DE2246100B2

DE2246100B2 - Gerät zum Erfassen bzw. Verarbeiten von Meßnutzsignalen

Info

Publication number: DE2246100B2
Application number: DE2246100A
Authority: DE
Inventors: Michael 8520 Erlangen Maas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-09-20
Filing date: 1972-09-20
Publication date: 1978-10-12
Also published as: DE2246100A1; DE2246100C3; FR2200526B1; SE395772B; GB1450081A; NL7312380A; FR2200526A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Erfassen bzw. Verarbeiten von Meßnutzsignalen, denen Störimpulse überlagert sind, z. B. EKG mit überlagerten Herzschrittmacherimpulsen, mit einer Erkennungseinrichtung für Störimpulse sowie einem von der Erkennungseinrichtung mit dem Erkennen eines Störimpulses betätigten Schalter zum Schließen eines am Signalweg angeschalteten Signalgegenkoppelstromkreises für eine vorgebbare Zeitdauer, z. B. 12 ms.

Die Eliminierung von Störimpulsen aus einem Meßsignal ist erforderlich, weil Störimpulse zu fehlerhaften Meßergebnissen führen können. Insbesondere bei der EKG-Überwachung von Patienten, deren Herzaktionen durch Reizimpulse, z. B. eines Herzschrittmachers, unterstützt werden, besteht Gefahr, daß die dem Meßnutzsignal (EKG) überlagerten Reizimpulse vom EKG-Gerät fälschlicherweise als echte QRS-Komplexe gewertet werden. Geräte zur Überwachung der Herzfrequenz aus dem EKG zeigen dann beispielsweise trotz normaler Herzfrequenz einen höheren Herzfrequenzwert an; bei Geräten zum Erfassen von Extrasystolen im EKG kann das Vorliegen von Extrasystolen vorgetäuscht werden oder es wird im Extremfall das Vorhandensein von Herzaktivität vorgespiegelt, auch wenn z. B. das Herz des Patienten nicht mehr arbeitet.

Durch die DE-OS 20 46 301 ist bereits ein EKG-Gerät vorbekannt, das eine Einrichtung zur Unterdrückung von Störsignalen beinhaltet.

Das bekannte Gerät arbeitet jedoch nur richtig unter der Voraussetzung, daß die zu eliminierenden Störim-Dulse tatsächlich eine kürzere Dauer aufweisen als die vom Gerät vorgegebene Unterdrückungszeitdauer für die Meßsignale. Diese Voraussetzung ist jedoch nicht immer gegeben. So kommt es relativ häufig vor, daß aufgrund von im Meßsignalweg eingeschalteten Koppelkondensatoren, Verstärker-RC-Gliedern od. dgl. an diesem durch an sich relativ kurze Störimpulse (Impulsdauer kürzer als die vorgegebene UnteroVükkungszeitdauer für die Meßsignale) Umladevorgänge auftreten. Solche Umladevorgänge haben im Anschluß

ίο an die Störimpulse Entladeimpulse zur Folge, die sehr viele länger anhalten als die Störimpulse. Diese Entladeimpulse werden wegen ihrer langen Dauer im Gegensatz zu den kurzzeitigen Originalstörimpulsen nicht mit unterdrückt und können daher als neue Störimpulse wiederum das Meßergebnis erheblich verfälschen. Wie die Praxis gezeigt hat, ist dieses Problern besonders relevant bei der Unterdrückung von Herzschrittmacherimpulsen im EKG, weil Herzschrittmacher im allgemeinen zum Zwecke der Gleichanteilabkopplung immer in Reihe zum Patientenwiderstand einen Kondensator aufweisen, der durch den eigentlichen Stimulationsimpuls (Herzschrittmacherimpuls) aufgeladen wird und sich nach Beendigung des Stimulationsimpulses mit einer Zeitkonstanten entlädt, die ein Vielfaches der Stimulationsimpulsdauer beträgt (ca. 70 bis 140 msec gegenüber einer Stimulationsimpulsdauer von ca. 1 bis 2 msec). Untersuchungen dieses zusätzlichen Entladeimpulses im Hinblick auf Amplitude sowie Frequenzinhalt haben gezeigt, daß ein solcher Impuls einem echten QRS-Komplex im EKG sehr ähnlich ist. Insbesondere für EKG-Untersuchungsgeräte mit Auswertegliedern für QRS-Komplexe stellen diese Entladeimpulse somit eine erhebliche Störungsquelle dar.

