DE2362063A1

DE2362063A1 - Vorrichtung zum erfassen bzw. verarbeiten elektrischer signale

Info

Publication number: DE2362063A1
Application number: DE2362063A
Authority: DE
Inventors: Michael Maas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-12-13
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1975-06-19
Also published as: IT1026915B; DE2362063B2; US3968430A; FR2254790B1; DK141272B; DK646074A; FR2254790A1; DK141272C; DE2362063C3; SE7414514L; SE400171B

Description

Vorrichtung zum Erfassen bzw. Verarbeiten elektrischer Signale

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen bzw. Verarbeiten elektrischer Signale., insbesondere physiologischer Meßsignale, ζ. B-. EKG, mit einer im Meßsignalweg liegenden, auf erwünschte Frequenzanteile der Signale abstimmbaren Filteranordnung.

Elektrische Signale, insbesondere physiologische Meßsignale, weisen häufig bei relativ stark sehwankenden Amplituden unterschiedliche FrequenzInhalte auf. Für die Weiterverwendung interessant sind jedoch oftmals Signalanteile mit bestimmten Amplituden und Frequenzen. Ein solcher Fall ergibt sich,z. B. bei der EKG-Meßtechnik, wo im Normalfall nur die großamplitudige und im wesentlichen mit hohen Frequenzanteilen behaftete-R-Zacke herausgegriffen werden soll, während andere Amplitudenanteile, deren Amplitude u. U. sogar bis in den Bereich der R-Zackenamplitude angehoben sein kann, deren Frequenzinhalte

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jedoch zum Frequenzinhalt der R-Zacke unterschiedlich sind (z. B. T- oder P-Welle), so weit wie möglich gedämpft werden. Zum Heraussieben interessierender Signalanteile unter gleichzeitiger
Bedämpfung nicirtyinteressierender Signalanteile wurden bisher.
Vorrichtungen der eingangs genannten Art mit Frequenzfilteranordnungen eingesetzt, wobei der Frequenzgang der bekannten FiI-teranorjdnungen fest so eingestellt ist, daß Frequenzanteile
interessierender Signala'mplituden in den Durchlaßbereich, Frequenzanteile nicht^interessierender Signalamplituden hingegen in den Dämpfungsbereich der Filter fallen. Bei Vorrichtungen zur

EKG-Verarbeitung liegt beispielsweise der Durchlaßbereich gängiger Falteranordnungen im Bereich oberhalb 8 Hz. Da die R-Zakke des IEKG im Normalfall im wesentlichen Frequenzen über 8 Hz
aufweist., wird demnach die R-Zacke nahezu ungedämpft hindurchgelassen. Andere Amplitudenanteile, wie z. B. die T- oder P-WeI-Ie, deren Frequenzen im Normalfall unter
hingegen auf einen Minimalwert gedämpft.

Ie, deren Frequenzen im Normalfall unterhalb 8 Hz liegen, werden

Die Verwendung von in dieser Weise abgestimmten Filtern gewährleistet eine hinreichende Meßsicherheit, solange die elektrischen Signale in gewissen Bereichen der Normalform entsprechen. Unter Normalform ist hierbei zu verstehen, daß die interessierenden
Signalanteile des elektrischen Signals sowohl in den Amplituden als auch in ihrem Frequenzinhalt im wesentlichen konstant bleiben.

In der Praxis ist es nun tatsächlich so, daß diese" Bedingung
niemals exakt eingehalten werden kann. Insbesondere in der EKG-Meßtechnik kommt es sehr häufig vor, daß die Amplituden der EKG-Signale erheblichen Schwankungen unterworfen sind. Solange die R-Zacke eines derartigen EKG in ihrem Frequenzinhalt weiter einer normalen R-Zacke entspricht, wird diese R-Zacke die Fi'lteranordnung auch weiterhin passieren und als R-Zacke gewertet werden. Es besteht jedoch die Gefahr, daß bei insgesamt extrem ^: hochamplitudigen EKG-Signalen nunmehr auch die T- oder P-Wellen trotz Bedämpfung durch die Filteranordnung noch so hochamplitu-

