DE2713368C3

DE2713368C3 - Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Triggerimpulsen aus einem physiologischen elektrischen Meßsignal

Info

Publication number: DE2713368C3
Application number: DE19772713368
Authority: DE
Inventors: Lueder Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Grote
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2713368B2; GB1586628A; FR2385262A1; DE2713368A1; CH626201A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Triggerimpulsen aus einem Meßsignal, insbesondere aus den Ultraschall-Doppler-Signalen bei der fetalen Herzfrequenzmessung, mit Schwellendiskriminator, der einen Triggerimpuls auslöst, wenn das Meßsignal eine vorgebbare Meßschwelle durchschreitet.

Mcßsignale können in den einzelnen Perioden hinsichtlich positiver oder auch negativer Amplitudenanteile stark oder auch schwach anfallen. Darüber hinaus können pro positiver oder negativer Halbwelle Mehrfachschwingungen im Amplitudenverlauf auftreten, die eine gegebenenfalls einfach eingestellte höchste Schwelle mehrfach überschreiten können. Es wurden sich also bei Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art ohne besondere zusätzliche Maßnahmen mehrere Triggerimpulse pro Periode des Meßsignals ergeben. Hieraus resultieren dann Ableitfehler, die insbesondere bei der fetalen Herzfrequenzmessung (ζ. B. nach dem Ultraschall-Doppler-Meßprinzip) zu gefährlichen Fehldiagnosen hinsichtlich zu niedriger oder auch zu hoher Herzfrequenz des Fetus führen können. Der Herzschlag des Fetusherzens setzt sich aus einer Vieizahl von Teilbewegungen des Herzmuskels und der Klappen zusammen. Die von einem Ultraschallsender in die mütterliche Bauchhöhle abgestrahlten Schwingungen werden von jeder Gewebegrenzfläche reflektiert und dabei durch die unterschiedlichen Bewegungen moduliert. Aus dem empfangenen Signal entsteht nach Mischung ein Dopplersignal, in dem jede dieser Teilbewegungen enthalten ist- Π-.ch Lagewechsel des Fetus ändern sich nun zusätzlich Amplitude und Frequenzanteil der Einzelbewegungen, so daß ein Dopplersignal ständig wechselnder Form entsteht. Entsprechend obiger Beschreibung umfaßt der Verlauf dieses Dopplersignals also Amplituden, die in relativ großen Bereichen stark schwanken können. In den jeweiligen Amplitudenanteilen einer Periode kommt es darüber hinaus häufig zu Mehrfachschwingungen, die bei Vorwahl lediglich einer einzigen Schwelle am Schwellendiskriminator diese Schwelle pro Periode mehrfach überschreiten können.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung der eingangs genanmen Art dahingehend auszubilden, daß bei beliebiger Form eines Meßsignals, d.h. auch bei Amplitudenverläufen der oben beschriebenen Art, trotzdem immer pro Periode lediglich ein einziger Triggerimpuls abgeleitet wird. Insbesondere soll hinsichtlich der fetalen Hernfrequinzmessung aus dem Meßsignal ein solcher Triggerimpuls abgeleitet werden, der sich auf einen immer gleichbleibenden Moment der Herzaktion bezieht und der sich damit zum Ausmessen des zeitlichen Abstandes zweier aufeinanderfolgender Herzschläge und dumit zur Ermittlung des exakten Herzfrequenzwertes eignet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwellendiskriminator wenigstens zwei Paare Schwellenwertglieder umfaßt, die auf vier unterschiedliche Schwellwerte für das Meßsignal zur Abgabe eines Steuersignales bei Schwellwertdurchschreitung eingestellt sind, von denen jeweils zwei Schwellwerte im Bereich positiver und zwei Schwellwerte im Bereich negativer Anteile des Meßsignales liegen, wobei von den jeweils zwei Schwellwerten eines Schwellwertpaares einer betragsmäßig immer urn einen bestimmten Betrag größer ist al? der zweite Schwellwei t, und daß jedem Paar Schwellwertglieder ein Zeitschalter mit vorgebbarer Schaltverzögerungszeit zugeordnet ist, der mit diesen steuersignalmäßig in der Weise gekoppelt ist, daß mit der Abgabe eines Steuersignals durch ein Schwellwertfeüed mit dem höchsten Schwellwert der zugehörige Zeitschalter in Ansprechbereitschaft f'ir ein nachfolgendes Steuersignal des Schwellwer.gliedes mit dem nächst niedrigeren Schwellwert derselben Polarität versetzt und durch letzteres Steuersignal zur Abgabe eines Triggerimpulses nach Ablauf der Verzögerungszeit aktiviert wird, sofern er nicht innerhalb der ablaufenden Verzögerungszeit durch ein weiteres Steuersignal des unmittelbar vorhergehend angestoße-

