DE2722702A1

DE2722702A1 - Herzsensor

Info

Publication number: DE2722702A1
Application number: DE19772722702
Authority: DE
Inventors: Volker Dolch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-05-18
Filing date: 1977-05-16
Publication date: 1978-01-05
Also published as: FR2351636A1; JPS52141090A; GB1577060A; US4066069A; CA1088633A; FR2351636B1; DE2722702C2

Description

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Quadratur Berlin

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PATENTANWÄLTE

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D 188o

Volker Dolch, Offenbach, Bimdesrepublik Deutschland

Herzsenaor 709881/0659

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Zusammenfassung der Offenbarung

Man läßt einen Bezugsherzschlag zum Vergleich mit dem Ist-Herzschlag umlaufen. Es wird eine erste und eine zweite Spannung erzeugt, deren Höhe den Umlaufgeschwindigkeiten des Bezugsherzschlags und des Ist-Herzschlags entsprechen. Ein spannungsgesteuerter Oszillator erzeugt ein Signal variabler Frequenz, die abhängt von der Differenz der ersten und der zweiten Spannung. Dieses Signal wird dazu verwendet, den Bezugsherzschlag mit dem Ist-Herzschlag zu synchronisieren.

Der Ist-Herzschlag läßt sich zu fortlaufenden Segmenten aufteilen«, Die Eigenschaften des Ist-Herzschlags in den aufeinanderfolgenden Segmenten werden mit den Eigenschaften des Bezugsherzschlags in entsprechenden Segmenten verglichen. Eine Ausgangsanzeige erfolgt, wenn die Eigenschaften des Bezugs- und des Ist-Herzschlags in den aufeinanderfolgenden Segmenten nicht übereinstimmen. Eine Ausgangsanzeige erfolgt ebenso, wenn die Amplitude der die Unterschiede zwischen der Ist- und der Sollherzfrequenz darstellenden Signale abrupt sich ändert.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Prüfen der Lebensfunktionen wie bspw_o des Herzschlags eines Patienten, um zu bestimmen, ob diese Lebensfunktion einwandfrei ist. Insbesondere betrifft die Jirfindung ein System zum Prüfen der Lebensfunktionen eines Patienten in Echtzeit und zur sofortigen Anzeige, wenn diese Lebensfunktionen nicht einwandfrei sind. Auf diese Weise kann der Patient sofort korrigierende Schritte einleiten, um aus solchen nicht einwandfreien Lebensfunktionen sich ergebende Schäden gering zu halten.

Man hat Systeme entwickelt und eingesetzt, die die Lebensfunktionen eines Patienten anzeigen, um eine Aufzeichnung zur späteren Untersuchung herzustellen, Bspw, hat man Systeme entwickelt und eingesetzt, die den Herzschlag eines Patienten über längere Zeit erfassen, so daß der Herzschlag sieh nachträglich auf Unregelmäßigkeiten und andere mögliche Fehlfunktionen untersuchen läßt. Obgleich diese Systeme eine Hilfe dafür darstellen, die Gesunderhaltung von Patienten zu verbessern, wiesen sie bestimmte wesentliche Einschränkungen auf. Da bspw, diese Systeme nur eine Peststellung für nachträgliche Untersuchungen liefern, geben sie keine sofortige Anzeige für Mängel der Lebensfunktionen dann, wenn diese Mängel auftreten. Unter solchen Umständen können die Mängel oder Fehlfunktionen bei den Lebensfunktionen eines Patienten bis zu einem Punkt sich fortsetzen, wo dieser erheblichen Schaden nimmt oder stirbt,

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Die Mängel der oben erörterten Systeme sind zwar seit einiger Zeit erkannt^¹ Man hat auch seit langem versucht, diese Mängel zu beseitigen und ein System anzugeben, das augenblicklich arbeitet, um die Lebensfunktion eines Patienten auszuwerten und ebenso augenblicklich anzuzeigen, wenn diese Lebensfunktionen eine Beeinträchtigung erfahren. Diese Bemühungen sind seit mindestens zwei bis drei Dekaden mit großem Aufwand vorangetrieben worden, um den Patienten eine angemessene Gesundheitsvorsorge zu bieten. Trotz dieser intensiven Bemühungen hat man bisher kein System angegeben, das in zufriedenstellendem Ausmaß und augenblicklich diese Lebensfunktionen eines Patienten - bspw. dessen Herzschlag angibt und eine augenblickliche Anzeige liefert, wenn derartige Lebensfunktionen beeinträchtigt sind.

Die Erfindung schafft ein System, das die oben genannten Mängel beseitigt. Das System erfaßt den Herzschlag eines Patienten und vergleicht diesen Herzschlag mit einem Bezugsherzschlag, den man von dem Patienten abgeleitet hat, als seine Lebensfunktionen einwandfrei waren. Das System arbeitet dahingehend, augenblicklich eine Anzeige zu liefern, wenn der Ist-Herzschlag des Patienten gegenüber dem Soll-Herzschlag auf irgendeine Weise eine Beeinträchtigung erfährt« Auf diese Weise kann der Patient Schritte ergreifen, um diese Mängel sofort zu beseitigen, indem er sich zur Ruhe begibt oder ein Medikament einnimmt. Das System 1st verhältniNäßig leicht und kompakt, so daß der Patient es

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mühelos und bequem mitführen kann.

