DE2510829B2

DE2510829B2 - Fotoelektrischer Pulsabnehmer

Info

Publication number: DE2510829B2
Application number: DE19752510829
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr.Rer.Nat. 8520 Erlangen Kresse; Helmut Dipl.-Phys. Dr. 8500 Nuernberg Reichenberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1975-03-12
Publication date: 1978-05-03
Also published as: ATA110276A; CH594398A5; AT358158B; DE2510829A1

Description

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß die Funktion von Abnehmern für physiologirche Größen, beispielsweise von fotoelektrischen Pulsabnehmern, häufig gestört ist. Dabei sind verschiedene Störungsursachen möglich. Die Störungen können Fehlsignale erzeugen, die sich im Verarbeitungsteil nicht immer als solche erkennen lassen, weil sie gleiche Frequenzen und Amplituden wie das Signal der zu messenden physiologischen Größen haben können. Dadurch werden unnötige Fehlalarme hervorgerufen, die sich vor allem bei der zentralen Überwachung von physiologischen Größen besonders störend auswirken.

Es sind auch Abnehmer und Systeme von Abnehmern für physiologische Größen bekannt, die Fehlsignale vom Meßsignal diskriminieren und im Verarbeitungsteil zwischen technischem und medizinischem Alarm unterscheiden können. Dabei werden meist neben der

^r>5 zu messenden Primärgröße weitere physiologische Größen gemessen. In der Zeitschrift »British Medical Journal«, 29.11.1969, Seite 545, wird z. B. vorgeschlagen, bei der Aufnahme eines Elektro-Encephalogramms zusätzlich über eine eingeprägte Hochfrequenzspan-

^bu nung eventuell auftretende Impedanzänderungen zwischen den Meßelektroden zu messen, wodurch eine Defixation der Elektroden erkannt werden kann.

Aus der DT-OS 19 40413 ist weiterhin eine Vorrichtung zum Überwachen von Patienten bekannt,

'" bei der mehrere Meßparameter, die für verschiedene Körperfunktionen, wie z. B. Herztätigkeit, Blutdruck und Atemfrequenz, spezifisch sind, gemessen werden und in einem Verarbeitungsteil logisch so verknüpft

werden, daß nur beim gleichzeitigen Abweichen mehrerer Meßparameter vom Normalzustand ein Alarmsignal gegeben wird. Bestimmte Fehlermöglichkeiten im Applikationssystem, die nur zum Ausfall eines Abnehmers führen, können dadurch erkannt werden. Diese Abnehmersysteme sind technisch recht aufwendig, da sie als sog. »heterogenes« System aufgebaut sind, mit dem verschiedene physiologische Größen gleichzeitig gemesen werden müssen. Außerdem ist die Fehlerdiskriminierung durch die logische Verknüpfung iu in der Auswerteeinrichtung nicht immer eindeutig.

Aufgabe

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fotoelektrischien Pulsabnehmer zu schaffen, der ein Fehlerempfinden besitzt, ohne daß dazu weitere physiologische Größen gemessen werden müssen, und der in einer Auswerteeinrichtung auftretende Fehlsignale vom Meßsignal eindeutig diskriminieren kann. 2(i

Vorteile

Die Erfindung beruht auf der Erfahrung, daß ein durch die Patientenmotorik, Defixation des Abnehmers oder andere Störungsursachen hervorgerufenes Fehl- 2~> signal zufällig und nicht durch andere Abnehmer, die das gleiche pyhsiologische Signal gleichzeitig abnehmen, reproduzierbar ist. Im Gegensatz zum dargestellten Stand der Technik ist der erfindungsgemäße Pulsabnehmer als »homogenes« System aufgebaut. Dabei umfaßt μ der Abnehmer einen Sender und mindestens zwei Empfänger oder mindestens zwei Sender und einen Empfänger für elektromagnetische Strahlung, die vorzgusweise im optischen Bereich liegt. In einer anderen Ausgestaltung des fotoelektrischen Pulsabneh- si mers kann dieser auch aus mindestens zwei Teilabnehmern aus jeweils einem Sender und Empfänger für elektromagnetische Strahlung bestehen, die an unterschiedlichen Körperstellen angebracht werden können. In der Auswerteeinrichtung ist eine Koinzidenzschal- -w tung mit einstellbaren Zeit- und Zählgliedern vorgesehen, welche die unter Einhaltung der Koinzidenzbedin-· gung auftretenden Signale aus Impulse bewertet, zählt und einerseits beim Über- oder Unterschreiten von eisteilbaren Grenzwerten der zu zählenden Pulsfre- 4> quenz medizinischen Alarm geben sowie andererseits bei Nichteinhaltung der Koinzidenzbedingung technischen Fehleralarm geben kann.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird im folgenden anhand der >o Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines fotoelektrischen Pulsabnehmers,