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■kl ■%.;

dig sind, daß sie mit den R-Zacken der Signale verwechselt werden können. Im umgekehrten Fall können physiologische Signale, insbesondere auch EKG-Signale, jedoch so weit entartet sein/ daß sie nur noch abnorm niedrige Amplituden aufweisen und mit ihren Frequenzinhalten zusätzlich noch durchweg außerhalb des Durchlaßbereiches der Filter anordnung liegen. Insbesondere in-. der EKG-Diagnostik weisen derartige dauernd abnorm niedrige Amplitudenanteile auf einen medizinischen Gefahrenfall hin, der umgehende Maßnahmen zur therapeutischen Hilfe erfordert. Insbesondere in solchen Untersuchungsfällen, wo der Arzt oder das sonstige Bedienungspersonal den Meßvorgang nicht unmittelbar am Patienten beobachtet, sondern dieser Meßvorgang durch die entsprechende Vorrichtung selbsttätig ausgeführt wird, muß auch das Auftreten eines derartigen Gefahrenfalles, durch die Vorrichtung unbedingt selbsttätig erkannt und z. B. durch Auslösung eines entsprechenden Alarms angezeigt werden. Ein derartiger, beispielsweise .das Leben des Patienten gefährdender Gefahrenfall tritt z. B. immer bei flimmerndem EKG auf. Da Flimmerwel- len in den· meisten Fällen eine sehr viel niedrigere Amplitude (höchstens ca. ein Drittel einer normalen R-Zackenamplitude) und gleichzeitig einen niederfrequenteren Frequenzinhalt als übliche QRS-Komplexe aufweisen, konnten diese Flimmerwellen bisher mit den bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art nicht zuverlässig von selbst als echte Flimmerwellen, die ganz spezielle therapeutische Gegenmaßnahmen (Defibrillation) erfordern, diagnostiziert werden, da sie durch die lediglich auf die R-Zakken abgestimmte Filteranordnung entweder von vornherein total unterdrückt oder u. U. bei nur unvollständiger Unterdrückung, z.^; B. aufgrund erheblicher Amplitudenschwankungen bei gleichzeitig : relativ niedrig angesetzter Grundbedämpfung der Filter-' anordnung, sogar vereinzelt als QRS-Komplexe mit mehr oder weniger holperndem Rhythmus g'ewertet wurden.' -:

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist, d.h. die sowohl bei Amplitudenschwankungen zu extrem hohen als auch

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zu abnorm niedrigen Amplituden bei evtl. gleichzeitigen Verschiebungen im Frequenzinhalt dieser Amplituden noch eine eindeutige Selektion der interessierenden Signalamplitudenanteile von nicht interessierenden zuläßt und insbesondere auch im Fall der interessierenden Signalanteile eine Unterscheidung zwischen Normalfall und medizinischem Gefahrenfall· gewährieistet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Filteranordnung steuerbare Mittel'zur Veränderung sowohl der Frequenzbreite als auch der Bedämpfung hindurchgelassener Signalanteile umfaßt, und daß eine Steuervorrichtung vorhanden ist zur Steuerung der Mittel in Abhängigkeit von den Signalamplituden in dem Sinne, daß die Durchlaßfrequenzen der Filteranordnung bei Signalen mit im Normalfall relativ hohen oder demgegenüber noch höheren Signalamplitudenanteilen,unter Erhöhung der Durchlaßbedämpfungjin Richtung auf im wesentlichen für diese hohen Signalamplitudenanteile signifikante Frequenzen und bei Signalen mit abnorm niedrigen Signalamplitudenanteilen,unter Absenkung der Durchlaßbedämpfung,in Richtung auf für diese niedrigen Signalamplitudenanteile signifikante Frequenzen verschoben werden.

Die Vorrichtung nach der Erfindung gewährleistet durch selbsttätige Bedämpfungsausgleichs- und gleichzeitige Frequenzbreiteregelung in Abhängigkeit von den Signalamplituden die Selektion interessierender Signalamplituden sowohl im Bereich relativ hoher als auch im Bereich abnorm niedriger Amplitudenanteile. Insbesondere in der EKG-Verarbeitung ergibt sich somit z. B. die Möglichkeit., auch bei stark schwankenden R-Zackenamplituden diese Amplituden eindeutig von anderen nicht interessierenden Signalanteilen, z. B. P- oder T-Wellen, zu selektieren und aufgrund deren relativ regelmäßigen Anfallens auch klar als echte R-Zakken zu werten. Gleichzeitig ist aber auch die Möglichkeit gegeben, im Fa^e des Vorliegens von Flimmerwellen (Gefahrenfall) die Amplituden dieser Wellen durchgehend zu erfassen und aufgrund des Kriteriums der hohen Anfallhäufigkeit bei gleichzeitiger Anfalldiskontinuität nunmehr eindeutig als Flimmerwellenamplituden zu diagnostizieren .