In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Soll-Herzschlag des Patienten in ein geeignetes Element wie bspw. ein umlaufendes Schieberegister gespeichert, das den aufgezeichneten Herzschlag mit einstellbarer Frequenz umlaufen läßt. Der aufgezeichnete Herzschlag wird auf einem Frequenz/Spannungsumsetzer gegeben, der eine Spannung erzeugt, die abhängt von der Geschwindigkeit, mit der der aufgezeichnete Herzschlag im Schieberegister umläuft. Die tatsächlichen Herzschläge des Patienten gehen auf einen zweiten, dem ersten gleichen Wandler, der eine Spannung erzeugt die der tatsächlichen Häufigkeit der Herzschläge entspricht.

Die Spannungen aus diesen beiden Wandlern gehen auf einen Verstärker, der ,jede Differenz der Spannung der beiden Umsetzer auf einei spannungsgesteuerten Oszillator gibt. Der spannungsgesteuerte Oszillator erzeugt ein Signal mit veränderlicher Frequenz, die abhängt von der Differenzspannung aus dem Verstärker.

Die Ausgangssignale des spannungsgesteuerten Oszillator wiederum werden auf das Schieberegister gegeben und bestimmen die Häufigkeit des Auftretens der Signale aus dem Schieberegister, so daß diese Häufigkeit über eine Anzahl von Perioden der Häufigkeit des Ist-Herzschlags angepaßt wird.

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Die den Ist-Herzschlag darstellenden Signale werden weiterhin auf eine Steuerstufe wie bspw. ein Flipflop gegeben, das bei einem bestimmten Augenblick in ,iedem Herzschlag in einen ersten Zustand getriggert - bspw. gesetzt - wird. Wenn das Flipflop in den Setzzustand getriggert wird, öffnet es eine Schaltstufe, das die Signale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator zum Umlaufschieberegister durchschaltet. Diese Signale steuern die Wiederholungshäufigkeit des aufgezeichneten Herzschlags, so daß die Geschwindigkeit des gespeicherten Herzschlags der Ist-Herzfrequenz entspricht.

Die Taktsignale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator gehen auch auf einen Digitalzähler, der die Signale aus dem Oszillator abzählt. Hat der Zählwert im Zähler einen bestimmten Wert erreicht, läuft ein Signal vom Zähler zum Flipflop und setzt dieses zurück. Wenn das Flipflop rückgesetzt wird, lassen sich die Signale vom spannungsgesteuerten Oszillator nicht mehr auf das Umlaufschieberegister geben, um die Häufigkeit des gespeicherten Herzschlags nachzustellen«, Auf diese Weise sind Vorkehrungen getroffen, um den Ist-Herzschlag und den gespeicherten Herzschlag miteinander phasenmäßig zu synchronisieren.

Die Signale aus dem Zähler laufen gleichfalls auf einen Dekoder, der den im Zählwert erreichten Zählstand dekodiert· Die Bestätigung des Dekoders entsprechend den fortschreiten-

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den Zählwerten aus dem Zähler bewirkt einen Vergleich zwischen aufeinanderfolgenden Segmenten des Ist-Herzschlags und entsprechenden Segmenten des gespeicherten Herzschlags. Wenn die Eigenschaften der Signale, die den aufeinanderfolgenden Segmenten des Herzschlags entsprechen, nicht innerhalb vorbestimmter Grenzen mit den Eigenschaften der Signale übereinstimmen, wird ein Ausgangssignal abgegeben, das anzeigt, daß die Lebensfunktion des Patienten nicht einwandfrei ist*

In das System lassen sich Mittel aufnehmen, um den Vergleich in Teat er schiedlich en Segmenten des Ist-Herzschlags zu gewichten, so daß in unterschiedlichen Segmenten eine Ausgangsanzeige erfolgt für individuelle Unterschiede in den Eigenschaften des gespeicherten und des Ist-Herzschlags in demselben. Bspw. kann die Empfindlichkeit des Vergleichs in bestimmten gewählten Segmenten höher Bein als die Yergleichsempfindlichkeit in anderen Segmenten, wenn die Eigenschaften des Herzschlags in diesen gewählten Segmenten für die Lebensfunktion des Patienten wichtiger als die Eigenschaften des Signals in den anderen Segmenten und wichtiger für die Aufrechterhaltung der vollen Lebensfunktionen sind.

Weiterhin sind im System der Erfindung Stufen enthalten» die anzeigen, wenn die Ist-Herzfrequenz sieht abrupt ändert. Eine solche Ausgangsanzeige für abrupte Änderungen der Ist-Herzfrequenz kann wichtig sein für eine Anzeige von

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Herzflimmern oder eine Anzeige, daß die Herzfrequenz merkbar abgenommen hat.

Weiterhin können in das System _t Mittel aufgenommen werden, um die Herzschläge, die einer Ausgangsanzeige einer Lebensfehlfunktion - bspw. Herzschläge eines Patienten - vorangehen, verzögert aufzuzeichnen^' Das Aufzeichnen der Herzschläge vor einer solchen Ausgangsanzeige kann wichtig werden, wenn nachträglich dem Arzt des Patienten eine Bestimmung der Gründe ermöglicht werden soll, die die Ausgangsanzeige hervorgerufen haben. Auf diese Weise wird der Arzt in die Lage versetzt, Gegenmittel zu-rerschreiben, die ein Wiederauftreten der Lebensfehlfunktionen im Patienten verhindern.

