DE2836890A1

DE2836890A1 - Diagnosegeraet

Info

Publication number: DE2836890A1
Application number: DE19782836890
Authority: DE
Inventors: Kenneth James Schlager
Original assignee: INTERNATIONAL BIO MEDICAL IND
Current assignee: INTERNATIONAL BIO MEDICAL IND
Priority date: 1977-08-25
Filing date: 1978-08-23
Publication date: 1979-03-08
Also published as: JPS5456338A; NL7808799A; ES472840A1; BE869939A; US4193393A; IL55332A0; LU80153A1; IT1105779B; NO782841L; ZA784538B; AU3913078A; BR7805547A; FR2401425A1; GB2003278A; IT7850828A0; SE7808947L; DK374678A

Description

Diagnosegerät

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wellenform-Diagnosegerät zum Analysieren variierender Meßzustände.

Herzzustände werden durch Studieren von EKG-Wellenformen eines Patienten auf der Grundlage gewisser Standardrichtlinien analysiert; diese Standardwerte sind dem mit EKGs vertrauten Personal bekannt· Es ist auch bekannt, Rechner-Analysesysteme zu verwenden.

In der US-PS 3 698 386 ist ein mit einem Rechner versehenes Diagnosegerät vorgeschlagen. Dieses Gerät kann an Ort und Stelle oder allgemein an einem entfernten Ort zum Einsatz kommen, wobei die EKG-Signale dorthin übertragen werden.

Aufgrund der den derzeitig im Gebrauch befindlichen Geräten anhaftenden Komplexität und Kosten eignen sich diese Geräte nicht für allgemeine Anwendung oder klinische Massenuntersuchungen von Einzelpersonen. Demzufolge sind elektrokardiographische Geräte im .allgemeinen nur in Hospitälern und großen Kliniken verfügbar.

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Es besteht das Bedürfnis an einem preiswerten Instrument, in dem die vorhandenen klinischen Erkenntnisse implementiert sind und das von nicht sonderlich technisch geschultem oder geübtem Personal verwendet werden kann, um dadurch eine weitläufigere Analyse von Herztätigkeiten und dgl* zu ermöglichen.

Derartige Analysen sind auch in anderen Anwendungsgebieten brauchbar, beispielsweise bei der seismographischen ölfeldanalyse, bei der Wellenformanalyse durch speziell ausgebildetes Personal angewendet wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Diagnoseinstrument gerichtet, das' aufeinanderfolgende Wellenformpunkte verarbeitet und eine Abtastzahl erzeugt, die in einzigartiger Weise eine Wellenformeigenschaft kennzeichnet. Eine Standardwellenform / wird definiert durch Sätze von Zahlen in einem Logikfeld, wobei jeder Satz auf eine Diagnose von Charakteristika in einem speziellen Bereich oder Abschnitt der Wellenform gerichtet ist· Eine Abtasteinheit erzeugt eine J?olge von Wellenformzahlenj die direkt dem Logikfeld zugeführt werden, und es wird durch eine Abnormalität ein entsprechendes Diagnosesignal erzeugt, welches durch ein Handbuch oder das Gerät übersetzt werden kann. Das Diagnosegerät ist einfach, zuverlässig und kostengünstig_/und es stellt eine bequeme Einrichtung zum direkten Erfassen und Interpretieren einer Abweichung 'dar. Durch die Erfindung kann insbesondere, ein Elektrokardiometer geschaffen werden, das sich für ärztliche Routineuntersuchungen, Massenuntersuchungen und das Gebiet der Allgemeinmedizin eignet.

In einer Anordnung wird jede Wellenformzahl in einem Speicher als kombinierte Zeit- und Amplitudenzahl in Doppelbyte -Format gespeichert und entsprechende Differenzzahlen liegen in einem Logikfeld vor. Auf dem Markt erhältliche Feld-Chips (PLA)

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AO

können 48 unterschiedliche Zahlen speichern. Das Feld besitzt signifikante und nicht signifikante Bits in dem Zeit-Byte, die einen Zeitbereich defin-ieren, sowie in dem Amplituden-Byte, wodurch ein Amplitudenbereich definiert wird· Die gespeicherten Zahlen definieren eine Kombination oder eine Klasse von Kombinationen einer Zeitperiode der Wellenform und einen Amplitudenzustand innerhalb dieser Wellenformperiode, welche eine spezielle Abnormalität kennzeichnen. Die Feld-Ausgange können weiter in anderen Logikfeldern kombiniert sein, um weitere logische Entscheidungen zu erhalten.

Das Gerät kann die Ausgangszahl oder die Zahl in dem Speicher darstellen, es kann ein Ausdrucken erfolgen, und ebenso ist die Ausgabe über einen Plotter als Punktfolge möglich, um durch die Verwendung entsprechender Hinzufügungen einen Kurvenschreiber zu simulieren.

Für die EKG-Analyse kann ein Herzfrequenz-Detektor und ein Arrhythmusdetektor vorgesehen sein.

Die verschiedenen Nulldurchgänge einer Wellenform innerhalb der Zeitabschnitte können erfaßt werden, um eine Analyse der verschiedenen Zeitcharakteristika zu ermöglichen, wie sie beispielsweise in der EKG-Wellenform vorliegen» Ein separates Logikfeld kann vorgesehen sein, um jeden Nulldurchgang zu erfassen und aufzuzeichnen oder es kann ein anderes Feld vorgesehen sein, um jeden Kreuzungspunkt zu erfassen.

Selbstverständlich kann ein automatisches Fehleraufzeichnungssystem vorgesehen sein. In dem manuellen Neustart-System kann die PLA-Zahl innerhalb des Gerätes in eine hexadezimale oder dezimale Zahl umgewandelt werden, so daß sie bequem abgelesen werden kann und die spezielle Abnormalität kennzeichnet» Die Bedienungsperson braucht in der Analyse von EKG-Signalen

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nicht erfahren zu sein, die Diagnose wird direkt geliefert«

Obschon die Erfindung anhand eines numerischen Elektrokardio— meters erläutert wird, ist die Erfindung überall dort anwendbar, wo Daten oder Information in 3Porm eines elektrischen Signals vorliegen, wobei die Gestalt einer Bezugswellenform die Information enthält, die sich auf, in einem Logikfeld gespeicherte Zahlen bezieht, welche auf empirischem oder analytischem Wege erzeugt sind. Die vorliegende Erfindung schafft somit ein einfaches, zuverlässiges und kostengünstiges Gerät für die Analyse von Wellenformabweichungen, ohne daß die Notwendigkeit spezieller Kenntnisse der Wellenformeigenschaften an sich besteht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand, der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Elektrokardiometers, Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung einer EKG-Wellenform,

Fig. 5 ' ' ■·.··..- ■ . ' ) eine Blockdiagrammdarstellung eines in Fig. 1 dargestellten Elektrodiometers,

Fig. 3a eine Darstellung eines programmierten Logikfeldes, wobei ein Teil der internen Logikschaltung gezeigt ist,

-Fig. 4- ;'.'r ir- ■—-■'.- '·:".; eine vergrößerte Darstellung des Speichers und des in Fig. 3 in Blockdiagrammform dargestellten Logikfeldes,

Fig. 5 ··■"■"■ ' ... . / die Ansicht der in Fig. 3 dargestellten Eingangssignal-Verarbeitungsschaltung,

Fig. 6 . -. die Darstellung der Speicherund Logikfeld-Adressiereinrichtung und der Steuerung, die in Fig. 3 in Blockdiagrammform gezeigt sind und

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Fig. 7 ©in sohematisches Schaltungsdiagramm eines für die Schaltungen in den Fig. 2 bis 6 verwendeten Taktgebers.

Ein in Fig. 1 dargestelltes Elektrokardiometer 1 enthält individuelle EKG-Ableitungen oder eine einzelne Ableitung 2, sowie eine EKG-Ableitung-Auswahlsteuerung 5» die 'Wellenform— signale von auf das Herz bezogenen Korperfunktionen liefert.

Eine Wellenform wird als Folge kennzeichnender Zeit- und Amplituden-Abtastzahlen gespeichert, von denen jede bezogen ist auf eine Standardzahl, die einen Herzzustand oder eine Wellenform auf der Grundlage vorbestimmter und bekannter Kombinationen von Zeit- und Datenabtastungen angibt _β Eine ausgewählte Abweichung erzeugt eine Ausgangsgröße, die auf einer Anzeigeeinheit 4- zur Anzeige gebracht ist. Die Anzeigeeinheit 4 zeigt eine zwei Ziffern umfassende hexadezimale Identifikationszahl. Letztere kannzeichnet direkt Herzzustände, insbesondere abnormale Zustände.

