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Gerät zur automatischen Blutdruckmessung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät nur automatischen Blutdruckmessung
nach Korotkoff/Riva-Rocci, mit einer eine Druckmeßvorrichtung enthaltenden aufblasbaren
Manschette und mit einem Mikrofon zur Erkennung der Korotkoff-Geräusche, welches
vorzugsweise über ein elektrisches Filter und/oder eine Schwellenwert-Vorrichtung
mit einer steuerbaren Druckanzeigevorrichtung verbunden ist.
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Die indirekte Blutdruckmessung nach Korotkoff/Riva-Rocc i wird im
allgemeinen manuell vorgenommen, wobei der Arzt das Ein- und Aussetzen der Korotkoff-Geräusche
mittels eines rein akustisch wirkenden Stethoskops verfolgt. Dies bedarf einiger
Praxis, um die gesuchten Korotkoff-Geräusche aus anderen Störgeräuschen herauszufiltern,
so daß die Blutdruckmessung im wesentlichen nur von einem Arzt und nicht auch vom
Pflegepersonal vorgenommen werden kann.
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Es sind zwar Geräte zur automatischen Blutdruckmessung der eingangs
genannten Art bekanntgeworden, bei denen die Erkennung und Auswertung der Korotkoff-Geräus
ehe elektronisch vorgenommen wird. Diese elektronische Auswertung und Erkennung
bereitet jedoch gewisse Schwierigkeiten, da die Korotkoff-Geräusche in der Größenordnung
und im wesentlichen auch im Frequenzbereich sonstiger Störgeräusche liegen. Es ist
deshalb relativ schwierig und umständlich, mit Mitteln der elektronischen Schaltungstechnik
die Korotkoff-Geräusche von Stbrgeräuschen zu trennen, da die Elektronik mit vertretbarem
Schaltungsaufwand dem menschlichen Ohr hinsichtlich seiner Filter- und Auswahleigenschaft
deutlich unterlegen ist-. Beispielsweise ist aus der DT-OS 1 616 009 ein Gerät zur
automatischen Blutdruckmessung der
eingangs genannten Art bekanntgeworden,
bei der die vom innerhalb der aufblasbarenidanschette angeordneten Mikrofon abgegebenen
den akustischen Geräuschen äquivalenten elektrischen Signale über verschiedene Bandfilter
und Impulsformer einem logischen Schaltkreis zugeführt werden, der ein Ausgangssignal
bei Vorhandensein einer bestimmten Impulskombination abgibt. Das vom Mikrofon kommende
Signal wird dabei in mehrere Signale eines bestimmten Frequenzbereiches aufgeteilt
undentsprechend umgeformt. Der Schaltungsaufwand, der hierbei getrieben wird, ist
relativ aufwendig und umfangreich. Bei dieser Frequenzanalyse von Korotkoff- und
Fremdgeräuschen ist das ilerausfiltern von Frequenzen in einem nur einige dieser
Schwingungen andauernden Impuls äußerst schwierig. Da bei diesem bekannten Gerät
davon ausgegangen wird, daß in jedem ftörgeräusch im Gegensatz zu den Korotkoff-Geräuschen
Signale des Frequenzbereiches um 1000 Hz auftreten, ist auch diese Messung mit gewissen
Fehlern behaftet, da diese Voraussetzung zwar überwiegend, jedoch nicht allgemein
gilt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zur automatischen
Blutdruckmessung der eingangs genannten Art zu schaffen, das das Ein- und Aussetzen
der Korotkoff-Geräusche unter wesentlich geringerem schaltungstechnischen Aufwand
mit Sicherheit erkennt.
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Erfindungsgemäß ist eine Erkennungslogik vorgesehen, die vom Mikrofon
ein vom Korotkoff-GerSusch abgeleitetes Signal und/oder ein mit der Periode der
Herzfrequenz erscheinendes periodisches Signal empfängt und ein Ausgangssignal bei
Auftreten beider Signale in einem zeitlichen Abstand, der gegenüber der Periode
der Herzfrequenz klein ist, erzeugt.