Pig. 1 der Zeichnung ist ein·: Blockdiagramm einer Ausführungsform des Systems nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Kurve eines repräsentativen Herzschlags und zeigt weiterhin einen bestimmten Triggerpunkt im Herzschlag;

Pig. 3 ist eine Kurve eines repräsentativen Herzschlags und zeigt die Toleranzgrenzen, außerhalb deren eine Ausgangeanzeige erfolgt;

Pig. 4 ist ein Schaltbild des Aufbaus eines Komaprators,

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wie er in der Ausführungsform der Fig;. 1 vorliegt;

Pig. 5 ist eine der Fig. 3 ähnlichen Kurve, zeigt aber, wie unterschiedliche Teile der Kurve gewichtet werden können, um die Toleranzgrenzen in den einzelnen Teilen der Kurve zu verschieben;

Fig. 6 ist ein Schaltbild eines Komparators, der zur Durchführung des gewichteten Vergleichs der Fig. 5 verwendet werden kann; und

Fig. 7 ist die Kurve eines Herzschlags ähnlich der Fig. 2, 3 und 5, zeigt iedoch, wie man den Herzschlag in eine Anzahl von Segmenten unterteilen kann, um in den einzelnen Segmenten Lebensfehlfunktionen anzuzeigen«

In der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist eine Elektrode 1o gezeigt, die auf geeignete Weise nahe dem Herz des Patienten auf dessen Körper befestigt werden kann und vom Patienten Signale aufnimmt, die dessen Herzschlag entsprechen. Die Signale der Elektrode 1o laufen durch einen Vorverstärker 12„ Wenn ein Bezugssignal, das dem Herzschlag des Patienten entspricht, in einem Umlaufregister 16 gespeichert werden soll, wird das Signal durch einen Analog-Digital-Umsetzer 14- auf das Schieberegister gegeben« Der Umsetzer 14 setzt die Amplitude des Bezugsherzschlags in jedem

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einer Folge aufeinanderfolgender Augenblicke zu einer entsprechenden Digitaldarstellung um, die im Schieberegister 16 gespeichert wird. Das Schieberegister läßt diese digitalen Siegele mit einer einstellbaren Frequenz umlaufen. Wie einzusehen ist, wird das Signal in das Schieberegister 16, um in Umlauf gesetzt zu werden, eingespeichert, wenn die Lebensfunktionen des Patienten einwandfrei sind. Auf diese Weise läßt dieses umlaufende Signal sich für einen Vergleich mit dem tatsächlich vorliegenden Herzschlag des Patienten ausnutzen, um anzuzeigen, ob und wenn die Eigenschaften des tatsächlich vorliegenden Herzschlags nicht einwandfrei sind.

Nachdem das Bezugssignal im Schieberegister 16 gespeichert worden ist, um dort umzulaufen, durchläuft der Herzschlag des Patienten den Vorverstärker 12 und geht auf einen Frequenz-Spannungsumsetzer 18. Der Umsetzer 18 erfaßt die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen des Patienten und weiterhin insbesondere die Zeit zwischen der Erzeugung eines bestimmten Punktes in aufeinanderfolgenden Herzschlägen. Ein solcher bestimmter Punkt auf der Her*-? schlagkurve ist bei 2o in einer in Fig. 2 bei 22 allgemein in wiedergegebenen Kurve gezeigt. Der Frequenz-Spannungsumsetzer 18 kann eine Stufe sein, in der ein Kondensator zwischen den Punkten 2o in Paaren aufeinanderfolgender Herzschlagimpulse linear geladen wird, so daß die Stufe eine Aus-

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Ausgangsspannung abgibt, deren Amplitude der zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen verstreichenden Zeit entspricht. Derartige Umsetzer sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Das Ausgangssignal des UmlaufSchieberegisters 16 wird weiterhin auf einen Digital-Analog-Umsetzer 22 gegeben, der die digitale Darstellung im Schieberegister 16 in eine Analogdarstellung umsetzt, wie sie bspw. in der Fig. 2 gezeigt ist. Diese Darstellung geht wiederum auf einen Frequenz Spannungsumsetzer 24, der dem Umsetzer 18 entspricht und eine Spannung erzeugt, die der Zeit zwischen den Punkten 2o in aufeinanderfolgenden Herzschlägen entspricht, die im Register 16 umlaufen.

Die Spannungen aus dem Umsetzer 18 und 24 gehen auf einen Differenzverstärker 26, der eine Ausgangsspannung liefert, die dem Unterschied zwischen den Spannungen aus den Umsetzern entspricht,, Diese Differenzspannung geht auf einen spannungsgesteuerten Oszillator 28, der Signale einer von der Ausgangsspannung aus dem Differenzverstärker abhängigen variablen Frequenz liefert. Derartige Oszillatoren sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Die durch den Verstärker 12 laufenden Signale, die dem Ist-Herzschlag entsprechen, werden weiterhin auf eine Trigger-

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schaltung 3o gegeben. Die Triggerschaltung 3o triggert ein Flipflop 32 in einen bestimmten Zustand (bspw. einen Setzzustand) , wenn die dem Herzschlag entsprechenden Signale einen der Amplitude 2o in Fig. 2 entsprechende Größe haben. Wenn das Flipflop 22 in den Setzzustand getriggert wird, öffnet es eine Schaltstufe, die mit einem UND-Glied 34 dargestellt ist, so daß die Signale aus dem Spannungsgesteuerten Oszillator 28 durch das UND-Glied laufen können. Diese Signale gehen als Taktsignal auf das Umlaufschieberegister 16 und bestimmen die Frequenz, mit der die im Schieberegister gespeicherten Signale umlaufen. Auf diese Weise wird die Umlauffrequenz des Bezugssignals im Umlaufschieberegister 16 über eine Anzahl Perioden des Ist-Herzschlags so eingestellt, daß die Umlaufgeschwindigkeit des Bezugsherzschlags der tatsächlichen Herzfrequenz entspricht.

