DE2436696A1 - Einrichtung zum synchronisieren eines biologischen geraetes - Google Patents

Einrichtung zum synchronisieren eines biologischen geraetes

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DE2436696A1
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cardiac
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DE2436696A
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Paul Epstein
Joseph Mark Van Horn
Patrick Gregory Phillipps
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BRATTLE INSTR CORP
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BRATTLE INSTR CORP
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    • A61B6/54—Control of apparatus or devices for radiation diagnosis
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Description

9369-74 Dr.V.Β/Ε
US-Ser.No. 383,707
Filed July 30, 19 7?
BRATTLE INSTRUMENT CORPORATION
767-C Concord Avenue, Cambridge, Massachusetts, (V.St.A.)
Einrichtung zum Synchronisieren eines biologischen
Gerätes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Synchronisieren eines biologischen oder ärztlichen Bilderzeugungs-, Meß- oder Therapiegerätes (was im weitesten Sinne zu verstehen ist und z.B. auch ein Röntgengerät oder eine Kernstrahlungskamera umfassen soll), mit vorgegebenen physiologischen Zuständen einer Person. Die Einrichtung enthält eine Eingangsschaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signales entsprechend dem Atmungszyklus und gegebenenfalls dem Herzzyklus der Person.
Aus der Arbeit von Geddes u.a. "The Impedance Pneumograph", Aerospace Medicine, January 1962, Seiten 28-33 ist es bekannt, den Zustand der Atmungsorgane durch Messung der während des Atmungszyklus auftretenden elektrischen Impedanzänderungen zu überwachen. Aus der US-PS 3 524 058 ist es bekannt, ein Röntgengerät mit dem Atmungszustand zu synchroni-
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sieren, z.B. wenn die Lungen vollständig gefüllt sind. In der US-PS 3 626 932 sind die Synchronisation eines Röntgengerätes mit dem Herzzyklus und außerdem eine pulmonare Synchronisationseinheit beschrieben. Aus der US-PS 2 190 382 ist es bekannt, Röntgenaufnahmen zeitlich in Abhängigkeit von einem bestimmten Prozentsatz des Herzschlagintervalles zu steuern.
Eine genaue Zeitbestimmung oder Synchronisation ist aus vielen Gründen wichtig, u.a. um Bilder oder Messungen zu erhalten, die nicht durch die Bewegung des Herzes oder der Lungen unscharf oder ungenau sind und um möglichst genaue sowie reproduzierbare und vergleichbare Bilder und Messungen für verschiedene physiologische Zustände zu erhalten.
Durch die Erfindung soll eine sehr genaue Überwachung des Atmungs- und Herzzyklus sowie eine sehr genaue und automatische Synchronisation mit einem vorgegebenen physiologischen Zustand mit einer Einrichtung ermöglicht werden, die zuverlässig ist, auch durch einen ungeübten Techniker leicht bedient werden kann und nicht übermäßig teuer und kompliziert ist, ermöglicht werden. Eine exakte Synchronisation mit dem Atmungszyklus soll auch dann gewährleistet sein, wenn die Impedanzänderungen im Laufe der Zeit und von Patien zu Patient weit größer sind als die Impedanzänderungen während eines Atmungszyklus und die Synchronisation mit dem Herzzustand soll auch im Bereich normaler Pulsfrequenzschwankungen gewährleistet sein.
