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Elektrokardiograph Die vorliegende Erfindung betrifft elektrokardiographische
Ausrüstung.
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Bei der Anwendung elektrokardiographischer Ausrüstung wird der Patient
mittels Elektroden an den Elektrokardiographen angeschlossen, die auf der Haut des
Patienten angebracht sind und Leitungsdrähte führen zu der Ausrüstung. Diese Elemente
empfangen die elektrischen Spannungen, die durch
die Funktion des
Herzens erzeugt werden und liefern sie an den Elektrokardiographen. Der Elektrokardiograph
ist an einen herkömmlichen Netzanschluß angeschlossen, welcher den verschiedenen
Verstärkern, motoren etc. in der Ausrüstung Energie zuführt.
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Die Gefahren des elektrischen Schlages, die mit der Verwendung der
elektrokardiographischen Ausrüstung verbunden sind, haben in jüngster Zeit Anlaß
zur Sorge gegeben. Das Aussetzen an unerwünschte oder gefährliche elektrische Bedingungen
können entstehen, wenn ein an den Elektrokardiographen angeschlossener Patient ein
anderes Gerät berührt, wie beispielsweise ein elektrisch betätigtes Bett, Fernsehgerät,
Rasiergerät oder dgl., die an demselben Netzanschluß angeschlossen sind wie der
Elektrokardiograph. Sollte der Elektrokardiograph oder das andere Gerät einen elektrischen
Fehler enthalten, kann der Patient elektrischen Schlägen direkt von dem Netzanschluß
ausgesetzt werden. In anderen Fällen kann der Patient gefährlichen elektrischen
Zuständen ausgesetzt werden, die zwischen zwei oder mehreren Leitungen des Elektrokardiographen
infolge des Versagens eines Bauelementes oder falscher Anwendung der Ausrüstung
herrschen, Empfohlene Normen auferlegen strenge Bedingungen gegen die Erzeugung
von gefährlichen elektrischen Zuständen durch die Verwendung von elektrokardiographischer
Ausrüstung.
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Typischerweise bestimmen diese Normen, daß Patienten keinen größeren
elektrischen Strömen ausgesetzt werden sollten als 10 mikroampere.
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Die oben erwähnten Gefahren des elektrischen Schlages können durch
eine oder mehrere der folgenden Techniken vermindert werden; die Verwendung einer
Netzleitung mit drei Anschlüssen und entsprechende Erdung der Ausrüstung, stromempfindliche
Sicherungen oder äquivalente Schaltungsanordnung und batteriebetriebene Ausrüstung.
Der durch die obige Anordnung vorgesehene Schutz ist jedoch nicht ausreichend und
kann infolge mechanischer, elektrischer oder menschlicher UnzulänglichkeitEn versagen.
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Andere Techniken zum Vermindern der Gefahren des elektrischen Schlages
haben Trennung in der Ausrüstung vorgesehen, um den Patienten elektrisch von der
Ausrüstung zu trennen. Zum Beispiel kann eine solche Trennung durch Transformatoren
erreicht werden. Jedoch die zur Trennung in den Transformatoren notwendige lose
Kopplung gibt Anlaß zu elektrischen WirkungslosigkeitenO Die spezielle Wiilung und
Konstruktion solcher Transformatoren ist teuer.
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mit dem Aufkommen elektro-optischer Vorrichtungen, wie beispielsweise
lichtaussendende Dioden, ist die Verwendung von optischer Kopplung, um Schutz gegen
elektrischen Schlag in
elektrokardiographischer Ausrüstung vorzusehen,
entstanden.
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Bei solchen Vorrichtungen werden elektrische Signale von dem Patienten
einer lichtaussendenden Diode zugeführt, welche optisch mit einem Photoelement vereinigt
ist, welches das elektrische Signal wieder herstellt. Die so vorgesehene optische
Kopplung unterbricht die elektrischen Signalpfade und folglich die Pfade des elektrischen
Schlages auf den Patienten.
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Bei dem bekannten, elektrische Trennung enthaltenden Schaltkreis werden
die durch den Patienten erzeugten elektrischen Signale verstärkt und verwendet,
um einen Träger in der Frequenz zu modulieren, zum Durchgang durch die optische
Kopplung. In dem typischen Fall, in welchem elektrokardiographische mehrkanal-Daten
von dem Patienten erhalten werden, wird ein Träger derselben Frequenz für alle Kanäle
verwendet.
