DE2454839C2 - Vorrichtung zum Erfassen und Sichtbarmachen von physiologischen Meßsignalen insbesondere EKG-Signalen - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen und Sichtbarmachen von physiologischen Meßsignalen insbesondere EKG-SignalenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erfassen und Sichtbarmachen von physiologischen
Meßsignalen mit eingestreuten schmalen und hochamplitudigen Spannungsspitzen, insbesondere
von EKG-Signalen, denen Schrittmacherimpulse überlagert sind, mit einem im Meßsignalweg eingeschalteten
RC-Filter, einem Erkennungsglied zum Erkennen der Signalspitzen und einem Gerät für die
Sichtaufzeichnung der Signale.
In der Signalmeßtechnik ergeben sich einem Nutzsignal überlagerte Spannungsspitzen häufig auf Grund
von Störungen. Man ist daher im Normalfall bestrebt, derartige Spitzen im Nutzsignal zu unterdrücken. In
der Praxis gibt es jedoch auch Fälle, wo die Austastung bzw. auch starke Bedämpfung solcher Spannungsoder Stromspitzen nicht erwünscht ist, sondern im
Gegenteil diese Spitzen erfaßt und zusammen mit dem eigentlichen Meßnutzsignal z.B. an einem Schreiber,
Oszillographen od.dgl. abgebildet werden sollen. Ein solcher Fall tritt beispielsweise in der Elektromedizin
bei der Überwachung von Herzkranken auf, deren Herzaktionen durch Reizimpulse, z.B. eines Herzschrittmachers
(Schrittmacherimpulse), unterstützt oder gesteuert werden. Hier ist es erwünscht, daß die
Reizimpulse zusammen mit dem Elektrokardiogramm des Patienten erfaßt und sichtbar gemacht werden.
Der überwachende Arzt kann dann an Hand der Aufzeichnung z.B. den Erfolg der Reizunterstützung
kontrollieren.
Die Aufzeichnung extrem schmaler und hochamplitudiger Spannungsspitzen - Schrittmacherimpulse
weisen beispielsweise bei einer Basisbreite von maximal 0,8 ms eine Amplitude auf, die etwa das Vierzigfache
einer normalen R-Zacke beträgt - bereitet jedoch nicht unerhebliche Schwierigkeiten, da normale
Schreiber zur Erreichung der erforderlichen hohen Schreibgeschwindigkeiten im allgemeinen zu träge
sind und auch bei den trägheitslosen Oszillographen rasche Vertikalablenkungen des Elektronenstrahls
nur zu äußerst helligkeitsschwachen Abbildungen führen, aus denen sich die Spitze nur schwer wiedererkennen
läßt.
Um wenigstens Lage und Auftrittszeitpunkte der Spitzen sichtbarmachen zu können, hat man deshalb
speziell in der EKG-Diagnostik bisher solche Verarbeitungsvorrichtungen verwendet, bei denen mit Erkennung
eines Schrittmacherimpulses durch ein elektronisches Erkennungsglied ein Normimpuls erzeugt
wird, dessen Breite gegenüber der Basisbreite eines Schrittmacherimpulses sehr viel größer und dessen
Amplitude gegenüber jener eines Schrittmacherimpulses sehr viel niedriger ist. Dieser Normimpuls wird
dann als Nachweis für das Auftreten eines Schrittmacherimpulses zusammen mit dem EKG am Sichtgerät
dargestellt (siehe beispielsweise Service Anleitung »Control unit Amplifier EMT 290/11/12« der Firma
ELEMA-SCHÖNANDER AB, Schweden, 26 Jan 1972).
Die Darstellung eines Schrittmacherimpulses als Normimpuls hat jedoch den Nachteil, daß wichtige
dem Schrittmacherimpuls zu entnehmende Informationen, beispielsweise über deu»en Polarität, Amplitude
oder auch Anstiegssteilheit, verloren gehen. Aus derartigen Informationen lassen sich jedoch wichtige
Rückschlüsse auf den Betriebszustand des Schrittmachers ziehen.
Autgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die genannten
Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch vom Erkennungsglied gesteuerte Überbrückungsschaltmittel,
die mit Erkennung einer hohen Spannungsspitze durch das Erkennungsglied diese unter
Überbrückung des ohmschen Widerstandes im RC-Filter direkt an den zugehörigen 'Filterkondensator
anschalten und anschließend nach Überschreitung der Amplitude der Signalspitze unter Aufhebung der Widerstandsüberbrückung
den geladenen Kondensator zwecks langsamer Entladung signalmäßig wieder mit dem ohmschen Widerstand verbinden.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ergibt sich hinter dem RC-Filter eine Spannungsspitze, die gegenüber
der ursprünglichen stark verbreitert ist, ansonsten jedoch die ursprünglichen Informationen über
Polarität, Anstiegssteilheit und Amplitude weiter beinhaltet. Eine derart verbreiterte Spitze laß* sich nun
aber im Sichtbild sowohl bei relativ tragen Schreibern als auch Oszillographen gut darstellen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von
Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel im Prinzipaufbau
mit einem einzigen RC-Glied,
Fig. 2 ein entsprechendes Ausführungsbeispiel mit mehreren RC-Gliedern.