Diese Aufgabe wird gemäß einem Aspekt der Erfindung durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß mit der Eingangsschaltung eine SignalVerarbeitungsschaltung gekoppelt ist,
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welche eine Folge von Fenster- oder Torsignalen entsprechend vorgegebenen Teilen aufeinanderfolgender Atmungszyklen liefert und jedes Torsignal in einem vorgegebenen Zyklus aufgrund der Ergebnisse der Verarbeitung des elektrischen Signales und der dem vorgegebenen Zyklus vorangegangenen Atmung erzeugt. Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung sind vorgesehen: Eine Eingangsschaltung zum Erzeugen elektrischer Signale entsprechend dem Herzzyklus der Person und eine Herzsynchronisationsschaltung zum Erzeugen einer Folge von Synchronisier- oder Taktsignalen entsprechend ausgewählten Punkten in aufeinanderfolgenden Herzzyklen; die Synchronisationsschaltung enthält eine Intervallschaltung zum Erzeugen einer Folge von Intervallwerten entsprechend den Längen der aufeinanderfolgenden Herzzyklen, und eine Zeitsignalschaltung zum Erzeugen jedes Zeitsignales zu einem Zeitpunkt, der von einem konstanten Wert zuzüglich eines Bruchteiles des Intervalles für den unmittelbar vorangegangenen Herzzyklus abhängt. Gemäß wieder einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine digitale Offset- oder Zersetzungskorrekturschaltung vorgesehen, die automatisch bewirkt, daß die die Atmungszyklen darstellenden elektrischen Signale innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen. Diese Schaltung enthält eine Grenzwer^feststellungsschaltung zum Erzeugen eines Signals, wenn das Atmungssignal außerhalb des Bereiches liegt, eine digitale Vorrichtung zum Erzeugen von Impulsen beim Vorhandensein eines Signals von der Feststellungsschaltung, einen Zähler zum Zählen der Impulse und einen Versetzungsgenerator zum Erzeugen einer Versetzungsspannung entsprechend dem Zählwert des Zählers.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat der überwiegende Teil der Atmungsfenster oder Atmungstorimpulse eine ausreichende Dauer um mehrere Herztakt- oder Synchronisationssignale zu überdecken; die Atmungssynchroni-
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sationsschaltung enthält eine Vorrichtung zum Erzeugen von Werten entsprechend der maximalen und minimalen Expiration innerhalb eines Atmungszyklus, und eine Atmungszustands-Feststellungsschaltung zum Erzeugen der Fenster oder Torimpulse in Abhängigkeit von diesen beiden Werten; ein Registriergerät liefert eine synchrone Darstellung des Herzzyklus, des Atmungszustandes und der zeitlichen Lage der Steuerausgangssignale; die Eingangsschaltung erzeugt digitale Impulse entsprechend dem Auftreten von QRS-Komplexen und die Herzsynchronisationsschaltung erzeugt Herzsynchronisations- oder Herztaktsignale jeweils zu einer Zeit nach dem QRS-Komplex gleich einem konstanten Viert zuzüglich eines Bruchteils des Wertes des Intervalles für den unmittelbar vorangegangenen Herzzyklus. Der konstante Wert ist eine Zeitkonstante, die von der Widerstandsdauer des Herzmuskels abzüglich der Hälfte der Breite des Herztaktimpulses abhängt. Die Taktsignalschaltung enthält eine Anordnung, um in den aufeinanderfolgenden Herzzyklus den Bruchteil des Intervallwertes zu ändern, auf dem das jeweilige Zeitsignal basiert und es ist eine Arrhythmie-Wahrnehmungsschaltung vorgesehen, um Herzarrhythmien durch Vergleich mit Herzzyklen, die auf der Basis der Herztaktsignale erwartet werden, festzustellen. Die Versetzungs- oder Offsetkorrekturschaltung enthält Detektoren für einen oberen und unteren Grenzwert, um den Zähler aufwärts oder abwärts zu schalten, wenn das Atmungssignal über oder unter dem Bereich liegt und es sind Mittel vorgesehen, um den Zählwert im Zähler periodisch und automatisch zu ändern, so daß das Atmungssignal in einer vorgegebenen Richtung driftet.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, dabei werden auch weitere Vorteile, Merkmale und Ziele der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Avisführungsbeispiel einer Synchronisiereinrichtung gemäß der Erfindung zum zeitlichen Steuern einer Nuklearkamera; '
Fig. 2 bis 4 Blockschaltbilder, die Einzelheiten der Einrichtung gemäß Fig. 1 zeigen und
Fig. 5 graphische Darstellungen des zeitlichen Verlaufes von Signalen, die von einem Patienten abgenommen und beim Betrieb einer Einrichtung gemäß der Erfindung auftreten können.
In Fig. 1 ist eine Anlage dargestellt, die eine Ausfühungsform einer erfindungsgemäßen Synchronisiereinrichtung 12 in Kombination mit einer.Nuklearkamera 10 enthält. Die Synchronisiereinrichtung 12 spricht auf Atmungs- und Herzzustandssignale an,die/von Silber, Silberchlorid-EKG-Elektroden 14 zugeführt werden, die auf der Mittellinie des fünften oder sechsten Interkostalbereiches eines Patienten angebracht sind. Die Synchronisiereinrichtung 12 steuert ein Schaltwerk 16 derart, daß Signale von einem Strahlungsdetektor 18 immer dann zu einem eine Kathodenstrahlröhre enthaltenden Sichtgerät 20 durchgeschleust werden, wenn während einer Expiration im Atmungszyklus eine Systole auftritt. Im Sichtgerät werden die aufeinanderfolgenden Signale integriert und die Integration über eine bestimmte Zeitspanne wird durch die Nuklearkamera 10 photographiert.
