese Abnahmeelektroden sind über einen Anschlußkasten 6 an eine Schaltungsanordnung von sechs Verstärkerkanälen ¹J, 8, 9* 10, 11 und 12 angeschlossen, die zu sechs Registrierspuren eines Registrierers 13 führen. Der Registrierer 13 kann ein an sich bekannter Registrierer mit ablaufendem Streifen sein, wobei jeder Registrierstreifen eine unterschiedliche Ablauf- oder Vorschubgeschwindigkeit hat.

Jeder Verstärkerkanal hat eine Vorverstärkerstufe, die gebildet ist durch RC-gekoppelte Differenzverstärker, die mit Dämpfungsgliedern und Filtern versehen sind, und eine Eridverstärkerstufe, die gleichfalls eine Differenzschaltung bildet mit einer Leistungsstufe, die einen Schreiber speist, der ein Galvanometer mit großem RUckstellmoment ist. Die Vorrichtung kann außerdem die Gleichstromwiderstände der Elektroden messen. Ein wichtiges Merkmal ist, daß die Stromversorgung stabilisiert ist, und zwar sowohl hinsichtlich der Vorverstärkerstufe als auch der Endverstärkerstufe, so daß Netzsphwankungen keine Potentialänderungen verursachen.

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Diese sechs Spuren haben eine Ablaufgeschwindigkeit von z. B. etwa 2 mm/s.

Wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt ein einziges interessierendes physiologisches Phänomen registriert werden soll, z. B. die Morphologie .der QHST-Welle in der Radiologie, kann man drei der vorhergehenden Spuren umleiten, um sie auf drei neue Spuren zu führen, ohne die Registrierung zu unterbrechen und die Vorlaufgeschwindigkeit ändern. Ein automatischer Markengeber, der jede Sekunde oder Zehntelsekunde arbeitet, gestattet die Kennzeichnung der Signale zwischen der ausgewählten Spur Nr. 1-6 und der reproduzierten Spur Nr. 7-9 mit einstellbaren Zeitkonstanten von 0,3 - 0,7 -1,5-2-6 S-.

Dafür hat die Vorrichtung eine Abnähmeeinrichtung 14- zur Abnahme von drei Signalen, die von den Verstärkerstufen 7-12 abgegeben werden. Die Abnahmeeinrichtung 14 kann vorteilhafterwelse aus sechs Übertragern bestehen, deren Primärkreis in Reihe mit dem Ausgang der zugehörigen Verstärkerstufe liegt. Jeder Sekundärkreis ist über ein Weichen- oder Verzweigungssystem an drei Registrierspuren 17 regelbarer Geschwindigkeit angeschlossen.

Eine zehnte Spur mit sehr kleiner Vorlaufgeschwindigkeit von 50 cm/24h informiert den Kliniker über die Harnabsonderung. Eine Blasensonde verhindert, 'daß der Urin sich in der Blase sammelt, um ihn in einen zu diesem· Zweck vorgesehenen Behälter zu leiten.

Ein einfaches System gestattet, den Urindurchsatz zu. erfassen und ihn in ein Signal umzuwandeln, das auf dieser Spur registriert wird. Die Kenntnis dieses Durchsatzes informiert über die Nierenfunktion.

Sechs synchrone Spuren der sechs ersten_vSpuren ermöglichen,

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jedes andere signifikante biologische Signal örtlicher motorischer Verdauungsorganaktivität (Bauchhautelektroden), des Intraluminaldrucks, der Rektalfcemperatur usw. zu erfassen.

Insbesondere können diese örtlichen Elektroden benutzt werden, um den elektrischen Vektor zu bestimmen, der einem gegebenen Organ entspricht, und zwar als Projektion auf drei Ebenen. Zu diesem Zweck positioniert man drei Elektroden auf dem Vorderteil des Körpers des Patienten und eine auf seinem Hinterteil in dem Bereich, wo sich das Organ befindet. Diese vier Elektroden bilden ein Tetraeder, von dem eine der Elektroden E- den Scheitelpunkt darstellt. An den horizontalen Eingang eines ersten Oszillographen wird die Differenz der Spannungen angelegt, die durch die den Scheitelpunkt bildende Elektrode und durch eine der anderen Elektroden gebildet wird, während ddr Vertikaleingang beaufschlagt wird mit der Differenz der Spannungen, die von der Elektrode E₁ und einer dritten Elektrode empfangen werden. Man erhält so auf dem Bildschirm den Ort des Endes der Projektion des elektrischen Vektors für das betrachtete Organ auf die durch die drei Elektroden definierte Ebene als Funktion der Zeit. Mittels zweier weiterer Oszillographen gewinnt man die Projektionen des Vektors auf zwei andere Ebenen.

Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Schritt nur stattfinden kann nach dem ersten und eng mit diesem verknüpft ist. Tatsächlich muß man mittels des ersten Verfahrensschritts festgestellt haben,daßflas betrachtete Organ eine hinreichende Aktivität zeigt, da sonst die Auswertung der mittels der Hilfselektröden vorgenommenen Registrierungen sehr schwierig, wenn nicht unmöglich ist.

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Filter sowie Anschlüsse zur Registrierung auf einem Magnetband, um eine mathematische Verarbeitung zu gestatten, können hinzugefügt werden. ,

Außerdem kann vorgesehen sein, bestimmte Spuren auf einen Mehrkanaloszillographen mit feinen Strahlspuren zu leiten, um ein Phänomen sichtbar zu machen, dessen Entwicklung zu einem gegebenen Zeitpunkt verfolgt werden soll.

Außerdem kann eine optische oder akustische Warneinrichtung vorgesehen sein, die .ein Warnsignal abgibt, sobald ein erfaßtes Signal einen vorbestimmten festen Wert überschreitet.

Die verwendeten Elektroden sind Plättchen aus rost-

freiem Stahl mit 1 cm Oberfläche, die direkt mit dem Anschlußdraht verschweißt oder verlötet sind. Das Anbringen dieser Elektroden erfordert große Vorsicht, um das Auftreten von Artefakten oder künstlich herbeigeführten Veränderungen zu verhindern.

An der gewählten Stelle wird die Haut mit Äther entfettet, anschließend bis zur Rötung mit einer leitenden Paste eingerieben und darauf mit der Elektrode aus rostfreiem Stahl bedeckt. Diese Elektrode wird sicher an der Haut mittels einer Gazekompresse befestigt, die sorgfältig mit Kollodium verkittet ist und sie an beiden Seiten weit überragt. Die Trocknung des Kollodiums wird beschleunigt mittels eines Warmluftgebläses.

Diese Technik der Befestigung führt zu einer vernachlässigbaren Vorspannung der Elektroden. In der Praxis zeigt die zeitliche Registrierung der Impedanz eine Stabilisierung

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nach etwa 20 - 30 min. Der Wert bleibt stabil und hat eine Größenordnung von 8 - 10 k . Sehr aufschlußreiche Ergebnisse werden in diesem Verfahren und mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung erhalten. Die signifikanten Signale der verschiedenen Organe des. Verdauungssystems werden vorzugsweise mit den oben genannten Folgefrequenzen gewonnen auf den Registrierspuren der Spannungen zwischen den Elektroden 2 und 3, 2 und 5, 3 und 5 für den Dickdarm, zwischen den Elektroden 2 und 3, 2 und 4, 3 und für den Dünndarm, zwischen den Elektroden 2 und 3, 2 und K₁ 3 und 4 für den Magen und zwischen den Elektroden 3 und für den Atemapparat.

Die Vorrichtung hat ferner einen Frequenzanalysator für die auf den sechs Spuren empfangenen Signale. Der Frequenzanalysator 15 kann irgendeinen an sich bekannten Aufbau haben. Es können sechs Analysatoren verwendet werden, wobei jeder Analysator auf einem eigenen Kanal arbeitet. Gleifalls kann man einen einzigen Analysator beinutzen, der einem Multiplexer zugeordnet ist. Er kann auch in Realtime oder Echtzeit arbeiten, wobei die Ergebnisse von einem Elektronenrechner verarbeitet oder davon "differenziert" werden.