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines (exemplarisch auf die EKG-Verarbeitung abgestellten) Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der

Vorrichtung nach der .Figur werden die EKG-Signale Van den

Eingang E gelegt. Von dort werden sie über die Eingangskapazi- "⁷ tat 1 sowie über ein erstes Vorverarbeitungsglied 2, das in üblicher Weise einen Vorverstärker aufweist, separat einem zweiten und dritten Vorverarbeitungsglied 3 bzw. 4 zugeleitet. Das zweite Vorverarbeitungsglied 3> umfaßt dabei einen üblichen aktiven Bandpaß mit den Eckfreq'uenzen von z. B. 4 Hz und 2j> Hz. Dieser Bandpaß ist demnach sowohl für QRS-Komplexe als auch für P- undjT-Wellen des EKG sowie für Flimmerwellen durchlässig. Das dritte Vorverarbeitungsglied 4 hingegen enthält z. B. ein Differenzierglied mit nachgeschaltetem Zweiweggleichrichter, Amplitudendiskrimihator sowie monostabiler Kippstufe. Fallen z. B. zusammen mit den EKG-Signalen Pacemakerimpulse an, so erkennt das Vorverarbeitungsglied 4 diese aufgrund deren größeren Anstiegssteilheit bei mit den höchsten zu erwartenden Amplitudenwerten des EKG-Signals (den R-Zacken) vergleichbaren Amplitudenwerten, worauf über die monostabile Kippstufe am Ausgang 5 ein Ausgangs impuls erzeugt wird. Dieser Ausgargsimpuls dient als Durchsteuerimpuls für einen am Eingang des Vorverarbeitungsgliedes 2 angeschalteten Feldeffekttransistor 7, der daraufhin zum Kurzschließen und damit zur Elimination des Pacemakerimpulses aus dem EKG in den leitenden Zustand gesteuert wird. Gleichzeitig mit dem Durchsteuerimpuls für den Transistor.7 wird am Ausgang 6 des Gliedes 4 noch ein Impuls zur Betätigung einer später noch näher zu beschreibenden SchwellenregeIstufe 8 erzeugt .

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Die am Ausgang des Vorverarbeitungsgliedes 3 anfallenden frequenzbeschnittenen EKG-Signale werden nun über ein Hochpaßfilter 9j das eine Längskapazität 10 sowie einen nachgeschalteten., aus einem ohmschen Längswiderstand 11 sowie ohmschen Querwiderstand 12 mit parallel liegendem Feldeffekttransistor IJ> bestehenden Spannungsteiler für die EKG-Signale aufweist, auf den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14 gegeben. Der invertierende Eingang dieses Verstärkers 14 ist dabei über den Widerstand 15 einerseits mit Masse verbunden

und andererseits über den Widerstand 16 mit dem Verstärkerausgang gekoppelt. Die Widerstände sowie die Kapazität des Hochpaßfilters 9 sind insgesamt so dimensioniert, daß bei durchgeschaltetem Transistor I^ die untere Grenzfrequenz des Filters 9 bei maximalem Teilerverhältnis des Spannungsteilers (maximale Durchlaßbedämpfung des Filters) einen Maximalwert von ca. 8 Hz und bei gesperrtem Transistor 15 bei minimalem Teilerverhältnis des Spannungsteilers (minimale Durchlaßbedämpfung des Filters) einen Minimalwert von ca. 4 Hz aufweist.

Die am Ausgang des Operationsverstärkers 14 anfallenden Signale werden einerseits einem aus den Dioden 17 und 18, einem Vorschaltwiderstand 19 sowie einem Verstärker 20 mit den Beschaltungswiderständen 21, 22, 27) gebildeten Doppelweggleichrichter zugeleitet sowie andererseits über einen Spannungsteiler 24, 25 auf einen Kondensator 26 gegeben. Der Verstärker 20 des Doppelweggleichrichters arbeitet bei positiven EKG-Signalen als nichtyinvertierender, bei negativen Signalen hingegen als invertierender Verstärker. Er bewirkt zudem über die an der Spannung + U_n anliegenden Widerstände 22, 27) eine Verschiebung der Nullinie der Verstärkerausgangssignale um einen konstanten Betrag in negativer Richtung. Der Betrag der Nullverschiebung ist dabei so gewählt, daß im Normalfall die R-Zacken der EKG-Signale am Ausgang des Doppelweggleichrichters bei leitendem Transistor Ij5 des Hochpaßfilters 9 noch über der

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positiven Schwelle (ζ. B. + 1 Volt) eines ersten Schwellendiskriminators 27 sowie bei gesperrtem Transistor 13 auch noch über einer demgegenüber höheren Schwelle (z. B. +4 Volt) eines zweiten Schwellendiskriminator« 28 liegen.

