DE2920965C2 - - Google Patents
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- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
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Description
Die Erfindung geht von einer Schaltungsanordnung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 aus.
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art (DE-OS 27 38 605)
wird der Zähler für einen Zählvorgang gestartet, der sich über eine
mehreren Herzschlägen entsprechende Zähldauer erstreckt, wobei die
betreffende Anzahl der Herzschläge durch einen Frequenzteiler bestimmt
wird. Nachdem die vorbestimmte Anzahl von Herzschlägen erreicht
ist, wird der dann im Zähler stehende Zählwert zur Anzeige
benutzt. Der Zähler wird anschließend beim nächsten Herzschlag
zurückgestellt, und es wird eine neue Zählperiode gestartet. Es erfolgt
also ein Auszählen von aufeinanderfolgenden diskreten Intervallen von
jeweils mehreren Herzschlägen, und die Anzeige wird in einem Intervall
aktualisiert, das gleich der Zeitspanne ist, die verstreicht, bis
die vorbestimmte Anzahl von Herzschlägen aufgetreten ist. Bei einer
solchen Schaltungsauslegung kann es leicht zu Sprüngen und
Änderungen der angezeigten Herzschlagfrequenz aufgrund von
gelegentlichen verfrühten Kammerkontraktionen oder anderen spontanen
oder unregelmäßigen Herzschlägen kommen. Gleiches gilt für eine
weitgehend ähnliche bekannte Schaltungsanordnung (DE-OS 27 36 377),
bei welcher der Pulsschlag über einen druckempfindlichen Wandler
in Form eines piezoelektrischen Sensors erfaßt wird. Daneben ist
eine Anordnung zur Messung der Pulsfrequenz bekannt (DE-OS 26 18 323),
bei der über ein Mikrophon die Korotkoff-Geräusche aufgenommen
und mittels einer monostabilen Kippschaltung in Meßimpulse von
konstanter Amplitude und konstanter Dauer umgewandelt werden. Während
einer Meßdauer, die von einem durch die Meßimpulse gesteuerten
Flipflop und einem diesem Flipflop nachgeschalteten Taktgeber
bestimmt wird, werden die Meßimpulse über eine Torschaltung einem
Integrator aufgeschaltet, der eine Spannung erzeugt, deren
am Ende der Meßdauer vorliegende Amplitude ein Maß für die
Pulsfrequenz ist.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, eine Schaltungsanordnung der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 genannten Art so auszulegen, daß eine stabilere
Anzeige der Herzschlagfrequenz erfolgt, die auch bei Auftreten
von verfrühten Kammerkontraktionen oder einzelnen unregelmäßigen
Herzschlägen eine genaue Beurteilung der vorliegenden Herzschlag
frequenz erlaubt.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung wird ein laufender
Mittelwert der Herzschlagfrequenz gebildet, wobei der wiedergegebene
Anzeigewert in einem Intervall aktualisiert wird, das wesentlich
kürzer als das effektive Mittlungsintervall ist. Die Integrations
schaltung bewirkt eine Art von gewichteter Mittelwertbildung,
bei welcher die Anzahl der in die Bildung des Zählwertes jeweils
eingehenden Herzschläge sich mit der jeweiligen Herzschlagfrequenz
ändert. Der Anzeigewert stellt gemittelte Herzschlagfrequenzen dar,
die über eine Reihe von sich überlappenden Intervallen gemessen
werden. Dies bietet Sicherheit gegen eine unerwünschte Beeinflussung
der angezeigten Herzschlagfrequenz durch verfrühte Kammerkontraktionen
oder einzelne unregelmäßige Schläge, die andernfalls
die Anzeige plötzlich auf stark erhöhte Anzeigewerte springen lassen
könnten. Die Anzeige wird stabil und liefert ein genaues Abbild
der tatsächlichen Herzschlagfrequenz.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung
versehenen Herzschlagfrequenz-Monitor,
Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung der verschiedenen
Komponenten des Monitors nach Fig. 1 mit Ausnahme des Armbands,
Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung von bestimmten Komponenten
der Anordnung nach Fig. 2, gesehen von der anderen Seite,
Fig. 4A, 4B und 4C im Querschnitt drei unterschiedliche Ausführungsformen
von Aufnahmeelektroden entlang der Linie 4-4 der Fig. 2, und
Fig. 5 ein schematisches Schaltbild des Monitors.
Fig. 1 zeigt einen am Handgelenk zu tragenden Herzschlagfrequenz
monitor 10 mit einem Gehäuse 12, das aus einem leitenden
Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen kann.
In das Gehäuse ist eine Frontplatte 14 eingesetzt, die
beispielsweise aus Mineralglas gefertigt sein kann, das aus seiner
Rückseite im Siebdruckverfahren eingefärbt ist. In die
Frontplatte 14 ist eine Elektrode 16 eingefügt, die im folgenden
anhand der Fig. 4A, 4B und 4C näher erläutert wird.
Außerdem befindet sich auf der Frontplatte 14 eine durchsichtige
Öffnung für eine Anzeige 18, beispielsweise eine handelsübliche
Flüssigkristallanzeige oder eine Leuchtdiodenanzeige.
Das Gehäuse 12 nimmt ferner einen Ein-Aus-Schalter 20 auf,
der gedrückt werden muß und durch Federkraft zurückgestellt
wird, wenn der Monitor 10 eingeschaltet werden soll. Zu dem
Monitor 10 gehört schließlich ein konventionelles
Expansionsarmband 22, das ähnlich wie bei einer konventionellen
Armbanduhr ausgebildet und angebracht ist. Das Armband 22
hat die Aufgabe, das Gehäuse 12 mit dem Handgelenk in sicherem
Kontakt zu halten, um ihm ein elektrisches Signal als
Teil einer Ableitung I zuzuführen.