Die Bestimmung der elektrischen Achse eines Organs oder eines Organteils wird wie folgt vorgenommen: Man mißt auf den Registrierungen entsprechend mindestens zwei Spuren die Amplituden der signifikanten Ereignisse, trägt ' auf den Seiten oder Diagonalen des durch die Elektroden begrenzten Trapezes, den Seiten oder Diagonalen entsprechend den Spuren, Einzelvektoren proportional diesen Amplituden auf und konstruiert den Vektor, der diese Einzel-

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vektoren als Komponenten enthält; offensichtlich genügen zwei Spuren: wenn die Ereignisse auf anderen Spuren auftreten, können sie nur eine Redundanz bewirken. Die Bestimmung der Richtung reicht für den Experimentator aus, um das Organ oder den Organteil, der das signifikante Ereignis erzeugt, zu bestimmen; auf diese Weise kann indirekt und in hinreichend genauer Weise der Ursprung des Aktivitätsvektors festgestellt werden.

In Fig. 2 ist ein Be-Lspiel der Bestimmung des elektrischen Vektors eines Organs abgebildet. Die signifikanten Signale sind zwischen den Elektroden 2 und 4 und 3 und 4 abgenommen. Auf dem Trapez 2, 3, 4, 5 werden Vektoren V, und Vp proportional zur Amplitude den entsprechenden Seiten des Trapezes, d. h. 2 - 4 und 4 - 3.»Dann wird mittels der Hilfsvektoren V,' und Vp' die vektorielle Zusammensetzung dieser Vektoren vorgenommen. Man er>ält so einen Vektor V-, der den elektrischen Vektor des Organs darstellt.

In der vorhergehenden Beschreibung hat es sich um die Abnahme νοη Signalen gehandelt, die zwischen den paarweise genommenen Elektroden auftreten; es ist je doch auch möglich, die Potentiale zu registrieren, die an jeder der Elektroden auftreten, und zwar im Verhältnis zum Potential der Bezugselektrode; dennoch ist es zur Erzielung einer hinreichend stabilen Grundlinie der Registrierung praktisch notwendig, alle von der betrachteten Elektrode verschiedenen Elektroden zusammenzuschalten, was erfordert, aufeinanderfolgende Messungen an jeder der Elektroden vorzunehmen, und die im erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen möglichen Korrelationen verbietet.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch folgende Vorteile aus:

1. Äußerste Einfachheit: Anbringung von vier Elektroden (anstatt von 13 Elektroden) und ohne besondere Vorkehrungen: 10 min anstatt lh;

2. große Reinheit der Spuren, die alle Aktivitäten zusammenfassen;

J5. Eliminierung der Atemaktivität, die beträchtlich die Auswertung bestimmter Elektrosplanchnogramme beeinträchtigt;

4. die Vermeidung der Gefahr von Fehlern hinsichtlich der Anordnung der Achse der Bauchelektroden relativ zu der der inneren Organe;

5. physiologische Untersuchung von der Verdauungsmotrizität und deren Regelung;

6. Möglichkeit der Überwachung für 24 h und mehr der Herz-Atem- und Verdauungsaktivität (mit nur vier Elektroden); wobei diese medizinische Überwachung von großem Nutzen sein kann insbesondere bei der medizinischen Wiederbelebung und in der Luft- und Raumfahrtmedizin;

7. Möglichkeit der Bestimmung der Achse der inneren Organe in Abhängigkeit von der Zeit;

8. das erfindungsgemäße Verfahren, das viel zuverlässiger als die Elektrosplanchnographie ist, hält dessen sämtliche Anwendungsmöglichkeiten in den verschiedensten Bereichen bei:

Diagnosehilfe durch kontinuierliche Analyse der Verdauungsmotrizität;

postoperative Überwachung,

Kontrolle der Wirkung von pharmakodynamisehen Mitteln,

physio- und psychopathologische Analyse in der psychosomatischen Medizin.

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Für die medizinische Wiederbelebung im besonderen schafft sie ein Mittel zur Analyse der Verdauungsmotorischen Aktivität; diese erfordert nach dem bisherigen Stand der Technik für jeden Zeitpunkt ein Elektrokardiogramm, um Herzschmerzen oder ein Herzleiden zu vermuten, den Puls zu fühlen, den Atemzyklus zu untersuchen, bedient sich einen Elektroenzephalogramms während des Komas und nimmt eine Analyse der biologischen Umgebung vor; sie kann aber nicht die Wiederaufnahme des Darmdurchgangs nach großen Bauchoperationen kontrollieren.

