DE2527475C3 - Gerät zur automatischen Überwachung von Körperfunktionen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Geräie zur automatischen Überwachung von Körperfunktionen wie Atmung, Blutdiruck, Temperatur, peripherer Puls, Herzfrequenz, bei welchen entsprechend dem Zustand des Patienten Grenzwerte eingestellt werden, deren Überschreitung zu einem Alarm führen soll.

Solche Grenzwerte können zum Beispiel sein die Atemtiefe, die auf eine unzureichende Atmung schließen läßt, oder ein zu niedriger systolischer Blutdruck, eine zu geringe Amplitude odes peripheren Druckpulses oder eine zu hohe Herzfrequenz.

Bei elektronischen Patientenüberwachungsgeräten dienen zumeist Drehknöpfe oder sonstige Steller zur Einstellung absoluter oberer und/oder unterer Grenzwerte. In manchen Fällen ist es nämlich aus medizinischen Gründen angebracht, absolute Grenzwerte, d. h. unabhängig vom augenblicklichen Funktionswert, zu wählen. Zum Beispiel wird man den unteren Herzfrequenzqert auf 40 pro Min. einstellen, wenn eine Bradykardie befürchtet wird und zu erwarten ist, daß das Herzzeitvolumen bei einer Herzfrequenz von 40 pro Min. nicht ausreichen würde.

Es gibt aber viele Fälle, in denen ein Alarmsignal wünschenswert ist, wenn ein Vitalwert sich um einen bestimmten Betrag oder einen bestimmten Prozentsatz, bezogen auf den Wert zu Beginn der Überwachung, verändert hat. Zum Beispiel kann die Forderung lauten: Das Überwachungsgerät soll Alarm auslösen, wenn die Körpertemperatur gegebenenfalls um 0,5⁰C gestiegen oder wenn die Amplitude des peripheren Pulses auf ²Ii des zur Zeit der Grenzwerteinstellung gemessenen Wertes gefallen ist oder wenn sich die Atemtiefe auf 50% des Wertes zur Zeit der Grenzwerteinsteliung verringert hat.

Der Nachteil bekannter Geräte ist, daß sie die Einstellung eines solchen relativen Grenzwertes nicht oder nur umständlich erlauben.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb diesem Stand der Technik gegenüber die Aufgabe zugrunde, für die automatische Überwachung von Funktionen lebender Körper Geräte zu schaffen, die die Einstellung von Grenzwerten gestatten, deren Größe in einer bestimmten Relation zum Wert der zu überwachenden Funktion im Augenblick der Grenzwerteinstellung steht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Allgemein arbeiten diese Geräte folglich in der Weise, daß die Grenz- oder Schwellenwerte nach Befehlsgabe, z. B. durch einen einfachen Tastendruck mittels elektronischer Schaltkreise, selbsttätig eingestellt werden. Diese Grenzwerte sollen in einer bestimmten Relation zu dem im Moment der Befehlsgabe oder kurz vorher auftretenden oder aufgetretenen, nun als Vergleichs- oder Normalwert benutzten Wert der zu überwachenden Größe stehen, z. B. um einen bestimmten festen Betrag nach unten oder oben von ihm abweichen oder einen bestimmten Bruchteil oder ein bestimmtes Vielfaches von ihm darstellen.

Dabei sollen diese Grenz- bzw. Schwellenwerte selbst

entweder konstant sein oder auch selbst noch von dem nach Befehisgabe auftretenden Normalwert abhängen oder schließlich von anderen Körperfunktionen bestimmtsein.

Zum Beispiel kann bei einer Pulsüberwachung gefordert sein, daß Alarm bei Abfall der peripheren Puisamplitude auf ²Iz des ermittelten Normalwertes gegeben wird. Bekannte Geräte erlauben es zwar, den zugehörigen Grenzwert mit Hilfe eines von Hand zu bedienenden Steilgliedes, z. B. eines Potentiometers, einzustellen. Jedoch muß dazu zunächst die Pulskurve dargestellt und die Pulsamplitude gemessen werden. Dabei macht die Messung der Pulsamplitude schon deshalb Schwierigkeiten, weil es sinnvoll ist, den Mittelwert aus mehreren Pulsamplituden als Bezugswert heranzuziehen, da die Pulsamplituden infolge der Atmung von Herzschlag zu Herzschlag schwanken können. Ferner muß die Grenzwert-Amplitude = ²Iz Mittelwertamplitude errechnet werden und kann erst danach eingestellt werden. Dieses Vorgehen hat sich bei der Überwachung von Schwerkranken als zu umständlich erwiesen. Es ist demnach ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß der Momentanwert einer Körperfunktion, wobei dieser ein Mittelwert sein kann, automatisch gemessen wird und automatisch ein oder auch mehrere ihm angepaßte Grenzwerte auf den Befehl hin, z. B. durch Tastendruck, festgelegt werden. Dieser einmal eingestellte Grenzwert soll dann jedenfalls bis zu einem erneuten Befehl unverändert bleiben.