Bekanntlich handelt es sich bei der Ableitung I um ein
EKG-Signal, das im wesentlichen horizontal am Herz abgenommen
wird. Dieses Signal wird üblicherweise anhand der Differenz
von Signalen abgeleitet, die zwischen den beiden Armen des
Patienten aufgenommen werden. Üblicherweise werden die Signale
vom Bereich des Handgelenks abgeleitet; sie lassen sich jedoch
auch an beliebigen anderen Zonen erfassen, beispielsweise
den Schultern oder den Fingern. Bei dem Monitor 10
wird die Ableitung I zwischen dem Handgelenk des einen Armes
und einem Finger des anderen Armes erfaßt, indem das
Gehäuse 12 mittels des Armbands 22 mit dem Handgelenk des
einen Arms in Kontakt gehalten wird, während der Benutzer
einen Finger des anderen Arms mit der Elektrode 16 in Kontakt
bringt. Bei der Elektrode 16 handelt es sich um eine
kapazitive Elektrode, die eine Schicht aus leitendem Werkstoff,
beispielsweise Silber, und eine Schicht aus dielektrischem
Werkstoff aufweist. Der dielektrische
Werkstoff weist zur Außenseite des Monitors 10
und bedeckt den leitenden Werkstoff. Beide diese Werkstoffe
können aus Festigkeitsgründen auf ein Keramiksubstrat aufgebracht
sein. Eine elektrische Verbindung ist zwischen dem
leitenden Werkstoff und den innerhalb des Gehäuses 12 sitzenden
elektronischen Komponenten vorgesehen. Wenn ein Finger
auf den dielektrischen Werkstoff der Aufnahmeelektrode 16
aufgelegt wird, wird ein Kondensator gebildet, wobei der Finger
die eine Kondensatorplatte darstellt, während der leitende
Werkstoff die zweite Kondensatorplatte ist. Die Spannung
an der Haut des Fingers wird über den dielektrischen Werkstoff
zu der anderen Platte des Kondensators und von dort zu
den elektrischen Komponenten der Schaltung übertragen, wo die
Herzschlagfrequenz (Herzrate) bestimmt und über die Anzeige 18
wiedergegeben wird.
Die Fig. 2 und 3 zeigen Explosionsdarstellungen des Monitors
10. Das Gehäuse 12, das aus einem leitenden Werkstoff,
beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen kann, hat im wesentlichen
die Form einer normalen Armbanduhr. Es weist eine
Ausnehmung 24 auf, in die die Frontplatte 14 aus Mineralglas
eingesetzt wird. Die Frontplatte 14 kann auf ihrer Rückseite
im Siebdruckverfahren mit Farbe beschichtet sein, um
ihr ein gefälliges Aussehen zu geben. Ein Bereich 26 der
Frontplatte 14 bleibt jedoch durchsichtig, so daß die Anzeige
18 beobachtet werden kann. Außerdem ist in die Frontplatte 14
ein Bereich 28 eingeätzt, um die Elektrode 16 aufzunehmen.
In dem geätzten Bereich 28 befindet sich ein durch die
Frontplatte 14 hindurchführendes Loch 30, das die Herstellung
eines elektrischen Kontakts zwischen der leitenden
Schicht der Elektrode 16 und dem restlichen Teil der elektronischen
Schaltungsanordnung gestattet. Die Elektrode 16 wird
dann in den geätzten Bereich 28 der Frontplatte 14 eingebracht.
Das Gehäuse 12 weist ferner ein mit dem Loch 20 ausgerichtetes
Loch 29 und eine rechteckige Öffnung 25 auf, die
mit dem durchsichtigen Bereich 26 fluchtet.
Außerdem ist der Ein-Aus-Schalter 20 an der einen Seite des
Gehäuses 12 angeordnet. Es handelt sich dabei um einen als
Drucktaster ausgelegten Relais-Einschalter.
In den hinteren Teil des Gehäuses 12 ist ein Kunststoffteil
31 mit einer rechteckigen Öffnung 32 eingesetzt, die mit den
Öffnungen 25 und 26 für das Anzeigeelement 18 ausgerichtet
ist. Außerdem ist das Kunststoffteil 31 mit einem Loch 34
versehen, das mit den Löchern 29 und 30 fluchtet. In diese
Löcher wird ein Anschlußteil 36 aus leitendem Gummi eingesetzt,
das mit der leitenden Schicht der Elektrode 16 in
Kontakt kommt.
Benachbart dem Kunststoffteil 31 befindet sich ein Kunststoffteil
38, welches das Anzeigeelement 18 in einer rechteckigen
Öffnung 39 hält, die mit den Öffnungen 25, 26 und 32 ausgerichtet
ist. Ein elektrischer Kontakt wird von den Ausgangsanschlüssen
der Anzeige 18 mit einem Komponententräger 40
über Ausnehmungen 42 und 44 im Kunststoffteil 38 mittels zweier
Zebraanschlußteile 46 und 48 hergestellt. Derartige Anschlußteile
sind bekannt. Sie bestehen aus einander abwechselnden
leitenden und isolierten Schichten, so daß für eine Verbindung
in der in Fig. 2 senkrechten Richtung von Anschlüssen
am unteren Ende des Anzeigeelements 18 zu entsprechenden
Anschlüssen am Komponententräger 40 gesorgt wird. Außerdem ist
ein mit den Löchern 29, 30 und 34 ausgerichtetes Loch 49 vorhanden,
durch welches das Anschlußteil 36 aus leitendem Gummi
hindurchreicht, um die leitende Schicht der Elektrode 16
mit einem Anschluß auf dem Komponententräger 40 elektrisch
zu verbinden.