J5 Dieses Problem wird auch nicht gelöst durch den Gegenstand z. B. der Fig. 4 der DE-OS 20 35 422, von dem eingan&sseitig ausgegangen wird. Die dort aufgezeichnete Schaltung gewährleistet trotz Gegenkoppelkompensation nicht die Unterdrückung von

Überschwingern, weil im allgemeinen die Amplitude des Überschwingers zur Triggerung des Schwellendiskriminators in der Störimpuls-Erkennungseinrichtung und damit zur Durchschaltung des Schalters im Gegenkoppelstromkreis nicht ausreicht. Falls dennoch eine

ί^γ> Triggerung erfolgt, so wird das dem negativen Überschwinger überlagerte Nutzsignal mit kompensiert, was in jedem Falle jedoch unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Geräi der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß Überschwinger von Störimpulsen mit Sicherheit ebenfalls unterdrückt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gegenkoppelstromkreis in an sich bekannter Weise neben dem Schalter einen nachgeschalteten Speicherkondensator zum Speichern des jeweils am Ende der Schließzeit des Schalters anstehenden Meßsignalwertes enthält, und daß dem Speicherkondensator ein Entladeglied zugeordnet ist, welches speziell zum Ent- bzw. Umladen des Speicherkondensators mit einer gegenüber der Schließdauer des Schalters sehr viel größeren Zeitkonstanten ausgebildet ist.

Aufgrund der Umladecharakteristik des /?C-Gliedes wird die jeweils mit dem Wiederöffnen des Schalters erzeugte negative Spitze des Störimpulses, z. B.

Herzschrittmacherimpulses, ebenfalls vollständig unterdrückt. Die Erfindung löst also das Problem in optimaler Weise.
Die Kombination tines Speicherkondensators mit

einem Schalter in einem Gegenkoppelstromkreis ist an sich durch die US-PS 35 80 243 vorbekannt. Es handelt sich jedoch hierbei um eine sogenannte »sample and nold«-Scha!tung zur Unterdrückung von Gleichanteilen im Nutzsignal, wobei also bei Betätigung des Schalters von Hand der Gleichspannungsanteil im Nutzsignal dem Speicherkondensator zugeleitet und dort so lange auf seinem Ursprungswert gehalten wird, bis durch erneutes Betätigen des Schalters eine weitere Abtastung erfolgt. Der Kondensator wird demnach also nach öffnen des Schalters nicht entladen und er enthält damit auch kein Entiadeglied, wie es die Erfindung vorschreibt.

Die Erfindung wird anhand einer Figur, die ein Ausführungsbeispiel im Prinzipschaltbild darstellt, im folgenden näher erläutert.

Im Ausführungsbeispiel sind mit 1 der Meßsignaleingang eines Meßsignalerfassungs- bzw. -verarbeitungsgerätes und mit 2 der weitere Meßsignalweg bezeichnet. Die am Meßsignaleingang 1 anfallenden Meßsignale werden über einen Widerstand 18 auf den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 19 mit Rückkoppelwiderstand 20 gegeben. Von dessen Ausgang gelangen die invertierenden Meßsignale zum Verarbeitungsgerät 10 mit nachgeschaltetem Anzeigegerät 11. Die Ausgangssignale des Verstärkers 19 werden ferner über eine Serienschaltung aus Koppelkapazität 20', Invertierglied 21 (Operationsverstärker), Feldeffekttransistor 22 sowie RC-C\\sd 23 mit Kondensator 24 und veränderbarem Entladewiderstand 25 auf den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 19 rückgekoppelt.