nen Schwcllwertgliedes mit dem höchsten Schwellwert erneut in Ansprechbereitschaft versetzt wird.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung sorgt dafür, daß innerhalb eines Meßsignals Triggersignale bevorzugt nur aus solchen Signalanteilen (positiv oder negativ) abgeleitet werden, die dieselbe Polarität aufweisen, aus denen vorhergehend bereits ein Triggersignal abgeleitet wurde. Auf diese Weise wird jeweils immer nur der amplitudenstärkste Anteil pro Periode des Meßsignals zur Ableitung eines Triggersignals verwendet. Eine Doppelableitung von Triggersignalen aus den Anteilen beider Polaritäten innerhalb der Periode des Meßsignals wird somit mit Sicherheit vermieden. Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung vermeidet jedoch auch Mehrfachableitungen von Triggersignalen aus einem solchen positiven oder riSg2iivsn Anteil einer P?no*i^p Η^ρς MpRsipnaW drr mehrere Einzelschwingungen aufweist. Durchschreiten diese Einzelschwingungen den jeweils höchsten Schwellwert des Schwellendiskriminators zeitlich nacheinander mehrfach, so wird gemäß der Lehre der Erfindung über den Zeitschalter, der jeweils mit Durchschreiten des unteren Schwellwertes angeworfen wird, der Triggerimpuls spätestens dann ausgelöst, wenn der höhere Schwellwert innerhalb der Verzögerungszeit des Zeitschalters kein weiteres Mal erreicht wird. Letzteres ist ein Kriterium dafür, daß der Anteil der ausgesuchten Polarität nunmehr in den Anteil der anderen Polarität übergeht, so daß also spätestens hier der Zeitschalter das letzte Mal zum Auslösen eines Triggerimpulses für die ausgesuchte Polarität gesetzt werden muß. Bei bestimmten Signalformen kommt es nun jedoch auch vor. daß im Anschluß an ausgeprägte, d. h. relativ breite und hochamplitudige. Signalschwinger weitere Einzelschwinger folgen, die zwar den eingestellten höchsten Schwellwert des Schwellendiskriminators noch überschreiten können, die jedoch relativ schmal sind. Um zu verhindern, daß trotz Vorliegens des ausgeprägten Schwingers der Triggerimpuls nicht aus diesem, sondern — wegen des nochmaligen Überschreitens aes noneren scnweiiwertes — aus einem der nachfolgenden schwachen Schwinger abgeleitet wird, ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Impulsgeber vorgesehen, der ein erneutes Anstoßen des Zeitschalters durch einen Blockierimpuls verhindert, wenn innerhalb der Verzögerungszeit des angestoßenen Zeitschalters das Meßsignal eine weitere Schwelle, die wesentlich niedriger liegt als die beiden anderen Schwellen im positiven oder negativen Bereich, wenigstens einmal unterschreitet. Ein Kriterium ausgeprägter und damit für die Gewinnung eines Triggerimpulses besonders geeigneter Amplitudenschwinger eines selektierten Signalanteils ist nämlich die Tatsache, daß dieser Schwinger eine Abfallflanke aufweist, die relativ weit in Richtung auf die Nullinie verläuft. Dünne Schwinger, die auf Nebenbewegungen des Herzens hindeuten, schwingen niemals so tief aus; sie können dso erfahrungsgemäß (mit Ausnahme nur des jeweils letzten Teilschwingers) diese untere Schwelle nie erreichen, !st eine solche ausgeprägte Schwingung hingegen nicht von vornherein vorhanden, so wird immer für den Fall, daß innerhalb der Verzögerungszeit des mit einer Schwellwertunterschreitung des niedrigeren Schwcüwertcs angestoßenen Zeitschalters der höhere Schwellwert ein weiteres Mai erreicht wird, jeweils mit Erreichen des höheren Schwellwertes der Zeitschalter gestoppt und erneut gestartet, wenn das Meßsignal ein weiteres Mal die niedrigere Schwelle des Schwellendiskriminators erreicht. In einem solchen Falle wird ein Triggerimpuls also erst dann erzeugt, wenn nach einem oder mehreren dünnen Vorschwingern ein ausgeprägter Schwinger erreicht wird oder wenn bei mehreren gleich starken Schwingern der letzte der Schwinger den niedrigeren Schwellwert unterschreitet. Zur Gewinnung signifikanter Amplituden-Schwellwert-Verhältnisse (die zweithöchste Schwelle sollte jeweils immer um einen vorgegebenen Prozentsatz, z. B. 30%, unter dem jeweils höchsten Amplitudenwert des Meßsignals liegen) ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Komparatorregeleinrichtung vorgesehen, die immer dann, wenn das Meßsignal die jweils höchste eingestellte Schwelle des Schwellendiskriminators überschreitet, die Amplitude des Meßsignals auf diesen Schwellwert konstant einregelt. Um zu verhindern, daß Triggerimpulse verlorengehen, wenn innerhalb einer Periode ein bisher bevorzugter Signalanteil die verlangten Schwellwerte am Schwellendiskriminator nicht mehr überschreitet, sollte in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung eine Umschaltvorrichtung vorgesehen sein, die immer dann von der Ableitung eines Triggersignals aus den Anteilen des Meßsignals der einen Polarität auf Ableitung eines Triggersignals an Anteilen der anderen Polarität umschaltet, wenn in dem Signalanteil jener Polarität, die vorhergehend die Auslösung eines Triggersignals bestimmte, der dortige höchste Schwellwert nicht erreicht wird.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels für die Messung der fetalen Herzfrequenz anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen. Es zeigt

F i g. 1 Signalverläufe für Dopplersignale, wie sie bei der fetalen Herzfrequenzmessung beispielsweise anfallen,

F i g. 2 das Ausführungsbeispiel im Prinzipschaltbild.

