DE2910944C2

DE2910944C2 -

Info

Publication number: DE2910944C2
Application number: DE2910944A
Authority: DE
Inventors: Leo Anne Van Zuidhorn Nl Eyken
Original assignee: Rijksuniversiteit Groningen
Current assignee: Rijksuniversiteit Groningen
Priority date: 1978-03-20
Filing date: 1979-03-20
Publication date: 1991-05-02
Also published as: GB2017312A; SE438250B; GB2017312B; NL7803017A; NL183221C; US4248240A; NL183221B; FR2420332A1; SE7902390L; FR2420332B1; DE2910944A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Detektieren der Aktivität der Atmungsorgane und des Herzens von Lebewesen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es wurden schon verschiedene Vorschläge gemacht, die Aktivität der Atmungsorgane von Lebewesen zu messen. Dabei wurde diese Aktivität z. B. durch Bestimmen des Atmungsluftstroms oder der Volumenänderung der Atmungsorgane gemessen.

Es hat sich gezeigt, daß diese beiden Methoden keine unter allen Umständen befriedigende Meßresultate in bezug auf die gemeinte Aktivität ergeben.

Die Aufgabe der Erfindung ist nun, diese Aktivität auf einem anderen Weg zu bestimmen. Dabei wird ein Elektromyogramm der Atmungsmuskeln, und zwar im wesentlichen das Elektromyogramm des Diaphragmas benutzt. Das Zwerchfell kann nämlich im allgemeinen als der Hauptantrieb der Atmung betrachtet werden.

Es stellt sich nun heraus, daß beim Messen des Elektromyogramms des Zwerchfells z. B. durch Anbringen zweier Elektroden links und rechts des Brustbeins gerade unter dem Rippenbogen, das Elektromyogramm des Zwerchfells durch die elektrische Aktivität des Herzens beim Zusammenziehen des Herzmuskels stark gestört wird. Weil diese Herzschlagpulse eine Intensität haben, die um viele Male größer als die des Elektromyograms des Zwerchfells ist, ist die Störung sehr stark.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Unterschied zwischen der elektrischen Aktivität des Zwerchfells und der dieser Herzschlagpulse zu machen, wobei es nicht nur möglich ist, die zum Einatmen benötigte Muskelaktivität, sondern auch die Herzschlagpulse zu messen.

Mehr insbesondere kann in bezug auf die zum Einatmen benötigte Muskelaktivität, solange es eine Atmung gibt, auch die Atmungsfrequenz bestimmt werden. Außerdem kann von der Intensität hergeleitet werden, ob und inwieweit die Atmung durch eine Verstopfung in den Luftwegen behindert wird.

Was die Herzschlagpulse betrifft, ist es möglich, z. B. deren Frequenz zu bestimmen, solange das Herz wirksam ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Zum Erhalten einer solchen Trennung der Herzschlagpulse und der elektrischen Aktivität des Zwerchfells wird eine Vorrichtung angewendet, die gemäß der Erfindung mit zwei Bahnen versehen ist, die einen gemeinsamen Eingang zum Zuführen von sich auf die Atmung beziehenden Elektromyogrammsignalen, kurz mit EMG-Signalen bezeichnet, aufweisen, wobei in die für die Atmungsdetektion dienende Bahn ein Tororgan aufgenommen ist, das unter Steuerung der von der für die Herzschlagdetektion dienende Bahn herrührenden Torsignale steht.

Es ist in dieser Weise möglich, nicht nur die zum Einatmen benötigte Muskelaktivität, sondern auch die Herzschlagpulse zu messen, ohne daß diese beiden einander gegenseitig beeinflussen.

Die Erfindung wird im Nachstehenden unter Hinweis auf die Zeichnung, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergibt, erläutert.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Vorrichtung mit einer Eingangsklemme 1 zum Zuführen eines EMG-Signals versehen. Von der Eingangsklemme 1 aus erstrecken sich zwei Bahnen, und zwar eine zu der Ausgangsklemme 4 und eine zu der Ausgangsklemme 11.

Die sich zu der Ausgangsklemme 4 erstreckende Bahn dient zu der Herzschlagdetektion und umfaßt in Serie eine Vergleichsvorrichtung 2 und einen Pulsformer 3.

Wenn der in dem EMG-Signal vorhandene QRS-Komplex des Herzschlags in der Vergleichsvorrichtung 2 eine vorher eingestellte Amplitude überschreitet, kehrt die Polarität des Ausgangssignals der Vergleichsvorrichtung 2 um. Diese Polaritätsänderung wird in dem Pulsformer 3, der z. B. aus einem Univibrator bestehen kann, zu einem Puls mit einer Länge von etwa 100 msec, d. h. einer Länge, die 10% größer als die Zeitdauer des QRS-Komplexes ist, normiert. Dieses normierte Herzschlagsignal wird dann als Herzschlagsignal der Ausgangsklemme 4 der Herzschlagdetektionsbahn zugeführt.

Die andere sich aus der Eingangsklemme 1 zu der Ausgangsklemme 11 erstreckende Bahn dient zum Detektieren der Atmungsaktivität.