In der Fig. 1 ist mit 1 der Signaleingang der Schaltungsanordnung für eine Signaispannung UE, z.B. für
ein Elektrokardiogramm, und mit 2 der zugehörige Signalausgang bezeichnet. Im Signalweg 3 zwischen
Eingang 1 und Ausgang 2 ist ein RC-Glied mit dem ohmschen Widerstand 4 und dem parallelgeschalteten
Kondensator 5 eingeschaltet. Ferner liegen am Signalweg 3 über gegensinnig gepolte Dioden 6 bzw. 7
die Kollektoren zweier Transistoren 8 und 9. Die Emitter dieser Transistoren 8 und 9 sind über eine
gemeinsame Leitung 10 am Signalweg 3 vor dem RC-Glied 4, 5 angeschaltet. Die Basis der beiden
Transistoren liegt hingegen über Begrenzungswiderstände 11, 12 sowie gegensinnig gepolte Dioden 13
bis 16, von denen die Dioden IS und 16 Zensrdioden sind, an einer Bezugsspannung UB. Die Zenerdioden
15 und 16 sind jeweils über Widerstände 17 und 18 mit den Spannungen — U0 bzw. + U0 vorgespannt.
In der beschriebenen Schaltung ist das RC-Glied 4, 5 (Tiefpaß) so bemessen, daß der Signalverlauf UE,
beispielsweise der Verlauf der EKG-Signale, vom Signaleingang 1 zum Signalausgang 2 nicht wesentlich
verfälscht wird. Die Bezugsspannung UB ist ferner so
gewählt, daß auch relativ hohe Nutzsignalamplituden des Signals UE, beispielsweise im Falle eines Elektrokardiogramms
relativ hochamplitudige R-Zacken, ohne Einfluß auf das Schaltverhalten der Transistoren
8 und 9 sind. Treten jedoch im Nutzsignal UF außergewöhnlich
hochamplitudige Spannungsspitzen auf, die die Differenz zwischen Eingangsspannung UE
und Bezugsspannung UB um einen bestimmten durch die Zenerspannung der Zenerdioden 15 bzw.
16, die Schleusenspannung der Dioden 13 bzw. 14, den Spannungsabfall an den Begrenzungswiderständen
11 bzw. 12 und die Emitter-Basisspannung der Transistoren 8 bzw. 9 - festgelegten Spannungsbetrag
Us überschreiten, was im Falle von EKG-Signalen
ίο beispielsweise mit dem Auftreten von Schrittmacherimpulsen
eines Herzschrittmachers gegeben ist, so wird bei positiver Spannungsspitze der Transistor 8,
bei negativer Spannungsspitze hingegen der Transistor 9 in den leitenden Zustand gesteuert. Dies be-
x5 wirkt, daß die Spannungsspitze unter Umgehung des
Widerstandes 4 (Kurzschluß des Widerstandes 4) im RC-Glied 4, 5 direkt über die Leitung 10, die Kollektor-Emitterstrecke
des jeweils leitenden Transistors 8 und 9 sowie die entsprechend leitende Diode 6 oder
so 7 auf den Kondensator 5 des RC-Gliedes gelangt. Da
der ohmsche Widerstand im Zuführkreis sehr niedrig ist, wird demnach der Kondensator sehr rasch auf die
Spitzenspannung der Spannungsspitze aufgeladen. Sobald die Spannungsspitze ihren höchsten Punkt
überschritten hat, schließt sich der jeweils leitende Transistor 8 oder 9 und der Kondensator 5 wird nun
langsam über den ohmschen Widerstand 4 auf das Potential des Nutzsignals UE entladen. An den Signalausgang
2 der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 gelangt somit zusammen mit dem Nutzsignal UE eine
Spannungsspitze, die gegenüber der ursprünglichen zwar breitenerweitert ist, ansonsten jedoch dieselbe
Anstiegszeit und im wesentlichen auch die gleiche Amplitude wie die ursprüngliche Spannungsspitze
aufweist. Die Breite der an dem Signalausgang 2 anfallenden Signalspitze hängt dabei lediglich von der
Entlade-Zeitkonstanten des RC-Gliedes 4, 5 ab. Der auf diese Weise breilenerweiterte Spitzenimpuls !äßt
sich nun bequem mittels Schreiber oder Oszitlographen zusammen mit dem Ursprungssignal t/E sichtbarmachen.
Als Bezugspotential UB kann beispielsweise das
Massepotential gewählt werden. Es besteht dann jedoch Gefahr, daß starke Nullschwankungen des Ursprungssignals
UE bereits zu einer Durchschaltung eines der Transistoren 8 bzw. 9 führen. Vorteilhafter
ist es deshalb, das Bezugspotential UB an eventuell
auftretende Gleichspannungsschwankungen im Ursprungssignal UE entsprechend anzupassen.