Der Komponententräger 40 kann ein keramisches Bauteil von
zweckentsprechender Form sein, das hinter das Kunststoffteil
38 paßt und eine Reihe von elektrischen Komponenten aufnimmt,
die in der Zeichnung nur schematisch angedeutet sind. Es versteht
sich, daß die elektrischen Anschlüsse am Komponententräger 40
so angeordnet sein müssen, daß sie mit den Anschlüssen
der Anzeige 18 ausgerichtet sind. Ferner muß ein
Anschluß vorgesehen sein, der mit dem Anschlußteil 36 in Kontakt
kommt. Auf der anderen Seite des Komponententräger 40
befinden sich weitere Komponenten. Ein zusätzliches Kunststoffteil
50 legt sich gegen den Komponententräger 40 an.
Zwei Batterien 52, 54 werden in einen Batteriehalter 55 eingesetzt,
der mit zwei Löchern 56 und 58 versehen ist. Die
Batterien 52 und 54 werden an den Komponententräger 40 über
Anschlußteile 60 und 62 aus leitendem Gummi elektrisch angeschlossen,
die in die Löcher 56 und 58 gesteckt werden. An der
Rückseite des Gehäuses 12 befindet sich eine Platte 63 aus
gut leitendem Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, um
sämtliche Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 zu halten und
den positiven Anschluß der Batterie 54 mit dem negativen Anschluß
der Batterie 52 zu verbinden. Die derart angeschlossene
Platte 63 liegt auf einem Bezugspotential, beispielsweise Masse;
sie bildet eine der beiden Elektroden des Monitors 10.
Die Fig. 4A, 4B und 4C zeigen drei unterschiedliche Ausführungs
formen der Elektrode 16. Bei der Anordnung nach Fig. 4A
ist ein Substrat 64 vorgesehen, das in einen metallischen
Werkstoff, beispielsweise Silber, eingetaucht wurde und von
einer leitenden Schicht 66, beispielsweise aus Palladium/Silber
vollständig umschlossen ist. Eine Schicht 68 aus dielektrischem
Werkstoff ist auf die Oberseite
der leitenden Schicht 66 durch herkömmliche Kathodenzerstäubung
aufgebracht. Wenn ein Finger auf die Oberseite der
Schicht 68 aufgelegt wird, wird ein Kondensator gebildet, wobei
die leitende Schicht 66 die eine Kondensatorplatte und
der Finger die andere Kondensatorplatte darstellen, während
die Schicht 68 das Dielektrikum zwischen den beiden Platten
ist. Die vom Herz kommenden und an der Haut des Fingers
auftretenden elektrischen Signale werden über die dielektrische
Schicht 68 auf die Schicht 66 übertragen.
Entsprechend Fig. 2 wird das Anschlußteil 36 gegen den Bodenabschnitt
der leitenden Schicht 66 fest angedrückt, wenn die
Platte 63 in das Gehäuse 12 eingepaßt wird. Auf diese Weise
wird eine elektrische Verbindung von der die eine Kondensatorplatte
bildenden leitenden Schicht 66 zu dem übrigen Teil der
elektrischen Schaltung auf dem Komponententräger 40 hergestellt.
Diese Schaltung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4B ist ein Substrat 70
mit einem durchgehenden Loch 72 vorgesehen. Eine leitende
Schicht 74, die aus Silber bestehen kann, befindet sich auf
der Oberseite des Substrats 70 und füllt das Loch 72 aus.
Eine Schicht 76 aus dielektrischem Werkstoff ist wiederum
durch Kathodenzerstäubung auf die Oberseite der Schicht 74
aufgebracht. Die Funktionsweise der Elektrode nach Fig. 4B
ist die gleiche wie diejenige nach Fig. 4A, mit der Ausnahme,
daß das Anschlußteil 36 gegen die Unterseite des mit leitendem
Silber ausgefüllten Loches 72 gepreßt wird.
In Fig. 4C ist eine dritte Ausführungsform der Elektrode 16
veranschaulicht. In diesem Fall ist ein Substrat 78 aus
keramischem Werkstoff vorgesehen, an dem eine Schicht 80 aus
leitendem Werkstoff, beispielsweise Silber, befestigt ist.
Die Schicht 80 ist mindestens streifenförmig um die Seite
herum fortgeführt, um einen Teil der Unterseite des Substrats
78 abzudecken. Das Substrat 78 wird dann so angeordnet, daß
das Anschlußteil 36 mit der leitenden Schicht 80 in Kontakt
kommt. Aus die Oberseite der Schicht 80 ist ein dielektrischer
Werkstoff 82 der oben erläuterten Art aufgetragen. Die
Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 4C entspricht
derjenigen der Anordnung nach Fig. 4A.
Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung
des Monitors 10. Die von der Fingerelektrode 16 und
dem Gehäuse 12 kommenden Eingangssignale gehen an Eingänge
einer Vorverstärker- und Filterstufe 100, welche das bei etwa
0,5 mV liegende, aufgenommene Signal verstärkt und störende
Muskelsignale und andere elektrische Rauschkomponenten ausfiltert,
die möglicherweise dem erfaßten EKG-Signal überlagert
sind. Die Stufe 100 umfaßt konventionelle Vorverstärker-
und Filterschaltungen unter Verwendung von Operationsverstärkern
mit zweckentsprechender Vorspannung und Rückkopplung.