Diese Bahn umfaßt, von der Eingangsklemme 1 aus gerechnet, in Serie einen Hochpaßfilter 5, eine Verzögerungsvorrichtung 6, ein Tor 8, einen Anpassungsverstärker 9 und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Effektivwerts 10. Das der Klemme zugeführte EMG-Signal wird zunächst durch den Hochpaßfilter mit z. B. einer Frequenz von 60 Hz geführt und sodann in der Vorrichtung 6 nach der Zeit verzögert. Diese Zeitverzögerung kann z. B. mittels eines sog. Eimerkettenspeichers, dessen Verzögerungszeit durch einen Taktgeber 7 bestimmt wird, erhalten werden. Die Verzögerungszeit, die durch die Verzögerungsvorrichtung 6 hervorgerufen wird, beträgt z. B. etwa 5 msec bei einem Maximum von 50 msec. Das verzögerte EMG- Signal, in dem sowohl das Herzschlagsignal als auch das EMG- Signal der Atmung vorhanden ist, wird sodann dem Tor 8 zugeführt.

Von dem Pulsformer 3 aus erstreckt sich in der Herzschlagdetektionsbahn auch eine Verbindung zu dem Steuereingang des Tors 8. Diese dient zur Beeinflussung des Tors 8 durch das Ausgangssignal des Pulsformers 3. Während der Zeitdauer des durch den Pulsformer 3 zugeführten, normierten Herzschlagsignals wird das von der Verzögerungsvorrichtung 6 herrührende und dem Tor 8 zugeführte verzögerte EMG-Signal blockiert.

Die Verzögerung, der das EMG-Signal in der Verzögerungsvorrichtung 6 unterzogen wird, dient dazu, den ganzen QRS-Komplex blockieren zu können, d. h. auch den Teil des QRS-Komplexes, der vor dem Augenblick, in dem die Vergleichsvorrichtung 2 die Anwesenheit des QRS-Komplexes wahrgenommen hat, vorhanden ist.

Das Ausgangssignal des Tors 8 wird sodann über einen Anpassungsverstärker 9 der Vorrichtung 10 zugeführt, in welcher der Effektivwert des Atmungs-EMG bestimmt wird, und zwar in einem verschiedenen Zeitrahmen mit Z etwa gleich 350 msec.

Um die Lücken, die durch das Blockieren des QRS-Komplexes in dem EMG-Signal entstanden sind, auszufüllen, kann man einen Teil des Effektivwertsignals aus der Vorrichtung 10 von dieser Vorrichtung 10 aus dem Tor 8 zurückkoppeln.

Das Ausgangssignal der Vorrichtung 10 wird schließlich der Ausgangsklemme 11 der Atmungsdetektionsbahn zugeführt.

Es ist klar, daß an die Ausgangsklemmen 4 und 11 der beiden Bahnen geeignete Meßvorrichtungen angeschlossen werden können.

Aus Obigem dürfte hervorgehen, daß gemäß der Erfindung im Wesen die Aktivität des basalen Einatmungsmuskels für die Atmung gemessen wird, wobei die für diese Messung bestimmte Vorrichtung nur eine geringe Anzahl Teile enthält.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß man mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgezeichnete Resultate erhält, d. h., daß sowohl die Aktivität des Herzens als auch die der Atmungsorgane ohne gegenseitige Beeinflussung in einer genauen Weise bestimmt werden können.

Claims

1. Vorrichtung zum Detektieren der Aktivität der Atmungsorgane und des Herzens von Lebewesen mittels von auf der Haut angebrachten Meßelektroden erfaßter elektrischer Signale, die eine Elektromyogrammkomponente umfassen, welche die Aktivität der Atmungsorgane repräsentiert, und eine Elektrokardiogrammkomponente, welche Vorrichtung zwei parallele Bahnen mit einer gemeinsamen Eingangsklemmen umfaßt, wobei die erste Bahn eine mit der Eingangsklemme verbundene Vergleichsvorrichtung mit einem mit der Vergleichsvorrichtung verbundenen Pulsformer umfaßt, dessen Ausgang mit einem Eingang eines zu der zweiten Bahn gehörenden Gatters verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zu der zweiten Bahn gehörende Gatter (8) über eine Verzögerungsvorrichtung (6) mit der gemeinsamen Eingangsklemme (1) verbunden ist und über eine Vorrichtung (10) zum Bestimmen eines Effektivwertes des zugeführten elektrischen Signals mit einer Ausgangsklemme (11) verbunden ist, wobei das Gatter (8) als ein unter Steuerung von an dem einen Eingang zugeführten Signalen des Pulsformers umschaltbares Tor ausgebildet ist, das in der einen Stellung die von der Verzögerungsvorrichtung (6) herrührenden Signale durchläßt und in der anderen Stellung die über eine Rückkopplungsschleife (12) der Vorrichtung (10) zum Bilden des Effektivwertes herrührenden Signale durchläßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Pulsformers (3) mit einer Vorrichtung zum Messen der Aktivität des Herzens verbunden werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit der Verzögerungsvorrichtung (6) einstellbar ist.