Wie aus den Fig. 2 bis 4 ersichtlich ist, sind die am Patienten angebrachten Elektroden 14 mit einem Impedanzplethysmographen 30,verbunden, der einen kleinen Strom mit einer Frequenz von z.B. 100 kHz zwischen den Elektroden fließen läßt und die Änderung der Thoraximpedanss des Patienten wahrnimmt , die proportional der Respiration ist. Das Ausgangssignal des Impedansplethysmographen 30 ist eine Änalogspannung, die
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der Respiration proportional ist und einem Spitzenspannungsdetektor 32 für positive Spannungsmaxima, einem Spitzenspannungsdetektor 34 für negative Spannungsmaxima und einer digitalen Offset- oder Versetzungskorrekturschaltung 36 zugeführt wird.
Die Versetzungskorrekturschaltung 36 besteht aus zwei analog arbeitenden Vergleichern 38 und 40, die als Grenz-Spannungsdetektoren für eine vorgegebene obere und untere Grenzspannung arbeiten. Die Vergleicher steuern einen binären Vorwärts-Rückwärts-Zähler 42, der seinerseits einen Digital/ Analog-Umsetzer 44 steuert. Das Ausgangssignal des Umsetzers 44 wird dem Plethysmographen als Versetzungskorrektursignal zugeführt und zum Ausgangssignal des Plethysmographen addiert, um dieses Ausgangssignal in den gewünschten Betriebsbereich zu bringen? der genügend groß gewählt ist, um den Signalhub während des Atmungszyklus verarbeiten 2u können. Genauer gesagt schleust der Vergleicher 38 Impulse zu einem Vorwärtszähleingang 46 des Zählers 42 durch, wenn die Ausgangsspannung des Plethysmographen oberhalb des gewünschten Betriebsbereiches liegt. Wenn der Zähler vorwärtszählt, wird das Ausgangssignal eise Umsetzers 44, eine negative Spannung, deren Betrag proportional dam Zählvjert im Zähler ist, negativer. Die zunehmende Vsrschisbung oder Versetzung bringt das Ausgangssignal des Plathysmographen schließlich unter den Schwellwert des Verglsichers, der als Grenzspannungsdetektor für die obere Grenzspannung arbeitet. Wenn dagegen das Ausgangssignal des PIethysHiographen unterhalb des gewünschten Betriebsbereiches liegt, schleust der Vergleicher 40 Impulse zu einem Rückwärtszähleingang 48 des Zählers 42 durch, Das Versetzungskorrektursignal vom Umsetzer 44 wird dann weniger negativ und das Ausgangssignal des Plethysmographen wird wieder in den gewünschten Betriebsbereich gebracht» Der Zählwert im Zähler 42 wird periodisch (z.B. alle 15 Sekunden) durch einen Taktgeber 49 uiE ein Bit erhöht, mn eine langsame Abwärtsdrift des Grund-
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liniensignals zu erzeugen. Wenn das Signal die untere Grenze des gewünschten Betriebsbereiches überschreitet, spricht der Vergleicher 40 an und schleust einen einzigen Impuls zum Rückwärts zähleingang 48 durch, um den Zähler wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurückzubringen. Die digitale Schaltung gewährleistet auf diese Weise, daß der Plethysmograph das sich langsan ändernde Atmungssignal durchläßt und trotzdem rasch anspricht, wenn das Signal aus dem Betriebsbereich auswandert, und macht die kritischen Nachstellungen überflüssig, die sonst durch eine Bedienungsperson notwendig sind, da die Impedanzänderungen, die sich mit der Zeit und von Patient zu Patient ergeben, die Impedanzänderungen im Verlaufe eines Atmungszyklus weit überschreiten.