Dies geschieht beispielsweise gemäß der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 durch einen Tiefpaß
±9 mit den ohmschen Widerständen 20 und 21 sowie den Kapazitäten 22 und 23, der an der Eingangsspannung
UE angeschaltet ist und jeweils aus dieser Eingangsspannung
UE einen zeitlichen Mittelwert, der im wesentlichen den Gleichspannungsteil wiedergibt,
bildet. Dieser Mittelwert des Nutzsignals UE entspricht
dann dem verwendeten Bezugsspannungswert U8. Die Grenzfrequenz des Tiefpasses 19 sollte hier-
bei zu einem Wert gewählt sein, der wesentlich niedriger ist als jene Frequenz, die in der Periodendauer
der Impulsbreite der Spannungsspitze entspricht.
Die Schaltungsanordnung nach der Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach der
Fi g. 1 auch noch dadurch, daß an Stelle nur eines einzigen
RC-Gliedes insgesamt fünf RC-Glieder 24 bis 33 verwendet sind, die wiederum durch Dioden 34
bis 45 gegeneinander entkoppelt sind. Die Dioden bil-
den außerdem eine zusätzliche Schwelle zwischen den einzelnen Stufen. Durch die Verwendung einer Vielzahl
von derart geschalteten RC-Gliedern wird insbesondere die Dachbreite des abzubildenden Spitzenimpulses
vergrößert.
Der Differenzverstärker 46 stellt einen Eingangsverstärker für die Signalspannung U1. dar. Der Differenzverstärker
46' mit den Beschaltungselementen 47 bis 51 dient hingegen als Ausgangsverstärker für das
jeweilige Signal. Am Ausgang dieses Verstärkers 46' ist wie auch beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. 1
wieder ein Aufzeichnungsgerät, z.B. Schreiber oder Oszillograph, zur Abbildung der jeweiligen Signale
angeschaltet.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- wird.Patentansprüche:1. Vorrichtung zum Erfassen und Sichtbarmachen von physiologischen Meßsignalen mit eingestreuten schmalen und hochamplitudigen Spannungsspitzen, insbesondere von EKG-Signalen, denen Schrittmacherimpulse überlagert sind, mit einem im MeSsignalweg eingeschalteten RC-Filter, einem Erkennungsglied zum Erkennen der Signalspitzen und einem Gerät für die Sichtaufzeichnung der Signale, gekennzeichnet durch vom Erkennungsglied (6 bis 18) gesteuerte Überbrückungsschaitmittel (8, 9), die mit Erkennung einer hohen Spannungsspitze durch das Erkennungsglied diese unter Übe; brückung d«s ohmschen Widerstandes (4) im RC-Filter (4, S) direkt an den zugehörigen Filterkondensator (5) anschalten und anschließend nach Überschreitung der Amplitude der Signakpitze unter Aufhebung der Widerstandsüberbrückung den geladenen Kondensator (5) zwecks langsamer Entladung signalmäßig wieder mit dem ohmschen Widerstand (4) verbinden.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überbrückungsschaltmittel Transistoren (8, 9) als Kurzschlußschalter zum Kurzschließen des ohmschen Widerstandes (4) im RC-Filter (4. 5) umfassen.3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt zwei Transistoren (8,9) vorhanden sind, von denen der eine (8) beim Anfallen positiver und der andere (9) beim Anfallen negativer Spannungsspitzen den ohmschen Widerstand kurzschlußmäßig überbrückt.4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (8, 9) durch vorgeschaltete entsprechend gegensinnig gepolte Dioden (6,7) vom Meßsignal (UE) im Meßsignalweg (3) hinter dem RC-Filter (4, S) entkoppelt sind.5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge der Transistoren (8, 9) über je einen Begrenzungswiderstand (11, 12) sowie Dioden (13 bis 16) an einer Bezugsspannung (UB) angeschaltet sind und die Transistoren jeweils in den leitenden Zustand gesteuert werden, wenn die Meßsignalspannung (UE) die Bezugsspannung (Un) um einen vorgebbaren Differenzwert (U5) überschreitet.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (13 bis 16) einfache Halbleiterdioden (13, 14) und Zenerdioden (15, 16) umfassen.7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß de.· Differenzwert (Ux) durch die Zenerspannung der Zenerdioden (15,16), die Schleusenspannung der einfachen Halbleiterdioden (13, 14), den Spannungsabfall an den Begrenzungswiderständen (11, 12) und die Emitter-Basisspannung der Transistoren (8, 9) vorgebbar ist.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsspan- e5 nung (Ug) ein zeitlicher Mittelwert der Meßsignalspannung (UE) ist, der vorzugsweise durch Signalintegration in einem Tiefpaß (19) gewonnen9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Filter eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden RC-Gliedem (24 bis 33) umfaßt, die durch Dioden (34 bis 45) sowohl gegenüber den Transistoren (8,9) alü auch untereinander entkoppelt sind.
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