Der Feldeffekttransistor 22 dient als Schließschalter zum Schließen des Rückkoppelkreises 20', 21, 23 für die erwünschte Signalunterdrückungsdauer. Er wird mit dem Auftreten eines Störimpulses über eine Steuerschaltung 12 bis 16 für ca. 12 msec in den leitenden Zustand gesetzt und anschließend wieder gesperrt. Die Steuerschaltung umfaßt eingangsseitig ein Differenzierglied 12, 13 ('WC-Glied), das das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 19 differenziert. Das differenzierte Signal wird über einen Zweiweggleichrichter 14 auf einen Amplitudendiskriminator 15 gegeben, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn Jie Amplitude des differenzierten Signals einen Amplitudenschwellweri von ca. 1 V überschreitet. Das Ausgangssignal des Amplitudendiskriminators 15 stößt eine monostabile Kippstufe 16 an, welche schließlich den Feldeffekttransistor 22 für ca. 12 msec in den leitenden Zustand steuert.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels ergibt sich also wie folgt:
Mit dem Auftreten eines Störimpulres wird der

ίο Feldeffekttransistor 22 für 12 msec in den leitenden Zustand versetzt. Der Rückkoppelkreis 20', 21, 23 wird geschlossen und der Operationsverstärker 19 arbeitet als dynamischer Nullkompensator für das Meßsignal. Während der Unterdrückungszeitdauer ist demnach das Meßsignal am Ausgang des Verstärkers 19 konstant, d. h. der Störimpuls wird eliminiert.

Mit dem Ende der Unterdrückungszeit wird der Transistor 22 wieder gesperrt. Bei Nichtvorhandensein des Kondensators 24 würde nunmehr die Spannung am Ausgang des Verstärkers 19 unmittelbar auf den in diesem Augenblick anstehenden Meßsignalwert im Meßsignalweg 2 springen. Ein solcher Sprung wird jedoch durch den Kondensator 24 verhindert, der den letzten Amplitudenwert des Meßsnuizsignals gespeichert hält, so daß auch die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 19 zu diesem Zeitpunkt den vorherigen Ausgangswert beibehält. Je nach Größe des Entladewiderstandes 25 entlädt sich dieser Kondensator 24 von seinem eingespeicherten Anfangswert nun mehr

ίο oder weniger langsam. Die Entladespannung (exponentiell abklingender Verlauf) wird im Operationsverstärker 19 dem Meßsignal gegensinnig überlagert, wodurch ein Überschwinger des Störimpulses weitgehend kompensiert wird. Der Grad der Kompensation hängt

von dem Grad der Übereinstimmung zwischen Zeitkonstante des abklingenden Überschwingers und Entladezeitkonstante des /?C-Gliedes ab. Durch geeignete Wahl der Entladezeitkonstante des /?C-Gliedes 23 (Änderung des Widerstandswertes am Widerstand 25)

•ίο kann der Überschwinger im Meßsignal praktisch ganz zu Null kompensiert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Erfassen bzw. Verarbeiten von Meßnutzsignalen, denen Störimpulse überlagert sind, z. B. EKG mit überlagerten Herzschrittmacherimpulsen, mit einer Erkennungseinrichtung für Störimpulse sowie einem von der Erkennungseinrichtung mit dem Erkennen eines Störimpulses betätigten Schalter zum Schließen eines am Signalweg angeschalteten Signalgegenkoppelstromkreises für eine vorgebbare Zeitdauer, z. B. 12 msec, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkoppelstromkreis in an sich bekannter Weise neben dem Schalter (22) einen nachgescheiteten Speicherkondensator (24) zum Speichern des jeweils am Ende der Schließzeit des Schalters anstehenden Meßsignalwertes enthält, und daß dem Speicherkondensator (24) ein Entladeglied (23) zugeordnet ist, welches speziell zum Ent- bzw. Umladen des Speicherkondensators (24) mit einer gegenüber der Schließdauer des Schalters (22) sehr viel größeren Zeitkonstanten ausgebildet ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkondensator (24) und sein Entladeglied (25) eine Ent- bzw. Umladezeitkonstante im Bereich von 70 bis 140 msec aufweisen, wobei die Zeitkonstante vorzugsweise den Meßgegebenheiten entsprechend individuell einstellbar ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Ent- bzw. Umladezeitkonstante das Entladeglied (25) in seiner Größe veränderbar ist.