Die Spitzenspannungsdetektoren 32 und 34 erfassen und speichern die jeweils letzten positiven und negativen Auswanderungen des Atmunssignals und fallen mit der Zeit ab, so daß Signale, die kleiner werden oder sich hinsichtlich ihres Spannungshubes ändern, verfolgt werden. Gewichtete Bruchteile der positiven und negativen Spitzenwertsignale werden Detektorschaltungen 50 bzw. 52 für einen positiven bzw. negativen Schwellwert zugeführt. Diese Detektorschaltungen erhalten außerdem das analoge Atmungssignal direkt vom Plethysmographen. Wenn das analoge Atmungssignal das 0,8-fache der positiven Spitzenwertspannung zuzüglich dem 0,2-fachen der negativen Spitzenwertspannung überschreitet, befindet sich der Patient per Definitionen im Expirationszustand. Wenn das Analogsignal kleiner als das 0,8-fache der negativen Spitzenwertspannung zuzüglich des 0,2-fachen der positiven Spitzenwertspannung ist, befindet sich der Patient definitionsgemäß im Inspirationszustand. Die Schwellwert-De. tektorschaltungen erzeugen dementsprechend "Fenster" oder Torimpulse 54 und 56 (Fig. 5) auf der Basis der vorangegangenen Atmungsmaxima, die jeweils im wesentlichen ebene Zonen umfassen, die die Punkte maximaler Inspiration und Expiration
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im Ätmunszyklus umgeben. Eine Hysterese von 10% in den Schwellwertdetektorschaltungen verhindert, daß die Ausgangssignale ihren Zustand ändern, wenn im analogen Atmungssignal infolge einer unregelmäßigen Atmung oder Bewegung des Patienten kleine Spannungsänderungen auftreten. Z.E. muß das analoge Atraungssignal auf das 0,7-fache der positiven Spitzenwertspannung abzüglich des 0,2-fachen der negativen Spitzenwertspannung abfallen, um das positive Schwellwertdetektorsignal zum Verschwinden zu bringen. In entsprechender Weise muß das Signal das 0,7-fache der negativen Spitzenwertspannung zuzüglich des 0,2-fachen der positiven Spitzenwertspannung übersteigen, um die Schwellwertschaltung für den negativen Schwellwert wieder in den Ruhezustand zu bringen, nachdem sie einmal angesprochen hatte. Die Hysteresis zwingt die Schwellwertdetektorschaltungen außerdem dazu, für ein symmetrisches Eingangssignal zeitlich symmetrische Ausgangsimpulse zu erzeugen. Der Impedanzplethysmograph und die zugehörigen Spitzenwert™ und Schwellwertdetektoren haben dynamische Betriebsbereiche für Signale, die größer als 40:1 sind.
Das Elektrokardiogramm des Patienten wird ebenfalls durch die Elektroden 14 abgenommen, durch eine rauscharme Vorverstärkerstufe 60 hoher Eingangsimpedanz verstärkt, und dann einem Trennverstärker 62 zugeführt. Der Trennverstärker 62 arbeitet zum Schutz des Patienten mit einer optischen Signalkopplung. Es besteht also keine direkte elektrische Verbindung zwischen den am Patienten angebrachten Elektroden und der Einrichtung. Die Betriebsleistung für die Vorverstärkerstufe 60 und den Trennverstärker 62 wird durch eine isolierte Stromversorgung 64 geliefert, die keine direkte elektrische Verbindung mit der Einrichtung hat. Der Impedanzplethysmograph 30 ist in entsprechender Weise vom Patienten entkoppelt.
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— Ω«.
Das EKG-Signal von der Vorverstärkerstufe 62 durchläuft dann ein 60 Hz-Kerbfilter 66 um etwaige Netzstörungen auszufiltern und gelangt dann zu Steuer- und Kontrollschaltungen 68 für ein Registriergerät und einem 17--Hz-,Bandfilter 70. Das Bandfilter stellt näherungsweise ein angepaßtes Filter für den normalen QRS-Komplex des Elektrokardiogramms eines Erwachsenen dar, d.h. es läßt nur diejenigen Signale durch, die eine Frequenzverteilung ähnlich dem Frequenzinhalt des QRS-Komplexes eines Elektrokardiogramms hat. ' ·
Das Signal, das das Bandfilter durchlaufen hat, wird einem Präzisions-Vollweggleichrichter 72 zugeführt, der den Absolutwert des zugeführten Signales bildet (d.h. die positiven Signalanteile ungeändert durchläßt und die Polarität der negativen Signalanteile umkehrt), so daß das Ausgangssignal dieser Schaltung immer positiv ist.