Die erfindungsgemäße Einstellung des Grenzwertes hat über die geschilderte einfache Handhabung hinaus den Vorteil, daß für bestimmte Körperfunktionen die Beziehung zwischen einem geeigneten Grenzwert und dem Istwert der noch befriedigenden Körperfunktion aufgrund klinischer Erfahrungen bekannt sein kann und folglich die elektronische Schaltung zur Festlegung des geeigneten Grenzwertes von vornherein entsprechend dimensioniert werden kann, uo daß auch weniger gut geschultes Personal zur Befehlsgabe für die Grenzwertüberwachung durch einfachen Tastendruck befähigt ist, wonach alles weitere selbsttätig abläuft.

Zur Vervollkommnung werden weiterhin Mittel zur sichtbaren und fortdauernden Anzeige des für die Grenzwertfestlegung gewählten und dann geltenden Bezugswertes und ggf. auch der zugehörigen Uhrzeit vorgeschlagen.

Zum Verständnis der Erfindung wird diese nachstehend anhand der Verhältnisse, wie sie bei der Atmungsüberwachung, insbesondere von Frühgeborenen, vorliegen, näher beschrieben. Dann ist die Einstellung eines auf einen aufgetretenen Signal- oder Signalmittelwert als Vergleichswert bezogenen relativen Grenzwertes besonders wichtig. Bei Frühgeborenen treten nämlich sehr oft Atemstillstände auf, die zu irreversiblen Hirnschäden führen, wenn sie nicht innerhalb weniger Sekunden erkannt und durch meist einfache Maßnahmen, wie Anstoßen des Säuglings, beseitigt werden.

Die meisten Geräte zur Apnoe-Überwachung arbeiten heute nach dem Verfahren der Impedanz-Pneumographie, das zum Beispiel von G e d d e s et al. beschrieben worden ist(Geddes,LA.,Hoff,H. EL, H i c k m a η η, D. M, Moore, A. G.: The Impedance Pneumograph. Aerospace Med., 33 [ 1962], S. 28 - 33).

Derartige Geräte sind auch Gegenstand der mit den Offenlegungsschriften DOS 17 66 759, DOS 19 49 445, DOS 20 36 713, DOS 21 29 953. DOS 24 02 981, mit der Auslegeschrift DAS 18 16 783 und mit der US-Patentschrift 36 77 261 bekanntgewordenen Erfindungen.

Bei Apnoe-Monitoren. die nach dem Verfahren der Impedanz-Pneumographie arbeiten, werden mit der Atmungstätigkeit synchrone Impedanzschwankungeri gemessen, aus welchen man eine während jeder Inspiration ansteigende Signalspannung gewinnen kann. Eine Abnahme der Atemtiefe äußert sich auch in einer Abnahme der Amplitude dieser Signalspannung. Bei Apnoe bleiben die atmungsbedingten Impedanzschwan-

kungen aus. Bei den bekannten Apnoe-Uberwachungs-Geräten ist zwar schon eine einstellbare oder fest eingestellte Schwelle für den Wert der Atmungstiefe vorgesehen gewesen. Überschritt dabei die der Impedanzschwankung proportionale Signalspannung diese Triggerschwelle, wurde ein Hilfsimpuls erzeugt, der eine ZeitmeßvorrichUing startete und gleichzeitig zur Anzeige und Zählung der Inspirationen verwendet werden konnte. Die Zeitmeßvorrichtung bewirkte auch ein Alarmsignal, wenn der Hilfsimpuls für eine vorgewählte Zeit ausgeblieben war. Der Mangel der bekannten Apnoe-Überwachungs-Geräte besteht aber darin, daß die Triggerschwelle entweder von Hand wählbar oder vom Hersteller des Gerätes fest eingestellt werden mußte.

Die aus den Impedanzschwankungen gewonnenen Signalamplituden sind zwar bei einem bestimmten Säugling bei gleichbleibender Lage der Meßelektroden der Atemtiefe ungefähr direkt proportional, sind aber von Säugling zu Säugling verschieden und stark von der Position der Elektroden abhängig. Wird aber die Triggerschwelle zu hoch gewählt, dann wird schon bei einer geringfügigen, für die Effizienz der Atmung unbedeutenden Abnahme der Atemtiefe Alarm ausgelöst. Wird die Triggerschwelle zu niedrig eingestellt.

besteht die Gefahr, daß bei Apnoe kein Alarm bewirkt wird, weil kleine, nicht durch die Atmung verursachte Störsignale die Triggerschwelle überschreiten und vom Überwachungsgerät fälschlich als Atemzüge gewertet werden.

Solche Störsignale entstehen insbesondere aus Impedanzschwankungen, die durch die von der Herztätigkeit hervorgerufene Schwankung der Blutfülle in den großen Blutgefäßen erzeugt werden. Auf die Gefahr dieser Störsignale ist von V. v. Loewenich

hingewiesen worden (Loewenich, V. v.: Überwachungsmöglichkeiten auf pädiatrischen Intensivpflegestationen. Beihefte zum Archiv für Kinderheilkunde, 63. Heft, Ferdinand Enke Verlag Stuttgart 1971; Lo e w e η i ch , V. v.: Apparative Patienten-Überwachung in der Pädiatrie. Monatsschrift für Kinderheilkunde, 119 [1971], S. 474-490).