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Die modulierten Signale werden dem elektro-optischen Trennschaltkreis
zugeführt, welcher den Patienten von den übrigen Teilen des Elektrokardiographen
trennt. Danach werden die elektrokardiographischen Signale durch einen Demodulator
demoduliert, um ein Aufzeichnungsgerät zu betreiben, wie beispielsweise ein Papierschreiber,
welcher das Elektrokardiogramm zur Analyse vorsieht.
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In dem Fall, daß die Signale telefonisch zur Computeranalyse oder
für andere Zwecke übertragen werden sollen, werden die
demodulierten
elektrokardiographischen Signale verwendet, um die Telefonübertragungsträger erneut
zu modulieren, von welchen jeder eine verschiedene Frequenz aufweist.
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Um das Obige zufriedenstellend zu erreichen, muß das demodulierte
elektrokardiographische Signal vollständig von dem ursprünglichen Träger befreit
werden. Wenn dies nicht getan wird, erzeugen die elektrische Wechselwirkung des
ursprünglichen Trägers und der Telefonübertragungsträger ein Phänomen, das als Überdecken"
bekannt ist, welches auf dem elektrokardiographischen Datensignal ein Störgeräusch
anlegt. Um dieses Problem zu vermeiden, wird ein Träger hoher Frequenz bezüglich
der Telefonübertragungsträger verwendet, um die elektrokardiographischen Daten durch
den elektro-optischen Trennschaltkreis hindurchzuführen. Zum Beispiel weist der
ursprüngliche Träger eine Frequenz auf, die bis zu 100-mal größer ist als die der
Telefonübertragungsträger. Hochfrequenzträger zeigen jedoch Steuer- und Abschirmprobleme,
die spezielle teuere Schaltkreisausbildung und -konstruktion notwendig machen. Ohne
diese Probleme zu überwinden, kann der Patient dem Hochfrequenzträger ausgesetzt
werden, und zur Zeit ist der Effekt dieser Hochfrequenzsignale auf den Menschen
nicht vollständig bekannt.
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Überdecken kann durch angemessenes Filtern an dem Ausgang des Demodulators
vermieden werden, um den Träger vollständig
von dem elektrokardiographischen
Datensignal zu entfernen.
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Aber es ist schwierig, die vollständige Zurückweisung des Trägers
zu erlangen, während gleichzeitig angemessene Bandbreite für die elektrokardiographischen
Daten erreicht wird.
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Das notwendige Filtern zum Vermeiden des Überdeckens senkt die Übergangsfunktion
und den Frequenzgang des Elektrokardiographen, was dadurch die elektrokardiographischen
Daten verzerrt. Durch das Filtern induzierte Betonung der Hochfrequenz muß vermieden
werden, da dies die Rechteckwellenimpulse verzerrt, die verwendet werden, um den
Elektrokardiographen zu eichen, was die Eichung schwierig macht oder falsche Anzeigen
von Eichungsfehlern verursacht.
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Die Demodulatoren hoher Qualität und die erforderlichen zugehörigen
Filter erhohen die Kosten und die Kompliziertheit des Elektrokardiographen, wie
es die Schaltkreise der erneuten modulierung tun, die für die Telefonübertragung
notwendig sind.
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Die vorliegende Erfindung geht von dem Satz aus, daß das Optimieren
optisch getrennter elektrokardiographischer Schaltkreise in Richtung der Datenübertragungsfähigkeiten
bisher nicht realisierte Möglichkeiten zur Vereinfachung und Vermindern der Kosten
solcher Schaltkreise enthält, während gleichzeitig deren Leistung verbessert wird.
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Als Teil dieser Optimierung werden in dem Elektrokardiographen der
vorliegenden Erfindung die Eingänge zu dem Elektrokardiographen unmittelbar verwendet,
um die Träger zu modulieren, die zur Telefonübertragung notwendig sind.
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Die modulierten Träger werden über optische Trennanordnungen direkt
den Telefonleitungen zugeführt Der notwendige Demodulator, um das Schreibgerät des
Elektrokardiogrammes zu betreiben, ist direkt an den Ausgang der optischen Trennanordnung
gekoppelt, aber liegt nicht in den Signalpfaden der Telefonübertragung, Somit benötigt
der Elektrokardiograph der vorliegenden Erfindung nicht den erneuten Modulierungsschaltkreis
der bekannten Ausrüstung, um sowohl Telefonübertragung als auch ein Elektrokardiogramm
vorzusehen, um dadurch Probleme wie beispielsweise das Überdecken zu riden. Da ferner
der Demodulator in dem Schaltkreis der voiliegenden Erfindung nur dazu verwendet
wird, das elektromechanische Schreibgerät zu betreiben, können die Trägheit und
die anderen Eigenschaften dieses Gerätes als ein elektromechanisches Filter wirken,
welches den Demodulator darin unterstützt, den Träger von dem zu schreibenden Datensignal
zu entfernen. Dies vermindert die Kosten des Demodulators.