Der erste Schwellendlskriminator 27 bestent im wesentlichen aus einer monostabilen Kippstufe, die jeweils beim Überschreiten ihrer Eingangsschwelle durch die EKG-Signale einen Ausgangsimpuls erzeugt. Der zweite Schwellendiskriminator 28 besteht aus einer Diode 29, einem Spannungsteiler. 30, 31 sowie der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 32 einschließlich desan diesem Transistor emitterseitig angeschalteten, an der Spannung + U₀ liegenden Spannungsteilers 33* 34 für die Emittervorspannung. Der Transistor 32 bildet außerdem zusammen mit einem weiteren Transistor 35 mit den Beschaltungswiderständen 36, 37* einen Regelspannungsverstärker. Dieser Regelspannungsverstärker erzeugt im Zusammenwirken mit dem bereits beschriebenen Kondensator 26 eine Steuerspannung (die zur besseren Signallinearisierung mit einem Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers l4 beaufschlagt ist) am Feldeffekttransistor I3 des Hochpaßfilters 9, die den Transistor I3 in Abhängigkeit von den Signalamplituden am Eingang des Schwellendiskriminators28 zu höheren oder zu niedrigeren Widerstandswerten steuert. Die Abhängigkeit der Steuerung vom Eingangssignal des Schwellendiskriminators 28, das dem Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters I7 bis 23 entspricht, ergibt sich dabei-wie folgt:

Liegt das EKG-Signal des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 unter der Schwelle des Schwellendiskriminators 28, so ist der Kondensator 26 über eine Ladevorrichtung - Ü_Q, 39 sowie 40 bis 43 (wobei das Element 39 einen Regelfeldeffekttransistor zur Arbeitspunktregelung des Feldeffekttransistors I3 im Hochpaßfilter 9 und die Elemente 4l bis 43 ohmsche Widerstsnde darstellen)

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auf einen negativen Spannungswert aufgeladen, der als Vorspannungssperrwert den Feldeffekttransistor IJ auf einem hohen Widerstandswert hält. Dieser Widerstandswert ist durch den Vorspannungssperrwert so gewählt, daß Flimme'r.wellen, die das Hochpaßfilter 9 passieren, am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis

23 eine Amplitude aufweisen, die auf jeden Fall noch über

der Schwelle des Schwellendiskriminators 27 liegt. Überschreitet hingegen das Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 die!Schwelle des Schwellendiskriminators 28 (dieser Fall tritt ■mindestens jeweils mit dem Anfallen einer R-Zacke im EKG auf), so wird die Spannung des Spannungsteilers 33* ^A einschließlich der Schleusenspannungen des Transistors 32 sowie der Diode 29 überschritten. Der Transistor 32 wird leitend und steuert entsprechend den Transistor 35 des Regelspannungsverstarers in den leitenden Zustand. Der Kondensator 26 wird daraufhin rasch über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 35 zu positiveren Werten entladen, wodurch ebenso rasch der Feldeffekttransistor 13 im Hochpaßfilter 9 zu niedrigeren Widerstandswerten gesteuert wird. Durch die hierbei erfolgende Erhöhung der Durchlaßbedämpfung des Hochpaßfilters 9 werden nun die EKG-Signale am Ausgang des Doppelweggleichrichters sehr rasch soweit gedämpft, bis die R-Zacke den Schwellwert des Schwellendiskriminators 28 knapp unterläuft. Gleichzeitig mit der stärkeren Bedämpfung erfolgt eine Erhöhung der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 von ca. 4 Hz auf ca. 8 Hz.

Der Regelspannungsverstärker 32, 35 bis 38 steuert damit in Wirkverbindung mit dem Schwellendiskriminator 28 sowie dem Kondensator 26 und über den Feldeffekttransistor I3 im Hochpaßfilter 9 die Frequenzbreite und die Durchlaßbedämpfung des Filters so, daß bei normalem EKG (auch bei stark schwankenden Amplituden) das gesamte EKG auf solche Werte gedämpft wird, daß die

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R-Zacken im wesentlichen auf Werte knapp unterhalb der Schwelle des Schwellendiskriminators 28 nivelliert werden. Durch die gleichzeitige Verschiebung der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 in Richtung auf für die R-Zäeke signifikante Frequenzwerte wird zudem noch der Amplitude nabstand zwischen -: R-Zacke und P- bzw. T-Welle .vergrößert. Am Schwellendiskriminator 27 fallen demnach im wesentlichen nur eindeutig selektierte R-Zackenamplituden an und können damit aufgrund des regelmäßigen Überschreitens der Schwelle des Schwellendiskriminators 2I7 an einem Anzeige- bzw. Registriergerät 44 als echte R-Zacken registriert werden. Fallen hingegen am Ausgang des Doppelweggleichrichters YJ bis 23 Flimmerwellen an, so wird deren Amplitude im Normalfall dauernd unter der Schwelle des Schwellendiskriminators 28 liegen (die Amplituden von Flimmerwellen' betragen im Schnitt ein Drittel der R-Zackenamplitude im normalen EKG). Der Kondensator 2.6 wird demnach aufgrund des ge-