Die Zahl kann direkt mittels eines Handbuches oder durch ein entsprechendes Umwandlungsgerät identifiziert werden; beispielsweise kann ein rechnergesteuerter Drucker verwendet werden. Eine Warnlampe 5 ist vorgesehen, um gegebenenfalls die Aufmerksamkeit einer Bedienungsperson auf die Einheit 4· zu lenken, um durch Ablesen den speziellen erfaßten Herzzustand zu bestimmen. Das Gerät 1 kann Herzfrequenz- und Hhythmus-Detektoren enthalten, wobei Meßeinrichtungen 7 und 8 einen derartigen Ausfall- oder Alarmzustand anzeigen. Jede gespeicherte Zahl kann direkt mittels eines A^resseingangs gelesen werden, welcher als eine drei Ziffern umfassende Steuerung 9 dargestellt ist.

Mittels eines Startknopfs 10 kann das Gerät in Gang gesetzt werden, um eine sequentielle Analyse von Wellenfonndaten auf

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einer gegebenen Ableitung 2 durchzuführen. Das Vorliegen einer Abnormalität kann die Abtastung stoppen. Ein Neustartknopf 10a beginnt den Zyklus vom letzten Leseabschnitt an aufs neue.

Eine (in Fig. 2 dargestellte) vereinfachte EKG-Wellenform 11 ,enthält eine Anfangs-P-Welle 12, die nach einer Verweilzeit in die Q-R-S-Welle 13 übergeht, kurz darauf gefolgt von einer T-Welle 17; es kann eine kleine End-U-Welle 18 vorhanden sein. Die R-Wellenspitze 19» die stets die Form'eines scharfen Nadelimpulses mit einem raschen Anstieg aufweist, kann als Bezugsgröße oder Anstoß zum Beginnen der Wellenform aufzeichnung verwendet werden. Die gesamte Wellenform ist in mehrere gleichmäßig beabstandete Abtastabschnitte unterteilt, die schematisch durch Abtast-Zeit linien 20 dargestellt sind. Beispielsweise, tonnen 256 derartige Abschnitte vorgesehen sein.

Eine typische oder Standard-Wellenform ist als Folge von 255 Abtastungen in Form eines Amplituden-Zeit-Signals für jede Abtastung gespeichert.

Die abgetasteten Wellenformdaten werden in das Gerät 1 eingelesen, mit der Standard-EKG-Wellenform für die spezielle Ableitung verglichen, und jede abnormale oder vorgegebene Abweichung, die sich auf. eine spezielle Abnormalität bezieht, wird in eine Kennzeichnungszahl umgewandelt, weiche wiederum in der Z.ahlen-Anzeigeeinheit 4 zur Anzeige gebracht wird.

In Fig. 3 wird jede Wellenform kontinuierlich abgetastet, und jede dieser Abtastungen wird in einerSpeichereinheit abgespeichert. Nach dem Abtasten einer·'vollständigen Wellenform werden die Abtastungen einem programmierten Logikfeld zugeführt. Letzteres ist programmiert mit normalen digitalen Amplituden-Zeit-Daten, so daß jeder Bezugseingang den Zustand

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jeder Datenabtastung oder Folge von Datenabtastungen überwacht, wenn die Daten in das Logikfeld gebracht werden, um eine punktweise Wellenform-Analyse zu erzeugen. Die Daten jeder gegebenen Abtastung werden direkt verglichen mit einer einzelnen Bezugsgröße oder einem Bereich, und zwar durch jedes Logikfeld 22, das programmiert ist, eine gegebene Anzahl von Ausgangsgrößen zu erzeugen. Jeder Abschnitt 20 besitzt eine spezielle und einzigartige Speicherund Feldadresse , und jede von diesen kann mittels der Adress-Steuerung 9 abgerufen werden. Die Adress-Steuerung 9 adressiert direkt die Speichereinheit 21 und überträgt die gespeicherte Datenzahl zur Ausgabe 4, entweder in binärer Form oder -mit entsprechenden Ausgabe einrichtungen- in herkömmlicher, dezimaler Darstellungsweise, wodurch die Amplitude des Zeitabschnitts identifiziert wird. In der Kardiographie geschultes Personal kann auf diese Weise direkt die tatsächliche Herz-Wellenform im Hinblick auf eine Abnormalität bestimmen und analysieren.

Hierdurch wird ein einfaches Instrument geschaffen, welches sich für Massenuntersuchungen eignet und das speziell geeignet ist für in der Allgemeinmedizin tätige Ärzte, im Gegensatz zu solchen, die spezialisiert sind.

Fig. 5 zeigt ein Gerät mit mehreren Ableitungen 2, die an einen Eingangsverstärker- und eine Filtereinheit 23 geschaltet sind. Sie sind weiterhin über einen Standard-Multiplexer 24 an einen gemeinsamen einzelnen Ausgang geschaltet. Ein Zähler 25 betreibt den Multiplexer 24 in kontinuierlichen Zyklen einer zeitlich beabstandeten Sequenz, um nacheinander und wiederholt die Wellenf ormsignale abzutasten und sie an die Verarbeitungskanäle zu übertragen. Ein (nicht dargestellten) Taktgeber gewährleistet die synchrone Betriebsweise der verschiedenen Systembauteile,

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einschließlich des Zählers 25. Ein Analog-/Digital-Wandler (A/D-Wandler) 26 wandelt das Analogsignal der Einheit 24 tun in eine entsprechende digitale Signaldarstellung, die sich zum Speichern in der digitalen Speichereinheit 21 eignet. Der Wandler 26 besitzt einen Start-Takteingang 28 und einen Belegt-Ausgang 29. Das digitale Signal wird, an ein Schieberegister 30 in Abhängigkeit von einem von dem Belegt-Ausgang abgegebenen Signal übertragen. Das Schieberegister 30 ist an einen Schreib-ZLese-Speicher (ram) 21 geschaltet. Ein Paar EAM-Speicher-Chips 31 und 52 können für jede Ableitung vorgesehen sein. Jedes Amplitudensignal kann als Acht-Bit-Wort gespeichert werden, wobei das höchstwertige Bit positive und negative Amplituden kennzeichnet und unterscheidet. Um einen einfacheren Aufbau zu erhalten, ist jedes der Acht-Bit-Worte unterteilt in ein Paar von Vier-Bit-Worten, die in entsprechenden Speichern 31 und 32 gespeichert werden, so daß ein relativ kostengünstiger Schreib-/Lese-Speicher verwendet werden kann.

Die Wellenformabtastungen werden in spezielle Speicherzellen oder -platze mit einzigartigen Adressen eingeschrieben· In Fig. 3 besitzt ein Schieberegister 35 einen Takteingang und einen synchron mit der Einheit 24 und dem Wandler 26 betriebenen Ausgang, um an einen Decoder 54· eine zeitbezogene Ausgangsgröße zu liefern. Ausgangsleitungen 55 verbinden den Decoder 34- mit den entsprechenden Speicher-, Schreibgängen der Speicherpaare 31 und 32. Ein Freigabe-Eingang ist mit einem MAHD-Glied* 37 verbunden, dessen einer Eingang mit dem Taktgeberund dessen zweiter Eingang mit der Ladeleitung .39». die an eine Zustande steuerung 40 geschaltet ist, verbunden ist. Die Steuerung 40 überwacht den Gerätezustand und liefert entsprechende Ablauf Steuersignale an die einzelnen Bauelemente, einschließlich eines Ladesignals auf der Leitung 39. Der Decoder 34 erzeugt eine Verzögerung in der Übertragung, und

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die Adressierung der Speicher st eilen fällt mit der Dateneingabe vom Schieberegister 30 in den Speicher 21 zusammen. Ein Adresszähler 41 wird synchron zu dem Multiplexer 24 und dem A-/D-Wandler 26 betrieben.

Die Einheit 41 ist über einen acht Bit breiten Adressbus 43 mit den Einheiten 21 und den Chips 22 verbunden. Die Einheit 41 kann für jede signifikante Dezimalstelle einen Zähler 44 sowie einen Dezimal-Binärwandler 45, der an den Bus 43 geschaltet ist, aufweisen. Die Steuerung 40 liest die dualen Zeit- und A£tastdaten-Bytes in das Logikfeld 22 zur augenblicklichen Erfassung der korrelierten Zeit- und Daten-Abtastbytes und zum Liefern einer numerischen Anzeige der Wellenform-Normalität und -Abnormalität auf der Grundlage jedes kombinierten Zeit-Abtastdaten-Bytes_? und sie er-

zeugt schließlich eine Haltperiode. Die Bedienungsperson kann wahlweise irgendeine Adresse in dem Speicher auslesen, indem sie die Adress-Ste.uereinrichtung 9 einstellt, wobei eine visuelle Anzeige auf einer Anzeigeeinheit 45 gegeben ist; die Einheit 46 ist als herkömmliche drei Dezimalziffern umfassende Ausgabeeinheit dargestellt. Die Steuereinrichtung 9 aktiviert einen Codierschalter 47, dessen Ausgangsgröße an den entsprechenden Zähler 44 gelegt wird, um die Zählereinheit 41 zu betätigen, wodurch die entsprechende Adresse auf den Bus 43 gegeben wird. Die Daten-Ausgangsleitungen bzw. der Daten-Ausgabebus der Speichereinheit 41 ist an eine Kopplungseinheit 49 zwecks direkter Verbindung mit der Ausgabeeinheit 4 geschaltet.