Ferner hat das amerikanische Emergency Care Research Institute mit Nachdruck vor dieser Gefahr gewarnt (N.N.: Hazard, Neonatal Respiration Monitoring. Health Devices, Vol. 2, February 1973, p. 105).

Klinische Untersuchungen haben gezeigt daß die Amplitude der herzschlagbedingten Störsignale unter 40% der Amplitude der atmungsbedingten Signale liegt, wenn die Atmung ausreichend ist und die Meßelektro-

wi den an geeigneten Stellen angebracht sind, nämlich im achten Intercostalraum in der Anterior- oder Medio-Axillarlinie (B a k e r, LE. G e d d e s. LA. H ο f f, Η.Ε.: A Comparision of Linear and Non-Linear Characteristics of Impedance Spirometry Data, Med. Biol. Engg. 4

es [1966], 371-379).

Es ist deshalb offenkundig, daß ein großer Fortschritt erzielt wird, wenn es unter Anwendung der Lehre der vorliegenden Erfindung möglich wird, die Trigger-

schwelle auf ca. 50% derjenigen Atmungssignalspannung einzustellen, die von dem speziell zu überwachenden Säugling bei ausreichender Atmung mit der speziellen Elektrodenanordnung vorher als Vergleichsoder Normalwert gewonnen wurde.

Bei allen bisher bekannten Atmungsüberwachungsgeräten ist die Einstellung einer Triggerschwelle, welche einen definierten Bruchteil der Nutzsignalamplitude zur Zeit der Einstellung beträgt, nur umständlich mit Hilfe eines Oszilloskops oder überhaupt nicht möglich.

Eine Verbesserung wurde zwar mit dem Hellige-Apnoe-Monitor 236 025 eingeführt, der die Einstellung eines 5O°/o-Triggerpegels dadurch ohne Oszilloskop ermöglicht, daß die Triggerempfindlichkeit halbiert wurde, solange eine Taste gedruckt wurde. Mit Hilfe eines Drehknopfes mußte aber derjenige Triggerpegel gesucht werden, bei dem alle Atemzüge ausreichender Tiefe gerade zum Aufleuchten der Trigger-Kontrollampe führten. Nach dem Loslassen der genannten Taste war dann eine 50%-Triggerschwelle eingestellt.

Auch dieses Verfahren war wegen der Umständlichkeit und der Gefahr von Fehlbedienungen noch unbefriedigend.

Die nachfolgend beschriebene Erfindung weist gegenüber den bekannten Geräten den Vorteil auf, daß sie eine für die zu überwachende physiologische Größe medizinisch als geeignet erwiesene Schwelle, z. B. eine 50%-Triggerschwelle, mittels Tastendruck automatisch einzustellen erlaubt.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Gerates werden anhand von zwei Blockschaltbildern F i g. 1 und F i g. 2 beschrieben. Sie unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, daß in einem Falle (Fig. 1) für die Schweüenwertdiskrimination der Grenz- oder Schwellenwert gemäß dem vorgewählten Verhältnis von einem besonderen Steuerteil automatisch eingestellt wird, im anderen Falle aber (Fig. 2) der Schwellenwertdiskriminator einen fest eingestellten absoluten Grenz- oder Schwellenwert hat und demgemäß die Verstärkung für die zu diskriminierenden Signalwerte entsprechend dem vorgewählten Grenz- oder Schwellenwertverhältnis durch den besonderen Steuerteil automatisch eingestellt werden muß.

Bei der Ausbildung gemäß F i g. 1 wird dem Körper des Säuglings über die Elektroden 1 ein hochfrequenter Wechselstrom Jzugeführt, mit Hilfe dessen in bekannter Weise die atmungsbedingten elektronischen Impedanzschwankungen AZ am Brustkorb erfaßt werden. Diese Impedanzschwankungen AZ werden im Signalumsetzer oder Wandler 2 in die elektrische Signalspannung AU = J ■ AZumgewandelt, die in bekannter Weise zur Darstellung der Atemkurve auf einem Oszilloskop 4 dient. AU wird außerdem über die Leitung 3 einem Diskriminator 5 zugeführt, wo AU mit einer Triggerschwelle Ub verglichen wird. Schwankungen mit Δ U> Ub werden als Atemzüge gewertet und dem Alarmgeber 6 zugeführt. Wenn sie vorzugsweise über ein bestimmtes voreingestelltes Zeitintervall von einigen Sekunden ausbleiben, gibt der Alarmgeber 6 Alarm.

Um die richtige Triggerschwelle Ub zu ermitteln, werden in einem Scheitelwertdiskriminator 7 die Scheitelwerte Ü von Δ U gemessen. Im Kurzzeitspeicher 8, der ein Integrierglied umfaßt, wird aus mehreren Scheitelwerten O der arithmetische Mittelwert ü gebildet, der auf den Eingang 9 des Vergleichers 15 geleitet wird.