Fig. 3 ein Diagramm der zeitlichen Verläufe der wesentlichen Spannungen bzw. Impulssignale im Prinzipschaitbiidder F i g. 2.

Gemäß Fig. I fallen die aus den Hin- bzw. Wegbewegungen des schlagenden fetalen Herzens (bezüglich Ultraschall-Sende/Empfangssystem) herrührenden Dopplersignale in zwei getrennten Spannungsverläufen U](t)und Ui(t)'m abwechselnder Reihenfolge zeitlich nacheinander, bezüglich der beiden Spannungen U] und L/j jedoch jeweils abschnittsweise um 90° gegeneinander phasenverschoben, an. So sind die jeweils ersten Schwingungen beider Spannungen Ui und Ui Dopplersignale aus der Hinbewegung, die jeweils zweiten Schwingungen entsprechende Signale aus der Wegbewegung und die jeweils dritten Schwingungen wiederum Signale aus der Hinbewegung des schlagenden fetalen Herzens etc. Man sieht im Vergleich deutlich, daß bei der Hinbewegung die Schwingung der Spannung U₂ jener der Spannung U\ um 90° voreilt. Bei der Wegbewegung ergeben sich hingegen umgekehrte Verhältnisse, d. h. die Schwingung der Spannung t/₂ läuft jener der Spannung U\ um 90° in der Phase nach. Die genannten Spannungsverläufe Ui(t)bzw. U₂(Oergeben sich aufgrund Spezialauswertung gemessener Fetus-Dopplersignale mittels Sample-and-Hold-Technik in Verbindung mit Signalintegration- Eine Schaltungsan-Ordnung, die derartige Signalverläufe erzeugt, ist beispielsweise Gegenstand der deutschen Patentanmeldung P 26 17 158.4. Die Weiterverarbeitung der Dopplersignale der Spannungsverläufe U\(t) bzw. Ui(t) in

Richtung der Gewinnung eines Triggersignals aus jeder Her/.aklion des fetalen Herzens geschieht unter Zwischenschaltung ein^s Phasenkomparator, der im Takt der Nulldurchgänge der Dopplersignalsehwingunge:, des einen Spannungssignah U\ Ausgangsimpulse mit der Amplitude der Schwingungen der zweiten Spannung Ui(I) erzeugt. Für Schwingungen der Hinbewegung weisen dabei die so eräugten Impulse positive, bei Schwingungen der Wegbewegung hingegen negative Polarität auf. Letzteres ergibt sich dadurch, daü bei Abtastung der Amplitude von Ui bei Nulldurchgang von U\ ein positiver Impuls immer dann erzeugt wird, wenn Nulldurchgangsrichtung von lh und abgetastete Amplitude von Ui dieselbe Polarität aufweisen. Entsprechend ergibt sich ein negativer

Imniik Hann u/pnn hpiHp Polaritäten nieht (ilicrpirntim-

men. Der so erzeugte Impulsamplitucienverlauf ist in der Fig. I durch L/jffJ dargestellt. Die Weiterverarbeitung der Impulse Ut(I) erfolgt über Integratoren durch schrittweises Auf- und Wiederentladen von Kondet^atoren. Die sich so ergebenden Spannungsverläufe sind in der F i g. I mit U(XJbZw. L/₅(X)dargeslellt. Eine Addition der beiden Spannungsverläiife Utft) und U*(t) in einem geeigneten Summenbildner führt zur Spannung U₆(I). aus der schließlich Triggerimpulse für die fetale Herzfrequenz gewonnen werden sollen.