Die Steuerung 40 kann einen Zähler 50 mit einem Startschalter 51 aufweisen, der mit der Eingabetaste zum zyklischen Durchschalten des Zählers verbunden ist und von einem gatterge— steuerten Oszillator 52 getrieben wird, welcher beispielsweise als Schmitt—Trigger ausgebildet ist und von einer G_Grätefunktion und einem Datenselektor 53 getriggert wird.

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Der Zähler 50 treibt den Selektor 53 und einen Zustande-Decoder 54-* dessen Zustandsleitungen derart verschaltet sind, daß sie sequentiell die Systembauteile aktivieren. Der Selektor 53 erfaßt bestimmte Bedingungen und die Beendigung interner Vorgänge beim Wellenformaufzeichnen und -vergleichen _p und er liefert ein Signal für die Ablaufsteuerung der Zustandsänderung.

So z.B. erzeugt der Decoder 54- ein "Warte"-Spitzensignal auf einer zugeordneten Ausgangsleitung 55» wodurch ein freier Lauf- oder Betriebszustand geschaffen wird, so daß Daten fortlaufend in den A/D-Wandler 26 eingegeben werden. Ein ^irR" -Spitzen-Detektor 37 ist an die Ableitung 2 geschaltet und erzeugt ein Ausgangssignal bei einem (und zwar nur dann) Spitzenwert; dieses Signal wird an einen ¹¹R"-Spitzenwert-Eingang 58 des Selektors 53 gegeben. Der Eingang 58 betreibt dann den Zähler 50» um den Decoder 54· in den zweiten Zustand zu versetzen. Eine zweite Zustandsleitung 59 ist an den Decoder 3²J- geschaltet und besorgt das Einlesen und Laden von Daten in die letzte Speicherstelle des Speichers 21, d.h., in die Adresse Nr. 256. Der Adressgenerator 4-1 erzeugt dann ein der Zahl "i¹-!¹" oder 256 entsprechendes Signal auf einerEingangsleitung 60 des Selektors 53· Der Decoder 54· geht dann in den Zustand 3 über und erzeugt auf der Leitung 61 ein Signal, um die Adressen zu löschen; dann wird auf einer Leitung 62 ein Signal erzeugt, um die Daten aus dem Speicher 21 an das programmierte Logikfeld 22 zu übertragen.

Der Selektor 53 besitzt eine logische Leitung 4-3, die automatisch derart beaufschlagt wird, daß sie eine Zeitperiode erzeugt, während der der Adressgenerator zurückstellt. Daraufhin schaltet der Selektor 53 wiederum den Zähler 50 weiter und der Decoder 54- geht in den Zustand 5 über, wobei -auf einer Zustandsleitung 62 dem System signalisiert wird, Daten

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aus dem RAM-Speicher in das logische Feld 22 zu lesen. Der Selektor 53 wird dann eingestellt, daß er wiederum auf die Erzeugung einer Adresse "F-P" auf der Leitung 35 anspricht, und wiederum schalten der Selektor und der Decoder weiter, wodurch ein Stop- oder Halt-Zustand hervorgerufen wird und eine Leitung 66 aktiviert wird. Das Signal auf der Leitung 66"gibt die Eingangs-Adress-Schalter 4-7 für die manuelle Adressierung des Speichers 21 frei, um den Zustand der Wellenform überprüfen zu können.

Der Generator 41 umfaßt ein mit zwei Eingängen versehenes NAND-Glied 67, dessen Eingänge mit einem dritten Takteingang und mit der Zustandsleitung 66 des Decoders für den Zustand "4" verbunden sind. Liegen beide Bedingungen vor, ist die Übertragung der RAM-Daten möglich.

Die programmierte logische Feldanordnung 22 umfaßt eine Mehrzahl individueller Chips, von denen jedes mehrere Bedingungen oder Zeit-Abtastdaten-Bytes speichern kann und in der Lage ist, durch Vergleich mit der tatsächlichen Wellenform einen Produktausdruck oder eine Produktzahl zu erzeugen, die in einzigartiger Weise irgendeine Abnormalität oder eine programmierte Abweichung von der Wellenform im Speicher kennzeichnet.

Fig.3a stellt eine vereinfachte schematische Darstellung eines typischen programmierten, logischen Feld-Chips dar, wie es durch die Firma Signitics angeboten ifird; dieses Feld-Chip ist feld-programmierbar. Der Eingang des Chips umfaßt 16 Eingänge Iq bis I^c. jeder Eingang ist mittels eines logischen Verknüpfungsgliedes 69 an ein Paar durchgeschmolzener oder geschalteter Logikleitungen 70 mit Schaltern 70a geschaltet. Die Leitungen 70 sind über ein UND-Glied 71 mit einer Summiermatrix oder einem "ODER"-Glied

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72 verbunden. Jedes"ODER"--Glied weist mehrere Eingänge 73 auf, einen für jeden Satz von Eingängen 7^. Die Eingangsklemmen sind somit parallel verdrahtet oder an die Eingangssignale von dem Speicher und den Lese-Gattern geschaltet, wobei letztere freigegeben werden, um die entsprechende Bedingung zu lesen. Das Chip wird durch Schließen der Schalterleitungen 70 programmiert, so z.B. durch Durchbrennen, und das einmal programmierte Chip definiert den Punkt und insbesondere einen Bereich oder Teilabschnitt der Wellenform.

Wie man in Fig. 3a erkennt hat der Eingang

die invertierten Ausgänge geschlossen, um ein niedriges Signal zu erzeugen und die Leitung 1,-q hat eine nichtinvertierte Ausgangsleitung geschlossen,, um ein hohes Signal zu erzeugen. Alle übrigen sind beide offen und der Eingang ' kann entweder hoch oder niedrig sein, ohne daß sich hierdurch der Produktausdruck ändert. Die letztgenannten Eingänge sind daher für den endgültigen Produktausdruck nicht signifikant. Dies ist bei der vorliegenden Erfindung von besonderer Bedeutung, weil hierdurch ermöglicht wird,daß jeder Befehl einen Zeit- und Formbereich der Wellenform und der zugehörigen Information definiert. Der Ausgangs- oder Produktausdruck ergeibt ein 8 Bit umfassendes Produkt, bei dem Pq und F* hoch (high) sind. Wenn die in dem Speicher gespeicherte Eingangswellenform-Abtastung und das Zeitsignal, die in dieses Chip-Feld eingelesen wurden, die durch die Schalter 70 eingestellten Bgdingungen erfüllen, stellt das Ausgangssignal eine Hexadezimalzahl dar, die in der Ausgabeeinheit 4 zur Anzeige gebracht wird. Die Adressierung des Logikfeldes erzeugt eine Zeitsignaleingabe, basierend auf der;zeitlich gesteuerten Abtastung der Wellenform. Somit werden die Adressen Iq bis I₁-, an den Adresszähler 4-1 gegeben und identifizieren das Zeitfenster. \_t-

Die Adressen Ig bis 1^₁- sind mit dem Speicher 21 an der richtigen Adresse verbunden -und liefern die Amplitudenzahl.

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Das Chip ist" somit programmiert, um auf bestimmte Amplitudenbedingungen an oder während bestimmter Zeitpunkte bzw. Zeitperioden anzusprechen.

Die Wellenform ist in zugewiesene Zeitperioden getrennt, während der Grund-Wellenformen auftreten. Das Programm— Logik-Chip ist dann programmiert, um die gesamten 256 Speicherstellen abzutasten, spricht jedoch nur auf Zahlen an, die in besonderen Zeitfenstern auftreten. Beispielsweise ist die gesamte Zeitabtastung größer als die Zeit der variierenden EKG-Wellenform 11, wie in Fig. 2 darge- stellt ist, jedoch kleiner als die Zeit für Überlappungen zwischen Wellenformen. Die Zeit wird dann der Wellenform zugeordnet, wobei die ^MR"-Spitze 19 einen bekannten Zeitpunkt besitzt. So z.B. ist für die Zeit 80 unddas Chip für die folgenden Bedingungen programmiertϊ

Adresse (Zeit) Wellenteil

0-44 Kein Signal

45-65 P-Welle (12) gewöhnlich positiv)

66-72 P-Q-Segment (gewöhnlich Null)

73-78 ' Q-Welle (14) (Werte sind negativ)

77 - 83 E-Welle (15) (Werte sind positiv)

83 -sy87 S-Welle (16) (Werte sind negativ)

86-104 S-T-Segment (gewöhnlich Null, aber

manchmal + 0,1 mv)

Ί03 - 121 T-Welle (17) (gewöhnlich positiv)

121-256 Ü-Welle (18) oder kein Signal

Innerhalb jedes Zeitsegments sollte das Amplitudensignal einen besonderen Wert aufweisen oder in einem besonderen Bereich liegen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die signifikante Wellenform innerhalb der ersten Speicherhälfte gespeichert.