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Die theoretische Grundlage zum Aufbau einer derartigen Erkennungs1ogik
liegt darin daß nicht nur unterhalb des diastolischen Druckes eine periodische Druckschwankung
gleich der Herzfrequenz auftritt, sondern daß auch oberhalb des systolischen Druckes
geringe Druckschwankungen registriert werden können, die ebenfalls gemäß der Herzfrequenz
periodisch auftreten. Im Druckbereich zwischen der Systole und der Diastole treten
zu diesen periodischen Drucksc'hwankungen die Korotkoff-Geräusche auf, die in einem
ganz bestimmten, etwa zeitlich konstanten Abstand auf die periodische Druckschwankung
folgen. Zur.Erkennung der Korotkoff-Geräuschewerin also ggf. neben dem Durchlauf
durch ein Filter und dem Überschreiten einer Schwelle die Signale zusätzlich: auf
ihre zeitliche Folge und damit auf die Form des Gesamtsignales hin untersucht. Die
Ansprechschwelle wird automatisch selbsttätig geregelt bzw. auf den optimalen Wert
eingéstellt und paßt sich dem Störpegel an. Dadurch werden zu hohe Empfind lichkeiten
vermieden. Dies hat den Vorteil, daß die bei den bekannten autoamtischen Geräten
kritische Einstellung der Ansprechschwelle so weit
heruntergesetzt
werden kann, daß sie nur noch die Funktion der Rauschun@rdrückung ausübt. Dadurch
ist auch gewährleistet, daß die Ansprechschwelle einen für alle Patienten geltenden,
genügend tiefen Wert besitzt, so daß die Tatsache, daß die vom Mikrofon aufgenommenen
Geräusche wegen der unterschiedlichten Lage der Arterien im Oberarm eim s Patienten
unterschiedliche Amplituden besitzen, beim erfindungsgemäßen Gerät keine Rolle spielt.
Ahnliches gilt für das ggf. vorhandene Bandfilter, dessen Durchlaßcharakteristik
ebenfalls unkritisch ist. Die beim erfindungsgemäßen Gerät zur Messung herangezogene
Signalform ist be gen einzelnen Patienten nur relativ geringen Schwantungen unterworfen.
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Da die Erkennungslogik im wesentlichen nur die bestimmte zeitliche
Folge zweier Impulse auszuwerten hat, ist der Schaltungsaufwand beim erfindungsgemäßen
BlutdruckmeEgerat relativ gering.
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Schaltungstechnisch einfach ist es, wenn die Erkennungslogik ein Zeitglied
besitzt, das zum Erzeugen eines Ausgangsimpulses vomeintreffenden periodischen Signal
eingeschaltet und bei Auftreten eines in einem definierten zeitlichen Abstand nachfolgenden
Korotkoff-Signals ausgelDst wird. ZweckmäBigerweise ist dabei das Einschalten des
Zeitgliedes etwa
um den zeitlichen Abstand des Korotkoff-Signales
verzögert, vorzugsweise um eine Zeitdauer im Bereich von etwa 25 ms, so daß mit
Sicherheit alle diejenigen von StDrgeräuschen herrührenden Impulse mit gegenüber
der Verzogerung kleinerer Periodendauer unterdrückt werden, insbesondere auch möglicht
50-Hz-Einstreuungen. Um auch nachfolgende Störgeräusche unterdrücken zu kennen,
ist es zweckmäßig, die Einschaltdauer des Zeitgliedes vtrzugsweise auf etwa 600
ins zu begrenzen.
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Bei einem bevorzugten Ausführ1lngsbeispL el vorliegender Erfindung
weist die Erkennungslogik ein Verknüpfungsglied, vorzugsweise ein UND-Gatter, auf,
dessen Eingänge mit dem Ausgang bzw. mit dem Eingang des Zeitfensters verbunden
sind. Dadurch erscheint am Ausgang des UND-Gatters nur dann ein Impuls, wenn einem
periodischen Impuls in einem bestimmten Zeitabstand und innerhalb einer bestimmten
Zeitdauer ein zweiter Impuls folgt, so daß solche Impulse unberücksichtigt bleiben,
die innerhalb der eingestellten zeitlichen Verzögerung und/oder außerhalb der maximalen
Einschaltdauer des ZeitglS des auftreten, welche Impulse mit Sicherheit nicht einem
Korotkoff-Geräusch zugeordnet sind bzw. entstammen.