Die Aufgabe, den Schwellenwert bzw. die Triggerschwelle Ub = k ■ U zu erhalten, wird orfindungsgemäß in folgender Weise gelöst:

Zunächst ist der Normal- oder Vergleichswert C7für die Signalspannung AU zu ermitteln. Dazu kann an einem Gerät für die direkt sichtbare Darstellung oder Aufzeichnung des Signalverlaufs, vorzugsweise auf dem Bildschirm eines Oszillographen 4, der an den Ausgang des Signalwandlers 2 angeschlossen ist, der Verlauf der Signalspannung beobachtet werden. Wenn in dieser Beobachtungsphase ein für die Bildung des Vergleichsoder Normalwertes brauchbarer Verlauf erkannt wird, ist zunächst die Entscheidung zu fällen, diesen als Normal- oder Vergleichswert für die folgende Überwachungsphase zu wählen, wozu die Befehlstaste 10 gedrückt werden muß. Dadurch wird der Impulsgenerator Ii gestartet, dessen Impulse einen Zähler 12 schrittweise weiterschalten. Entsprechend dem jeweiligen Stand dieses Zählers 12 erzeugt dann der an seinem Ausgang angeschlossene Langzeitspeicher 13 mit einem Digital-Analog-Umsetzer eine Spannung Up, die auf den einen Eingang des Vorgleichers 15 geleitet wird. Dieser erzeugt das Stopsignal für den Generator 11, sobald die Ausgangsspannung Ud des Langzeitspeichers 13 gleich dem _vom Kurzzeitspeicher 8 gelieferten Vergleichswert U geworden ist. Da der dann erreichte Spannungswert Ua der dem Mittelwert einiger Atemsignal-Amplituden zur Zeit des Drückens der Taste 10 entspricht, gleichzeitig dem Abschwächer 16 zugeleitet wird, wird dort nach Maßgabe des Stellers 17 die beim Stoppen des Generators 11 erreichte und dann als Triggerschwelle dienende Spannung Ub= k ■ Ud für die weitere Überwachung bereitgehalten und als Schwellenwert dem Diskriminator 5 zugeleitet. Dabei ist k eine Konstante, die als Faktor die Triggerschwelle bestimmt und z. B. einen Wert von 0,5 hat, entsprechend klinisch erworbener Erfahrungen. Er wird an einem dem Bedienungspersonal möglichst nicht ohne weiteres zugänglichen Steller 17 eingestellt, der den Abschwächer 16 entsprechend steuert. Für die unbefugte oder ungewollte Verstellung des Stellers 17 kann er mit einer Sperre ausgestattet sein.

Anstatt daß der Abschwächer 16 in die Verbindungsleitung zwischen dem Langzeitspeicher 13 und dem Schwellenwertdiskriminator 5 eingebaut ist, kann zur Bildung und Einstellung des Schwellenwertes Ub der Abschwächer auch in die Verbindungsleitung zwischen dem Kurzzeitspeicher 8 eingebaut und dafür der Langzeitspeicher direkt über die gestrichelt angedeutete Leitungsverbindung 20a mit dem Steuereingang des Diskriminators 5 verbunden sein. Diese Lage des Abschwächers ist in F i g. 1 gestrichelt mit der Position 16a angegeben.

Anders als bei der Schaltung gemäß F i g. 1 wird in der Schaltung gemäß Fig.2 beim Drücken der Taste 10 nicht direkt die Triggerschwelle Ub der Triggerschaltung 5 nach Maßgabe des vorgewählten Wertes auf Ub-Ic- D eingestellt, sondern es wird ein Absolutwert Ub* als Triggerschwelle im Diskriminator 5 fest eingestellt, was den Vorteil einer unveränderlichen minimalen Triggerschwelle mit sich bringt und die Schaltung des Diskriminators 5 vereinfacht Dann wird die Voraussetzung für die Diskrimination durch automatische Anpassung des Verstärkungsfaktors für die Signalspannung Δ U in einem zusätzlichen Verstärker 18 an den im Steller 17 gewählten Schwellenwertfaktor k und an den im Diskriminator eingestellten absoluten Schwellenwert Ub* geschaffen.

Dazu muß die Verstärkung in dem in die Übertra-

gungsleitung 3 für die Signalspannung A U eingefügten Verstärker 18 gegensinnig zum Faktor k gesteuert werden. Ist nämlich der Abschwächungsfaktor k klein, d. h._: soll der eigentliche Triggerwert niedrig liegen und erst bei großen Abweichungen des momentanen Spannungswertes vom ermittelten Spannungsmittelwert Alarm gegeben werden, dann ist ein hoher Verstärkungsfaktor für die ankommenden Signale notwendig, damit nicht schon bei geringen Abweichungen nach unten der feste Triggerschwellenwert Ub* unterschritten wird. Soli umgekehrt der Abschwächungsfaktor k groß, d. h. nur wenig kleiner als 1 werden, was bedeutet, daß schon bei einer geringfügigen Verminderung der Atemintensität Alarm zu geben ist, dann muß der Verstärkungsfaktor für die ankommenden Signale klein sein, damit der feste Triggerschwellenwert Ub* in solchen zu diskriminierenden Fällen einer geringen Intensitätsverminderung der Atmung auch nicht überschritten und dadurch entgegen dem angestrebten Ziel kein Alarm gegeben wird.