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Jedes Chip kann bis zu 48 unterschiedliche Produktausdrücke oder Befehle für Zeit- und Amplituden-Abtastdaten speichern und bedingt somit Normalität und Abnormalität der Wellenformen. Die Ableitung 2 kann programmiert sein, um die entsprechenden signifikanten Teile einer solchen Wellenform zu erfassen. So kann für eine herkömmliche EKG-Ableitung II die Implementierung oder Programmierung indsr nachstehenden Weise erfolgen, wobei L = niedrig (low) oder logisch "O" und H = hoch (high) oder "1" bedeuten. Die Bindestriche in den Zahlen oder Worten zeigen an, daß die Programmierung entweder "hoch" oder "niedrig" vorsehen kann, diese Stellen bilden somit einen "Unerheblich"-Eingang, so daß ein Bereich oder Teil der Wellenform in jedem Befehl oder Zeit- und Abtastdaten-Byte abgedeckt sein kann;

Nr. Kriterium Implementierung

0 ' P-0.3mv T=LLHL '* 32 W+< 47

. .-· A= H HHHH . Α,<·300 W

1 J-P T=LLHL . 32 <. + S. 47

.. A=L- —— ' A <- 20 KV

2. Q=-0,25 »ν -^₁LHXXHL_--: 72 Sj

^: / " v. < 300 NV

Q= 0.25 -r mg?

4.· E-0.15«,

5. (S-T) = -0.9 την T=LHLHH 88^X^95-

6. (S-T)= 0.9 mv T=LHLHH 88^+

• · · A= HLHH A 960

7 .._T_ T= LHH-H 104/+- 127

'* · . A-L . . A ^-"20 NV

8 T -1 mv v** LHH-H 104 < +<127

^δ· ^l~^lmv ^ _1IL A < 1280

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Die Amplitude ist selbstverständlich skaliert, indem entsprechende 8 Bits umfassende Binärzahlen verwendet werden. Obschon ein 256 Worte umfassender Speicher verwendet wird, wird nur ein Teil des Speichers benutzt, um tatsächliche Daten aufzuzeichnen, damit zwischen aufeinanderfolgenden Durchläufen eine Organisationsperiode geschaffen wird. Im obigen Beispiel überspannen nur 128 Zeitsegmente die brauchbaren Daten, die anderen Zeitsegmente werden mit Kull-Daten abgetastet. Die Ausgangsgrößen der PLA (programmiertes Logikfeld) -Einheiten 22, die in herkömmlicher Weise hexadezimales Format aufweisen, können in der Anzeigevorrichtung 4· umgewandelt werden in die gebräuchlichere dezimale Darstellungsweise. Das höchstwertige Bit der Amplitudenzahl unterscheidet zwischen positiven und negativen Zahlen.

Der Ausgang des "R"-Spitzen-Detektors 57 ist auch mit einem Herzfrequenz-Aufzeichnungsgerät 75 verbunden; letzteres erfaßt die aufeinanderfolgenden Spitzen und erzeugt auf dem Meßgerät 7 einen Ablesewert. Ein Arrhythmus-Detektor 76 ist an das Eingabe-Wellenformsignal geschaltet und erzeugt eine hiervon abhängige Ausgangsgröße auf dem Meßgerät 8.

Beim Ablauf einer Wellenformsequenz kann die Bedienungsperson leicht den grundsätzlichen Herzzustand feststellen, um zu bestimmen, ob eine vollständigere Analyse, durch das Gerät von Hutzen sein würde. Die Wellenform wird aus dem Speicher als Folge von Null bis 256 Zeitsegment-Abtastungen der Wellenform in die PLA-Einheit 22 gelesen. Gleichzeitig wird das Zeitgeber-Segment-Wort oder die Adresse an die PLA-Einheit 22 gegeben. Wenn die Zeit- und Amplituden-Signale mit der Implementierung übereinstimmen, wird das Ausgangssignal der PLA-Einheit 22 "hoch" und treibt die Anzeigeeinheit 4·.

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Eine Fehlerausgabe kann die weitere Verarbeitung beendigen und es der Bedienungsperson gestatten, die in der Anzeige- ' einheit 44 dargestellte Zahl aufzuzeichnen und irgendeine Handlung vorzunehmen. Selbstverständlich konnte ein Drucker oder ein anderes Speichergerät verwendet werden, um auf automatischem Wege jedes Fehlersignal und jede Adressnummer zu erfassen und aufzuzeichnen. Stoppt das Gerät die Verarbeitung, wird die von Hand betatigbare Neustart-Einrichtung 10a betätigt, um den Ablauf fortzusetzen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, können die. ELA-Ausgangsgrößen in Datenspeichern oder -sperren 77 gehalten werden, und die kombinierten Ausgänge können auf einen Satz von PLA-Einheiten ¹HS gegeben werden, welche zu einer "Baumanzeige" (tree display) angeordnet sind, um eine Analyse der verschiedenen Kombinationen und Permutationen, die durch die Charakteristika aufden einzelnen Ableitungen geliefert werden, zu ermöglichen.

Obschon irgendeine für diese Zwecke ausgebildete Signalverarbeitungs- und Logikschaltung verwendet werden kann, ist eine besonders bevorzugte Ausführungsform in den Fig. 4 bis 7 dargestellt. Eine einzelne Ableitung 2 ist zusammen mit einer Aüswahlsteuerung (wie in Fig. 1) dargestellt, um ein programmiertes Logik-Ohip oder eine programmierte Logikeinheit 22 freizugeben, die gemäß der EKG-Ableitungsidentifikation zugeordnet ist.

Wie man in Fig. 5 sieht, ist der A/D-Wandler 26 über eine Kopplungsschaltung, die in Fig. 4 näher dargestellt ist, mit der einzelnen Ableitung 2 verbunden. Der Wandler 26 wiederum tastet das Wellenformsignal ab und digitalisiert dieses mit einer Abtastgeschwindigkeit, die durch den Taktgeber, von dem eine günstige Ausbildung in Fig. 7 dargestellt ist, eingestellt wird.

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Hf

In Fig. 5 ist ein Operationsverstärker 80 als Standard-Differentialverstärker geschaltet j dessen Ausgangsleitung 81 verbunden ist mit einer Signal-Trennschaltung 82 über einen Auswahlschalter 83, der an die Steuereinrichtung- 5& gekoppelt ist. In einer Schalterstellung ist eine Leitung 84' mit der Schaltung 82 verbunden, in einer anderen Schalterstellung erfolgt eine Verbindung über ein Schmalband— Tiefpaßfilter 85, welches unerwünschte Hochfrequenzanteile und insbesondere 60 Hz-Signale (Netzbrumm) ausfiltert. Ein Eingangsverstärker 86 verbindet die Schaltung 82 mit dem Wandler 26 über eine Leitung 87 und über eine Leitung 88 mit dem "R"-Spitzen-Detektor 57? sowie über eine Leitung 89 mit der Arrhythmus-Einheit 72«,

Nach Fig. 4- enthält die Detektorschaltung 57 ©in Paar Eingänge, von denen einer zu einem Differenzierverstärker 93 und der andere zu einem Schwellenwertverstärker 94· führte Ein mit zwei Eingängen versehenes NAND-Glied 94a ist mit den Verstärkern 93 und 94 verschaltet und erzeugt an der "R-"Spitze 19 ein Signal, und zifar nur dann, wenn diese Spitze relativ scharf ist und eine gut definierte Spitze vorliegt. Der Ausgang ist an eine als LED (lichtemittierende Diode) ausgebildete Lichtquelle 6 geschaltet % die Lichtquelle zeigt an, daß die Schaltung in Betrieb ist.

Die Verarbeitungsschaltung nach Fig_B 4 weist einen Herzfrequenz- und Arrhythmus-Detektor auf, die in Fig_o 5 dargestellt sind und nachstehend beschrieben werden« Die Einzelheiten der Steuerung 40 und des Adresszählers 41 der Verarbeitungsschaltung nach Fig. 4 sind in Fig. 6 dargestellt.

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Gemäß Pig. 6 bewirkt die Steuerung in den Zuständen ¹¹O", "2" und "4" ein Rücksetzen des Zählers und ein Loschen der Daten-Sperren. Die Leitungen 55 und 61 für die Zustände "O" und "2" sind an ein erstes NOR-Glied 95 geschaltet, dessen Ausgang sowie die Leitung 64 für den Zustand "4" an ein zweites NOR-Glied 96 geschaltet sind· Die Leitung für den Zustand "4" läuft in eine handbetätigbare Ladesignal-Leitung mit einem Ladeschalter 96a aus; mittels des Schalters 96a kann der Speicher 21 manuell adressiert werden. Der Ausgang des zweiten NQR-G-liedes 96 erzeugt ein RAM-Jreigabesignal auf der Leitung 97» welches an den in 5"ig. 6 dargestellten Zähler 41 und an die Ausgabeschaltung für die Logikfeld-Einheit 22 gegeben wird, wie in Fig. 4 gezeigt.