Geht man auf F i g. 2 über, so ist der Phasenkomparat( für die beiden Spannungen U\(t) und Uj(t) mit 1 bezeichnet. Am Ausgang dieses Phasenkomparator 1 ergibt sich, wie beschrieben, der Impulssignalverlauf U\(t). Auf den Phasenkomparator 1 folgen in zwei getrennten Ästen über die gegensinnig gepolten Dioden 2 bzw. 7 die aus Widerständen 3 bzw. 8 und Kondensatoren 4 bzw. 9 gebildeten Integratoren für die Spannungsverläufe Ut(I) bzw. U-,(t) Über die Widerstände 5,6 sowie 10,11 mit jeweils dazwischenliegenden Schaltstufen 12 bzw. 13 (FET-Schalter) folgt die Addierstufe 14, die die Signale Ut(I) und U₅(I) zu U₆(I) addiert. Die Addierstufe ist ein üblicher Operationsverstärker. Mit 15 ist eine Regelstufe für das Ausgangssignal U₆(I) der Addierstufe 14 bezeichnet. Die Bauelemente 16 und 17 sind Komparatoren, die ein Regelsignal für die Regelstufe 15 erzeugen, wenn das Ausgangssignal der Regelstufe unter bestimmten Bedingungen vorgegebene Schwellwerte (±10 Volt) überschreitet. Die Bauelemente 18,19,20,21 sind bistabile Kippstufen, die in nachfolgend beschriebener Weise mit weiteren bistabilen Kippstufen 22, 23 und 26, 27 sowie monostabilen Kippstufen 24 und 28 in funtionellem Zusammenhang stehen. Einzelne dieser bistabilen Kippstufen dienen dabei im Zusammenspiel mit den Komparatoren 16,17 als Schweliendiskriminator für das Ausgangssignal der Regelstufe 15. So reagieren beispielswiese die bistabilen Kippstufen 22 bzw. 26 dann, wenn das Meßsignal Uj(t) jeweils die + 7 V-Schwelle bzw. —7 V-Schwelle erreicht Die bistabilen Kippstufen 23 bzw. 27 werden hingegen in den Ausgangszustand geschaltet wenn das Meßsignal Ui(t) die Schwellen +1 V bzw. — 1 V durchläuft Die bistabilen Kippstufen 19 bzw. 20 kippen hingegen bei den Schwellen +3V bzw. —3 V. Die Bauelemente 25 und 29 stellen Verzögerungsschalter dar. Bei den Bauelementen 30 bis 40 handelt es sich um ohmsche Beschaitungswiderstände, während die Bauelemente 41 bis 56 Halbleiterdioden sind.

Die Funktionsweise des Prinzipschaltbildes der F i g. 2 im Hinblick auf die Gewinnung von Triggersignalen ergibt sich in Verbindung mit den Signalverläu-

fen der F i g. 1 und 3 wie folgt:

Mii der am Ausgang des Phasenkomparator I anfallenden Impulsfolge Ui(I) werden zwei Kondensatoren 4 und 9 aufgeladen. Die negativen Impulse der Impulsfolge (Λ gelangen dabei über die Diode 2 und den Widerstand 3 auf den Kondensator 4, während die positiven Impulsanteile über die Diode 7 und den Widerstand 8 auf den Kondensator 9 gegeben werden. Über die Widerstände 5 und 6 wird der Kondensator 4 und über die Widerstände 10 und 11 der Kondensaten 9 ständig teilweise wieder entladen. Es ergeben sich die Signalverläufe Ut(I)und (A(XJt die in der Stufe 14 addiert werden, so daß sich ein dem Hüllkurvenverlauf Uj(t) ähnlicher Spannungsverlauf Lk(t) ergibt. Die folgende Regelstufe 15 verstärkt U₆(I) in der Weise, daß eine

HijUkiirvp npnnrmlpr Amplitude l-h(t) entsteht. Die

Stellung der bistabilen Kippstufe 21 bestimmt dabei, ob der Maximalwert des positiven Hüllkurvenanteils über den Komparator 16 oder der Maximalwert des negativen Hüllkurvenanteils der Spannung Ui(t) über den Komparator 17 eingeregelt wird. Es sei angenommen, daß der Ausgang der bistabilen Kippstufe 21 anfänglieh auf +Cund — Ό liegt. Erreicht die Hüllkurve U₁(I) die Schwelle von +'10V, so spricht der Komparator 16 an und regelt die Verstärkung der Regelstufe 15 in dem Maße herunter, wie die Amplitude von U₆(I) weiter ansteigt. Gemäß F i g. 2 bleibt in einem solchen Falle also der Signalverlauf Ui(l) konstant + 10V. Erst nach Überschreiten des Maximums von U₆(O ergibt sich für beide Signale wieder gleicher Verlauf während der abfallenden Flanke. Da dieser Kurvenanteil der Spannung U₁(I) unabhängig von den Amplitudenschwankungen der Originalkurve verläuft, nämlich von + 10 V in Richtung 0 V, eignet er sich zur Ableitung eines Triggersignals. Die Verstärkung der Regelstufe 15 nimmt bis zum nächsten Regelvorgang (Schwellwertüberschreitung bei +10V) wieder mit vorgegebener Zeitkonstante zu. Liegen die Ausgänge der bistabilen Kippstufe 21 hingegen auf —Cund +D, so erfolgt die Regelung von Ui(I) im negativen «ereicn bei —10 V über den Komparator 17 sinngemäß.