F i g. 2 ein Blockdiagramm der zugehröigen Auswerteeinrichtung. -,",

In Fig. 1 ist mit 1 das Gehäuse eines fotoelektrischen Pulsabnehmers bezeichnet. An der Applikationsseite 2 befinden sich eine Lumineszenzdiode 3 als Betrahlungslichtquelle und beispielsweise zwei Fotoelemente oder Fotowiderstände 4 und 5 als Strahlungsempfänger. Die t>o von der Lichtquelle 3 emittierte Strahlung tritt durch die Haut 6 mit dem mit Pulsfrequenz durchbluteten Gewebe 7 in Wechselwirkung (Reflexion, Transmission) und wird dadurch mit der Pulsfrequenz moduliert. Von den Strahlungsempfängern 4 und 5 wird je ein i>; moduliertes Signal aufgenommen. Da zu gleichen Zeiten entsprechende Lichtstrahlung mit unterschiedlichen Teilen der Pulswelle und des Gewebes in Wechselwirkung treten, können sich die Empfangssignale in Phase und Amplitude unterscheiden. Charakteristische Teile der Signalkurven in den Empfängern 4 und 5 sind dann jeweils um eine Zeitdifferenz Δ t verschoben, die vom Abstand der beiden Empfänger und der Pulswellengeschwindigkeit abhängig ist. Diese Zeitdifferenz ist in der Koinzidenzschaltung der Auswerteeinrichtung einstellbar. Wenn die Empfangssignale die vorgegebenen Koinzidenzen nicht einhalten, werden eine Meßwertaustastung eingeleitet oder gegebenenfalls die Meßwerte von der normalen Weiterverarbeitung ausgeschlossen.

In der F i g. 2 sind mit 4 und 5 die Signalempfänger aus F i g. 1 bezeichnet. Deren Ausgangssignale werden zwei Auswertekanälen A und B zugeführt, die im wesentlichen gleich aufgebaut sind und über eine Koinzidenzstufe verbunden sind. Sie bestehen im einzelnen aus zwei Verstärkern 8 und 9, vier Differenziergliedern 10 bis 13, zwei Schwellwertdetektoren 14 und 15, vier Rechteckimpulsgeneratoren 16 bis 19, zwei Verknüpfungsgliedern 20 und 21, der Koinzidenzstufe 22, drei Zählern 23 bis 25, zwei Subtrahiergliedern 26 und 27, drei Anzeigegeräten 28 bis 30 und vier Eingabeeinheiten 31 bis 34.