Der Ausgang jeder programmierten Logikeinheitr 22 ist parallel an einen S_atz von Registereinheiten 98 geschaltet, von denen jede einen mit der Leitung 97 verbundenen Freigabeeingang aufweist. Zum Auslesen jedes höchstwertigen und niedrigstwertigen Bits der hexadezimalen Zahlenausgabe der Logikfeld-Einheit 22 ist ein Paar von Einheiten 98 vorgesehen. Die Ausgänge der Register 98 sind an Anzeigeelement e 99» welche die Anzeigeeinheit 4 bilden, geschaltet. Die Ausgabe- und ümwandlungseinheit bildet ein Standardsystera zur Umwandlung binärer Zahlen in herkömmliche Dezimal—Ausgabegroßen, um nicht mit hexadezimalen Ausgangsgrößen operieren zu müssen, wie sie bei Rechnern verwendet werden.

Die eine Logikfeldeinheit 22 ist programmiert;, um jeden Nüll-Durehgang der Wellenform zu erfassen und das Zeitsegment 20 auszulesen. Eine separate Geldeinheit' 22 kann vorgesehen sein, oder es kann die Einheit für die gewoJanliche AVR-Ableitung (Spannungsgleichhalter) verwendet werden. Somit würde das Null-Durchgangs-Logikfeld kontinuierlich freige-

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geben. Die Nulldurchgangseinheit 22 ist hinsichtlich der Zeit und der Amplitude programmiert, um das äquivalente Vorliegen einer abnormalen Bedingung immer dann anzuzeigen, wenn ein in dem RAM-Speicher 21 gespeichertes Segment mit Null-Amplitude innerhalb eines Zeitabschnitts erfaßt wird, der den verschiedenen I_mpulssignalen der Wellenform 11 zugeordnet ist. Der AuslesoVorgang" wird an dieser Stelle beendet, um die Aufzeichnung des Zeitsegments zu gestatten, und zwar entweder von Hand durch die Bedienungsperson oder automatisch, wie durch das Anschließen eines Druckers an die Ausgabeeinheit. Jedesmal, wenn die Sequenzabtastung gestoppt wird, wird die Adresse in der Einheit 46 zur Anzeige gebracht.

Eine Stop-Schaltung (Fig. 6) hat ihr Logikfeld 22 mit einem Paar von NOR-Gliedern 100 verbunden,von denen jedes ein logisch hohes Ausgangssignal erzeugt, wenn der Ausgang den Wert "hoch" annimmt, so z.B„, wenn ein Nulldurchgang erfaßt wird., Die Ausgangsgröße wird einem zwei Eingänge aufweisenden NOR-Glied 101 zugeführt, dessen Ausgang in einem Taktsignal-Steuernetzwerk 102 mit einem auf den Zustand 3 bezogenen A^tast-Steuersignal aus der Zustandssteuerung. 40 kombiniert wird. Das Netzwerk 102 enthält einen ersten Kanal für Normal-Takt-Übertragung und einen zweiten Kanal für Stop-Takt-Ubertragung. Der erste Kanal weist ein NAND-Glied auf, dessen beide Eingänge an die Leitung 64 für das Zustand '^"-Steuersignal geschaltet sind. Ein UND-Glied 104 hat seine Eingänge mit dem NAND-Glied 103 und mit der Nummer 2-Taktsignalleitung 76 verbunden. Außer im Zustand 3 wird das Taktsignal in allen Zuständen über das UND-Glied 104 übertragen und über ein NOR-Glied 105 an den A^resszähler 41 gegeben. Im Zustand 3 erzeugt das Verknüpfungsglied 103 einen Ausgang "niedrig" und öffnet das Verknüpfungsglied 104. Der zweite Kanal, der mit dem Stop-Signal-Gatter 101 verbunden ist, enthält ein UND-Glied 106, welches das Null-Signal vom Gatter 102 mit dem Zustandssignal auf der

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Leitung 64 kombiniert. Der Ausgang wird in einem UND-Glied 107 mit dem Taktsignal gekoppelt. Das. Verknüpfungsglied erzeugt einen Ausgangs-Taktimpuls, wenn nicht das Verknüpfungsglied 101 ein Signal "niedrig" zuführt, was eine Fehlerbedingung signalisiert. Der Ausgang des Verknüpfungsgliedes 107 ist an das NOR-Glied 105 zum Erzeugen eines Adress-Taktsignals geschaltet. Das NOR-Glied IO5 erzeugt somit ein Taktsignal in allen Zuständen unter normalen Wellenformbedingungen, wobei der Zustand "3" speziell überwacht wird, um den Betrieb des Zählers bei irgendeiner Abnormalität, einschließlich eines N-ull-Durchgangs, anzuhalten. Eine Neustart-Schaltung 108, die als einfacher Impulsformer 109 dargestellt ist, und die an die Versorgungsquelle mittels eines Schalters 110 angeschaltet ist, erzeugt ein Impulssignal in Abhängigkeit von der Betätigung des Neustart-Schalters 110. Letztere ist mit dem Neustart-Druckknopf 10a gekoppelt. Der Impuls wird über das Verknüpfungsnetzwerk geleitet, um den Zähler 41 zu veranlassen, um eine Adresse fortzuschreiten und dadurch wiederum die Sequenz des Ladens der Daten aus dem Speicher in die freigegebene Logikfeldeinheit 22 zu beginnen. Der Ladevorgang fahrt fort, bis der nächste Nulldurchgang oder eine andere Abnormalität vorliegen, bei welchem Zeitpunkt die obenerwähnte Stop- oder Haltesequenz von neuem erzeugt wird.

,Wie bereits erwähnt wurde, wird die digitale Zahl in irgendeiner Speicherzelle gespeichert und kann auch direkt ausgelesen werden.

Der Speicher wird durch den'drei Dezimalzahlen umfassenden Eingang 9, wie in Pig. 6 dargestellt ist, adressiert. Bei diesen Eingängen handelt es sich um Schaltereinheiten zum Erzeugen einer dezimalen Zahlenausgabe. Die Schalter sind mit der Leitung 66 für den Zustand "4" oder "Halt" des Decoders 54 verbunden, der somit nur während dieses

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Zustandes der Steuerung freigegeben wird. Die Schaltereinheiten 112 sind mit den drei Zählern 4-1 verbunden, deren Ausgänge mit einem zugehörigen Standard-Dezimal-/ Binär-Wandler 48 "verbunden sind, der die Dezimalzahl in eine entsprechende Binärzahl auf dem Adressbus 4-5, der zu den RAM-Speichern 21 und den logischen Geldeinheiten 22 "führt, umwandelt. Das RAM-Freigabesignal wird in diesem Zustand "4-" erzeugt, als Ergebnis der Verbindung des Verknüpfungsgliedes 96 mit der Leitung 65 für den Zustand ⁿ4" oder "Halt" über das NAND-Glied 96. Der Zähler 4-1 erzeugt somit die ausgewählte Adresse für das Auslesen der in dieser Speicherstelle gespeicherten Binärzahl, die über die Einheit 49 ausgelesen wird. Der Selektor 3 enthält eine Auslese- oder Ausgabestellung, welche den Freigabekontakt 81, welcher mit dem Freigabeeingang der Einheit 4-9 verbunden ist, auf Masse legt. Die Einheit 49 (!"ig· 4) enthält ein Paar von Speicher- oder Sperrsinheiten 113» deren Eingänge mit den Datenausgängen des Gesamtspeichers 21 verdrahtet sind. Der Ausgang der Sperr- oder Speichereinheiten wird auf die E_egister 98 gegeben, und die gespeicherten Daten werden als Dezimalzahl in der Ausgabeeinheit 4- zur Verfügung gestellt. Die ausgewählte Adresse wird ferner in der Adress-Anzeigeeinheit 45, die in Fig. 6 dargestellt ist, zur Anzeige gebracht. Die Ausgänge der Zähler 44 sind an Lichtquellen-Anzeigetreiber 114 zum Treiben einer 7-Segm©nt-Anzeige gekoppelt. Die Anzeige 46 wird ferner während der automatisierten Ablaufsteuerung getrieben und liefert selbstverständlich immer dann eine Ausgabe, wenn die Einheit durch eine Fehlerbedingung gestoppt wird.

Hierdurch wird eine l/eitergehende, detaillierte Analyse der Wellenfonn-daten ermöglicht.