Gemäß Fig.3 stehen die Ausginge der bistabilen Kippstufe auf anfänglich +Cund — D. Der bevorzugte Signalanteil der Spannung Uj(t)(ür die Triggersignalgewinnung liegt also im Positiven. Gemiß dem Amplitudenverlauf U₇(O erreicht das Meßsignal mit der ersten Wegbewegung Wl+ ein erstes Mtl die + 10V-Schwelle und löst über den Komparator 16 ( + A) den Regelvorgang der Regelstufe 15 aus in dem Sinne, daß der erste positive Signalschwingcr des Signalanteils der Wegbewegung auf konstant +10V eingeregelt wird. Gleichzeitig setzt aber auch der Komparator 16 über + G den Ausgang der bistabilen Kippstufe 23 auf + L Dadurch ermöglicht letztere bistabile Kippstufe 23 ein Setzen der bistabilen Kippstufe 22 über den noch anstehenden Impuls +A. Die bistabile Kippstufe 22 ist jetzt auf Abtasten der Triggerschwelle von +7V vorbereitet Ihr Ausgang liegt auf +/. Die nachfolgende monosUbile Kippstufe 24 wird in ihre astabile Kipplage — E gekippt und dort von +/ festgehalten. Die damit ablaufende Haltezeit dient zur Unterdrückung von störenden Nebenechos. Die Haltezeit der monostabilen Kippstufe 24 (Verzögerungszeit des Zeitschalters) ist auf die höchste zu zählende Frequenz von beispielsweise 220 Puls/min abgestimmt Sie betrigt bei vorliegendem Ausführungsbeispiel vorzugsweise 245 ms. Nach Einregelung auf +10 V sinkt der Amplitudenschwinger in Richtung +7V. Mit dem Durchlaufen der +7V-

Schwelle wird die bistabile Kippstufe 22 auf -/ zurückgesetzt. Die Haltezeit der monostabilen Kippstufe 24 beginnt erstmalig abzulaufen. Da das Meösignal U₇(O vor dem Durchlaufen der +1 V-Schwelle nochmals + 10 V erreicht, kippt die bistabile Kippstufe 22 ein zweites Mal auf +/und setzt dabei die monostabile Kippstufe 24 zurück. Erst beim zweiten Durchlaufen der + 7 V-Schwelle r.iit dem zweiten Signalschwinger des Signalanteils tt'ii + fällt die bistabile Kippstufe 22 erneut auf —/, so daß nunmehr auch die Haltezeit der monostabilen Kippstufe 24 erneut abläuft. Das erneute Ablaufen ist dieses Mal jedoch endgültig, da in dem Augenblick, in dem das Meßsignal U₇(t)A\t +1 V Grenze erreicht, der Ausgang der bistabilen Kippstufe 23 auf — L zurückfällt und somit eine weitere Nachtriggerung der monostabilen Kippstufe 24 endgültig verhindert wird. Die Haltezeit der monostabilen Kippstufe 24 läuft nach 245 ms ab. Kippt die monostabile Kippstufe 24 nun in die stabile Lage zurück, so gibt sie am Ausgang einen Impuls R ab, der über den Verzögerungsschalter 25 nach ca. 3 ms beendet wird. Anschließend durchläuft das Signal U₇(I) den negativen Bereich im Kurvenanteil Wi- der Hinbewegung. Entsprechend dem positiven Kurvenanteil werden zeitlich nacheinander in der Endflanke die Schwellwerte -10 V, -7 V und -1 V durchlaufen. Dabei werden, wie oben für den positiven Anteil beschrieben, nacheinander die bistabilen Kippstufen 26 und 27 sowie die monostabile Kippstufe 28 gesetzt. Wegen der Stellung der bistabilen Kippstufe 21 auf — D wird jedoch in der Regelstufe 15 über den Komparator 17 kein Regelvorgang ausgelöst. Der Signalanteil Wi- überschwingt demnach die —10 V-Grenze und es wird kein Triggerimpuls R erzeugt.

Die zweite positive Halbwelle W2+ der Spannung Ui(t) unterscheidet sich von der ersten dadurch, daß sie nach dem ersten + 7 V-Durchgang zusätzlich bereits die +1 V-Grenzschwelle durchläuft und erst dann ein zweites Mal die +10 V-Schwelle erreicht. In diesem Falle liegt der astabile Multivibrator 24 noch auf — E, so daß zusammen mit dem +1-Durchgang des Meßsignals verhindert wird, daß über + G durch die bistabile Kippstufe 23 die bistabile Kippstufe 22 zum erneuten Setzen freigegeben wird. Der vorher gewählte 1 riggerzeitpunkt bleibt bestehen. Obgleich also auch die zweite positive Halbwelle W2+ entsprechend der vorausgegangenen ersten positiven Halbwelle Wl+ in insgesamt zwei Echos aufgesplittert ist, erfolgt kein zweites Anstoßen des astabilen Multivibrators 24. Mit Erreichen der +1 V-Grenze wird der astabile Multivibrator vielmehr für weitere Rücksetzimpulse blockiert; die Haltezeit läuft somit ungestört ab und am Ende der Haltezeit wird ein Triggerimpuls erzeugt. Insgesamt ist es also so, daß bei einem Kurvenzug mit mehreren Echos durch die spezielle Schaltungsanordnung eine auszuwertende Herzaktion immer dann als beendet angesehen wird, wenn durch das Signal lh(t) erstmals die Grenze +1 V bei positiven Signalanteilen bzw. die Grenze — 1 V bei negativen Signalen erreicht wird.