Diese notwendige Einstellung des Verstärkungsfaktors im Verstärker 18 wird mit Hilfe einer Steuerschaltung erreicht, die grundsätzlich gleich der Steuerschaltung 10, 11, 12, 13 und 15 nach Fig. 1 ausgebildet ist, jedoch ergänzt und abgeändert ist.

Zur Einstellung des Verstärkungsfaktors im umgekehrten Verhältnis zu dem im Steller 17 eingestellten Abschwächungsfaktor k wird zu Beginn des Überwachungszeitraumes (t = 0), der dadurch festgelegt ist, daß im vorausgehenden Beobachtungsintervall At_x ein zur Bildung des Normal- oder Vergleichswertes U geeigneten Verlauf der Signalspannung erkannt wurde, die Befehlstaste 10 gedrückt und dadurch der Impulsgenerator 11 gestartet. Dessen Impulse werden vom Zähler 12 gezählt und die entsprechenden Signalwerte dem an seinem Ausgang angeschlossenen Langzeitspeicher 13 mit Digital-Analog-Umsetzung zugeleitet. Die dementsprechend ansteigende Ausgangsspannung Ud des Langzeitspeichers 13 wird auf den Eingang des Vergleichers 15 gegeben. Gleichzeitig erhält dessen Eingang parallel dazu einen Spannungswert U*, der im Abschwächer 16 aus dem im Integrierglied 8 gebildeten Spannungsmittelwert ü nach Maßgabe der Beziehung V* = k ■ 9 erzeugt wird. In die Steuerung des Verstärkungsfaktors geht somit sowohl der vorgewählte Abschwächungsfaktor k, der den eigentlichen Schwellenwert bestimmt, als auch der Spannungsmittelwert D ein, der im Zeitintervall At_x über den Spitzenwertdiskriminator 7 und das Integrierglied des Kurzzeitspeichers 8 gewonnen wurde.

Die am Ausgang des Zählers 12 erscheinenden hochlaufenden Zählerwerte werden nun nicht nur dem Analog-Digital-Umsetzer 13, sondern auch über die Leitung 19 dem Verstärker 18 zugeleitet und steuern dort dessen Verstärkungsfaktor gegenläufig so lange, bis am Vergleicher 15 die einlaufenden Spannungswerte Ud und U* gleich werden. Dann liefert nämlich der Vergleicher über die Leitung 21 ein Stopsignal an den Impulsgenerator 11, wonach der Verstärkungsfaktor über die Leitung 19 nicht mehr geändert wird, sondern auf dem erreichten Wert stehenbleibt Mit diesem an den in der Triggerschaltung 5 fest eingestellten Absolutwert Ub* der Triggerschwelle angepaßten Verstärkungsfaktor werden dann die über die Signalleitung 3 ankommenden Atemsignal-Spannungswerte U=I- ΔΖ auf den Ausgangswert Δ U* verstärkt und auf diese Art und Weise die Diskrimination erreicht

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 muß also im umgekehrten Verhältnis zu dem gewählten Abschwächungsfaktor k angesteuert werden. Dies wird durch die Steuerschaltung 11, 12, 13 und 15 erreicht, indem der Verstärkungsfaktor von 18 von einem hohen Ausgangswert so lange zu dem angepaßten Verstärkungsfaktor heruntergesteuert wird, bis am Eingang des Vergleichers 15 die Eingangsspannung Up gleich ■ U* geworden ist. Dies dauert um so langer, je größer der Abschwächungsfaktor und damit um so größer U* ist.

ίο Zum Beispiel sei die Triggerschwelle Ub* des Diskriminators 5 fest auf einen Wert von 1 V eingestellt. Zur Zeit des JJrückens der Taste 10 sei der erreichte Normalwert U = 4 V. Es soll Alarm ausgelöst werden, wenn die Atemsignalspannung AU auf 0,5 t/abgesunken ist, d.h., der Abschwächungsfaktor, der den zulässigen Grenzwert bestimmt, ist mit k = 0,5 vorgewählt worden. Dann wird der Verstärkungsfaktor beim Drücken der Taste 10 automatisch durch den Stand des Zählers 12 auf

V= AU*IAU= Ub*Ik ■ U= 1 V/0,5 ■ 4 V = 0,5

geregelt.

Zufälligerweise ist bei diesem Beispiel der Verstärkungsfaktor gleich dem Abschwächungsfaktor.