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Claims (17)

- 20 Patentansprüche

1. Verfahren zur Abnahme biologischer Signale, die signifikant sind für die Aktivität des Verdauungs(Magen-Darm-)-Kanals, des Atemsystems (Diaphragmas oder Zwerchfells), des Herzsystems und der elektrozerebralen Aktivität einer Versuchsperson oder eines Versuchstiers, wobei Elektroden auf der Haut der Versuchsperson oder des Versuchtetier.s angebracht und die zeitlichen Schwankungen der Potentiale dieser Elektroden registriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (2-5) am Ende jeder der vier Gliedmaßen der Versuchsperson bzw. des Versuchstiers angebracht wird, daß gleichzeitig auf verschiedenen Spuren die zwischen diesen, paarweise genommenen Elektroden auftretenden Spannungen und/oder zwischen jeder dieser Elektroden und einem Bezugspunkt (1) auftretenden Spannungen registriert werden, und daß daraus die für jedes Organ charakteristischen Signale abgeleitet werden, durch Selektion der empfangenen Signale (Fig.l).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektion der charakteristischen Signale vorgenommen wird durch Auswahl bestimmter der Spuren mittels visueller Beobachtung der Registrierungen der Signale auf jeder Spur.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektion der Nutzsignale durch eine Spektralanalyse vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektion der charakteristischen Signale ergänzt wird durch eine Analyse der Folgefrequenz der signifikanten

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Ereignisse, die in den Registrierungen auftreten, und durch einen Vergleich dieser Frequenzen mit an sich bekannten charakteristischen Frequenzen der Aktivität jedes Organs.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß auch eine Verknüpfung von mindestens zwei der empfangenen Signale auf mindestens zwei Spuren erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung der Verknüpfung die Amplitude der signifikanten Ereignisse, die auf den Registrierungen entsprechend den Spuren auftreten, gemessen wird, daß diese MeßergebÄisse (Y , Vp) auf den Seiten und/oder den Diagonalen eines Trapezes aufgetragen werden, das ähnlich demjenigen ist, das als Ecken (2-5) die Wurzeln der vier Gliedmaßen" der Versuchsperson bzw. des Versuchstiers hat, und daß dann die Vektorsumme (V-,) dieser Meßergebnisse gebildet wird, die die elektrische Achse des betrachteten Organs darstellt (Fig. 2).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2-5) an den entferntesten Körperenden der oberen und unteren Gliedmaßen der Versuchsperson bzw. des Versuchfctiers angebracht werden, insbesondere an den Handgelenken und an den Knöcheln.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daßnach Vornahme der Selektion der Signale und der Feststellung der Aktivität eines gegebenen Organs im Bereich dieses Organs vier örtliche Elektroden angebracht werden, die einen Tetraeder bilden, und daß auf getrennten. Spuren die

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Spannungen zwischen der die Spitze des Tetraeders darstellenden Elektrode und den anderen ctrei Elektroden empfangen werden.

9,/Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch vier Elektroden (2-5)» sechs Verstärker (7 - 12), deren Eingänge mit der Spannungsdifferenz von je zwei der Elektroden beaufschlagbar sind, wobei der Ausgang jedes Verstärkers einerseits an eine Spur einer ersten oder Bauerregistriereinrichtung (13) angeschlossen und andererseits über eine Abnahmeeinrichtung (14) an die Spur einer zweiten Registriereinrichtung (17) mit einstellbarer Geschwindigkeit anschließbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Analysator für die Energiespektraldichte.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet dmrch mindestens ein Bandpaßfilter, das an einen der Verstärker (7 - 12) angeschlossen ist. .

12. Vorrichtung nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet,daß jede Registrierspur einen Echtzeitmarkengeber hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch S, gekennzeichnet durch mindestens eine Zähleinrichtung, die während eines gegebenen Zeitintervalls signifikante Ereignisse einer Registrierung zählt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Registriereinrichtung (13) einen Mehrkanal-Oszillographen hat.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch mindestens eine Warnsignaleinrichtung zur Abgabe eines Warnsignals, wenn eines der biologischen Signale einen bestimmten Pegel überschreitet.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1-5) aus rostfreiem Stahl bestehen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1-5) ©ine Fläche von etwa 1 cm haben.

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