Die dritte positive Halbwelle W3+ stellt eine unvollkommen erfaßte Wegbewegung dar. Hat die vorangegangene negative Halbwelle W2— die Schwelle —10 V erreicht und überschreitet auch die nächstfolgende negative Halbwelle W3— den Schwellwert — 10 V, so gilt die Hinbewegung als die nunmehr besser erkannte Bewegung. Die Triggerimpulse sollen jetzt von dieser Seite abgeleitet werden, /.ur Umschaltung zwischen einer ungenügenden Halbwelle der einen Polarität auf eine bessere Halbwelle der anderen Polarität dienen die Schwellen bei +3 V für positive und — 3 V für negative .Üignalanteile. Die der ungenügenden positiven Halbwelle W3+ der Wegbewegung vorangehende bessere Halbwelle W2— der Hinbewegung im

-> negativen Bereich durchläuft — 10 V und stellt über + H den Ausgang der bistabilen Kippstufe 18 auf — Λ/und + 0. Die bistabile Kippstufe 19 erhält dadurch am Ausgang —/>und hindert damit den Impuls Garn Setzen der bistabilen Kippstufe 21. Die bistabile Kippstufe 20 in wird durch +0 vorbereitet und kippt in dem Augenblick, in dem die ungenügende positive Wegbewegung W3 + die Schwelle +3V durchläuft, auf + Q. Da durch den Anteil W3+ die Schwelle +10V nicht erreicht wird, erfolgt auch kein Rücksetzen der bistabilen Kippstufe

i) 18 über +G und damit auch kein Rücksetzen der bistabilen Kippstufe 20 auf -Q. Die dritte negative Halbwelle W3— kippt nun an der Schwelle - 10 V den Ausgang der bistabilen Kippstufe 21 über + H auf — C und + D. Damit ergibt sich Übernahme der Regelung durch den Komparator 17 im negativen Signalbereich U₇(O Die Triggergewinnung erfolgt jetzt über die bistabilen Kippstufen 26 und 27 nebst monostabiler Kippstufe 28. Die fünfte positive Halbwelle W5 + beinhaltet zwar einen mittleren Einbruch, der den

2S Grenzwert -3 V überschreitet; da jedoch die monostabile Kippstufe 24 noch auf Halten geschaltet ist, ergibt sich keine Umschaltung der Triggergewinnung von negativer auf positive Seite. Die noch auf Halten gestellte monostabile Kippstufe 24 liegt ausgangsseitig

ίο auf — E Hierdurch wird beim zweiten Durchgang durch die Schwelle +10V der Impuls +Λ daran gehindert, über G die bistabile Kippstufe 21 zurückzusetzen. Die sechste positive Halbwelle W6 + erreicht wiederum nicht die Schwelle bei +10V. Sie löst also trotz

ii Durchlaufens der +7 V-Schwelle keine Aktion aus. Die Schaltungsanordnung gewährleistet also, daß von Herbewegungen, die die volle Amplitude nicht erreichen, Triggerimpulse nicht abgeleitet werden. Solche Herzsignale besitzen nämlich nicht die amplitudenge-

normte Abfallflanke; die Ableitung von Triggersignalen bei nicht amplitudengenormter Abfallflanke kann

jedoch zu Triggerungenauigkeiten und damit zu Fehlbewertungen der Triggenmpulstolge tunren.

Das Meßsignal ίΛ(%> sollte im Bereich der abfallenden

Flanke von + 10 V bis +7 V sowie auch im Bereich der ansteigenden Flanke von -10 V bis -7 V störungsfrei verlaufen. Durch Überlagerung anderer Bewegungsanteile, insbesondere Wegbewegungsanteile während der Hinbewegung oder umgekehrt, können sich Zeitver-

w Schiebungen des Triggerzeitpunktes nach früher oder später ergeben, woraus eine Triggerunsicherheit resultiert. Zur Vermeidung solcher Triggerschwankungen dienen die Schalter 12 und 13 (Feldeffekttransistoren). Liefert nämlich die positive Seite des Signais U₇(O den

Triggerimpuls, so liegen die Ausgänge der bistabilen Kippfstufe 21 bekanntlich auf +Cund -D. Durch -D am Schalter 12 bleibt dieser jedoch geöffnet, während der Schalter 13 für die Zeitdauer, während der der Ausgang der bistabilen Kippstufe 22 auf +/ liegt,

geschlossen ist und damit während des Kurvenabschnittes von +10V bis +7V sämtliche möglichen Hinbewegungsanteile ausblendet. Liegen hingegen die Ausgänge der bistabilen Kippstufe 21 auf —Cund + D, so bleibt der Schalter 13 geöffnet und der Schalter