Die erfindungsgemäßen Geräte können für verschiedene Abschwächungsfaktoren, die die zulässigen Grenzwerte bestimmen, ausgebildet sein, wobei es zweckmäßig ist für die verschiedenen Jt-Werte, z. B. k\ = 0,4, &2 = 0,5, kj = 0,6 besondere zugeordnete Wahltasten 17a, 17£>... vorzusehen, und zwar mit einer Beschriftung, die die Atmungscharakteristik darstellt, nämlich k\ = Atmung gut, fo = Atmung ausreichend, ki = Atmung schlecht, damit die Atemtiefe bei schlechter Atmung bis zur Auslösung eines Alarms nur wenig, bei ausreichender und guter Atmung mehr absinken muß.

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 kann auch durch die am Ausgang des Langzeitspeichers 13 auftretende Analogspannung gesteuert werden (siehe gestrichelte Leitungsverbindung 19a in F i g. 2).

Das erfindungsgemäße Gerät kann in der Weise weitergebildet und vervollkommnet werden, daß mittels besonderer Verzögerungsglieder im Alarmgeber 6 erst dann Alarm gegeben wird, wenn über eine Zeitdauer von mehreren Sekunden der geltende Schwellenwert der Signalspannung bzw. bei der Atmungsüberwachung über mehrere Atemzüge die gewünschte Atemtiefe nicht erreicht wird. Des weiteren ist es möglich, daß die Stellvorrichtung 17 für den Abschwächungsfaktor an physiologische Überwachungsgeräte anderer beliebiger Art angeschlossen ist und Mittel vorgesehen sind, damit durch diese Überwachungsgeräte die Stellvorrichtung 17 in Abhängigkeit von den anderen überwachten physiologischen Funktionen automatisch eingestellt wird. Weitere Vervollkommnungsmaßnahmen, wie sie in F i g. 1 zum Teil dargestellt sind, sind folgende:

Es ist z.B. für die Kontrolle zweckmäßig, an den Ausgang des Meßwertwandlers 2 oder des Schaltungsteils 7 und 8 Anzeigemittel 23 anzuschließen und diese mit dem Befehlsschalter 10 in der Weise zu koppeln, daß nach der Befehlsgabe die für die folgende Überwachungsphase geltende Normal- oder Vergleichsspannung und gegebenenfalls der Zeitpunkt der Entscheidung festgehalten und dauernd angezeigt wird.

Schließlich kann es für die Vermeidung unliebsamer Überraschungen zweckmäßig sein, den Alarmgeber 6 unmittelbar an die Stellvorrichtung 17 für das Schwellenwertverhältnis oder an den Befehlsschalter 10

oder an den Ausgang des Vergleichers 15 in der Weise anzukoppeln, daß der Alarmgeber 6 so lange Alarm gibt, bis das Schwellenwertverhältnis an der Stellvorrichtung 17 eingestellt oder bis an Schalter 10 der Befehl für den Beginn einer Überwachungsphase gegeben oder bis zum Vergleicher 15 das Signal für die Beendigung der Einstellungsphase für den Grenz- oder Schweilenwertdiskriminator gegeben worden ist. Für die erste Variante ist die entsprechende Stcuerleitung gestrichelt mit Position 25 dargestellt. Diese Maßnahmen können unter anderem auch deshalb von praktischer Bedeutung sein, weil sie nach einer iingewünschten Unterbrechung der Stromversorgung durch die automatische Aiarmgabe bei Wiederbeginn das Bedienungspersonal darauf aufmerksam machen, daß ein erneuter Befehl für die Überwachung gegegen werden muß. indem nach cir.cr Beobachtungszeit bzw. Beobachtungsphase zum geeigneten Zeitpunkt entschieden wird, ob ein vorausgehender Verlauf des Meßsignals als Vergleichs- oder Normalwert für die darauffolgende Überwachungsphase genommen wird. Für den Fall, daß die genannten Maßnahmen nicht angewandt werden, wird es aber auf jeden Fall empfehlenswert sein, in geeigneter Form eine Meldemöglichkeit vorzusehen, wenn ein Stromausfall aufgetreten ist.