Die Funktion dieser Schaltung zur Fehlererkennung ist folgende: Als Kriterium für die Koinzidenzbildung werden die Wendepunkte der ansteigenden Pulsflanken verwendet. Dort liegt jeweils ein Maximum in der Steigung vor, das erfaßt werden kann. Da allerdings mehrere Wendepunkte in einer Pulskurve vorliegen, müssen sich entsprechende Teile der Pulskurven eindeutig einander zugeordnet werden können. Die Signalkurven werden daher zunächst in den Verstärkern 8 und 9 verstärkt und in je zwei hintereinander geschalteten Differenziergliedern 10 und 12, bzw. 11 und 13, je zweimal differenziert. Die ersten Differenzierglieder 10 und 11 liefern Signale, deren Höhe der Steigung der Pulskurven proportional sind. Durch die nachgeschalteten, einstellbaren Schwellwertdetektoren 14 und 15 können jeweils sich entsprechende Signalkurven in den Kanälen A und B erfaßt werden. Werden jeweils vorgegebene Mindestwerte der Steilheit der Signalkurven überschritten, so werden in den nachfolgenden Rechteckimpulsgeneratoren 16 und 17 Rechteckimpulse ausgelöst, die jeweils die Eingänge der Verknüpfungsglieder 20 und 21 ansteuern. Die zweiten Differenzierglieder 12 und 13 liefern bei den Wendepunkten der Pulskurven jeweils Nullsignale, bei denen die Verknüpfungsglieder 20 und 21 durchgesteuert werden und in den nachfolgenden Rechteckgeneratoren 18 und 19 Normimpulse erzeugt werden. Diese Normimpulse, deren Vorderkanten sich entsprechenden Teilen der Pulskurven zugeordnet sind, werden der Koinzidenzstufe 22 zugeführt. Das Eintreffen der Vorderkante eines ersten Impulses aus dem Kanal (z. B. Kanal A), der der Meßstelle zugeordnet ist, an der die Pulswelle zuerst erfaßt wird, ist Bezugspunkt für die Auslösung des Koinzidenzintervalls. Kanalwahl, zeitlicher Abstand des Koinzidenzintervalls von der Vorderkante des auslösenden Impulses und Dauer des Koinzidenzintervalls können durch die Eingabeeinheit 31 bestimmt werden. Das Eintreffen der Vorderkante eines Impulses in dem Kanal z. B. Kanal B) der der Meßstelle zugeordnet ist, an der die Pulswelle nachfolgend erfaßt wird, wird dann als koinzident und zusammen mit dem ersten Impuls als ein Ereignis bewertet, wenn es in das aufgespannte Koinzidenzintervall fällt. Diese Ereignisse werden in dem nachfolgenden Zähler 23 gezählt und in dem

Anzeigegerät 28 als Pulsfrequenz angezeigt. Über eine Eingabeeinheit 22 können Grenzwerte für die Pulsfrequenz eingestellt werden, bei deren Über- und Unterschreiten medizinischer Alarm gegeben wird. Die Kanäle A und B weisen ebenfalls Zähler 24 und 25 auf, in ■-. denen die Impulse der Rechteckgeneratoren 18 und 19 gezählt werden. In den Subtrahiergliedern 26 und 27 wird jeweils die Differenz zwischen der Zahl dieser Impulse und der Zahl der in Koinzidenzstufe 22 gewerteten Ereignisse gebildet. Weichen diese von Null u> ab, liegen Störungen oder Fehler im Abnehmer oder in der Auswerteeinrichtung vor. Über die Eingabeeinheit 33 und 34 sind Grenzwerte einstellbar, bei deren Überschreiten in den Anzeigegeräten 29 und 30 technischer Alarm angezeigt wird. ι "■

Eine derartige Schaltung kann gegebenenfalls dadurch vereinfacht werden, daß nur der Kanal A als Bezug für die Aufspannung des Koinzidenzintervalls herangezogen werden kann. Die Schwellwert-, Impuls- und Verknüpfungsglieder 15, 17 und 21 können dann entfallen und die Eingabeeinheit 31 wird vereinfacht.

Sinngemäß kann die Auswerteeinrichtung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines fotoelektrischen Pulsabnehmers aus zwei Sendern und einem Empfänger aufgebaut sein. Dabei können die Sender mit den gleichen Wellenlängen, die mit verschiedenen niedrigen Frequenzen getaktet sind, oder auch mit verschiedenen Wellenlängen abstrahlen, was eine entsprechende Modifikation der Empfänger bedingt.

Wird ein Ausführungsbeispiel so abgewandelt, daß der Abnehmer aus zwei Teilabnehmern mit jeweils einem Sender und einem Empfänger besteht, die im räumlichen Abstand an unterschiedlichen Körperstellen angebracht werden können, ändert sich in der Auswerteeinrichtung nichts. Der variable räumliche Abstand der Teilabnehmer wirkt dann aber als bestimmende Größe für den zeitlichen Abstand des Koinzidenzintervalls von der Vorderkante des auslösenden ersten Impulses.