Die Vorspannungskreise können mittels eines auf
eine Leitung 101 gegebenen negativen Spannungssignals in
Sperrichtung vorgespannt werden, so daß die Stufe 100 praktisch
keinen Strom zieht, während der Monitor 10 nicht
benutzt wird.
Der Filterteil der Stufe 100 hat eine Mittenfrequenz von etwa
20 Hz und einen Verstärkungsfaktor für die Mittenfrequenz
von ungefähr 3,6. Das Filter ist als Bandpaß ausgelegt, das
Muskelartefakte oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz
dämpft und Netzstörsignale (50 bzw. 60 Hz) unterdrückt.
Das Ausgangssignal der Vorverstärker- und Filterstufe 100
wird einem konventionellen Herzsignal-Meßverstärker 102 zugeführt.
Es kann sich dabei um einen Verstärker handeln, wie er
üblicherweise in einem Herzschrittmacher vorgesehen wird. Ein
brauchbarer Verstärker ist beispielsweise aus der US-PS
40 59 116 bekannt. Neben der Verstärkung des Signals hat der
Meßverstärker 102 weitere Funktionen, beispielsweise das
Unterdrücken von kontinuierlichen Sinussignalen. Der
Ausgangsimpuls des Meßverstärker 102 ist ein negativer, 2 ms
breiter Impuls, der jedesmal dann auftritt, wenn ein QRS-
Komplex des EKG-Signals erfaßt wird.
Nach Abgabe eines Ausgangsimpulses durch den Meßverstärker
102 macht sich der Meßverstärker 102 gegen die Aufnahme
beliebiger anschließender Signale für eine Zeitspanne von etwa
300 ms unempfindlich. Dies ist ähnlich zu der Refraktärperiode,
wie sie aus der Herzschrittmacher-Meßverstärkertechnik
bekannt ist. Der Grund dafür ist, daß das EKG-Signal
mehrere weitere dem QRS-Komplex folgende Komponenten enthält,
die nicht als zusätzliche Herzschläge erfaßt werden sollen.
Der Ausgang des Meßverstärkers 102 ist mit der einen Seite
eines Kondensators 104 verbunden, dessen andere Seite an die
Kathode einer Zehnerdiode 106 angeschlossen ist. Die Anode
der Zenerdiode 106 steht mit dem Gatt eines N-Kanal-Feldeffekt
transistors 108 in Verbindung. Die Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 104 und der Diode 106 ist an die
eine Seite des Widerstandes 110 und die Kathode einer Diode
112 angeschlossen. Die andere Seite des Widerstandes 110 und
die Anode der Diode 112 stehen gemeinsam mit einer die negative
Spannung -V abgebenden Spannungsquelle in Verbindung.
Zwischen den Hauptelektroden des Transistors 108 ist ein
Kondensator 114 geschaltet. Die eine Seite des Kondensators
114 liegt an einer Bezugsspannung, beispielsweise Masse,
während die andere Seite des Kondensators 114 über eine Leitung
116 mit einem konstanten Strom i c beaufschlagt wird,
der von einer Konstantenstromquelle 118 angeliefert wird.
Bei der Konstantenstromquelle 118 kann es sich um eine
konventionelle, spannungsgesteuerte Konstantstromquelle handeln.
Der Strom i c kann 100 nA betragen; die Steuerspannung
kann 1,2 V über der niedrigsten Batteriespannung -V liegen.
Die Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 108, dem Kondensator
114 und der Leitung 116 ist an die eine der Hauptelektroden
eines N-Kanal-Feldeffekttransistors 120 angeschlossen.
Die andere Hauptelektrode des Transistors 120
ist mit der einen Seite des Kondensators 122 verbunden,
dessen andere Seite an Masse liegt. Der Ausgang des Meßverstärkers
102 steht ferner über einen Inverter 124 und die
Kathoden-Anoden-Strecke einer Zenerdiode 126 mit der Basis
des Transistors 120 in Verbindung.
Zwischen der Zeit der Erfassung aufeinanderfolgender QRS-
Komplexe des EKG-Signals lädt sich der Kondensator 114 auf;
er speichert eine wachsende Spannung, weil ihm über die Leitung
116 der Strom i c zugeführt wird. Wenn ein QRS-Komplex
des EKG-Signals erfaßt wird, geht der Ausgang des Meßverstärkers
102 von einer nahezu Massepotential betragenden
Spannung auf eine Spannung, die ungefähr gleich -V ist. Wenn
dies geschieht, wird der Transistor 120 durch das Ausgangssignal
vom Meßverstärker 102 über den Inverter 124 und die
Zenerdiode 126 leitend gemacht. Dieser Zustand dauert für die
2 ms an, während deren der Impuls vom Meßverstärker 102 angeliefert
wird. Während dieser Zeitspanne wird die Spannung am
Kondensator 114 über den Transistor 120 auf den Kondensator
122 gegeben. Nachdem dies mehrere Male erfolgt ist, entspricht
die am Kondensator 122 anstehende Spannung dem Mittelwert der
Herzschlagrate.
Während der 2 ms dauernden Zeitspanne, während deren am Ausgang
des Operationsverstärkers 122 ein Impuls auftritt, lädt
sich der Kondensator 104 über die Diode 112 auf, weil die vom
Verstärker 102 abliegende Seite des Kondensators 104 in Richtung
auf -2V gezogen wurde. Nach dem Ende des Impulses vom
Verstärker 102 reicht die Spannung an der vom Verstärker 102
abliegenden Seite des Kondensators 104 aus, um den Transistor 108
aufzusteuern. Dieser Zustand bleibt für etwa 2 ms erhalten;
dies ist die von der Aufladung des Kondensator 104 über den
Widerstand 110 bestimmte Zeitspanne. Während der Transistor
108 aufgesteuert ist, entlädt sich der Kondensator 114 über den
Transistor 108 nach Masse. Nachdem der Transistor 108 durch
ausreichendes Aufladen des Kondensators 104 gesperrt wird,
beginnt der Transistor 114, sich aufgrund des über die Leitung
116 angelieferten Strom i c zu laden.