Das gleichgerichtete Signal wird einem Spitzenspannungsdetektor 74 und zusammen mit dem Ausgangssignal des Spitzenspannungsdetektors 74 einem Schwellwertvergleicher 76 zugeführt. Der Spitzenspannungsdetektor 74 verfolgt und speichert die letzten positivsten Auswanderungen des Signals vor das gespeicherte Signal, sinkt jedoch mit der Zeit ab, so daß eine Verfolgung von Signalen, deren Gaffien sich mit der Zeit ändert, gewährleistet ist» Der Schwellwertvergleicher 76 erzeugt einen Ausgangsimpuls,, wenn das gleichgerichtete Signal das 0,8-fache der festgestellten Spitzenspannung überschreitet. Der Impuls vom Schwellwertvergleicher löst einen Monovibrator 78 aus, der für jeden wahrgenommenen QRS-Komplex einen einzelnen Impuls gleichbleibender Breite erzeugt. . ■ : ■
Der Ausgang des Monovibrators 78 ist mit einem Rampen- oder Sägezahngenerator 80 gekoppelt, der wiederholt
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eine linear ansteigende Spannung erzeugt. Mit dem Ausgang des Sägezahngenerators 80 ist eine Abtast- und Halteschaltung 82 gekoppelt, die bei der Feststellung eines QRS-Komplexes im Elektrokardiogramm die jeweilige Augenblicksspannung des Sägezahngenerators, deren Wert gleich dem Intervall zwischen den beiden letzten QRS-Komplexen ist, speichert und den Sägezahngenerator 80 auf Null zurückstellt, so daß dieser einen neuen Sägezahn zu erzeugen beginnt. Die momentane Sägezahnspannung vom Sägezahngenerator 80 und das Ausgangssignal der Abtast·- und Halteschaltung 82 werden jeweils zwei Schweilwertdetektoren 84 und 8S zugeführt. Die S em«!. Iwer tdetek tor en 84 und 86 enthalten jeweils Schaltungsanordnungen sum Vergleichen der momentanen Sägezahnspannung mit einer Funktion der Ausgangsspannung der Abtast- und Halteschaltung 32 (d.h. des Intervalles zwischen den beiden vorangegangenen QRS-Komplexen).
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schwellwertdetektor 84 so ausgelegt, daß er einen Monovibrator 88 auslöst, wenn die momentane Sägezahnspannung gleich einer konstanten Spannung Vo plus 20% der Ausgangsspannung der Äbtast- und Haltespannung 82 (entsprechend 20% des vorangegangenen QRS-lntervalles) ist, was mit sehr guter Annäherung dem Auftreten der Systole entspricht, In entsprechender Weise ist der Schwellviertdetektor 86 so ausgelegt, daß er einen Monovibrator 90 auslöst, wenn der Augenblickswert der Sägezahnspannung gleich Vo zuzüglich 80% des Ausgangssignals der Äbtast- und Halteschaltung 82 ist, was mit sehr guter Näherung dem Auftreten der Diastole entspricht. Im allgemeinen können diese Detektoren so geschaltet werden, daß sie einen sugehörigen Monovibrator in itgend einem beliebigen Punkt des Herzzyklus auslösen. Im speziellen enthalten nützliche Ausführungsformen der vorliegenden Einrichtung Detektoren, die einen Monovibrator in aufeinanderfolgenden Herzzvklen zu verschiedenen Zeitpunkten auslösen, z.B. um eine
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Folge von Aufnahmen des Herzens bei verschiedenen Punkten im Zyklus zu machen. Ein solcher fakultativer Schwellwertdetektor 87 für veränderbare Zeitvorgabe ist mit einem zugehörigen Monovibrator 89' in Fig. 3 gestrichelt dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform entspricht Vo einem Zeitintervall von 100 ms, was, wie festgestellt wurde, der Reaktions- oder Widerstandsdauer des Herzmuskels entspricht, abzüglich der Hälfte der Breite des Ausgangsimpulses des Monovibrators. Die dem Widerstand des Herzmuskels entsprechende Konstante von 100 ms ist vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 50 bis 150 ms veränderbar und entsprechend sind die Anteile von 20% und 80% des QRS-Intervalles für die Systole bzw. Diastole vorzugsweise innerhalb von Bereichen von 15 bis 30% bzw. 75 bis 90% veränderbar.
Die die Atmungsfenster bzw.-tore definierenden Signale und die auf die Herztätigkeit bezogenen, zeitbestimmenden Signale werden einem Tor- und Steuer-Logik-Schaltwerk 100 zusammen mit Signalen von Betätigungs- und Anzeigeelementen einer Steuerkonsole 102 zugeführt« Die durch die bedienende Person ausgewählten physiologischen Zustände werden einer Kopplungseinheit 104 zugeführt, um die mit der Synchronisiereinrichtung verbundene Apparatur mit den gewählten Zuständen zu synchronisieren. So kann z.B. bei einer bilderzeugenden Vorrichtung immer dann eine Aufnahme ausgelöst werden, wenn in einem Atmungsfenster eine Systole auftritt.
Größere Teile der Atmungsfenster oder -tore ist groß genug, um mehrere, auf den Herzzyklus bezogene, zeitbestimmende Signale (Herztaktsignale) zu umfassen.