Das erfindungsgemäße medizinische Gerät ist nicht auf die den Ausführungsbeispielen beschriebenen fotoelektrischen Abnehmer beschränkt. Auch andere Pulsabnehmer, sowie Rezeptoren für Elektrokardiogramme, Rheographie usw. fallen unter die Erfindung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Fotoelektrischer Pulsabnehmer mit einem Sende- und Empfangssystem für elektromagnetische Strahlung und einer zugehörigen Auswerteeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Abnehmergehäuse wahlweise einem Sender mindestens zwei Empfänger oder einem Empfänger mindestens zwei Sender derart zugeordnet sind, daß durch Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit der gleichen Pulsquelle mindestens zwei miteinander korrelierte, pulsatorisch modulierte Meßsignale abgenommen werden und daß die Auswerteeinrichtung Mittel für eine vergleichende Bewertung der einzelnen, miteinander korrelierten Meßsignale umfaßt

2. Pulsabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abnehme^ gehäuse (1) zwei Empfänger (4, 5) für elektromagnetische Strahlung symmetrisch zu einem Sender (3) angeordnet sind.

3. Pulsabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Abnehmergehäuse (1) zwei Sender für elektromagnetische Strahlung symmetrisch zu einem Empfänger angeordnet sind, wobei die Sender entweder mit der gleichen Wellenlänge abstrahlen, aber mit verschiedenen niedrigen Frequenzen getaktet sind, oder mit verschiedenen Wellenlängen abstrahlen.

4. Pulsabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinrichtung (8 bis 34) die vergleichende Bewertung der beiden abgenommenen Meßsignale durch Feststellung von zeitlichen Koinzidenzen efolgt.

5. Pulsabnehmer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (8 bis 34) zwei im wesentlichen gleichaufgebaute Auswertekanäle (A, B) mit einstellbaren Zeit- und Zählgliedern (23 bis 25) aufweist, die über eine Koinzidenzstufe (22) verbunden sind.

6. Pulsabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die bei Nichtansprechen der Koinzidenzstufe (22) eine Meßwertaustastung einleiten.

7. Pulsabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Koinzidenzbildung der Wendepunkt der ansteigenden Pulsflanke verwendet wird.

8. Pulsabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung geiegnete Mittel (8 bis 21) aufweist, die die sich entsprechenden Wendepunkte der Pulsflanken im zeitlichen Ablauf erfassen, in Rechteckimpulse umsetzen und der Koinzidenzstufe (22) zuführen.

9. Pulsabnehmer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendepunkte der Pulsflanken durch zwei hintereinander geschaltete Differenzierglieder (10 und 12, 11 und 13) erfaßt werden, deren erstes (10, 11) mittels eines Schwellwertdetektors (14, 15) bei Überschreiten einer einstellbaren Steigung der Pulsflanke über einen ersten Rechteckimpulsgenerator (16,17) ein Verknüpfungsglied (20, 21) ansteuert und deren zweites (12, 13) bei Nullsignal das Verknüpfungsglied (20, 21) durchsteuert, so daß ein weiterer nachfolgender Rechteckgenerator (18, 19) zum Aussenden eines Rechteckimpulses aktiviert werden kann.

10. Pulsabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der das für die Koinzidenzbil

dung notwendige Bezugssignal liefernde Kanal (A, B)durch eine Eingabeeinheit (31) angewählt werden kann.

11. Pulsabnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koinzidenzstufe (22) über die gleiche Eingabeeinheit (31) anwählbare Zeitintervalle einstellbarer Dauer in einstellbarem, zeitlichen Abstand von der Vorderkante eines ersten Rechteckimpulses des Kanals A oder B aufspannt, in dem nachfolgende Impulse mit diesem als ein Ereignis registriert und einem nachfolgenden Zähler (23) zugeführt werden.

12. Pulsabnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Eingabeeinheit (32) Grenzwerte für die Zählung der Pulsfrequenz einstellbar sind, bei deren Über- oder Unterschreiten medizinischer Alarm, beispielsweise auf einem, Anzeigegerät (28) angezeigt wird.

13. Pulsabnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Koinzidenzstufe (22) mit nachfolgendem Zähler (23) gezählten Ereignisse in Subtraktionsgliedern (26, 27) von den in den Kanälen A und B mit den Zählern (24, 25) gezählten Rechteckimpulsen abgezogen werden.

14. Pulsabnehmer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch Eingabeeinheiten (33,34) einstellbare Grenzwerte für die Differenz der in der Koinzidenzstufe (22) gezählten Ereignisse und der in den Kanälen A und Sgezählten Impulse vorgegeben werden können, bei deren Überschreiten technischer Alarm, beispielsweise auf Anzeigegeräte (29, 30) angezeigt wird.