Die Signale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator laufen weiterhin durch das UND-Glied 34 auf einen Digitalzähler 36. Der Zähler 36 zählt diese TaUctsignale ab und liefert eine Ausgangsanzeige jedes Zählschritts· Hat der Zahlwert im Zähler 36 eine bestimmte Höhe erreicht, geht aus dem Zähler ein Übertragsignal an das Flipflop 32 und setzt dieses rück.

Wenn das Flipflop 32 rückgesetzt wird, sperrt das UND-Glied 34, so daß keine weiteren Impulse aus dem spannungsgesteu-

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erten Oszillator 28 durch das UND-Glied laufen können, bevor das Flipflop 32 wieder in den Setzzustand getriggert wird. Wenn weiterhin das Flipflop 32 rückgesetzt wird, geht ein Signal aus dem Zähler 36 aus dem Flipflop 32 und setzt die Zählstufe im Zähler auf den Wert ¹¹O" zurück. Indem man die Signale aus dem spannungsgesteuerten Oszillator auf den Zähler 36 gibt und das Flipflop 32 rücksetzt, wenn der Zähler einen bestimmten Zählzustand einnimmt, und diesen dann ebenfalls arücksetzt, entsteht eine Phasenregelschleife, die gewährleistet, daß die Umlaufhäufigkeit des Bezugssignals genau mit der Frequenz des tatsächlichen Herzschlags übereinstimmt.

Die Signale aus dem Zähler 36 werden auf einen Dekoder 38 gegeben. Der Dekoder 38 ist aus dem Stand der Technik bekannt und setzt den Zählzustand des Zählers 36 in eine Form um, die den aufeinanderfolgenden Zählwerten entspricht und steuert die Betätigung eines Fensterkomparators 4o für die aufeinanderfolgenden Segmente der das Bezugs- und den Ist-Herzschlag darstellenden Signale. Der Komparator 4o kontrolliert, wie genau der Vergleich zwischen den den Bezugsherzschlag und den den Ist-Herzschlag darstellenden Signalen erfolgt. Der Komparator 4o bewirkt eine solche Kontrolle aufgrund der im Dekoder 38 erzeugten Signale, um die aufeinanderfolgenden Segmente in den Eigenschaften der die Herzschläge entsprechenden Signale darzustellen, Bspw. wird oft

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der Herzschlagteil zwischen den Punkten 42 und 44 der Fig. 2 für wichtiger gehalten als andere Teile der Herzschlagkurve. Aus diesem Grunde kann in diesem Teil der Herzschlagkurve ein genauerer Vergleich stattfinden als in anderen Teilen der Herzschlagkurve.

Der Pensterkomparator 4o nimmt den durch den Verstärker 12 kommenden Ist-Herzschlag sowie den durch den Umsetzer 22 laufenden Bezugsherzschlag auf. Der Pensterkomparator 4o bewirkt einen Vergleich der Eigenschaften des Ist- und des Soll - Herzschlags an unterschiedlichen Punkten der Herzschläge entsprechend der vom Komparator in den aufeinanderfolgenden Teilen der Herzschlagkurve eingesetzten Kontrollen. Wenn die Amplitudeneigenschaften des Ist-Herzschlags sich von denen des Soll-Herzschlags um einen größeren Betrag unterscheiden, als der vom Komparator 4o festgelegte, geht ein Signal aus dem Komparator 4o über ein ODER-Glied 48 auf eine Ausgangsanzeige 4o, die eine geeignete Alarmeinrichtung auslösen kann. Hierbei kann es sich um einen Höroder einen Sichtalarm oder eine Kombination aus beiden handeln.

Die Signale aus dem Verstärker 26 werden weiterhin auf ein Differenzierglied 52 in Pig. 1 gegeben, bei dem es sich um einen Kondensator sowie einen vom Ausgang des Verstärkers nach einem Bezugspotential wie Masse gelegten Widerstand

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handeln kann. Das Differenzierglied 52 betont verhältnismäßig schnelle Änderungen der Frequenz der Signale aus dem Verstärker 26, indem es die Amplitude der Spannung aus dem Verstärker 12 beim Auftreten solcher abrupter Frequenzänderungen gegenüber der ansonsten vorliegenden Spannungsamplitude erhöht. Die durch das Differenzierglied laufenden Signale werden mit in einem Fensterkomparator 54 erzeugten Signalen verglichen, um Amplitudengrenzen darzustellen, so daß nur Signale, die abrupte Änderungen zwischen dem Ist- und dem umlaufenden Herzschlag darstellen, durch den Komparator 54 laufen. Diese Signale gehen dann durch das ODER-Glied 43 zur Ausgangsanzeige 5o. Auf diese Weise erfassen das Differenzierglied 52 und der Komparator 54 plötzliche Änderungen des Herzrythmus, wie sie bei Aryhtmie oder beim Herzversagen auftreten.

Wie einzusehen ist, liefert die Anzeigevorrichtung 5o eine Anzeige von Lebensfehlfunktionen genau dann, wenn diese auftreten. Auf diese Weise kann der Patient Korrekturen sofort dann einleiten, wenn seine Lebensfunktionen nachlassen. Bspw. kann er sich sofort zur Ruhe begeben oder von seinem Arzt zuvor verschriebene Medikamente einnehmen.