Bei Aufnahmen, die mit der Herztätigkeit synchronisiert sind, wird das Auftreten einer Arrhythmie durch eine Arrhythmieschaltung auf die folgenden beiden Weisen wahrgenommen; Ein QRS-Komplex wird definitionsgemäß als Arrhytmie
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angesehen, wenn er während einer durch eine Systole gesteuerten Aufnahme auftritt. Als Arrhythmie wird per definitionem ferner angesehen, wenn innerhalb von 300 ms nach einer durch eine Diastole gesteuerten Aufnahme kein QRS-Komplex festgestellt wird. Die Anzahl der auftretenden Arrhythmien wird durch einen Rechner 108, der zur Erfassung des Prozentsatzes an arrhythmischen Herzschlägen dient, gezählt und der Prozentsatz an arrhythmischen Herzschlägen, die nach 100, 200 und 400 gesteuerten kardiologischen Aufnahmen aufgetreten ist/ wird durch ein Anzeigegerät 110 angezeigt. Es werden die echten Prozentwerte numerisch angezeigt.
Die Steuer- und Kontrollschaltung 68 für das ReT gistriergerät erhält als Eingangssignale die A timings tors ig? nale und die Herztaktsignale sowie das EKG-Signal vom Kerbfilter 66 und verarbeitet diese Signale für die Aufzeichnung durch einen Streifenschreiber 112. Der Streifenschreiber registriert das Elektrokardiogramm sowie zwei Ereignismarkierungen. Bei der einen Ereignismarkierung wird auf das Registrierpapier ein Strich aufgezeichnet, wenn ein vorgegebener Atmungszustand auftritt. Bei der anderen Ereignismarkierung wird auf das Registrierpapier immer dan η ein Strich aufgezeichnet, wenn die Voraussetzungen für eine Aufnahme oder Belichtung vorliegen. Die Ereignismarkierungen werden auf dem Registrierstreifen synchron mit dem Elektrokardiogramm aufgezeichnet, so daß festgestellt werden kann, ob die Aufnahmen im richtigen Zeitpunkt des Ilerzzyklus erfolgen. Bei einer Röntgenaufnahme erfolgt die Markierung des EKG durch die Ereignismarkierungen, um den genauen Zeitpunkt in dem speziellen Herzzyklus anzugeben, in dem die Aufnahme gemacht wurde.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    ( 1. ^Einrichtung zur Synchronisation eines biologischen oder ärztlichen Bilderzeugungs--, Meß- oder Therapiegerätes mit vorgegebenen physiologischen Zuständen einer Person, mit einer Eingangsschaltung zum Erzeugen eines elektrischen Signales entsprechend dem Atmungszyklus der Person, d adurch gekennzeichnet, daß mit der Eingangsschaltung (14.) eine Si gnalverarbeitungs schaltung (12) gekoppelt ist, welche eine Folge von Torsignalen entsprechend vorgegebenen Teilen aufeinanderfolgender Atmungszyklen liefert und jedes Torsignal in einem vorgegebenen Zyklus aufgrund der Ergebnisse der Verarbeitung des elektrischen Signals von der dem vorgegebenen Zyklus vorangehenden Atmung erzeugt.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Eingangsschaltung eine Herzzeitschaltung gekoppelt ist, die eine Folge von zeitbestimmenden Signalen entsprechend ausgewählten Punkten in aufeinanderfolgenden Herzzyklen liefert und'daß mit der Herzzeitschaltung eine Ausgangsschaltung einschließlich einer Logikschaltung gekoppelt ist, um eine Folge von Ausgangssignalen entsprechend aufeinanderfolgenden, in den Atmungstoren auf tretenden zeitbestimmenden Signalen zu erzeugen.
    3ο Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß.die die Atmungstorsignale erzeugende Signalverarbeitungsschaltung eine Vorrichtung enthält, die bewirkt, daß die Majorität der Torsignale eine genügende Dauer hat, um mehrere der zeitbestimmenden Signale zu überdecken.
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    4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Atmungstorsignale liefernde Signalverarbeitungsschaltung eine Anordnung zum Erzeugen von Werten entsprechend maximaler und minimaler Expiration innerhalb eines Atmungszyklus der Person sowie eine Schaltungsanordnung zur Definition des Atmungszustandes, die die Atmungstorsignale in Abhängigkeit von den beiden Werten erzeugt, enthält.
    5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzei chnet, daß die die Werte erzeugende Anordnung Spitzendetektoren enthält.
    6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzendetektoren eine Anordnung zum Speichern der ermittelten Werte mit einer vorgegebenen Abklingzeitkonstante enthält.
    7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennae lehnst, daß die Anordnung zum Bestimmen des Atmungszustandes aine Schwellwertdetektorschaltung enthält, die mit den Spitzendetektoren und der Eingangsschaltung gekoppelt ist.