Die Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 120 und dem
Kondensator 122 ist an den nichtinvertierenden Eingang eines
Operationsverstärkers 128 angeschlossen. Dem Operationsverstärker
128 wird außerdem über einen Widerstand 130 eine von
der Spannungsversorgung angelieferte Vorspannung zugeführt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 128 ist über eine Reihenschaltung
von Kondensatoren 132 und 134 mit dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 128 verbunden. Die
Kondensatoren 132 und 134 sind entgegengesetzt gepolte, polarisierte
Kondensatoren. Sie wirken gemeinsam wie ein einziger
nichtpolarisierter Kondensator. Die Verbindungsstelle zwischen
dem Kondensator 134 und dem nichtinvertierenden Eingang des
Verstärkers 128 steht über einen Widerstand 136 mit Masse in
Verbindung. Außerdem ist diese Verbindungsstelle über einen
Widerstand 138 und die Hauptelektroden eines N-Kanal-Feldeffekt
transistors 140 an die positive Spannung +V
angeschlossen.
Der Operationsverstärker 128, die Kondensatoren 132, 134 und
der Widerstand 136 bilden eine Integrationsschaltung. Das Ausgangs
signal des Verstärkers 128 ist daher eine Sägezahnspannung,
die dem Integral der am Kondensator 122 auftretenden Spannung
entspricht.
Der Ausgang des Verstärkers 128 ist mit den nichtinvertierenden
Eingängen von Operationsverstärkern 142 und 144 verbunden.
Jedem der Verstärker 142, 144 wird über einen Widerstand
146 bzw. 148 eine Vorspannung zugeführt. Der invertierende
Eingang des Verstärkers 142 ist an eine niedrige Bezugs
spannung -V R angeschlossen, während der invertierende
Eingang des Verstärkers 144 mit einer hohen Bezugsspannung +V R
beaufschlagt wird. Die Spannungen -V R und +V R werden von
einer Bezugsspannungsquelle 150 angeliefert, die auch eine
Steuerspannung an die Konstantenstromquelle 118 über eine
Leitung 151 gibt. Der relative Wert der Bezugsspannung -V R ist
größer als die Spannung, die der Operationsverstärker 128
unmittelbar nach dem Zurückstellen abgibt. Außerdem ist der
relative Wert der Spannung +V R kleiner als die maximale Amplitude,
welche die vom Operationsverstärker 128 abgegebene
Sägezahnspannung erreicht. Die zu der Konstantstromquelle 118
gehende Steuerspannung ist gleich und folgt der absoluten
Differenz zwischen +V R und -V R .
Das Ausgangssignal des Operationsverstärker 142 geht an den einen
Eingang einer mit 2 Eingängen versehenen NAND-Schaltung 152.
Das andere Signal für die NAND-Schaltung 152 ist ein Signal,
das während des normalen Betriebs der Schaltung hoch liegt,
das aber nach einem selbsttätigen Abschalten niedrig wird, um
dadurch den Durchtritt von Signalen durch das Gatter 152 zu
sperren. Das Ausgangssignal des Gatters 152 geht an den Haupt
rückstelleingang MR eines dreiziffrigen BCD-Zählers 154.
Wenn das Ausgangssignal des Gatters 152 auf logisch "0" oder
einen niedrigen Pegel geht, wird der Zähler 154 entsperrt, so
daß er die seinem Takteingang CLK zugeführten Impulse zählt.
Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 144 wird über
einen Inverter 156 auf den Latch-Entsperreingang LE des Zählers
154 gegeben. Ein einziger negativer Impuls, der dem Latch-Ent
sperreingang des Zählers 154 zugeführt wird, bewirkt, daß Signale
an den Ausgangsleitungen 158 des Zählers 154 erscheinen,
welche den Zählwert des Zählers 154 zu dem Zeitpunkt darstellen,
zu dem das Signal über den Inverter 156 auf den Latch-
Entsperreingang gegangen ist. Die Signale auf den Leitungen
158 erscheinen weiter, bis ein neues Signal auf den Latch-
Entsperreingang des Zählers 154 gegeben wird. Die Leitungen 158
sind mit entsprechenden Eingängen einer BCD/Siebensegment-
Konverter- und Treiberstufe 160 verbunden, die ihrerseits über
Leitungen 162 Signale auf eine Flüssigkristallanzeige 164
gibt. Auf diese Weise wird der Zählwert, der im Zähler 154
über das über den Inverter 156 gehende Signal festgehalten
wurde, umgesetzt und von der Anzeige 164 wiedergegeben. Dieser
Zählwert ist gleich der Herzschlagrate (gemessen in Schlägen
pro min) der den Monitor 10 benutzenden Person.