sperrten Transistors 35 auf dem Vorspannungswert des Feldeffekttransistors 13 (Sperrspannungswert)"gehalten." Der hohe Widerstandswert des Feldeffekttransistors I3 bewirkt., daß einerseits der Durchlaßbedämpfungswert des Hochpaßfilters 9 auf seinen Minimalwert abgesenkt und gleichzeitig die untere Grenzfrequenz auch auf für Flimmerwellen signifikante Frequenzwerte (Absenkung der Grenzfrequenz bis auf 4 Hz) erweitert wird. Die Flim-. merwellen können daher praktisch ungedämpft das Hochpaßfilter 9 passieren. Entsprechend liegen damit auch die ungedämpften Amplituden der Flimmerwellen am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 noch oberhalb der Schwelle des Schwellen-« diskriminators 27. Da die Flimmerwellen Jetzt die Schwelle des . Schwellendiskriminators 27 verhältnismäßig häufig überschreiten., der Anfall der Wellen jedoch im,Gegensatz zu normalen QRS-Komplexen im EKG weitgehend diskontinuierlich ist., wird aufgrund des Kriteriums Anfallhäufigkeit bei gleichzeitiger Anfalldis-

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kontinuität- nunmehr das Vorliegen von Plimraerwellen eindeutig, z. B. durch das Registriergerät 45, erkannt und entsprechend daraufhin ein akustischer oder sonstiger Alarm (z. B. am Lautsprecher 46) ausgelöst.

Neben den beiden Schwellendiskriminatoren 27 und 28 ist am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 27) auch noch ein dritter Schwellendiskriminator 47 mit dem Transistor 48, dem Basiswiderstand 49 und der Emitter-Zenerdiode 50 angeschaltet. Dieser Schwellendiskriminator 47 weist eine gegenüber den Schwellen der Diskriminatoren 27 und 28 sehr viel niedrigere, im negativen Bereich (z. B. bei - 5 Volt) liegende Signalschwelle auf. Dem Schwellendiskriminator 47 ist ausgangsseltig über den Widerstand 5I ein Spannungsvervielfacher (Diodenpumpe).mit den Dioden 52 bis 55.» den Kapazitäten 56 bis 59 sowie dem Lastwiderstand 60 nachgeschaltet. Der Ausgang dieses Spannungsvervielfacher wiederum ist über die Zenerdiode 6l sowie die Halbleiterdiode 62 unmittelbar an der Quelle des bereits vorher erwähnten, als Arbeitspunktregeltransistor für den Feldeffekttransistor 13 des Hochpaßfilters 9 dienenden Feldeffekttransistors 39 angekoppelt.

Der Schwellendiskriminator 47 dient zusammen mit dem Spannungsvervielfacher 52 bis 60 als Regelspannungsverstärker zur Austastung von den EKG-Signalen dauernd überlagerten höherfrequenten Störspannungen (z. B. Netzbrumm). Die Störaustastung funktioniert dabei wie folgt:

Tritt im EKG-Signal am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 25-eine derartige Störspannung (·ζ. B. Netzbrumm) auf, so wird die Amplitude dieser Störspannung die Schwelle des Schwellendiskriminators 47 ungleich häufiger überschreiten, als z. B. die R-Zacke des normalen EKG. Dementsprechend wird also inner-

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halb kurzer Zeit der Transistor 48 mehrfach vom leitenden in den sperrenden Zustand bzw. umgekehrt gesteuert. Mit jedem neuen Schaltvorgang des Transistors 48 tritt am Widerstand 51 ein Spannungshub auf, der auf den Spannungsvervielfacher in diesem Sinne wirkt, daß nach einigen Umsehalttakten am Lastwiderstand/ 60 des Spannungsvervielfachers eine relativ hohe Spannung auftritt. Sobald diese Spannung die Zenerspannurig der Zenerdiode 6l sowie die Schleusenspannung der Diode 62 übersteigt., wirkt sie über den Regeltransistor. 59 auf den Feldeffekttransistor IJ in . dem Sinne, daß dieser Transistor I3 soweit auf positivere Vorspannungswerte und damit zu niedrigeren Widerstandswerten gesteuert wird, bis die Amplitude der Störspannung unter die Schwelle des Schwellendiskriminators 47 gesteuert wird. Durch den Schwellendiskriminator .H-¹J. mit nachgeschaltetem Spannungsvervielfacher 52 bis 60 sowie den Arbeitspunkteinstelltransistor 39 für den Feldeffekttransistor IJ im Hochpaßfilter 9 wird somit das gesamte EKG-Signal von vorherein so. klein gehalten (Anfangsbedämpfung)\_ daß eine höherfrequente Störspannung der genannten Art (z. B. Netzbrumm) vom Schwellendiskriminator- 27 nicht als Ereignis,gewertet wird, ..wenn sie kontinuierlich auftritt.