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Gemäß Pig. 7 enthält die Takt einheit 25 einen ersten Taktgeber 115 bekannter Bauart, mit dem eine kontinuierliche Folge zeitlich beabstandeter Signale erzeugt wird, sowie eine C1-Ausgangsleitung 115a» die an den Takteingang 28 des Wandlers 26 geschaltet ist. Ein Eingang eines getriggerten Taktgebers 116 ist über einen Inverter mit der "Belegt"- oder ^IIS^Iertigⁿ-Ausgangsleitung 29 des A/D-Wandlers 26 verbunden und erzeugt ein zeitverzögertes zweites Taktsignal, welches an das Schieberegister 30 und den Adresszähler 41 über die Taktgeber schaltung 102 und eine Eingangsleitung 103a gegeben wird. .

Die Zähler 44 der Einheit 41 sind mit ihren entsprechenden Ausgängen an die Logikeinheit 60 geschaltet, welche ein Paar NAND-Glieder 117a und ein NOR-Glied 117b enthält, so daß das Gatter bei der Zahl 256 oder der Hexadezimalzahl "FF" hohen Pegel bekommt. Das Verknüpfungsglied 117b ist an die Leitung 60 der Zustandssteuerung 40 geschaltet und erzeugt ein Signal, welches angibt, daß alle 256 Segmente in dem Speicher abgespeichert sind, und daß die Daten in den Speicher und anschließend in das Logikfeld 22 (Fig. 6) geladen werden können.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, handelt es sich bei der Steuereinrichtung 3 um einen Drehschalter, der ein geerdetes Drehkontaktelement 118 aufweist, welches selektiv mit einem von mehreren Kontakten 118b in Eingriff bringbar ist. Jeder der Kontakte 118b ist mit einem Freigabeeingang 118c einer unterschiedlichen Logikf eldeinheit. 22 und einer Mrekt-Leseeinheit 49 des Speichers verbunden, wie durch die Verbindungsleitung angedeutet ist .Normalerweise sind die Kontakte 118b "hoch" und nur derjenige, der mit dem Drehkontaktelement 118 verbunden ist, ist "niedrig", um das entsprechende Chip freizugeben. Auf. diese Weise "können die ind?n Speichereinlieiten 31 und 32 gespeicherten Daten an die entsprechend freigegebene Logikfeldeinheit 22 übertragen werden.

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Die Takteinheit 25 , die in Pig. 7 dargestellt ist, besitzt einen dritten getriggerten Taktgeber 119» dessen Trigger-Eingang mit dem Ausgang des zweiten Taktgebers 116 verbunden ist. Der Ausgang des Taktgebers 119 ist mit dem zwei Eingänge aufweisenden NAND-Glied 37, welches oben in Fig. 3 gezeigt ist, verbunden. Der zweite Eingang des Verknüpfungsgliedes· 37 ist mit der Zustande steuerung 40 verbunden, speziell mit der RAM-Ladeleitung 59· Der Ausgang 36 des Verknüpfungsgliedes 37 ist verschaltet, um den Lese-Eingang der Speicher-Chips 31 und 32 zu betätigen.

Die Bedienungsperson wählt die gewünschte Logikfeld-Einheit 22 durch Einstellen des Drehschalters 3 aus. Die Ableitung wird befestigt und der Startknopf wird betätigt. Die Wellenformdaten werden durch den A/D-Wandler 26 digitalisiert. Die Steuerung 40 wartet auf das Signal von dem "R"-Spitzen-Detektor 57» um in den Zustand überzugehen, bei dem der RAM-Speicher 21 geladen wird, und beaufschlagt dann die Logikfeldeinheit 22 mit dem Speicherinhalt, um die vorstehend erläuterte Analyse durchführen zu können. Spezielle, abnor— male Frequenz-Charakteristika, die durch die Schaltungen 71 und 72 erfaßt werden, können die Meßeinheiten 7 oder 8 betätigen und dem Bedienungspersonal signalisieren, daß eine normale Analyse unproduktiv ist, sowie ein schweres und besonderes Problem anzeigen. Die S_chaltung 72 und ein ,Eingangsverstärker 121 sind an den Ausgang der Optokopplereinheit 82 geschaltet, um direkt das Wellenformsignal zu empfangen. Ein angepaßtes Filter 122 mit mehreren voreingestellten Stufen weist einen Pegel-Einstellwiderstand 122a auf ,der aus an eine gemeinsame Ausgangsleitung 122b angeschalteten 64 Widerständen bestehend dargestellt ist.

Das verstärkte Herz-V/ellenformsignal wird auf das Filter 122 gegeben und speziell für jeden vollständigen Abtastzyklus in Form von 64 Abtastungen in das Filter eiugetaktet.

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Die verschiedenen Ausgänge werden auf der Ausgangssignalleitung 122b summiert und einem Verstärker 123 zugeleitet, dessen Ausgang mit einer Zyklusfrequenz-Detektorschaltung 125 verbunden ist. Der Wert des Widerstandes 122a stellt die spezielle Wellenform ein, welche eine maximale Ausgangsgröße erzeugt. Eine Wellenform, die von einem derartig voreingestellten Muster einer Wellenform abweicht, führt zu einer reduzierten Ausgabe.

Die Detektorschaltung 125 weist einen Durchschnittsbildungsoder Glattungszweig 126 und einen Spitzendetektor-Zweig 127 auf, die direkt mit dem Ausgang des Verstärkers 123 verbunden sind. Ein Differenzverstärker 128 erzeugt ein Ausgabesignal nach Maßgabe des Unterschiedes zwischen dem Durchschnitt ssignal und dem Spitzensignal. Das Differenzsignal entfernt wirksam extreme Augenblickssignale und erzeugt ein zuverlässigeres Arrhythmus-Signal.

Das Signal wird einem Schaltverstärker 129 zugeführt, dessen Ausgang einen Treibertransistor 130 treibt. Der·Transistor 130 liegt in Serie mit einer Ausgabe-Anzeigeeinheit, die als Meßgerät 8 dargestellt ist. · ,

Der Durchschnittsbildungs- oder Glattungszweig 126 weist einen Operationsverstärker 131 auf, dessen nicht-invertierender Eingang mit dem Verstärker 123 verbunden ist. Ein Rückkoppelnetzwerk 132 mit einer Parallelanordnung aus Kondensator und Widerstand verbindet den Ausgang des Verstärkers mit dessen Eingang. Ein Potentiometer 134· liegt in Serie mit einem Festwiderstand 135 und leitet den Durchschnittswert-Ausgang an den nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 128. Der Spitzendetektor-Zweig 127 enthält in ähnlicher Weise einen Operationsverstärker 126, dessen invertierender Eingang mit dem Anpassungsfilter-Verstärker

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verbunden ist. Der invertierende Eingang liegt auf Masse. Ein Rückkoppel-Netzwerk 157» welches aus einem parallel zu einer Diode geschalteten Kondensator besteht, verbindet den invertierenden Eingang mit dem Verstärkerausgang. Eine in Serie zu einem Widerstand 139 liegende Diode 138 verbindet den Verstärker 136 mit dem nicht-invertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers 140, der einen Rückkoppel-Kondensator 141 aufweist. Ein Rückkoppelzweig vom Verstärker 140 zum. invertierenden Eingang des Verstärkers 136 weist ein aus parallelem Kondensator und Widerstand bestehendes Netzwerk 143 auf, so daß der Verstärker 140 für jedes Spitzensignal der angepaßten Wellenform ein Ausgangssignal liefert.

Die Frequenzschaltung 71 (siehe Fig. 5) enthält-ein Flip-Flop 144, das an eine monostabile Treiberschaltung 145 geschaltet ist. Letztere weist ein Einstellpotentiometer 146 zum Steuern des Frequenzpegels auf. Der Ausgang der Schaltung 145 ist mit einem Eingang eines Operationsverstärkers 147 verbunden, dessen gegenüberliegender Referenzeingang an eine Treiberschaltung für den Frequenzmesser 7 geschaltet ist. Der Verstärker 147 besitzt ein Rückkoppelnetzwerk 148, welches an den Referenzverstärkereingang geschaltet ist und weiterhin an die Basis eines Treibertransistors 149 angeschlossen ist. Das Meßgerät 7 ist mit einer Energieversorgung verbunden, die in Serie zu dem Transistor 149 liegt, sowie mit einem Frequenz-Skalierungswiderstand 150, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Die Leitfähigkeit des Transistors 149 wird somit gesteuert durch das Spitzensignal, welches die monostabile S_chaltung 145 triggert und dadurch eine Ausgangsgröße nach Maßgabe des Spitzensignals und somit der Herzfrequenz liefert.