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Die vorliegende Erfindung wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform
im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung des elektrokardiographischen
Schaltkreises der vorliegenden Erfindung, In Fig. 1 ist ein Elektrokardiograph 10
der vorliegenden Erfindung für Datenübertragung dargestellt, der eine optische Kopplungsanordnung
für elektrische Trennung enthält. Der Schaltkreis wird verwendet, um elektrokardiographische
Daten von einem Patienten 12 zu erhalten, Der Patient 12 ist an den Elektrokardiographen
10 durch Elektroden (nicht dargestellt) angeschlossen, die an Leitungen 14 angebracht
sind.
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Die Anzahl der verwendeten Elektroden und Leitungen variiert abhängig
von der Art der gewünschten physiologischen Daten.
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Eine ausreichende Anzahl von Elektroden und Leitungen wird üblicherweise
verwendet, um drei gleichzeitige elektrokardiographische Signale zu erhalten, die
die elektrischen Potentiale anzeigen, welche durch das Herz des Patienten an verschiedenen
Teilen des Körpers erzeugt werden. Eine entsprechende Anzahl von üblicherweise als
Kanäle bezeichneten Signalpfaden sind in dem Elektrokardiograph vorgesehen.
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Leitungen 14 sind an Eingangsanschlüsse 16a, 16b und 16c des ElektrokardiographenlO
angeschlossen.
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Die an die Anschlüsse 16a, 16b und 16c angelegten elektrokardiographischen
Signale werden an eine Eingangsanordnung
weitergeleitet, die Eingangsverstärker
18a, 18b und 18c enthält. Diese Verstärker sind von der Art, die in dem US-Patent
3,580,243 beschrieben ist. Ein solcher Verstärker dient auch dazu, jegliche Gleichstrom-Geräuschpegel
zu entfernen, die in dem elektrokardiographischen Signal erscheinen.
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Die Ausgangssignale der Verstärker 18a, 18b und 18c werden modulierenden
Schaltkreisen 20a, 20b und 20c zugeführt, welche die Modulation in jedem der drei
elektrokardiographischen Signalkanälen vorsehen, die notwendig sind, um optische
Trennung zu verwenden. Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die bevorzugte Praxis
darin, eine Anzahl von Trägern vorzusehen, von welchen jeder eine der charakteristischen
oder unterscheidenden Eigenschaften aufweist, die notwendig sind, um die drei elektrokardiographischen
Signale über eine einzige Telefonleitung zu übertragen. Obwohl viele rnodulationstechniken
verwendet werden können, wie beispielsweise Amplitudenmodulation, Pulsbreitenmodulation
etco, wird Frequenzmodulation am üblichsten verwendet Die differenzierende Eigenschaft
ist somit eine der Frequenz,und die Träger weisen Frequenzen auf, die für telefonische
Übertragung ausgewählt sind, typischerweise 1075 Hz, 1935 Hz und 2365 Hz.
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Der Modulator 20a moduliert einen Träger, der eine Frequenz von 1075
Hz aufweist, mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 1Ba. Der Modulator 20b moduliert
einen Träger mit einer Freqenz von 1935 Hz mit dem Ausgangssignal des Verstärkers
18b.
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Der modulator 20c moduliert einen Träger, der eine Frequenz von 2365
Hz aufweist mit dem Ausgangssignal des Verstärkers 18c. Die Modulationsschaltkreise
20a,20b und 20c enthalten spannungsgesteuerte Oszillatoren. Eine typischer spannungsgesteuerter
Oszillator, der für diesen Zweck geeignet ist, ist in Fig. 3.4 auf Seite 61 von
~Aerospace Telemetry" dargestellt, veröffentlicht durch Prentice-Hall, Englewood
Cliffs, New Jersey, 1961o Die Ausgangssignale der Modulatoren 20a, 20b und 20c werden
den optischen Trennschaltkreisen 22a, 22b und 22c zugeführt.