Die eingangs bereits erwähnte Schwellenregelstufe 8 besteht aus einem Transistor 65, einer Diode 64, den Widerständen 65 bis 68 sowie einer Eingangskapazität 69. Tritt aufgrund eines vom Vor-Verarbeitungsglied 4 erkannten Pacemakerimpulses im EKG-Sighal ein (negativer) Spannungsimpuls am Ausgang;6 dieses Gliedes 4 auf, so wird der Kondensator 69 der SchweTlenregelstufe: über die Diode 64 auf einen negativen Wert umgeladen. Nach diesem . Impuls entlad sich der Kondensator 69 über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 63. Der Transistor 6j5 wird hierdurch · für eine gewisse Zeit, vorzugsweise für 25OMillisekunden, in den leitenden Zustand gesteuert. Dies bewirkt, daß für dieselbe Zeitdauer, d. h. für ebenfalls 250 Millisekunden, über die nuil-

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mehr als Spannungsteiler arbeitenden Widerstände 68 und 30 die Ansprechschwelle des Schwellendiskriminators 28 zu höheren Werten., vorzugsweise auf den doppelten Normalwert (von + 4 Volt auf z. B. + 8 Volt) verschoben wird. Diese kurzzeitige Schwellenanhebung jeweils nach Auftreten eines Pacemakerimpulses hat den Vorteil, daß unmittelbar nach den Pacemakerimpulsen auftretende Herzaktionsspannungen mit einer Amplitude, die eigentlich größer ist als die Amplitude bei einer Eigenerregung., kurzzeitig erheblich entdämpft werden. Die Gefahr, daß .eigenerregte Herzaktionen, die einer von Pacemakerimpulsen bewirkten Herzaktion nachfolgen, wegen langanhaltender starker Bedämpfung bei niedriger Schwelle des Schwellendiskriminators 28 (bei .+ 4 Volt) verloren gehen, ist damit nicht mehr gegeben.

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Claims

Patentansprüche

Q Vorrichtung zum Erfassen bzw. Verarbeiten elektrischer Signale, insbesondere physiologischer Meßsignale, z.B. EKG, mit einer im Meßsignalweg liegenden, auf erwünschte Frequenzanteile der Signale abstimmbaren Filteranordnung, da durch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) steuerbare Mittel (11 bis 13) zur Veränderung sowohl der Frequenzbreite als auch der Bedämpfung hindurchgelassener Signalanteile umfaßt und daß eine Steuervorrichtung (26 j 28; 35 bis 38) vorhanden ist zur Steuerung der Mittel (11 bis 13) in Abhängigkeit von den Signalamplituden in dem Sinne,daß die Durchlaßfrequenzen der-Filteranordnung(9) bei Signalen " mit im Normalfall relativ hohen oder demgegenüber noch höheren Signalamplitudenanteilen,unter Erhöhung der Durchlaßbedämpfung, in Richtung auf im wesentlichen für diese hohen Signalamplitudenanteile signifikante Frequenzen und bei Signalen mit abnorm niedrigen Signalamplitudenanteilen, unter Absenkung der Durchlaßbedämpfung, in Richtung auf für diese niedrigen Signalamplitudenanteile signifikante Frequenzen verschoben werden.

. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) und die steuerbaren Mittel (11 bis 13) so ausgebildet sind, daß die Durchlaßfrequenzen der Filteranordnung bei den hohen Signalamplitudenanteilen im wesentlichen auf die für diese hohen Signalamplitudenanteile signifikanten Frequenzen eingeengt und bei den niedrigen Signalamplitudenanteilen um die für diese niedrigen Signalamplitudenanteile signifikanten Frequenzen erweitert werden.

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3° Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Pilteranordnung (9) und die steuerbaren Mittel (11 bis 13) so ausgebildet sind, daß die Durchlaßbedämpfung der Pilteranordnung bei den hohen Signalamplitudenanteilen auf einen Maximalwert und bei den niedrigen Signalamplitudenanteilen auf einen Minimalwert gesteuert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Maximalwert und Minimalwert der Durchlaßbedämpfung so auf-! einander abgestimmt sind., daß der Amplitudenwert der mit dem ~ Maximalwert bedampften hohen Signalanteile im wesentlichen dem

Amplitudenwert der mit dem Minimalwert bedampften niedrigen Signalanteile entspricht.

5- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4., dadurch

gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung einen Schwellendis-

kriminator (28) für die elektrischen Signale sowie einen Steuerspannungserzeuger (26j 35 bis 38) umfaßt, wobei der Steuerspannungserzeuger bei Signalamplituden über der Schwelle des Sehwellendiskriminators ein Steuersignal erzeugt zur Steuerung der Mittel (11 bis I3) der Pilteranordung (9) in dem Sinne., daß die hohen Signalanteile unter Verschiebung der Durchlaßfrequenzen der Pilteranordnung auf für diese hohen Anteile signifikante Frequenzen unter den Sehwellx^ert des Sehwellendiskriminators gedämpft werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß bei dauernd unter der Schwelle des Sehwellendiskriminators (28) liegenden Signalamplituden das Steuersignal der Steuervorrichtung verschwindet und mit dem Verschwinden des Steuersignals die Pilteranordnung (9) über die Mittel (11 bis I3) in Richtung auf für diese Signalamplituden signifikante Durchlaßfrequenzen sowie niedrigere Durchlaßbedämpfungsgrade gesteuert wird.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Minimalwert der Durchlaßbedämpfung der Filteranordnung (9) so gewählt ist, daß die.niedrigen Signalanteile nach Durchlauf durch die Filteranordnung mit ihrer Amplitude im wesentlichen nur wenig unterhalb der Schwelle des Schwellendiskriminators (28) liegen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) ein Hochpaßfilter. ist, ν
sowie
einem
weist.

elches als Mittel zur Veränderung der Durchlaßbedämpfung des Frequenzganges einen Spannungsteiler (ll bis I3) mit spannungsgesteuerten veränderbaren Widerstand (I5).-auf—

Vorrichtung nach Anspruch 8", dadurch gekennzeichnet, daß dejr spannungsgesteuerte veränderbare Widerstand (lj) so im Spannungsteiler eingebaut 1st, daß eine Absenkung dessen Widerstands:wertes eine Vergrößerung des Teilerverhältnisses am Spannungsteiler bei gleichzeitiger Erhöhung der unteren G-raizCre-. quenz des Hochpaßfilters (9) und entsprechend eine Vergrößerung des Widerstandswertes eine Verringerung des Teilerverhältnisses am Spannungsteiler bei gleichzeitiger Absenkung der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters bewirkt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (9) aus einem kapazitiven Längsglied (lO) mit nachgeschaltetem ohmschen Längs- und Querwiderstand (11, 12) als Spannungsteiler besteht, wobei dem ohmschen Querwiderstand (12) zusätzlich ein Feldeffekttransistor (ij) als spannungsgesteuerter veränderbarer Widerstand parallel geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet,, daß als Steuervorrichtung zur Steuerung des Feldeffekttransistors (13) ein an der Steuerelektrode des Transistors angeschalteter Kondensator (26) mit einer Entlade--.

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vorrichtung (35 bis 358) vorgesehen ist, welcher Kondensator bei Signalen unterhalb der Schwelle des Schwellendiskriminators (28) auf einen den Transistor auf einem hohen Widerstandswert haltenden Vorspannungswert, z. B. auf die Transistor-Sperrspannung, aufgeladen ist und bei Signalen oberhalb der Schwelle durch die Entladevorrichtung zu zunehmenden Durchsteuerspannungswerten für den Transistor entladen wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladevorrichtung aus einem Regelspannungsverstärker mit wenigstens einem Transistor (35) besteht, welcher Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird, wenn das elektrische Signal die Schwelle des Schwellendiskriminators (28) überschreitet und der den Kondensator (26) so weit "über seine Kollektor-Emitterstrecke entlädt, bis das Signal wieder unter die Schwelle absinkt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung des Kondensators (26) mit einer gegenüber der Aufladung sehr viel kleineren Zeitkonstanten erfolgt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelspannungsverstärker einen Eingangstransistor (32) aufweist, der einerseits zusammen mit einem emitterseitigen Spannungsteiler (33j 35²O für die Emittervorspannung sowie einem basisseitigen Spannungsteiler (30, 31) mit einer Sperrdiode (29) für das elektrische Signal den Signalschwellendiskriminator (28) und andererseits einen Schalttransistor zur Durchschaltung des Entladetransistors (35) für den Kondensator (26) bei einer Signalschwellwertüberschreitung bildet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensator (26) sowie Feldeffekttransistor (13) im Hochpaßfilter (9) über einen Arbeitspunktregeltransi- -