Obschon die vorliegende Erfindung dargestellt wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, eignet sie sich allgemein für die Analyse bei der Mustererkennung, wobei das

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Muster in Form eines elektrischen Signals zum Ausdruck kommt oder aber in Form anderer Signale, die sich in ein elektrisches Signal umwandeln lassen. Allgemein gesagt, hat das Signal eine solche Form, daß die signifikanten Daten oder die signifikante Information in verschiedenen, untereinander in fester Beziehung stehenden Abschnitten der Wellenform vorliegt. So z.B. enthält die Amplituden- und/oder Phasen-Beziehung der Wellenform die signifikanten Daten oder zu analysierenden Eigenschaften. Dies steht in Kontrast zu beispielsweise dem allgemeinen Konzept der Frequenz- oder Spektralanalyse, bei der das spezielle Signal zu irgendeinem gegebenen Augenblick der Wellenform nicht direkt für die Information kennzeichnend ist. In einer solchen Wellenform Jedoch könnte die Information verarbeitet werden, um die notwendige Signal-Wellenform zu erhalten.

Das numerische Diagnosegerät kann beispielsweise zum Messen und Analysieren verschiedener anderer, sich wiederholender oder Übergangs-Muster elektrischer Signale des Herz-, Gehirn- und Gefäßsystems verwendet werden. Typische Beispiele einiger von vielen derartigen Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nachstehend angegeben.

Das numerische Diagnosegerät könnte verwendet werden, um Information zu analysieren, wie sie beispielsweise in einem Vektor-Kardiometer erzeugt wird, wobei die Sequenz, die Richtungsgröße und die Kräfteverteilung, die durch das Herz erzeugt wird, als unterschiedliche Informationsformen gegeben werden, welche von einer einzelnen Folge von zu einem Herzzustand in Beziehung stehenden Ereignissen abgeleitet werden. Die Berechnung und Auswertung dieser Daten ist oft hilfreich beim Berechnen von Änderungen, die in dem Elektrokardiogramm festgestellt werden, und die Auswertung der Daten wird in. manchen Fällen wertvolle Diagnoseinformation darstellen, die aus dem Standard-Elektrokardiogramm nicht entnommen werden kann.

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Das Instrument kann verwendet werden, um eine Echodiagnose hochfrequenter Schallwellen zu liefern, welche dazu verwendet werden, die Bewegungen und Abmessungen von Herzstrukturen, wie beispielsweise der Herzklappen oder Kammerwandungen u.dgl. zu lokalisieren und studieren, was derzeitig in Elektrokardiogramm-Geräten getan wird. Der Ultraschallstrahl verfolgt die Bewegung der Herzstrukturen über eine Zeitperiode und er repräsentiert somit eine Zeit-Bewegungs-Studie der verschiedenen Herz strukturen und -funktionen. Die aus dieser Datenerzeugung gewonnenen elektronischen Signale können dann unter Bezugnahme auf Normal-Parameter ausgewertet werden, wobei die Normalparameter zuvor durch logische Filterstrukturen bereitgestellt wurden, wie es bisher in Berichten über diese neue Technik numerischer Elektrokardiometer-Studien beschrieben wurde.

Bei Herz-Kathederisierungsverfahren werden Katheder in verschiedene Teile des Venen- oder Arteriensystems zum Messen von Druck, Sauerstoff Sättigung, Änderungsgeschwindigkeit des Druckaufbaus in bestimmten Herzbereichen und des Gefäßsystems eingebracht, und es wird abnormales Pulsieren verschiedener Teile des Herzgefäßsystems aufgezeichnet. Die graphische Information oder Anzeige von Druckimpulsen könnte durch die vorliegende Erfindung bequem berechnet und ausgewertet werden.

Zusätzlich zu verschiedenen medizinischen Vorgängen können selbstverständlich auch andere physikalische Phänomene analysiert werden: so z.B. Verkehrsaufkommen, Steuerung für den Güterverkehr, Schienenverkehr, Postsendungen u.dgl. sowie seismische Anwendungen beim Erforschen von ölfeidern, bei der Erdbeben-Erfassung und -voraussage u.dgl. V/eitere An-1wendungsfälle. sind die Analyse dynamischer Vibrationen, wie bei Strukturanalysen, Fahrzeug- oder Geräte-Beanspruchungstests, Maschinen-Dynometer-Tests u.dgl. Andere Musterer-

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kennungsprobleme, die einerAnalyse zugänglich sind, könnten beispielsweise Stimmen- -oder/und Fingerabdruck-Analyse, ökonomische Trendanalyse, demographische Analysen u.dgl.sein.

Insbesondere ist ein derartiges System anwendbar bei der elektrokardiographisch-morphologischen Mustererkennung, bei der vektor-kardiographischen Analyse oder bei seismischer Analyse für die Erkundung von Ölvorkommen.

Strahlturbinen werden Dynamometertests unterworfen, einschließlich eines Tests von Vibrations-Abgabewerten. Eine Frequenz- und Energie-Analyse beim Beschleunigen der Maschine kann Bauteilefehler zutage fördern. Andere Anwendungsfälle sind die Mustererkennung durch die Verwendung elektrischer Bewegungs- oder Beschleunigungswandler in Abhängigkeit verschiedener dynamischer Lasten, wie beispielsweise ein S_chütteltest bei einem Gerat, einer dynamischen Verkehr- oder Windbelastung ausgesetzten Brücke, seismische Studien bei Ölvorkommen, bei denen die Unterflächoageologischer Strukturen auf seismische Energiewellen ansprechen., die von einem in Phase gebrachten Feld aufgegriffen werden.

Durch Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf periodische oder zeitabhängige Mustererkennung werden die elektrischen Daten entweder in diskrete Zeitabtastungen unterteilt oder werden sequentiell und punktweise analysiert, oder aber es wird ein kontinuierliches, ununterbrochen periodisches oder aperiodisches (synchrones oder asynchrones) elektrisches Signal vorverarbeitet, um hervorstechende Merkmale herauszulösen, wie beispielsweise Leistüngs-Spektraldichte, Frequenzbereichantworten u.dgl., um eine zweckmäßige Signalform für eine solche punktweise Analyse zur Verfügung zu haben. Derartige Merkmale können auf diese Weise sequentiell verarbeitet und klassifiziert werden. .

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Leerseite

Claims

; --rf PAT-ENTAKWALTE A. GRÜNEGKER

H. KINKELDEY

CR-INa

W. STOCKMAIR

DR-INa-AaE(UUECH

2836890 K. SCHUMANN.

CRREfHWT-OPU-PHYS.

P. H. JAKOB

G. BEZOLD

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSK 43

23. August 1978 P 13020

Patentansprüche

Λ J Diagnosegerät, mit einem Eingang zum Empfangen eines Wellenformsignals, gekennz eichnet durch eine an den Eingang geschaltete Abtasteinheit (23»24,26,30) zum Digitalisieren der Wellenform in eine Reihe von Abtastgrößen, welche diese Wellenform (13) repräsentieren, einen Speicher (21,31 »32) zum Aufzeichnen der V/ellenformabtastungen, eine Analyseeinrichtung (22,4) zum separaten Berechnen individueller Abtastungen und zum Erfassen vorbestimmter Kombinationen abgetasteter Wellenform- und Zeitintervalle sowie •zum Erzeugen einer codierten Anzeige von Wellenf orm-Normali-» tat und Abnormalität auf der Grundlage der durchgeführten Berechnung wenigstens einer der kombinierten Wellenform— und Zeitintervalle. : .."'":. '-.^
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Analyseeinrichtung (22,4) als programmiertes Logikfeld (22,69,10,10a,71»72) ausgebildet ist und mehrere fest verdrahtete Referenzeingänge (74) aufweist, die auf spezielle Abtastbedingungen eingestellt sind, sowie mehrere Signaleingänge (73» PI ..P41) aufweist, die mit dem Speicher (21) verbunden sind, um die Abtastungen zu empfangen und die Abtastung direkt in Beziehung zu setzen zu der ... . . ..:

R_eferenzbedingung.