    8. Einrichtung nach Ansprach 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwertdetektorschaitung eine Anordnung enthält, die verhindert, daß ihr Äusgangsslgnal den Zustand ändert, wenn im Atmungssignal von der Eingangsschaltung Schwankungen auftreten, die kleiner als ein vorgegebener Grenzwert sind.
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    9. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Eingangsschaltung (14) und der Logikschaltung (16) eine Registriereinrichtung (112) gekoppelt ist, die den Herzzyklus und die zeitliche Lage der Ausgangssignale synchron aufzeichnet.ä
    10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Registriereinrichtung eine Anordnung zur synchronen Aufzeichnung des Atmungszustandes enthält.
    11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine digitale Versetzungskorrekturanordnung, die mit der Eingangsschaltung gekoppelt ist und die den Atmungszyklen entsprechenden Signale automatisch innerhalb eines vorgegebenen Bereiches hält.
    12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet/ daß die Versetzungskorrektur ■ schaltung (36) eine Grenzwertdetektoranordnung (38, 40) enthält, die mit der Eingangsschaltung gekoppelt ist und ein Signal liefert, wenn sich das Atmungssignal außerhalb des vorgegebenen Bereiches befindet; daß mit der Detektoranordnung eine digitale Schaltungsanordnung gekoppelt ist, die bei Vorhandensein eines Signals von der Detektoranordnung digitale Impulse liefert; daß mit der digitalen Anordnung ein Zähler (42) zum Zählen dieser Impulse gekoppelt ist und daß ein Versetzungsgenerator (44) vorgesehen ist, der eine Versetzungsspannung in Abhängigkeit von dem vom Zähler registrierten Zählwert liefert.,
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    13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung Detektoren (38, 40) für die obere bzw. untere Grenze enthält, die den Zähler 42 vorwärts bzw. rückwärts schalten, wenn sich das Atmungssignal oberhalb bzw. unterhalb des vorgegebenen Bereiches befindet.
    14. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Anordnung zum automatischen und periodischen Ändern des Zählwerts im Zähler (42) vorgesehen ist, die eine Drift des Atmungssignals in einer vorgegebenen Richtung bewirkt.
    15. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzzeitschaltung eine mit der Eingangsschaltung gekoppelte Herzintervallschal tung enthält, die eine Folge von Intervallwerten entsprechend den Längen aufeinanderfolgender Herzzyklen erzeugt, und daß mit der Intervallschaltung eine Zeitsignalschaltung gekoppelt ist, die das Zeitsignal jeweils in einem Zeitpunkt erzeugt, der von einem Bruchteil des Intervallwertes für den nächsten vorangehenden Herzzyklus abhängt.
    16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung enthält, die die Zeitsignale jeweils in einem Zeitpunkt erzeugt, der von einem konstanten Wert zuzüglich einem Bruchteil des Intervallwertes für den direkt vorangehenden Herzzyklus erzeugt.
    17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Intervallschaltung eine Anordnung zum Erzeugen einer Folge von Intervallwerten entsprechend den Intervallen zwischen den QRS-Komplexen auf-
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    einanderfolgender Herzzyklen enthält und daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung enthält, die jedes Zeitsignal zu einer Zeit nach dem QRS-Komplex für den betreffenden Herzzyklus erzeugt, die gleich einem konstanten Wert zuzüglich eines Bruchteiles des Intervallwertes für den nächst vorangegangenen Herzzyklus ist.
    18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil zwischen15 und 30% liegt, so daß das Zeitsignal der Systole entspricht.
    19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil zwischen 75 und 90% liegt, so daß das Zeitsignal der Diastole entspricht.
    20. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung (87) enthält, um in aufeinanderfolgenden Herzzyklen den Bruchteil des Intervallwertes zu ändern, auf dem das jeweilige Zeitsignal basiert.
    21» Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichne ti, daß mit der Eingangsschaltung und der Logikschaltung eine Ariythmiefeststellungsschaltung (106) gekoppelt ist, die Herzarrhythmien durch Vergleich mit Eextzyklenf die auf der Basis der Herzzeitsignale erwartet werden,, feststellt«
    22 ο Einrichtung zur zeitlichen Steuerung von biologischen oder medizinischen Bilderzeugungs-, Meß- oder Therapiegeräten mit ausgewählten physiologischen Zuständen eines zu untersuchenden Lebewesens mit einer Eingangsanordnung zum Erzeugen von elektrischen Signalen entsprechend dem Herzzyklus des Lebewesens t dadurch gekennzeichnet,
    8 808/081 0
    daß mit der Eingangsanordnung (14) eine Herzzeitschaltung gekoppelt ist/ die eine Folge von zeitbestimmenden Signalen entsprehend ausgewählten Punkten in aufeinanderfolgenden Herzzyklen erzeugt und eine Intervallschaltung zum Erzeugen einer Folge von Intervallwerten entsprechend den Längen aufeinanderfolgender Herzzyklen und eine Zeitsignalschaltung, die mit der Intervallschaltung gekoppelt ist und jedes Zeitsignal zu einem Zeitpunkt erzeugt, der von einem konstanten Wert zuzüglich eines Bruchteiles des Intervalles für den unmittelbar vorangegangenen Herzzyklus enthält.