Grundsätzlich stehen Langzeitspeicher 13 zur Verfügung, die für eine unbegrenzte Zeit einen einmal erreichten Speicherwert festhalten und für die Steuerung des Schweilenwertdiskriniinators 5 laufend bereitstellen. Es kann aber sein, daß nach weiterer Beobachtung des Verlaufs der fraglichen Körperfunktion es iür erforderlich gehalten wird, einen neuen Normal- oder Vergleichswert zu wählen. Dann kann dafür das erfindungsgemäße Gerät in der Weise eingerichtet werden, daß nach entsprechender Beobachtungsphase und beim Drücken der Befehlstaste 10 im Entscheidungszeilpunkt der Langzeitspeicher 13 automatisch auf 0 zurückgestellt bzw. so gesteuert wird, daß er eine neue Steuerspannung Uo aufbauen kann. Die entsprechende Kopplung zwischen dem Befehlsschalter 10 und dem Langzeiispeicher 13 ist gestrichelt durch die Steuerleitung 24 angedeutet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen Überwachung physiologischer Funktionen, mit einem Wandler (2), der laufend die Werte der zu überwachenden physiologischen Körperfunktionen in eine ihnen analoge elektrische Signalspannung umwandelt, mit einem Grenz- oder Schwellenwertdiskriminator (5) und mit einer Alarmvorrichtung (6), die von letzterem so getriggert wird, daß sie bei Auftreten eines den Grenz- oder Schwellenwert erreichenden Signalspannungswertes Alarm gibt, gekennzeichnet durch Schaltungsmittel (5, 7, 8, 10, 11,12, 13, 15, >s 16,17 und ggf. 18) zur automatischen Einstellung des Grenz- oder Schwellenwertdiskriminators (5) auf ein vorzuwählendes, physiologisch als kritisch beurteiltes Verhältnis zwischen einem Grenz- oder Schwellenwert und einem Vergleichswert der Signalspannung, die zu der zu überwachenden physiologischen Funktion proportional ist, zur Gewinnung dieses Vergleichswertes in einem Zeitpunkt, in dem der kurz vorher aufgetretene Wert der Signalspannung als normal erkannt worden ist, und zur Bereithaltung dieses Vergleichswertes für die danach folgende, beliebig lange Überwachungszeit.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet

a) durch eine Stellvorrichtung (17) für das physiologisch als kritisch angesehene Verhältnis des Trigger-Schwellenwertes oder Triggergrenzwertes (Ub oder Ub*) zu dem ermittelten Vergleichswert (Ü) der Signalspannung,

b) durch einen Schaltungsteil (7 und 8), der für aufeinanderfolgende Zeitintervalle At\, Ah... in der Größenordnung von Sekunden wenigstens einen in diesem Intervall aufgetretenen Signalspannungswert an seinem Ausgang als wählbaren Vergleichswert (UJ bereitstellt,

c) durch einen Schalter (10), durch dessen Betätigung der für das vorausgehende Zeitintervall A tx ermittelte und als solcher gewählter Vergleichswert Ό der Signalspannung für die nachfolgende Überwachungszeit bereitgehalten und die Grenz- oder Schwellenwertschaltung (5, 16 und ggf. 18) dafür entsprechend automatisch eingestellt wird,

d) durch einen einen Langzeitspeicher (13) enthaltenden, von dem Befehlsschalter (10) in Gang gesetzten Steuerteil (11, 12, 13, 15 und ggf. 18) für die ununterbrochene weitere Bereithaltung des Vergleichsspannungswertes während der Überwachungszeit.

3. Gerät nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Schwellenwertdiskriminator (5) mit in Abhängigkeit vom gewählten Grenz- oder Schwellenwertverhältnis automatisch durch den Steuerteil (U, 12...) einstellbaren Grenz- oder Schwellenwert t/s (Fig. 1).

4. Gerät nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Anwendung eines Schwellenwertdiskriminators (5) mit fest eingestelltem oder einstellbarem Grenz- oder Schwellenwert Ub* und durch einen in die Signalübertragungsleitung (3) zum Diskriminator (5) liegenden Verstärker (18) mit in Abhängigkeit ^h5 vom gewählten Grenz- oder Schwellenwertverhältnis und dem fest eingestellten Schwellenwert U₈* automatisch durch den Steuerteil (11, 12 ...)

einstellbarem Verstärkungsfaktor.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen an den Ausgang des Meßwertwandlers (2) wenigstens mittelbar angeschlossenen Kurzzeitspeicher (8), in dem der vom Wandler gelieferte Signalspannungswert fortlaufend jeweils über aufeinanderfolgende Zeitintervalle Δ tu Ah... gleichbleibender Länge von der Größeno^rd^ nung von Sekunden gemittelt und der Mittelwert U über die jeweils folgende Periode an seinem Ausgang als Vergleichswert bereitgestellt wird.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerteil (11, 12 ...) einen Vergleicher (15), einen durch den Befehlsschalter (10) angestoßenen Impulsgenerator (11), einen an dessen Ausgang angeschlossenen Impulszähler (12) und einen einen Digital-Analog-Wandler umfassenden Langzeitspeicher (13) umfaßt, dessen Ausgang mit dem einen Eingang des Vergleichers (15) verbunden ist, während der andere Eingang des Vergleichers (15) wenigstens mittelbar mit dem Ausgang des Kurzzeitspeichers (8) in Verbindung steht, und wobei ein Eingang des Impulsgenerators (11) mit an den Ausgang des Vergleichers (15) angeschlossen ist, so daß letzterer das Stopsignal für den Impulsgenerator liefert, wenn die beiden am Eingang des Vergleichers liegenden Spannungen gleich geworden sind.

7. Gerät nach den Ansprüchen 3 und 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Langzeitspeichers (13) auch mit dem einen Eingang eines Abschwächers (16) verbunden ist, in welchem zur Bildung der Grenz- oder Schwellenwertspannung t/edie beim Stop des Impulsgenerators (11) am Ausgang des Langzeitspeichers (13) erreichte Vergleichsspannung (UpJ^uf den gewählten Schwellenwert abgeschwächt wird, und daß der Ausgang des Abschwächers (16) mit dem Steuereingang des Grenz- oder Schwellenwertdiskriminators (5) verbunden ist.