schließt während des Abschnittes von —10 V bis —7 V. Möglicherweise auftretende Wegbewegungsanteiie dieser Hinbewegungsphase werden somit ebenfalls eliminiert.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Gewinnung von Triggerinipulsen aus einem physiologischen elektrischen Meßsignal, insbesondere aus den Ultraschall-Doppler-Signalen bei der fetalen Herzfrequenzmessung, mit Schwellendiskriminator, der einen Triggerimpuls auslöst, wenn das Meßsignal eine vorgebbare Meßschwelle durchschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellendiskriminator wenigstens zwei Paare Schwellwertglieder (16,22 bzw. 17, 26) umfaßt, die auf vier unterschiedliche Schwellwerte (+10 V, +7 V; -10 V, -7 V) für das Meßsignal (U7) zur Abgabe eines Steuersignales bei Schwellwertdurchschreitung eingestellt sind, von denen jeweils zwei Schwellwerte (+10 V, + 7 V) im Bereich positiver und zwei Schwellwerte (—10 V, — 7 V) im Bereich negativer Anteile des Meßsignales liegen, wob.ei von den jeweils zwei Schwellwerten eines Schweiiwertpaares einer betragmäßig immer um einen bestimmten Betrag größer ist als der zweite Schwell wert, und daß jedem Paar (16,22 bzw. 17, 26) Schwellwertglieder ein Zeitschalter (24 bzw. 28) mit vorgebbarer Schaltverzögerungszeit (z.B. 245 ms) zugeordnet ist, der mit diesen steuersignalmäßig in der Weise gekoppelt ist, daß mit der Abgabe eines Steuersignals durch ein Schwellwertglied (16 oder 17) mit dem höchsten Schwellwert (+10 V oder -10 V) der zugehörige Zeitschalter in Ansprechbereitschaft für ein nachfolgendes Steuersignal des Schwellwertgliedes (22 oder 26) mit dem nächst niedrigeren Schv/ellwer ( + 7 V oder —7 V) derselben Polarität versetzt und durch letzteres Steuersignal zur Abgabe eines 7 iggerimpulses (R) nach Ablauf der Verzögerungszeit aktiviert wird, sofern er nicht innerhalb der ablaufenden Verzögerungszeit durch ein weiteres Steuersignal des unmittelbar vorhergehend angestoßenen Schwellwertgliedes (16 oder 17) mit dem höchsten Schwellwert erneut in Ansprechbereitschaft versetzt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellendiskriminator ein drittes Paar Schwellwertglieder (23, 27) umfaßt, die auf zwei weitere Schwellwerte (+ 1 V; — 1 V) für das Meßsignal (U7) eingestellt sind, die im positiven und negativen Bereich wesentlich niedriger liegen als die Schwellwerte der beiden anderen Schwellwertpaare (+10V, +7V; -10 V, -7V) und daß durch ein Schwellwertglied (23 oder 27) des dritten Paares ein Blockierimpuls gegen erneutes Bereitstellen des Zeitschalters (24 bzw. 28) durch das Schwellwertglied (16 oder 17) mit dem höchsten Schwellwert (+10V; — 10 V) erzeugt wird, wenn innerhalb der Verzögerungszeit des angestoßenen Zeitschalters das Meßsignal (U 7) nach Durchlaufen eines zweithöchsten Schwellwertes ( + 7V; —7 V) am zugehörigen Schwellwertglied (22 oder 26) den nachfolgenden niedrigsten Schwellwert (+1 V; -1 V) am zugehörigen Sehwellwertglied (22 oder 26) den nachfolgenden niedrigsten Schwellwert (+1 V;—I V) wenigstens einmal unterschreitet.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den drei Paaren Schwellwertglieder eine Umschaltvorrichtung (21) sowie ein viertes Paar (19, 20) Schwellwertglieder zugeordnet sind, wobei die Schwellwertglieder des vierten Paares auf zwei Zwischenschwellwerte ( + 3V; — 3 V) eingestellt sind, von denen wieder einer im positiven und der andere im negativen Bereich des Meßsignals (U7) liegt, die Wertstufen dieser Schwellwerte betragsmäßig jedoch zwischen den Schwellwerten ( + 7 V, —7 V) der Schwellwertglieder (22, 26) für das Anstoßen des Zeitschalters (24 bzw. 28) und den Schwellwerten ( + 1 V, -1 V) der Schwellwertglieder (23, 27) für die Blockierung des Zeitschalters liegen, und wobei die Umschalteinrichtung (21) von den Schwellwertgliedern (16, 17) des Paares mit den höchsten Schwellwerten (+ 10 V, — 10 V) von Ableitung eines Triggersignales aus den Anteilen des Meßsignales (U7) der einen Polarität auf Ableitung eines Triggersignales aus Anteilen der anderen Polarität umgeschaltet wird, wenn in dem Signalanteil der Polarität, die vorhergehend die Auslösung eines Triggersignales bestimmte, der höchste Schwellwert nicht mehr erreicht wird, jedoch durch ein Schwellwertglied (19, 20) des vierten Paares eine Schwellwertüberschreitung eines Zwischenschwellwertes registriert und durch ein Signal an die Umschalteinrichtung zur Beibehaltung des Umschaltzustandes beantwortet wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Überschreiten der Zwischenschwellverte( + 3 V, —3 V) bistabile Kippstufen (18 bis 20) gesetzt werden in dem Sinne, daß eine weitere bistabile Kippstufe (21) als Umschaltvorrichtung von ihrem ersten stabilen Zustand, in dem sie Schwellwertglieder (16, 17, 22, 23, 26, 27) und Zeitschalter (24 bzw. 28) auf Ableitung eines Triggersignales aus den Anteilen des Meßsignales der einen Polarität stellt, in ihren zweiten stabilen Zustand gekippt wird, in dem sie Schwellwertglieder und Zeitschalter auf Ableitung eines Triggersignales aus Anteilen der anderen Polarität umschaltet.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung signifikanter Ampliturien-Schwellwert-Verhältnisse eine Komparatorregeleinrichtung (15, 16, 17) für das Meßsignal (U7) vorgesehen ist, die immer dann, wenn das Meßsignal im bevorzugten Polaritätsbereich die jeweils höchste eingestellte Schwelle (+10V; -10 V) des ersten Paares Schwellwertglieder (16, 17) überschreitet, durch das Steuersignal des betroffenen Schwellwertgliedes (16 oder 17) auf Konstantregelung der Amplitude des Meßsignals auf den Schwellwert geschaltet wird.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatoreinrichtung insgesamt zwei Spannungskomparatoren (16, 17) für das Meßsignal umfaßt, von denen der eine auf die höchste Schwelle (+ 10 V) im positiven Bereich und der andere auf die höchste Schwelle (—10 V) im negativen Bereich des Meßsignals eingestellt ist und wobei die Umschaltvorrichtung (21) immer nur jenen der beiden Komparatoren auf Regelvergleich schaltet, der für die Signalanteile der gerade in diesem Augenblick für die Triggersignalgewinnung bevorzugten Polaritäl zuständig ist. während der jeweils andere Komparator durch die Umschaltvorrichtung blockiert wird.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Spannungskomparator (16 bzw. 17) je zwei bistabile Kippstufen zugeordnet sind, von denen das erste Kippstufenpaar (22, 23) auf Schwellwertunterschreitungen des zweithöchsten ( + 7 V) und des niedrigsten (+ 1 V) Schwellwertes