Es ist oft erwünscht, für eine gewisse Zeit vor dem Auftreten von Schwierigkeiten mit einer Lebensfunktion eine Aufzeichnung derselben anzufertigen. Folglich ist eine Ver-

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zögerungsleitung 60 vorgesehen, die das Signal, das vom Wandler 1o durch den Verstärker 12 läuft, um eine gewisse Zeit verzögert. Die verzögerten Signale aus der Leitung 5o gehen auf ein Aufzeichnungsgerät, (62), das die Herzschläge des Patienten für eine bestimmte Dauer aufzeichnet und jeweils auf den neuesten Stand bringt. Die Punktion des Aufzeichnungsgeräts 62 wird von einem Signal unterbrochen, das das ODER-Glied 48 durchläuft, so daß nur das Zeitintervall unmittelbar vor einer Fehlfunktion im Herzschlag des Patienten im Aufzeichnungsgerät festgehalten wird. Indem man eine solche Aufzeichnung herstellt, kann der Arzt des Patientenden Herzschlag unmittelbar vor dem Auftreten von Störungen untersuchen. Eine solche Untersuchung kann ihm dabei helfen, eine zukünftige Behandlung für den Patienten festzusetzen.

Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des !Comparators 40, um die Erzeugung von Ausgangssignalen durch den Komparator entsprechend einem Vergleich der Eigenschaften des Bezugsherzschlags und des Ist-Herzschlags zu erzeugen. Der Soll-Herzschlag aus dem Umsetzer 22 wird auf den Anschluß I00 einer Schaltung aus einer Vielzahl von Widerständen 1o2, 1o3, I06 und I08 gegeben. Die Widerstände 1o2, 1o4, I06 und I08 können gleiche Widerstandswerte aufweisen und in Reihe geschaltet sein. Aus einer Quelle Ho legt man eine positive Spannung an den Widerstand 1o2, aus einer Quelle

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112 eine negative Spannung entsprechender Höhe an den Widerstand 1o8.

Die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o2, 1o4 geht auf einen Verstärker 116 und die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o6, 1o8 auf einen Verstärker 118. Die Verstärker 116, 118 nehmen weiterhin Signale aus dem Verstärker 12 auf, die den Ist-Herzschlag darstellen. Die Signale aus den Verstärkern 116, 118 gehen ihrerseits auf ein ODER-Glied 12o.

Die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o2, 1o4 stellt in dem Augenblick den Mittelwert der Amplitude des den SollsHerzschlag darstellenden Signals und der positiven Spannung aus der Quelle 11o dar. Diese Spannung und die dem Ist-Herzschlag entsprechenden Signale werden auf den Verstärker 116 gegeben. Der Verstärker 116 gibt eine Spannung ab, die dem Unterschied zwischen der Höhe des den Ist-Herzschlag darstellenden Signals und des vom gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o2, 1o4 auf den Verstärker gegeben Signals entspricht. Dieses Signal hat gewöhnlich eine positive Amplitude, da die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o2, 1o4 positiver als die Amplitude des dem Ist-Herzschlag entsprechenden Signals ist. Auf die gleiche Weise gibt der Verstärker 118 normalerweise ein Signal mit negativer Amplitude ab, da die Amplitude des dem

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Ist-Herzschlag entsprechenden Signals positiver ist als die Spannung am gemeinsamen Anschluß der Widerstände 1o6 und 1o8.

Da der Pensterkomparator der Fig. 4 elektrisch symmetrisch aufgebaut ist, folgen die vom Pensterkomparator der Fig» 4 festgelegten Grenzwerte der Bezugsspannung_o Dies ist in der Fig. 3 gezeigt. Dort ist mit 122 der Soll-Herzschlag gezeigt, während die gestrichelten Kurven 124 und 126 die Toleranzgrenzen darstellen, die von den durch die Verstärker 116 und 118 laufenden Signalen dargestellt werden. Wie ersichtlich, sind die Toleranzgrenzen zum Soll-Herzschlag 122 symmetrisch und zu diesem den Soll-Herzschlag darstellenden Signal beiderseits gleichbeabstandet. Wenn die Amplitude des den Verstärker 116 durchlaufenden Signals größer ist als die Differenz zwischen den Signalen 122 und 124 oder die Amplitude des den Verstärker 118 durchlaufenden Signals größer ist als die Differenz zwischen den Signalen 122 und 126, geht ein Signal durch eine Stufe 12o. Dieses Signal aktiviert die Ausgangsanzeige 5o der Fig. 1.

Die Fig. 6 ist ein Schaltbild eines !Comparators, der einen gewichteten Vergleich der den Ist- und den Soll - Herzschlag in aufeinanderfolgenden Segmenten darstellenden Signale bewirkt. Der in Fig. 6 gezeigte Komparator weist eine erste Vielzahl paralleler Zweige - allgemein mit 2oo bezeichnet -

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auf, die den Widerstand 1o2 in Piß. 4 ersetzen. Jeder dieser Zweige kann einen Widerstand und einen Schalter in Reihe enthalten. Bspw. kann man einen ersten Zweig aus einem Widerstand 2o2a und einem Schalter 2o4a in Reihe sowie einen zweiten Parallelzweig aus einem Widerstand 2o4a und einem Schalter 2o4b in Reihe ausbilden. Schließlich kann man den Widerstand 1o8 der Pis;. 4 mit einer zweiten Vielzahl der parallelen Zweige ersetzen, wie sie allgemein bei 21o gezeigt sind»

Der von den Zweigen 2oo dargestellte Widerstandswert hängt davon ab, welche Kombination der Schalter 2o2a, 2o2b usw. jeweils geschlossen ist. Wie einzusehen ist, nimmt der Widerstandswert mit zunehmender Anzahl der geschlossenen Schalter ab. Indem man unterschiedliche Schalterkombinationen für aufeinanderfolgende Segmente des Ist- und des Soll-Herz sohl ag signals schließt, läßt sich also der von den Zweigen 2oo dargestellt Widerstandswert variieren. Entsprechend kann man unterschiedliche Kombinationen von Schalter in den Zweigen 21 ο schließen, um in ,jedem Augenblick den wirksamen Widerstandswert zu steuern, den diese Zweige darstellen. Obgleich die Pig«, 6 einen bestimmten Aufbau der Zweige 2oo und 21o zeigt, wie er oben beschrieben ist, ist einzusehen, daß die Zweige sich auch auf andere Weise aufbauen lassen, ohne den umfang der Erfindung zu verlassen.