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Ein Ausgangssignal der Erkennungslogik erscheint also -jeweils zu
einem Zeitpunkt, an dem ein Korotkoff-Geräusch auftritt, so daß bei Auftreten des
ersten Korotkoff-Signales der systolische Druck und bei Auftreten des letzten der
diastolische Druck gemessen, bzw. im Zeitpunkt des Auftretens dieses ersten bzw.
letzten Impulses der ständig gemessene Druck an der Druckanzeigevorrichtung abgelesen
werden kann. Damit keine Fehlablesung beispielsweise durch Paralaxe oder deshalb
erfolgen kann, weil der Druck an einer analogen Skala abgelesen werden muß, während
sich aufgrund der Drucicverminderung in der Manschette der I3lutdruck weiter ändert,
ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die Druckmeßvorrichtung
einen Druckwandler aufweist, der mit einem mit einer digitalen Anzeigevorrichtung
gekoppelten Analog-Digital-Umsetzer verbunden ist. Ein solcher Umsetzer kann beispielsweise
ein Digital-Voltmeter sein, wenn der Druckwandler den eingangsseitig aufgenommenen
Druck ausgangsseitig in eine entsprechende elektrische Spannung umwandeln soll.
Dadurch kann der momentane Druck wesentlich genauer abgelesen werden, da eine bestimmte
digitale Anzeige, also eine Zahl, von der betreffenden Person wesentlich
schneller
erfaßt werden kann als eine analoge Anzeige. Ein weiterer Vorteil besteht darin,
daß eine solche digitale Anzeige in wesentlich einfacherer Weise einem Drucker oder
einem sonstigen Aufzeichnungsgerät zugeführt werden kann. Des weiteren ist es möglich,
die digitale Anzeigevorrichtung mit einem sonstigen, beispielsweise auch elektronischen,
Speicher zu versehen Dabei wird beispielsweise die Speicherung des ersten und letzten
Impulses, der vom Korotkoff-Geräusch herrührt, vom Ausgangssignal der Erkennungslogik
gesteuert. Das Gerät erkennt also selber Systole und Diastole und kann diese Werte
selbsttätig erkennen bzw. festhalten und speichern bzw. anzeigen. Gerade Analoggeräte,
beispielsweise Manometer, benötigen hierfür einen erheblichen Aufwand an pneumatischen
und mechanischen Teilen und trotzdem ist die Anzeigedauer dabei begrenzt.
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Ohne weiteren größeren Schaltungsaufwand ist es ferner möglich, den
Ausgang der Erkennungslogik mit einem mit der digitalen Anzeigevorrichtung gekoppelten
Pulszähler zu verbinden, so daß auch die Anzahl der während der Messung registrierten
Impulse auf ~#ulsschläge pro Minute umgerechnet und angegeben bzw. aufgezeichnet
werden.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 das
Blockschaltbild eines BlutdruckmePgerätes gemä vorliegender Erfindung und Fig. la
ein Ausführungsbeispiel einer Regelschaltung zur automatischen Schwelleneinstellung,
Fig.
2 die graphische, qualitative Darstellung des Druckverlaufs in einer Manschette
bzw. in der Arteriabrachialis in Abahängigkeit von der Zeit, und Fig. 3a bis 3d
das den Druckschwankungen zugeordnete analoge elektrische Signal in verschiedenen
Zeitbereichen der Blutdruckmessung, und Fig. 4a bis Wd die den analogen elektrischen
Signalen der Fig. 3a bis 3d zugeordneten impulsförmigen Signale.