Der Zähler 154 zählt weiter, nachdem an seinen Latch-Entsperr
eingang ein Signal angelegt wurde, bis ein voller Zählwert
erreicht wird. Die Frequenz des die Taktsignale anliefernden
Taktgebers, der Takteingang des Zählers 154 und der maximale
Zählwert des Zählers 154 sind so gewählt, daß der Zähler 154
einen vollen Zählwert nach einer vorbestimmten Aktualisierungszeit
erreicht, die etwa 2 s betragen kann. Beispielsweise kann
die Frequenz des Taktsignals gleich 500 Hz sein, während der
maximale Zählwert des Zählers 154 gleich 1000 sein kann. Wenn
der Zähler 154 einen vollen Zählwert erreicht, erscheint ein
Signal an seinem Überlaufausgang OF. Dieses Signal wird der
Basis des Transistors 140 zugeführt und steuert diesen auf.
Dadurch wird eine hohe Spannung an den intertierenden Eingang
des Operationsverstärker 128 angelegt, was seinerseits bewirkt,
daß dessen Ausgang niedrig geht. Wenn das Überlaufsignal verschwindet,
wird der Transistor 14 gesperrt. Die Kondensatoren 132
und 134 beginnen sich zu laden, wodurch die Spannung an dem
invertierenden Eingang des Verstärkers 128 steigt, so daß die
Spannung am Ausgang des Verstärkers nach Art eines Sägezahns
linear zuzunehmen beginnt.
Während der Zeitspanne, während deren die Spannung am Ausgang
des Operationsverstärkers 128 positiver als -V R ist, liegt das
Ausgangssignal des Operationsverstärkers 142 hoch, so daß das
Ausgangssignal des Gatters 152 niedrig ist. Während dieser Zeitspanne
bleibt der Zähler 154 im Überlaufzustand, weil das Überlauf
ausgangssignal zusätzlich dem einen Eingang einer NOR-Schaltung
166 zugeführt wird. Dem anderen Eingang der NOR-Schaltung
166 geht das Ausgangssignal von einem Oszillator 168 zu, der
Impulse mit einer Frequenz von 500 Hz abgibt, wenn er durch
ein Signal an seinem Entsperreingang entsperrt wird. Das Ausgangs
signal der NOR-Schaltung 166 wird über einen Inverter
170 dem Takteingang des Zählers 154 zugeführt. Wenn der Zähler
154 in den Überlaufzustand übergeht, wird die NOR-Schaltung
166 daran gehindert, die Oszillatorimpulse durchzulassen.
Der Zähler 154 verharrt im Überlaufzustand, bis er durch
ein hoch liegendes Signal zurückgestellt wird, das an den
Hauptrückstelleingang geht.
Wenn die Spannung am Ausgang des Integrationsverstärkers 128
unter den Wert -V R absinkt, springt der Ausgang des Verstärkers
142 um, so daß das Ausgangsignal der NAND-Schaltung 152
positiv wird. Dieser Übergang von niedrig nach hoch am Ausgang
der NAND-Schaltung 152 bewirkt, daß der Zähler 154 auf
einen niedrigen Zählwert zurückgestellt wird, so daß das Signal
am Überlaufausgang des Zählers verschwindet. Dies beseitigt
seinerseits die Sperrung des Gatters 166. Taktimpulse
werden dem Zähler 154 wieder zugeführt. Der Zähler 154 kann
jedoch nicht hoch zählen, weil an seinem Rückstelleingang das
hohe Signal anliegt. Wenn die Spannung am Ausgang des Integrations
verstärkers 128 über den Wert -V R ansteigt, springt
das Ausgangssignal des Verstärkers 142 um, so daß das
Ausgangssignal der NAND-Schaltung 152 niedrig wird. Dies
beseitigt die Rückstellbedingung am Zähler 154; der Zähler
beginnt hoch zu zählen.
Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 128 auf über +V R
ansteigt, springt der Ausgang des Verstärkers 144 ebenso wie
der Ausgang des Inverters 156 um; der Latch-Entsperreingang
des Zählers 154 bewirkt wieder, daß das Signal auf die Aus
gangsleitungen 158 aufgeschaltet wird. Dies setzt sich fort,
so daß auf den Ausgangsleitungen 158 nahezu alle 2 s ein
neuer Herzschlagmeßwert erscheint.
Die Spannung am Kondensator 122 ist umgekehrt proportional
der Häufigkeit, mit welcher die Herzschläge von dem Meßverstärker
102 erfaßt werden. Diese Spannung wirkt als Bezugseingangssignal
für den Integrationsverstärker 128; ändert
sich diese Spannung, ändert sich auch die Steigung der
Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers 128. Je größer daher
die Herzschlagrate ist, desto kleiner ist die Spannung am
Kondensator 122 und desto kleiner ist die Steigung der
Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers 128. Bei kleiner Steigung
ist die Zeitspanne, die die Spannung benötigt, um von
-V R auf +V R anzusteigen, länger. Damit steigt der Zählwert
im Zähler 154 an, was charakteristisch für die erhöhte
Herzschlagrate ist. Im Falle einer verminderten Herzschlagrate
wird der zeitbestimmende Kondensator 114 länger geladen; er
lädt sich damit auf einen höheren Wert auf. Infolgedessen
nimmt die Spannung am Kondensator 122 einen größeren Wert an;
die Steigung der Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers
128 wird größer. Die Zeit, die die Spannung benötigt, um von
-V R auf +V R anzusteigen, ist daher kürzer. Der Zählwert im
Zähler 154 ist entsprechend der verminderten Herzschlagrate
kleiner.