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stor (39), vorzugsweise ebenfalls Peldeffektransistor, zur Variation der Kondensator-Vorspannungswerte für den hohen Transistorwiderstand an einem Vorspannungserzeuger angeschaltet s ind. ' ^:

|6. Vorrichtung nach Anspruch 15> dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitspunktregeltransistor (39) ein vom elektrischen »Signal beaufschlagter Frequenz-Spannungswandler (52 bis 6ö) vorgeschaltet ist, der die.Anfallhäufigkeit von signifikanten Amplitjudenwerten im elektrischen Signal erfaßt und eine der Anf al !-häufigkeit entsprechende Ausgangsspannung erzeugt/ und daß der Regeltransistor (39) in Abhängigkeit von dieser Ausgangsspannung den Feldeffekttransistor (13) im Hochpafifliter(9) so lange in Richtung niedrigerer Widerstandswerte steuert, bis die Änfallhäufigkeit der signifikanten Amplitudenwerte am Frequenz-Spannungswandler einen bestimmten Minimalwert unterschreitet, j - ·

17". Vorrichtung nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Anfaliens- der signifikanten Signalwerte dem Frequenz-Spannungswandler (56 bis 60) ein Schwellendiskriminator (47) vorgeschaltet ist, dessen Schwelle auf die signifikanten Signalwerte eingestellt ist.

18. Vorrichtung nach Amspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle des Schwellendiskriminators (47) auf einen . solchen signifikanten Wert eingestellt ist, der im Bereich.der zu erwartenden höchsten Amplitude einer gegebenenfalls dem eigentlichen elektrischen Signal überlagerten, kontinuierlich anfallenden Störspannung, z. B. Netzbrumm, liegt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder l8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellendiskriminator (47) einen Transi- ■ stor (48) als Schwellenschalter aufweist, der jeweils in der. -

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leitenden Zustand gesteuert wird, wenn die Transistoreingangsspannung die Schleusenspannung des Transistors einschließlich der Zenerspannung einer im Emitterkreis des Transistors liegenden Zenerdiode (50) überschreitet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (48) über einen Kollektorwiderstand (51) ein aus Serienkapazitäten (57 bis 59) sowie Paralleldioden(52 bis 55) bestehender Spannungsvervielfacher (Diodenpumpe) als Frequenz-Spannungswandler nachgeschaltet ist, der an einem Ausgangswiderstand (60) eine mit dem Schalttakt des Schwellentransistors (48) ansteigende Spannung erzeugt.

21. Yorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Spannungsvervielfachers (52 bis 60) über eine Diodenschaltung (61, 62), vorzugsweise Zenerdiode mit gegenpoliger normaler Halbleiterdiode, an der Quelle des Regeltransistors (39) angeschaltet ist, und daß der Regeltransistor den Feldeffekttransistor (13) des Hochpaßfilters(9) zu höheren Widerstandswerten steuert so lange, wie das Ausgangssignal des Spannungsvervielfachers die Schleusenspannung der Diodenschaltung überschreitet.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 21, insbesondere zum Erfassen und Verarbeiten von EKG-Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßsignalweg vor dem Hochpaßfilter (9) ein Meßglied (4) eingeschaltet ist, daß das Vorliegen von Signalanteilen mit gegenüber dem Normalfall sehr stark überhöhten Amplituden erfaßt und daraufhin über einen Schwellenregler (8) die Schwelle des der Steuervorrichtung für die Steuerung des Feldeffekttransistors (13) im Hochpaßfilter zugeordneten Schwellendiskriminators (28) für eine vorgebbare Zeitdauer auf einen gegenüber dem Normalwert höheren Wert anhebt.

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•23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Erkennungs- und Austasteinrichtung (4, 7) zum Erkennen und gleichzeitigen Austasten von den EKG-Signalen gegebenenfalls überlagerten Pacemakerimpulsen, diese Erkennungs- und Austasteinrichtung beim jeweiligen Anfallen eines Pacemakerimpulses einen Ausgangsimpuls für den Schwellenregler (8) erzeugt, der daraufhin, die Schwelle des Schwel·-., lendiskriminators (28) für ca, 250.-Millisekunden vorzugsweise auf den doppelten Normalwert anhebt.

24. "Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenregler (8) einen Transistor (63) mit einem Umladekondensator (69) umfaßt, welcher Umladekondensator durch das Ausgangssignal der Pacemakerimpulserkennung- und Äustasteinrichtung (4, 7) über eine Halbleiterdiode (64) auf einen bestimmten Wert geladen wird und bei der anschließenden Entladung den Transistor (63) in den leitenden Zustand steuert, wobei durch einen hierdurch aktivierten Spannungsteiler (30, 68) die Schwelle des Schwellendiskriminators (28) entsprechend erhöht wird. .

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