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Das in Fig. 1 dargestellte Gerät 11 zur indirekten, unblutigen Blutdruckmessung
nach KorotkofflRiva-Rocci besitzt in üblicher Weise eine um den Oberarm eines Patienten
legbare, aufhlasbare, hier lediglich schematisch dargestellte Manschette 12, die
mit einem steuerbaren Kompressor 13 verbunden ist. Die Manschette 12, deren Manschettenbeutel
nach innen dehnbar, jedoch nach außen unnachgiebig eingefaßt ist, ist ferner mit
einem Druckwandler 14 verbunden, der den momentanen anstehenden, mechanischen Druck
in eine analoge elektrische Spannung umwandelt, welche einem Analog-Digital-Umwandler
16 zugeführt wird, dessen eine digitale Spannung abgebender Ausgang mit einer digitalen
Anzeigevorrichtung 17 verbunden ist. Der Druckwandler 14 kann dabei beispielsweise
einen vom mechanischen Druck abhängigen Widerstand, Kondensator oder auch Induktivität
besitzen. Der Analog-Digital-Umwandler 16 kann beispielsweise ein Digital-Voltmeter
sein.
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Im Bereich des Innenumfanges der Manschette 12 ist in bekannter Weise
ein Mikrofon 18, beispielsweise ein Kondensator-Mikrofon,
angeordnet,
das die im abgeschnürten Oberarmbereich eines Pa tienten auftretenden Geräusche
aufnimmt und in Form eines elektrischen Signals einem Vorverstärker 19 zuführt.
Der Vorverstärker 19 ist über ein Bandfilter 21, beispielsweise in Form eines Hochpasses,
aus dem ein Teil der Störgeräusche ausgefiltert wird, mit einem zweiten Verstärker
22 verbunden. Das verstärkte Signal wird einer Schwellenwertvorrichtung 23 zugeführt,
die zur Einstellung des optimalen Schwellenwertes eine Regelschaltung (Fig. la)
mit RC-Glied 24 und einen Schwellwertschalter 26 aufweist, welcher ausgangsseitig
mit einer Pegelanpassung 27 verbunden ist. Bei der in Fig. la beispielsweise dargestellten
Regelschaltung lädt jeder Impuls einen Kondensator des RC-Gliedes 24 auf, dessen-Entladezeitkonstante
so bemessen ist, daß er in einer der Herzfrequenz entsprechenden Periode wieder
entladen ist, wenn der Impuls die Höhe eines Regelwertes hatte, dagegen eine Teilladung
behält, wenn die Impulsfolge schneller oder die Amplitude höher ist. Der Ladezustand
des RC-Gliedes 24 steuert direkt die Ansprechschwelle, so daf?- erstens die Störsicherheit
erhöht wird und zweitens eine individuelle Anpassung an die unterschiedlichen Amplituden
verschiedener Patienten automatisch durchgeführt wird.
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Der Ausgang 28 der Pegelanpassung 27, an der ein durch die ScÄwellenwertvorrichtung
23 digitalisiertes Signal auftritt, ist erstens mittelbar über ein Zeitfenster 29
und zweitens unmittelbar mit einem UND-Gatter 31 verbunden. Das UND-Gatter 31 steuert
eine monostabile Kippstufe 32, deren Ausgang 33 sowohl mit einer Steuereinheit
34
als auch mit einem Zähler 36 verbunden ist, welche beide mit der Anzeigevorrichtung
17 gekoppelt sind. Die St euereinheit 34 steuert über VerbindungsleitunJen ferner
sowohl den Zähler 36 als auch den Digital-Analog-Umwandler 16.
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Im folgenden sei nun die Funktion des in Fig. 1 als Blockschaltbild
dargestellten erfindungsgemäßen Flutdruck:neßgerätes 11 in Verbindung mit den graphischen
Darstellungen der auftretenden Drücke, analogen Spannungen und digitalen Spannungsimpulsen
der Fig. 2 bis 4 beschrieben. In Fig. 2 ist der zwischen dem systolischen Druck
schwankende Druckverlauf PBdes in den Arterien eines Menschen fließenden Blutes
in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Bei der indirekten Blutdruckmessu ng nach
Korotkoff/ Riva-Rocci wird die Armmanschette 12 mittels des Kompressors 13 auf einen
Druck aufgeblasen, der über dem systolischen Druck liegt. Dies bedeutet, daß die
ArteriAIbrachialis auf den Oberarmknochen gedrückt und vollkommen abgeschnürt wird.