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Ein einfacher Mikroprozessor kann in den Dekoder 38 aufgenommen werden, um die verschiedenen Kombinationen der Schalter zu steuern, die in den Zweigen 2oo, 21ο für die aufeinanderfolgenden Segmente 23o der Ist- und Soll-Herzschlagsignale zu schließen sind. Eines dieser Segmente ist in der Pig. 7 gezeigt. Indem man unterschiedliche Kombinationen von Schaltern für jedes der aufeinanderfolgenden Segmente schließt, ergibt sich für den Vergleich zwischen den Eigenschaften der Ist- und der Soll-Herzschlagsignale in diesen Abschnitten eine in den Abschnitten jeweils unterschiedliche Gewichtung.

Dies ist in der Fig. 5 durch die gestrichelten Kurvenzüge über und unter der Bezugsherzrythmuskurve 122 dargestellt, die selbst durchgezogen gezeichnet ist. Wie ersichtlich, kann infolge der vom System der Fig. 6 an den verschiedenen Punkten erzeugten Gewichtung der Abstand zwischen der durchgezogenen und der jeweiligen gestrichelten Kurve an diesen Punkten ungleich sein.

Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezug auf einen bestimmten Anwendungsfall offenbart und erläutert worden ist, lassen sich die zugrundeliegenden Prinzipien auf zahlreiche andere Aufgabenfälle anwenden, die dem Fachmann einsichtig sind. Die Erfindung soll daher nur von den vorgebenden Ansprüchen eingeschränkt sein.
Cl/ Al

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Claims

D 188ο

Patentansprüche

Herzsensor zur Erfassung von Änderungen des Herzrythmus eines Patienten, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung, um den Herzrythmus des Patienten zu speichern und umlaufen zu lassen, einer zweiten Einrichtung, die jeden Herzschlag des Patienten erfaßt und diesen Herzschlag darstellende
Signale erzeugt, eine dritte Einrichtung, die auf die Signale aus der essten und der zweiten Einrichtung ansprechend Signale erzeugt, deren Eigenschaften Unterschiede zwischen den Geschwindigkeiten der Herzrythmen aus der ersten und
der zweiten Einrichtung darstellen, einer vierten Einrichtung, die auf die Signale aus der dritten Einrichtung ansprechend die Umlaufgeschwindigkeit des Herzrythmus in der ersten Einrichtung entsprechend den Eigenschaften der Signale aus der dritten Einrichtung einstellt, einer fünften
Einrichtung, die die Eigenschaften des umlaufenden und des erfaßten Herzrythmus vergleicht, und einer sechsten Einrichtung, die auf die Signale aus der fünften Einrichtung
ansprechend eine Anzeige liefert, wenn die Eigenschaften
des erfaßten Herzschlags sich von denen des umlaufenden
Herzschlags unterscheiden.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Herzsensor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel in der fünften Einrichtung, mit der aufeinanderfolgende Segmente des erfaßten Herzschlags in die fünfte Einrichtung eingegeben werden können,um dort mit aufeinanderfolgenden Segmenten jedes umlaufenden Herzschlags verglichen zu werden, wobei die sechste Einrichtung eine Anzeige liefert, wenn die aufeinanderfolgenden Segmente des erfaßten Herzschlags sich in ihren Eigenschaften von den aufeinanderfolgenden Segmenten des umlaufenden Herzschlags unterscheiden.

3. Herzsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung eine erste Wandlereinrichtung, die eine erste Spannung liefert, deren Höhe von der Umlaufgeschwindigkeit des umlaufenden Herzschlags abhängt» eine zweite Wandlereinriehtung» die eine zweite Spannung liefert» deren Höhe von der Häufigkeit der Erfassung der Herzschläge abhängt, und einen Oszillator aufweist, der auf die erste und die zweite Spannung anspricht und ein Signal erzeugt, dessen Frequenz von den Vergleichswerten der ersten und der zweiten Spannung abhängt, wobei die vierte Einrichtung auf die frequenz der Signale aus dem Oszillator ansprechend die Umlaufgeschwindigkeit des erfaßten Herzschlags auf diese frequenz einstellt*

4· Herzsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel, um den Vergleich in unterschiedlichen der aufeinanderfolgenden Segmente des erfaßten Herzschlags so zu gewichten, daß

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die sechste Einrichtung eine Anzeige in den unterschiedlichen Segmenten für individuelle Unterschiede in den Eigenschaften des erfaßten und des umlaufenden Herzschlags für diese Segmente liefert.