im positiven Signalbereich und das andere Kippstufenpaar (26, 27) auf Schwellwerlunierschreitungen des zweithöchsten (—7 V) und des niedrigsten (_7 V) Schwellwertes im negativen Bereich reagiert.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem bistabilen Kippstufenpaar je eine monostabile Kippstufe (24 bzw. 28) zugeordnet isi, die als Zeitschalter für die Vorgabe der Verzögerungszeit zwischen der Schwellwertdurchschreitung des jeweils zweithöchsten Schwellwertes ( + 7 V oder —7 V) und einer zu erfolgenden Abgabe des Triggerimpulses (R)dient.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kippstufe (24 bzw. 28) durch die eine bistabile Kippstufe (22 oder 26) jeweils während des Ablaufs einer Verzögerungszeit, die mit dem Durchlaufen eines zweithöchsten Schwellwertes jeweils beginnt, zurücksetzbar ist, wenn die bistabile Kippstufe (22 oder 26) mit einem Schaltimpuls zurückgesetzt wird, der immer dann erzeugt wird, wenn das Meßsignal (Ü7) ein weiteres Mal den höchsten Schwellwert ( + 10V; — 10 V) erreicht.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweite bistabile Kippstufe (23 oder 27) eines jeden Kippstufenpaares ein Blockierimpuls an die erste bistabile Kippstufe des Paares abgegeben wird, wenn das MeÖsignal (U7) die niedrigste Schwelle (+1 V; -1 V) der zweiten bistabilen Kippstufe unterschreitet, welcher Blockierimpuls ein weiteres Rücksetzen der monostabilen Kippstufe (24 oder 28) durch die zugeordnete erste bistabile Kippstufe (22 oder 26) verhindert, so daß also nicht zurückgesetzt wird, wenn die höchste Schwelle ( + 10V bzw. -10 V) durch das Meßsignal ein weiteres Mal überschritten wird.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit des Zeitschalters (24 bzw. 28) im Falle der fetalen Herzfrequenzmessung auf die höchste zu erwartende Herzfrequenz von etwa 220 Puls/min abgestellt ist, d. h. bei vorzugsweise 245 ms liegt.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis II, dadurch gekennzeichnet, daß bei der fetalen Herzfrequenzmessung in der Schaltung vor dem Schwellendiskriminator (16, 17, 22, 23, 26, 27) zwei Schalter (12, 13) vorzugsweise FET-Schalter, eingeschaltet sind, von denen der eine Schalter bei Signalen aus der einen Bewegungsrichtung Signalanteile, aus der anderen Bewegungsrichtung eliminiert, während der andere Schalter in umgekehrter Weise verfährt.