Mit dem, beispielsweise ein steuerbares Auslaßventil enthaltenden Kompressor 13
kann der in der Armmanschette 12 bestehende Druck gemäß der Kennlinie PM linear
bis unterhalb des diastolischen Drucks abgesenkt werden. Diese Druckabsenkung wird
konstant gemessen und entweder ebenfalls konstant oder nur zu best-immten Zeitpunkten
aufgezeichnet bzw. gespeichert. Wesentlich dabei ist die Messung des systolischen
Druckes und des diastolischen Druckes, der zu einem Zeitpunkt t5 bzw. tD gemessen
werden kann, zu dem gemäß Fig. 2 die linear abfallende Kennlinie PM den oberen Grenzwert
"Systole't bzw. den unteren Grenzwert "Diastole" der
Kennlinie
PB schneidet. Dabei ist dieser Schnittpunkt der ideale Wert, während der gemessene
Wert gleich dem Schnittpunkt der Kennlinie PM mit der Kennlinie PB darstellt.
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Das erfindungsgemäße Blutdruckmeßgerät 11 beruht nun auf folgendem
Phänomen: Liegt der Manschettendruck PM oberhalb des stolischen Druckes, so ergibt
sich wegen der vollständig abgeschnürten Arterie nach der Abschnürstelle keine Dru-c,kschwankung.
Es ergeben sich jedoch trotz der Abschnürung vor dieser Stelle geringe Druckschwankungen,
die davon herrGhren, daß da-s#sich oberhalb der Abschnürstelle stauende Blut mit
det Herzfrequenz einen Druckimpuls weitergibt, wodurch sich die Art er ienwandung
infolge ihrer Elastizität verformen kann.
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Diese geringen Druckschwankungen, die periodisch mit der Herzfrequenz
auftreten, werden vom Mikrofon 18 wahrgenommen.
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Das tsh infolge dieser geringen Druck-schwankungen an der Schwellenwertvorrichtung
23 anstehende Signal ist in Fig. 3a dargestellt. Die Schwellenwertvorrichtung 23
ist dabei so eingestellt, daß dieses von den geringen Druckschwankungen herrührende
kleine analoge Signal in ein in Fig. 4a dargestellt es digitales Ausgangssignal
umgewandelt wird, während Rauschsignale unterhalb dieser Schwelle abgeschnitten
werden.
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Das am Ausgang der Schwellenwertvorrichtung 23 erscheinende digitale
Signal bzw. Rechteckimpuls kehrt solange periodisch mit der Herzfrequenz wieder,
solange die Arterie zumindest teilweise abgeschnürt ist. Wird nun der Manschettendruck
unterhalb
des systolischen Druckes abgesenkt, so ergibt sich eine DruckdifferenzSp = PB -
PM, wodurch die Abschnürung der Arterie gelockert wird und Blut zumindest teilweise
in den Unterarm strömen kann. Zum Zeitpunkt ts, zu dem die Druckdifferenz #p >
O wird, tritt das akustische Phänomen der sogenannten Korotkoff-Geräusche auf. Diese
infolge der spitzenartigen Strömung auftretenden Korotkoff-Geräusche treten in einem
zeitlichen Abstand T vo eriodisch wiederkehrenden Signal auf, der gegenüber der
Herzfrequenz gering ist und etwa 10 % von deren Zeitabstand auf. Die den Korotkoff-Geräuschen
zugeordneten Signale (Fig. 3b und 3c) werden in der Schwellenwertvorrichtung 23
in digitale Signale bzw. Recheckimpulse 1K umgewandelt, die von den periodischen
Rechteckimpulsen IH den zeitlichen Abstand T besitzen. Der zeitliche Abstand T liegt
dabei erfahrungsgemäß bei etwa 25 ms. Wie ein Vergleich der Fig. lib und 4c ergibt,
werden die Impulse 1K mit, abnehmendem Manschettendruck Pfl länger, d.h. ihre Zeitdauer
K wird größer. Ist der Manschettendruck PM bis unterhalb des diastolischen Druckes
abgesenkt, so kann das Blut durch die Arterie ungehindert strömen, so daß nur noch
ein periodischer Impuls IHT auftritt, der die gleiche Periode wie der Impuls IK,
Jedoch eine größere Zeitdauer besitzt.