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telefon (oaa) aaasea telex os-aasao Telegramme monapat . telekopierer

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3» Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Satz programmierter Logikfelder (78) vorgesehen ist, der mit den Ausgängen des ersten Satzes der Logikfeider (22) verbunden ist.
4·. Gerät nach Anspruch2, dadurch gekennzeich— net, daß eine visuelle Anzeigeeinrichtung (4) an das programmierte Logikfeld (22) geschaltet ist, um eine visuelle Ablesemöglichkeit der codierten Anzeige zu schaffen.
5. Diagnosegerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet _? daß die Abtasteinheit (23 ...30) zum Empfangen mehrerer diskreter Wellenformen ausgebildet ist, und daß ein Zeiteinteil-Multiplexer (24-) mit der Abtast einheit verbunden ist.
6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (4-) zum Anzeigen der in dem Speicher gespeicherten Abtastungen vorgesehen ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Gerät eine Abfühl-Elektrodeneinrichtung (22) aufweist zum Abfühlen eines zu überwachenden Zustandes und zum Erzeugen eines Wellenformsignals , daß der Speicher eine Digital— Speichereinheit (21,31,32) ist, daß die Abtasteinheit (23, 24-,26,3O) die Wellenform (13) in eine Folge einzigartiger digitaler Zahlen umwandelt und diese Zahlen in der digitalen Speichereinheit (31,32) als Sequenz kombinierter Zeit- und Wellenform-Amplitudenzahlen speichert, daß das programmierte Logikfeld (22) eine entsprechende Folge vorprogrammierter Zeit-Amplitudenzahlen-Anordnungen (69,72) aufweist, von denen eine für jede Zahl vorgesehen ist und Abnormalitäten des Wellenf ormsignals als eine Klasse von

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Kombinationen aus einer Zeitperiode der Wellenform und der Gestalt einerWelle definiert, daß eine' Adressierungseinrichtung (41,43,44,45) mit der Speichereinheit (21,31,32) und dem programmierten Logikfeld (22) verbunden ist, um die Wellenformsignale zu speichern und sie dem Logikfeld (22) zuzuführen, wobei das programmierte Logikfeld (22) eine Identifikations-Codenummer ."erzeugt, welche die Abnormalität kennzeichnet. ·
8. Gerät nach Anspruch 7» dadurch ge kennzeichn e t , daß das Zeitwort der Logikfeldeinrichtung (22) Bits enthält, die wirkungslos gemacht sind, wodurch der Eingang codiert ist, um einen Bereich der Wellenform (13) abzudecken, und daß das Ausgangssignal dadurch codiert ist, um einen abnormalen Zustand in einem Abschnitt der Wellenform (13) zu kennzeichnen·
9. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß ein separates programmiertes Logikfeld (22) für jede eine Mehrzahl von Signal-Ableitungseinrichtungen (2) vorgesehen ist, daß ein Geräteverstärker (23) mit jeder der Ableitungseinrichtungen (2) verbunden ist, um ein verstärktes, gefiltertes Signal zu liefern, daß ein Analog-/Digital-Wandler.(26) vorgesehen ist und daß ein Multiplexer (24) jede der. Ableitungseinrichtungen (2) mit -dem Analog-ZDigital-Wandler (26) zum Erzeugen einer der Digital-Zahlen verbindet.
10. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzelne Ableitungselektrode (7) vorgesehen ist, daß mehrere programmierte Logikfelder (22) vorgesehen sind, von denen jedes für eine unterschiedliche Ableitung codiert ist, und daß eine Einrichtung (3» 118,118b) zum selektiven Freigeben des entsprechenden Logikfeldes vorgesehen ist.

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11. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (57) zum Erfassen eines bestimmten Punktes der Wellenform (15) vorgesehen ist, daß die Adressierungeinrichtung ( 40,4-1,4-3,44-,4-5) durch die Steuereinrichtung (57) betätigt wird, um sequentiell die Speichereinheit (21,31»32) mit denjenigen Speicheradressen zu adressieren, die als ZeitSegmente den folgenden Anteilen der Wellenform zugeordnet sind, daß die R_eferenzwellenforra verschiedenen Zeitsegment-Bereichen zugeordnet ist, innerhalb derer gewisse signifikante Amplituden geprüft werden, daß einegder Logikfelder (22) derart verschaltet ist, daß Nulldurchgänge des Wellenformsignals innerhalb der Zextsegmente erfaßt werden, um eine Analyse der verschiedenen Zeitcharakteristika der Wellenform zu ^:ermöglichen.
12. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß eine Steuerung (40) vorgesehen ist zum sequentiellen Steuern des Lesens und Speicherns der Wellenformabtastungen und z.um Übertragen der gespeicherten Zahlen zu den programmierten Logikfeldern (22), daß die Steuerung (4O) einen Analyse-Status-Ausgang (60) aufweist, bei dem die Adressiereinrichtung (4-1,4-2,44, 4-5) zurückgesetzt wird und arbeitet, um sequentiell den Speicher (21) zu adressieren \xad die Speicherworte in »einer Abtastsequenz an die einzelnen entsprechenden, zeitbezogen programmiertenLogikfeider zu führen, daß eine Einrichtung (66) vorgesehen ist, die auf eine abnormale Bedingung innerhalb irgendeiner zugewiesenen Zeitperiode der Wellenform anspricht und die Abtastung anhält, wobei die entsprechende dem programmierten Logikfeld (20) zugeführte Zahl eine Kennzeichnungs-Ausgabezahl (4·) erzeugt, und daß eine Einrichtung (10a, 105, 108,109 zum erneuten Starten der Steuerung vorgesehen ist.

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13· Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Speicher-Adressiereinrichtung (41) einen rücksetzbaren Zähler (4-1,44,4-7) aufweist, der an die Speichereinheit (21) und das programmierte Logikfeld (22) geschaltet ist, daß der Zähler (41,44,4-7) eine von Hand betätigbare Adress-Auswahleinrichtung (47) aufweist, und daß die Steuereinrichtung (40) derart betreibbar ist, daß sie die Adressiereinrichtung (41) betätigt, um Daten in der Speiehereinheit (21) zu speichern und dann die gespeicherte ^.Zahl dem programmierten Logikfeld (22) zuzuführen, um dann den Vorgang zu beenden und die Adress-Auswahleinrichtung (47) zum Betätigen freizugeben.
14. Gerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (57) vorgesehen ist zum Erfassen eines bestimmten Punktes der Wellenform (13) und zum Betätigen des Zahlers (41,44,47) derart, daß die Speicheradressen als Zeitsegmente den nachfolgenden Anteilen der Wellenform (13) zugeordnet werden, daß die Logikfelder (22) derart verschaltet sind, daß sie Nulldurchgänge des Wellenformsignals (13) innerhalb der Zeitperioden der Wellenform (13) erfassen, um eine Analyse der verschiedenen Zeitcharakteristika der Wellenform (13) zu ermöglichen, und daß eine Einrichtung (4) vorgesehen ist, um einen Kennzeichnungscode für die Nulldurchgänge zu liefern.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (40) auf einen Nulldurchgang und eine abnormale Bedingung innerhalb der zugeordneten Periode der Wellenform (13) anspricht, um die Abtastung unter Lieferung des entsprechenden Kennzeichnungscodes anzuhalten, und daß eine Einrichtung (10a) zum erneuten Starten der Steuerung (40) vorgesehen ist.

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16. Gerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine Abtasteinrichtung (40,41) vorgesehen ist zum sequentiellen Zuführen der in der Speichereinrichtung gespeicherten Zahlen zu den programmierten Logikfeldern (22), daß mit Jedem der programmierten Logikfelder (22) eine Logikeinrichtung (100,101,102,107) verbunden ist, die auf die Erzeugung irgendeiner der einzigartigen Zahlen anspricht, um die Abtastung zu beendigen, daß die Referenzwellenform verschiedenen Zeitsegmentbereichen zugeordnet ist, innerhalb derer gewisse signifikante Amplituden geprüft werden, daß eines der Logikfeider (22) auf die.Erfassung einer speziellen sich wiederholenden Wellenform in dem die Zeitsegmente definierenden Wellenformsignal anspricht und mit einer Logikeinrichtung (100 bis 107) verbunden ist, um eine Analyse der verschiedenen Zeitcharakteristika der Wellenform zu ermöglichen.
17· Gerät nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß eine Ausgabeeinrichtung (4) an das programmierte Logikfeld (22) geschaltet ist und eine Kennzeichnungs-Codezahl in Abhängigkeit vom Anhalten.der Abtastung liefert und daß eine Einrichtung (10a) zum erneuten Starten des Abtasters vorgesehen ist.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 7 bis 17» dadurch gekennzeichnet , daß die Speichereinrichtung (21) als Digitalspeicher (21,31,32) ausgebildet ist, der für jede Abtastung ein mehrere Bits umfassendes Wellengestalt-Byteformat aufweist, daß die programmierte Einrichtung (22) mehrere programmierte Logikfelder-Chips (22) aufweist, von denen jedes ein duales Byteformat mit einem mehrere Bits umfassenden Zeit-Byte und einem mehrere Bits umfassenden Wellenform-Byte aufweist, und daß jedes Byte ausgewählte, nichtcodierte Bits umfaßt, wodurch das Byte einen entsprechenden Zeit- und Wellengestaltbereich definiert.

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19. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden-Anordnung (2) derart ausgebildet ist, daß mit ihr ein EKG-Signal abfühlbar ist, und daß weiterhin ein Herzfrequenz-Detektor (7,15) an die Elektrodenanordnung (2) geschaltet ist, sowie eine Einrichtung (57»58), die zum Erzeugen eines Ausgangssignals dient, wenn eine unregelmäßige Frequenz" erfaßt wird.
20. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 19» dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden-Anordnung (2) derart ausgebildet ist, daß mit ihr ein EKG-Signal abfühlbar ist, und daß weiterhin ein Herzarrhytnmus-Detektor (8,76) mit der Elektrodenanordnung (2) verbunden ist, und daß eine Einrichtung (122,125 bis 130)vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, wenn ein arrhythmischer Zustand erfaßt wird.

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