5. Kombination zur Erfassung von Änderungen im Herzschlag eines Patienten, gekennzeichnet durch eine esste Einrichtung, die einen Herzschlag eines Patienten aufzeichnet und umlaufen läßt, eine zweite Einrichtung, um jeden Herzschlag des Patienten zu erfassen und Signale, die diesen Herzschlägen entsprechen, zu erzeugen, eine dritte Einrichtung, die auf die Signale aus der ersten und der zweiten Einrichtung ansprechend Signale mit Eigenschaften erzeugt, die Unterschiede zwischen der Geschwindigkeit der Herzschläge aus der ersten und der zweiten Einrichtung darstellen, eine vierte Einrichtung, die auf die Signale aus der dritten Einrichtung ansprechend Signale erzeugt, deren Frequenz entsprechend Änderungen der Differenzsignale aus der dritten Einrichtung veränderbar ist, und durch eine fünfte Einrichtung, die ansprechend auf die Signale aus der vierten Einrichtung eine Ausgangsanzeige liefert, wenn in der Frequenz der Signale au* der vierten Signale abrupte Änderungen auftreten.

6. Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung Mittel zur Erzeugung einer ersten

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Spannung, deren Höhe von der Umlaufgeschwindigkeit des aufgezeichneten Herzschlags abhängt, Mittel zur Erzeugung einer zweiten Spannung, deren Höhe von der Häufigkeit der Erfassung der Herzschläge abhängt, sowie einen Oszillator aufweist, der auf die erste und die zweite Spannung ansprechend ein Signal erzeugt, dessen Frequenz von den Vergleichswerten der ersten und der zweiten Spannung abhängt.

7. Kombination nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung eine Differenziereinrichtung, die ansprechend auf Änderungen der Höhe der Signale aus der dritten Einrichtung diese, Signale differenziert, um Signale mit Frequenzen, die über einem bestimmten Wert variabel sind, zu betonen, sowie einen Fensterkomparator aufweist, der nur solche Signale aus der Differenziereinrichtung weitergibt, die abrupten Änderungen in der Häufigkeit der erfaßten Herzschläge darstellen.

8. Kombination nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Einrichtung, die den Barchgang von Signalen vom Oszillator steuern, um eine Koinzidenz der Phase zwischen dem umlaufenden und dem erfaßten Herzschlag herzustellen«

9* Kombination zum Erfassen von Änderungen im Herzschlag eines Patienten, gekennzeichnet durch eine erste Einrichtung, um den Herzschlag des Patienten als Bezugsnonnal auf-

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anzeichnen, den aufgezeichneten Herzschlag mit einstellbarer Frequenz umlaufen zu lassen und den aufgezeichneten Herzschlag periodisch wiederzugeben, eine zweiten Einrichtung, um den Herzschlag des Patienten zu erfassen und Signale zu erzeugen, die den erfaßten Herzschlag darstellen, eine dritte Einrichtung, die auf die Signale aus der ersten und der zweiten Einrichtung ansprechend die Geschwindigkeit des umlaufenden Herzschlags auf die Geschwindigkeit des erfaßten Herzschlags einstellt, eine vierte Einrichtung, die Änderungen der Geschwindigkeit des umlaufenden Herzschlags über einem bestimmten Wert erfaßt, und eine fünfte Einrichtung, die auf den erfaßten und den umlaufenden Hereschlag ansprechend ein Fehlen von Übereinstimmung zwischen den Eigenschaften dieser Herzschläge feststellt.

10. Kombination nach Anspruch S, gekennzeichnet durch ein auf die vierte und die fünfte Einrichtung ansprechende sechste Einrichtung, die eine Ausgangsanzeige liefert, wenn mindestens einer der folgenden Fälle eintritt: (a) die vierte Einrichtung erfaßt eine Nachstellung der Geschwindigkeit des umlaufenden Herzschlags über dem bestimmten Wert oder (b) die fünf*en Einrichtung erfaßt ein Fehlen von Übereinstimmung der Eigenschaften des erfaßten und des umlaufenden Herzschlags.

11. Kombination nach Anspruch 1o, dadurch feekennzeichnet.

daß Mittel vorgesehen sind, um jeden der erfaßten Herz-

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schlaffe In aufeinanderfolgende Zeitabschnitte zu zerlegen, wobei die sechste Einrichtung ein Fehlen von Übereinstimmung in den Eigenschaften dieser aufeinanderfolgenden Abschnitte mit entsprechenden Abschnitten des umlaufenden Herzschlags feststellt.

12. Kombination nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch Mittel, um den Vergleich zwischen dem erfaßten und dem Bezugshers sohl ag in den aufeinanderfolgenden Abschnitten zu gewicht en«

13. Kombination zur Erfassung von Änderungen des Herzschlags eines Patienten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die sich wiederholende Signale liefert, die einen Bezugsherzschlag des Patienten darstellen, eine Einrichtung, die Signale liefert, die den Ist-Herzschlag des Patienten darstellen, eine Einrichtung, die die Häufigkeit des Auftretens der den Bezugsherzschlag und den Ist-Herzschlag darstellenden Signalen vergleicht und ein etwaigen Unterschied entsprechendes Fehlersignal liefert, eine Einrichtung, die auf das Fehlersignal ansprechend die Wiederholungshäufigkeit der den Bezugsherzschlag darstellenden Signale so einstellt, daß das Fehlersignal minimisiert wird, und eine Einrichtung, die auf den Bezugs- und den Ist-Herzschlag ansprechend die den Bezugs- und den Ist-Herzschlag darstellenden Eigenschaften vergleicht and ein Ausgangssig-

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nal liefert, wenn die Eigenschaften der den Ist-Herzschlag darstellenden Signale nicht den Eigenschaften der den Bezugsherzschlag darstellenden Signalen entsprechen.

14. Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine erste Einrichtung, die ein erstes Signal mit der Häufigkeit des den Bezugsherzschlag darstellenden Eigenschaften liefert, sowie eine zweite Einrichtung, aufweist, die ein zweites Signal mit der Häufigkeit der den Ist-Herzschlag darstellenden Eigenschaften liefert, und die Einstelleinrichtung einen Komparator enthält, der auf die Eigenschaften des ersten und des zweiten Signals anspricht, um die Häufigkeit der den Bezugsherzschlag darstellenden Signale entsprechend einer Differenz dieser Eigenschaften einzustellen.

15. Kombination nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator eine erste Einrichtung, die eine erste Spannung mit einer die Häufigkeit der den Bezuesherzschlag darstellenden Höhe liefert, und eine zweite Einrichtung aufweist, die eine zweite Spannung mit die Häufigkeit des Ist-Herzschlags darstellenden Höhe liefert, wobei die Einstelleinrichtung einen spannungsgesteuerten Oszillator aufweist, der ein Signal liefert, dessen Frequenz entsprechend einer Differenz der Höhen der ersten und der zweiten Spannung variabel ist, und das Signal mit der variablen Frequenz auf

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eine Signaleinrichtung für den Bezugsherzschlag gibt, um die Häufigkeit der den Bezugsherzschlag darstellenden Signale einzustellen.

16. Kombination nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf das Fehlersignal ansprechend eine Ausgangsanzeige liefert, wenn das Fehlersignal Eigenschaften hat, die sich von bestimmten Grenzen unterscheiden.

17. Kombination nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Vergleich zwischen dem Ist- und dem Bezugsherzschlag in aufeinanderfolgenden Augenblicken jedes Herzschlags zu gewichten.

18. Kombination nach Anepruoh 15, gekennzeichnet durch eine auf die erste und die zweite Spannung ansprechende Einrichtung, die Signale liefert, die in jedem Augenblick die Differenzen zwischen diesen Spannungen darstellen, und eine Einrichtung, die auf die Lifferenzsignale ansprechend eine Ausgangsanzeige liefert, wenn die Amplitude solcher Differenzsignale sich mit einer höheren als einer bestimmten Geschwindigkeitciändert.

19. Kombination zur Erfassung von Änderungen im Herzschlag eines Patienten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die sich wiederholende Signale liefert, die einen Bezugsherzschlag des Patienten darstellen, eine Einrichtung, die den

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Ist-Herzschlag des Patienten liefernde Signale liefert, eine Einrichtung, die die Häufigkeiten der den Bezugsherzschlag und den Ist-Herzschlag darstellenden Signale vergleicht und ein Fehlersignal liefert, das etwaigen Häufigkeitsunterschiede darstellt, eine Einrichtung, die auf das Fehlersignal ansprechend die Häufigkeit der den Bezugsherz schlag darstellenden Signale in einer Richtung einstellt, daß das Fehlersignal minimisiert wird, und eine Einrichtung, die auf das Fehlersignal anspricht und ein Ausgangssignal liefert, wenn das FehTersignal sich mit einer Häufigkeit über einem bestimmten Wert ändert.

2o. Kombination nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine erste Einrichtung, die ein Signal mit die Häufigkeit der den sich wiederholenden Bezugsherzschlag darstellenden Signale entsprechenden Eigenschaften liefert, eine zweite Einrichtung, die ein zweites Signal mit die Häufigkeit der den Ist-Herzschlag darstellenden Signale entsprechenden Eigenschaften liefert, sowie eine dritte, auf das erste und das zweite Signal ansprechende Einrichtung aufweist, die Fehlersignale mit Eigenschaften liefert, die den Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Signal darstellen, wobei die Einstelleinrichtung Mittel enthält, die auf die Fehlersignale ansprechend die Häufigkeit der den sich wiederholenden Herzschlag darstellenden Signale einstellen, um diese Fehler signale zu minimi si er en«

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21. Kombination nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung eine erste Einrichtung, die eine erste Spannung mit einer Höhe liefert, die die Häufigkeit der dem sich wiederholenden Herzschlag entsprechenden Signale darstellt, eine zweite Einrichtung, die eine zweite Spannung mit einer Höhe liefert, die die Häufigkeit des Ist-Herzschlags darstellt, und eine dritte Einrichtung aufweist, die ein Fehlersignal mit einer Spannung liefert, die der Differenz der ersten und der zweiten Spannung entspricht, und daß die Einstelleinrichtung einen spannungsgesteuerten Oszillator enthält, der auf das Fehlersignal ansprechend ein Signal mit einer entsprechend der Größe der Fehlerspannung variablen Frequenz erzeugt, wobei die das Ausgangssignal liefernde Einrichtung ein Ausgangssignal liefert, wenn das Fehlersignal sich abrupt ändert.

22„ Kombination nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel auf den Bezugs- und den Ist-Herzschlag ansprechend eine Ausgangsanzeige liefern, wenn die Eigenschaften des Ist-Herzschlags nicht <ien Eigenschaften des Bez^sherzachlaga entsprechen.

23. Kombination nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, die auf den Ist-Herzschlag ansprechend den Herzschlag in aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt, eine Einrichtung, die die Eigenschaften des Herzschlags in

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den aufeinanderfolgenden Abschnitten mit den Eigenschaften des Bezugsherzschlags in den aufeinanderfolgenden Segmenten vergleicht, und eine Einrichtung, die ein Ausgangssignal liefert, wenn ein bestimmtes Fehlen eines Vergleichs zwischen den Eigenschaften der aufeinanderfolgenden Segmente des Ist-Herzschlags und den entsprechenden Abschnitten des Bezugsherzschlags auftritt.

24·· Kombination nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um den Vergleich in den aufeinanderfolgenden Abschnitten des Ist- und des Bezugsherzschlags zu gewichten.

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