8. Gerät nach den Ansprüchen 3 und 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschwächer (16) anstatt in die Verbindungsleitung zwischen dem Langzeitspeicher (13) und dem Grenz- bzw. Schwellenwertdiskriminator (5) in die Verbindungsleitung (9) zwischen dem Kurzzeitspeicher (8) und dem Langzeitspeicher (15) eingefügt ist (Pos. 16a,}

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zeitintervall zwischen der Befehlsgabe durch den Befehlsschalter (10) und dem Abschalten durch den Vergleicher (15) im Impulsgenerator (11) erzeugten Impulse dem Zähler (12) des Steuerteils zugeleitet und im Langzeitspeicher (13) integriert und das Ergebnis in eine analoge, für die Einstellung des gewählten Schwellenwertverhältnisses dienende Steuerspannung t/Dumgewandelt wird.

10. Gerät nach Anspruch 4 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur automatischen Einstellung des Verstärkungsfaktors des in die Signalübertragungsleitung (3) eingefügten Verstärkers (18) im umgekehrten Verhältnis zum gewählten Grenzoder Schwellenwertverhältnis die vom Zähler (12) gelieferten Zählimpulse oder die vom Langzeitspeicher (13) entsprechend erzeugte Steuerspannung Uo dient, indem der Ausgang des Zählers (12) oder des Langzeitspeichers (13) auch mit dem Steuereingang für den Verstärkungsfaktor des Verstärkers (18)

verbunden ist

11. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Anwendung zur automatischen Überwachung der Atmung eines Patienten.

12. Gerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn- s zeichnet, daß in dem den Kurzzeil speicher (8) enthaltenen Schaltungsteil (7, 8) ein einzelner Amplitudenwert Δ U der Atemsignalspannung oder der Mittelwert U mehrerer im vorausgehenden Beobachtungsintervall aufgetretener Atemsignalamplituden gebildet und gespeichert wird

13. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Sperre an der Stellvorrichtung (17) für das Schwellenwertverhältnis, die eine unbefugte oder unbeabsichtigte Verstellung des vorgewählten Schwellenwertes verhindert

14. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung (17) mit mehreren Schaltern (17a, 17b ...) oder ähnlichen Mitteln für die Einstellung verschiedener Stufen des Schwellenwertverhältnisses ausgestattet ist

15. Gerät nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Anschluß der Steuereingänge der Stellvorrichtung (17) an physiologische Überwachungsgeräte anderer beliebiger Art und durch Mittel zur automatischen Einstellung des Schwellenwertverhältnisses in der Stellvorrichtung (17) in Abhängigkeit von diesen anderen physiologischen, durch diese Geräte überwachten Zustände des Patienten.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein Sichtgerät (4), insbesondere in Form eines Oszillographen, das an den Ausgang des Meßwertwandlers (2) angeschlossen ist und zur unmittelbar sichtbaren Beobachtung des Verlaufs der zu überwachenden Körperfunktion und insbesondere zur Erkennung eines als Normal- oder Vergleichswert brauchbaren Wertverlaufs dient.

17. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch ein Anzeigemittel (23), das an den Ausgang des Meßwertwandlers (2) oder des Schaltungsteils (7, 8) angeschlossen ist und vom Befehlsschalter (10) in der Weise mitgesteuert wird, daß die für die gewählte Überwachungsphase geltende Normal- oder Vergleichsspannung U und/oder der Zeitpunkt des Übergangs von der Beobachtungs- zur Überwachungsphase festgehalten und dauernd angezeigt wird.

18. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Kopplung des Alarmgebers (6) unmittelbar an die Stellvorrichtung (17) für das Schwellenwertverhältnis oder an den Befehlsschalter (10) oder an den Ausgang des Vergleichers (15) in der Weise, daß der Alarmgeber (6) so lange Alarm gibt, bis das Schwellenweriverhältnis an der Stellvorrichtung (17) eingestellt bzw. bis am Schalter (10) der Befehl für den Beginn einer Überwachungsphase gegeben oder bis vom Vergleicher (15) das Signal für die Beendigung der Einstellphase für den Grenz- oder Schwellenwertdiskriminator (5) gegeben worden ist (Fig. 1, Pos. 25).

19. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine Verzögerungsschaltung am Alarmgeber (6), so daß nur dann Alarm gegeben π■> wird, wenn die Signalspannungswerte nur über ein längeres Zeitintervall von z. B. einigen Sekunden nicht den gewählten Schwellenwert erreichen bzw. den gewählten Grenzwert überschreiten oder wenn z. B. bei der Überwachung der Atmung mehrere Atemzüge ausbleiben bzw. eine bestimmte dem eingestellten Schwellenwert entsprechende Stärke nicht überschreiten.