    23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzei chnet, daß die Intervallschaltung eine Anordnung zum Erzeugen einer Folge von Intervallwerten entsprechend den Intervallen zwischen den QRS-Komplexen aufeinanderfolgender Herzzyklen enthält und daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung enthält, die jedes Zeitsignal eine Zeitspanne nach dem QRS-Komplex für den betreffenden Herzzyklus erzeugt, die gleich einem konstanten Wert zuzüglich eines Bruchteiles des Intervallwertes für den unmittelbar vorangegangenen Herzzyklus ist.
    24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennz ei chnet, daß der Bruchteil zwischen 15 und 30% liegt, so daß das Zeitsignal der Systole entspricht.
    25. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil zwischen 75 und 90% liegt, so daß das Zeitsignal der Diastole entspricht.
    509808/08IQ
    26. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung enthält, um den Bruchteil des Intervallwertes, auf dem das jeweilige Zeitsignal basiert, in aufeinanderfolgenden Herzzyklen zu ändern.
    27. Einrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch eine Arrhythmie-Feststellungsschaltung (106), die mit der Eingangsschaltung und der Logikschaltung gekoppelt ist und Herzarrhythmien durch Vergleich mit Herzzyklen, die auf der Basis der Herzzeitsignale zu erwarten sind, ermittelt.
    28. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekenn zei chnet, daß die Zeitsignalschaltung eine Anordnung enthält, die den konstanten Wert als Zeitkonstante, die in Beziehung mit der Reaktions- oder Widerstandszeit (refractory time) des Herzmuskels steht bzw. dieser gleich ist, abzüglich der halben Dauer der Zeitsignale bestimmt.
    29. Einrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstante zwischen 50 und 150 Millisekunden beträgt.
    30. Einrichtung zur zeitlichen Steuerung eines biologischen Abbildungs-, Meß- oder Therapiegerätes in Abhängigkeit mit einem ausgewählten physiologischen Zustand eines Subjekts, mit einer Eingangsanordnung, die elektrische Signale entsprechend dem Atmungszyklus des Subjekts liefert, gekennzeichnet durch eine Ausgangsschaltung, die mit der Eingangsschaltung gekoppelt ist und bei bestimmten Teilen des Atmungszyklus eine Folge von zeitbestimmenden Signalen liefert und daß mit der Eingangsanord-
    509808/081Q
    nung eine digitale Versetzungskorrekturschaltung gekoppelt ist, die automatisch bewirkt, daß die die Atmungszyklen darstellenden elektrischen Signale innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegen, wobei die Versetzungskorrekturschaltung eine Grenzwertdetektoranordnung, die mit der Eingangsanordnung gekoppelt ist und ein Signal liefert, wenn das Atmungssignal sich außerhalb des vorgegebenen Bereiches befindet, ferner eine digitale Anordnung, die mit der Grenzwertdetektoranordnung gekoppelt ist und digitale Impulse liefert, wenn ein Signal von der Grenzwertdetektoranordnung vorliegt, weiterhin einen mit der digitalen Anordnung gekoppelten Zähler zum Zählen der Impulse und einen Versetzungssignalgenerator zum Erzeugen einer Versetzungsspannung in Abhängigkeit vom Zählwert im Zähler enthält.
    31. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzei chnet, daß die Grenzwertdetektoranordnung Detektoren für einen oberen und einen unteren Grenzwert enthält, um den Zähler aufwärts bzw. abwärts zu schalten, wenn sich das Atmungssignal oberhalb bzw. unterhalb des vorgegebenen Bereiches befindet.
    32. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Anordnung zum periodischen und automatischen Ändern des Zählwerts im Zähler vorgesehen ist, die eine langsame Drift oder Verschiebung des Atmuripsignals in einer vorgegebenen Richtung bewirkt.
    33. Einrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanordnung einen Impedanzplethysmographen (30) enthält.
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