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Jeder solche Trennschaltkreis enthält eine lichtaussendende Diode
24, welche das Ausgangssignal eines der modulatoren erhält. Solche Dioden sind nicht
lineare Schaltvorrichtungen und brauchen folglich die Frequenzmodulation. Die durch
die lichtaussendenden Dioden erzeugte Strahlung, typischerweise Infrarotstrahlung,
fällt auf photoelektrische Anordnungen, wie beispielsweise eine Photozelle oder
einen Phototransistor 26, welcher die Strahlung von den lichtaussendenden Dioden
24 in elektrische Signale zurückverwandelt. Ein geeigneter optischer Trennschaltkreis
wird durch monsanto Company, St. Louis, Missouri unter der Bezeichnung MCT 2 verkauft.
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Das Fehlen der elektrischen Verbindungen zwischen den lichtaussendenden
Dioden und den Photozellen der optischen Trennschaltkreise 22a, 22b und 22c sieht
die gewünschte elektrische Trennung des Patienten 12 von den übrigen Teilen des
elektrokardiographischen
Schaltkreises 10 vor.
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Die Signale von den optischen Trannschaltkreisen 22a, 22b und 22c
werden an wellenformende oder Filterschaltkreise 28a, 28b und 28c weitergeleitet,
welche sicherstellen, daß die Signale in den drei Datenkanälen für die Telefonübertragung
geeignet sind. Der Ausgang einer Ausgangsanordnung, die einen Summierverstärker
30 enthält, welcher an Filter 28a, 28b und 28c gekoppelt ist, wird einem Ausgangsanschluß
32 und einer Telefonleitung 34 zugeführt. Der direkte Signalweg der elektrokardiographischen
Daten von dem Patienten 12 über die optischen Trennschaltkreise 22 zur Telefonleitung
34 ist ein Ergebnis der Optimierung des Schaltkreises in Richtung der Datenübertragung.
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Um eine graphische Aufzeichnung vorzusehen, werden die Ausgangssignale
der optischen Trennschaltkreise 22a, 22b und 22c an Demodulatoren 36a, 36b und 36c
weitergeleitet, welche die drei die elektrokardiographischen Signale enthaltenden
Trägersignale entfernen. Geeignete Demodulationstechniken sind auf Seite 262, 263
von Aerospace Telemetry" beschrieben. Die Ausgänge der Demodulatoren 36a, 36b und
36c werden einem Schreibgerät 38 zugeführt, um die graphische Darstellung der elektrokardiographischen
Signale durch einen Schreibstift 40 vorzusehen, wie beispielsweise erhitzte Nadeln,
Tintenschreiber oder dgl.
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Es wird bemerkt, daß in dem in Fig. 1 offenbarten Schaltkreis elektrokardiographische
Daten, die sowohl für die Telefonübertragung als auch ein Elektrokardiogramm geeignet
sind, ohne jegliche erneute modulation der Signale vorgesehen sind. Dies vermeidet
das Problem des Überdeckens und des Hochqualitäts-Filterns oder andere Arbeitsgänge,
die notwendig sind, um es zu verhindern. Die Ausschaltung dieses Schaltkreises und
der Elemente der erneuten Modulation vermindert die Kosten des Elektrokardiographen
beträchtlich, während das Ausschalten des Überdeckens seine Leistung verbessert.
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Ferner arbeiten die Trägheit und andere ähnliche Eigenschaften des
Schreibgerätes 38 als ein elektromechanisches Filter beim Entfernen des Hochfrequenzträgers.
Der Betrieb der Demodulatoren 36a, 36b und 36c braucht bezüglich der Linearität,
Ansprechbarkeit und Genauigkeit nicht besser zu sein als die entsprechenden Qualitäten
der mechanischen oder elektromechanischen Struktur des Schreibgerätes 38. Die Betriebserfordernisse
der Demodulatoren 36a, 36b und 36c des elektrokardiographischen Schaltkreises 10
der vorliegenden Erfindung sind somit beträchtlich vermindert gegenüber jenen der
früher bekannten Elektrokardiographen, mit einer weiteren Senkung der Kosten desselben.
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Verschiedene Arten der Ausführung der Erfindung werden als
im
Bereich der folgenden Ansprüche liegend angesehen, die insbesondere den als die
Erfindung anzusehenden Gegenstand ausführlich darlegen und deutlich beanspruchen
Patentansprüche