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Dies bedeutet also, daß am Ausgang 28 der Schwellenwertvorrichtung
23 dann nur ein einziger periodischer Impuls 111 bzw. I' entsprechend der Herzfrequenz
auftritt, wenn der Manschettendruck PM entweder oberhalb des systolischen Druckes
oder unterhalb des diastolischen Druckes ist. in einem Bereich zwischen dem systolischen
und dem diastolischen Druck tritt aufgrund der Korotkoff-Geräusche in einem bestimmten
zeitlichen Abstand vom Impuls i zusätzlich der Impuls 1K auf. Da bei der Messung
des Blutdruckes dieser Bereich bzw. im wesentlichen nur der systolische Drud; also
das Einsetzen der Impulse IK, und der diastolische Druck, also das Aussetzen der
Impulse IK, interessiert, wrden diese Impulse der aus dem Zeitglied 29J dem UND-Gatter
31 und der monostabilen Kippstufe 32 bestehendenErkennungslogik 25 zugeführt. Das
als sogenanntes Zeitfenster ausgebildete Zeitglied 29 wird durch den Impuls III
mit einer gewissen Zeitverzögerung, die beim Ausführungsbeispiel bei ca. 25 ms liegt,
eingeschaltet. Seine Einschaltdauer, d.h. die Länge des Zeitfensters, beträgt etwa
zu200 ms. Dies bedeutet, daß das Zeitz glied 29 erst nach derjenigen Zeit T eingeschaltet
ist, nach
der auch der Impuls 1K erscheint bzw. dem Einschaltimpuls
111 folgt, so daß dazwischenliegende Störimpulse vom Zeitglied 29 nicht auf- bzw.
wahrgenommen werden, Dasselbe gilt Sür die nach der aus Verzögerung und Einschaltdauer
sich zusammensetzenden Zelt von beim AusX hrungsbeispiel 225 ms auStretenden Störimpulse.
Mit dem ersten und jedem weiteren Erscheinen eines dem periodischen Impuls IH fogenden
Korotkoff-Impuls 1K wird das Zeitglied 29 betätigt, so daß es einen Impuls konstanter
Zeitdauer erzeugt. Folgt auf den periodischen Impuls r inn#halb der Einschaltdauer
kein Korotkoff-Impuls IK, so erzeugt das Zeitglied 29 keinen Impuls, da es nicht
betätigt wird.
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Dies bedeutet, daß das UND-Gatter 31 nur dann die monostabile Kippstufe
32 setzt bzw. betätigt, wenn sowohl an seinem einen Eingang ein Impuls konstanter
Zeitdauer vom Zeitglied 29 als auch an seinem anderen Eingang gleichzeitig ein Korotkoff-Impuls
1K erscheint. Am Ausgang 33 der monostabilen Kippstufe 32 erscheint dann ein Steuerimpuls,
der anzeigt, daß der Meßbereich zwischen dem systolischen und dem diastolischen
Druck liegt.
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Diese von der Erkennungslogik 25 abgegebenen Steuerimpulse kennen
vom Zähler 36 gezählt und in der Anzeigevorrichtung 17 aufgezeichnet werden. Die
Steuerimpulse werden ferner der Steuereinheit 34 zugeführt, die beispielsweise
den
Analog-Digital-Umwandler 16 derart steuern kann, daß nur bei Erscheinen des ersten
und des letzten Steuersignals auf der Anzeigevorrichtung 17 eine Druckanzeige erfolgt.
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Es ist aber auch möglich, den gemessenen Druck in der Manschette 12
bei Erscheinen jedes Steuersignales anzuzeigen und/oder aufzuzeichnen. Dabei ist
es möglich, die Anzeigevorrichtung 17 mit einem elektronischen Speicher oder einer
Druckvorrichtung zu verbinden. In entsprechender Weise kann die Steuereinheit 34
auch den Zähler und/oder die digitale Anzeigevorrichtung 17 bei Erscheinen des ersten
und des letzten Steuerimpulses ein- bzw. ausschalten.
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-Ansprüche -
L e e r s e i t e