Durch geeignete Auswahl der Bemessungswerte für den Widerstand
136, die Kondensatoren 114, 132 und 134, die Spannungen +V R
und -V R sowie die Frequenz fo des Oszillators 168 kann die
Herzschlagrate in Schlägen pro min für eine Zeitdauer T SA
zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen entsprechend der folgenden
Umwandlungsformel unmittelbar wiedergegeben werden:
Bezüglich der vorstehenden Formel ist zu berücksichtigen, daß
die Steuerspannung, die von der als Spannungsregler ausgelegten
Bezugsspannungsquelle 150 über die Leitung 151 angelegt
wird, um den Strom i c der Stromquelle 118 zu regeln, gleich
der absoluten Differenz zwischen +V R und -V R ist und dieser
Differenz folgt. Bei der Auswahl der Variablen wird daher der
Ausdruck (+V R -(-V R )) an Stelle der Steuerspannung für i c
verwendet.
Bei der Anwendung dieser Gleichung sollte der Widerstand 136
so beschaffen sein, daß er sich während des Fertigungsprozesses
von etwa 250 kΩ bis auf einen Sollwert von etwa 413 kΩ
trimmen läßt, um andere variable Schaltungsparameter zu
kompensieren. Der Wert von 413 kΩ für den Widerstand 136 geht
davon aus, daß f o gleich 500 Hz ist, die Kondensatoren 114,
132 und 134 jeweils einen Wert von 0,22 µF haben, (+V R -(-V R ))
gleich 1,2 V ist und i c 100 nA beträgt.
Der Überlaufausgang vom Zähler 154 wird außerdem dem Takteingang
C von zwei dreistufigen Schieberegistern 172 und 174 zugeführt.
Beide Schieberegister 172 und 174 weisen ferner einen
Dateneingang D, einen Rückstelleingang R und einen Ausgang
Q auf. Jedesmal wenn dem Takteingang eines der Schieberegister
172, 174 ein Signal zugeht, wird das am Dateneingang erscheinende
Signal in der ersten Stufe des Schieberegisters gespeichert.
Das zuvor in der ersten Stufe befindliche Signal wird
in der zweiten Stufe gespeichert. Das zuvor in der zweiten
Stufe eingespeicherte Signal wird in der dritten Stufe gespeichert
und erscheint als Ausgangssignal am Ausgang Q des
Schieberegisters.
Das Ausgangssignal Q des Schieberegisters 174 geht an den
Dateneingang D des Schieberegisters 172 und läßt ferner Spannung
an die BCD/Siebensegment-Konverter- und Treiberstufe 160 gehen.
Bis der Ausgang Q des Schieberegisters 174 hoch geht, kann kein
Signal angezeigt werden, weil der Konverter- und Treiberstufe
160 keine Speisespannung zugeführt wird. Das Ausgangsignal Q
des Schieberegisters 172 geht an den Rückstelleingang des
Schieberegisters 174 und außerdem über einen Inverter 176 an den
einen Eingang einer mit zwei Eingängen versehenen NAND-Schaltung 178.
Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 wird dem einen
Eingang einer zwei Eingänge aufweisenden NAND-Schaltung 180
zugeführt, deren Ausgang zurück zum anderen Eingang der NAND-Schaltung 178
geht. Dem anderen Eingang der NAND-Schaltung 180 wird
ein niedriges Signal oder logisch "0" von einem Inverter 182
jedesmal dann zugeführt, wenn der Schalter 20 des
Ratenmonitors 10 kurzzeitig gedrück wird. Dadurch geht ein
hohes Signal oder logisch "1" an den Eingang des Inverters
182.
Die derart miteinander verbundenen NAND-Schaltungen 178 und
180 bilden eine konventionelle Setz-Rückstell-Latchschaltung,
die immer dann gesetzt wird, wenn ein niedriges Signal vom
Inverter 182 an das Gatter 180 angelegt wird, so daß der Ausgang
des Gatters 180 hoch geht, während der Ausgang des Gatters 178
niedrig geht. Das niedrige Ausgangssignal vom Gatter 178 wird
zum Eingang der NAND-Schaltung 180 zurückgeführt, um diese im
hoch liegenden Zustand zu halten. Wenn ein niedriges Signal
vom Ausgang des Inverters 176 angeliefert wird, weil der Ausgang
Q des Schieberegisters 172 hoch geht, wird der Ausgang
der NAND-Schaltung 178 hoch getrieben, so daß der Eingang der
NAND-Schaltung 180 nieder geht. Dadurch wird seinerseits der
Ausgang der NAND-Schaltung 178 hoch gehalten.
Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 dient der Steuerung
der Vorspannung der Verstärker 128, 142 und 144. Für diesen
Zweck wird das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 über die
betreffenden Widerstände 130, 146 und 148 geleitet. Wenn das
Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 niedrig geht, können
die Verstärker 128, 142 und 144 arbeiten. Geht das Ausgangssignal
der NAND-Schaltung 178 hoch, werden die Vorspannungsglieder
innerhalb der Verstärker 128, 142 und 144 in Sperrichtung
vorgespannt, so daß die Verstärker 128, 142 und 144
gesperrt werden und nur noch einen vernachlässigbaren Strom
ziehen. Auf diese Weise wird Energie gespart, wenn der Ratenmonitor
nicht benutzt wird. Außerdem wird das Ausgangssignal
der NAND-Schaltung 178 auf die Leitung 101 gegeben, um die
Operationsverstärker in der Vorverstärker- und Filterstufe
100 auf die gleiche Weise zu sperren, wie dies für die
Verstärker 128, 142 und 144 erläutert ist.
Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 wird der NAND-Schaltung 152
als zweites Eingangssignal zugeführt; es entsperrt die
NAND-Schaltung 152, so daß diese Signale für das Rückstellen
des Zählers 154 durchläßt. Wenn die Schaltungsanordnung
nach Fig. 5 abgeschaltet wird, geht das Ausgangssignal der
NAND-Schaltung 180 nieder, was zur Folge hat, daß das
Ausgangssignal der NAND-Schaltung 152 hoch springt, wodurch der
Zähler 154 zurückgestellt wird.
Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 wird ferner dem
Dateneingang des Schieberegisters 174 sowie dem einen
Eingang einer NAND-Schaltung 184 zugeführt. Das andere Eingangs
signal der NAND-Schaltung 184 ist der am Ausgang des Meßverstärkers
102 auftretende Impuls. Solange daher die Schaltung mit
Strom beschickt wird, d. h. die NAND-Schaltung 180 gesetzt
ist und ein hoch liegendes Ausgangssignal abgibt, liegt das
Ausgangssignal der NAND-Schaltung 184 jedesmal hoch, wenn ein
Impuls erfaßt wird. Dadurch werden sämtliche Stufen des
Schieberegisters 172 zurückgestellt. Außerdem wird das Ausgangs
signal der NAND-Schaltung 180 dem Entsperreingang des Oszillators
168 zugeführt, so daß der Oszillator über die NOR-Schaltung
166 und den Inverter 170 Impulse auf den Zähler 154 geben
kann.
Die vorstehend erläuterten Schaltungskomponenten verhindern
eine Anzeige, 6 s nachdem der Schalter 20 gedrückt wurde und
Signale am Eingang des Verstärkers 102 zu erscheinen beginnen.
Wenn der Schalter 20 geschlossen wird, geht der Ausgang der
NAND-Schaltung 180 hoch. Der Zähler 154 beginnt zu zählen;
ungefähr 2 s später erscheint das erste Signal am Überlaufausgang
des Zählers. Dadurch wird der hohe Wert, der zu diesem
Zeitpunkt am Dateneingang des Schieberegisters 174 erscheint,
in die erste Stufe geschoben. Außerdem wird ein niedriger Wert
in die erste Stufe des Schieberegisters 172 geschoben. Nach
2 s erscheint ein zweites Überlaufsignal; hohe Werte werden
sowohl in die erste als auch in die zweite Stufe des
Schieberegisters 174 geschoben. Nach der dritten Zeitspanne von 2 s
befinden sich in allen drei Stufen des Schieberegisters 174
hohe Werte. Der Ausgang Q des Schieberegisters 174 nimmt
einen hohen Wert an. Dadurch geht eine Entsperrspannung an die
Konverter- und Treiberstufe 160; außerdem wird das Gatter
152 entsperrt, so daß es Rückstellsignale zum Zähler 154
durchläßt. Diese anfängliche Zeitdauer von 6 s ist notwendig,
damit sich der Kondensator 122 auf der Spannung stabilisieren
kann, auf welche der Kondensator 114 aufgeladen ist, und
damit er den betreffenden Wert beibehält.
Wenn der Benutzer des Gerätes aus irgendeinem Grund den Finger
von der Elektrode 16 nimmt, werden über die Vorverstärker-
und Filterstufe 100 keine Herzschläge mehr angelegt und
von dem Meßverstärker 102 erfaßt. Während der Zeitspanne,
während deren Herzschläge ständig ermittelt wurden, wurde das
Schieberegisters 174 durch das Ausgangssignal vom Gatter 184
ständig zurückgesetzt; sein Ausgang Q erreichte niemals einen
hoch liegenden Zustand. Wird jedoch kein Herzsignal mehr
angelegt, beginnt das Schieberegisters 172 hoch liegende
Werte durchzuschieben. 6 s später geht sein Ausgang Q hoch. Das
betreffende Signal wird vom Inverter 176 invertiert. Die aus
den Flip-Flops 178 und 180 bestehende Latch-Schaltung wird
zurückgestellt. Der Ausgang der NAND-Schaltung 178 geht hoch,
während der Ausgang der NAND-Schaltung 180 nieder geht. Bei
hoch liegendem Ausgang der NAND-Schaltung 178 wird die
Vorspannung abgeschaltet; die Verstärker und die übrigen Schaltungs
teile beginnen sich abzuschalten. Wenn das Schieberegister 172
hoch geht, wird ferner das Schieberegister 174
zurückgestellt. Die Spannungsversorgung der Konverter- und
Treiberstufe 160 wird abgeschaltet.
Es ist ferner eine Batterieüberwachungsschaltung 186 vorgesehen,
welche die Batteriespannung überwacht und dem Benutzer
ein Signal gibt, wenn die Batterie auszufallen beginnt. Die
Batterieüberwachungsschaltung 186 weist zusätzlich exklusive
ODER-Schaltungen 188 und 190 auf, von denen jede zwei Eingänge
und einen Ausgang hat. Mit dem Eingang der exklusiven
ODER-Schaltung 188 ist der Ausgang des Meßverstärkers 102
verbunden, während an dem anderen Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 188
die negative Batteriespannung -V anliegt. Der
Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 188 ist mit einem
Kondensator 192 und einem Widerstand 194 verbunden, an dem die
negative Batteriespannung -V anliegt. Die Verbindungsstelle
von Kondensator 192 und Widerstand 194 ist an den einen
Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 190 angeschlossen. Außerdem
ist der Ausgang der Batterieüberwachungsschaltung 186
an den gleichen Eingang der ODER-Schaltung 190 angekoppelt.
Die Batterieüberwachungsschaltung 186 sorgt für einen offenen
Stromkreis, solange die Batteriespannung über einem geeigneten
Wert liegt. Wenn die Batteriespannung unter diesen vorbestimmten
Wert abfällt, gibt die Batterieüberwachungsschaltung
ein hohes Signal ab. Der andere Eingang des Gatters 190
ist mit dem Rückseiten-Elektroden-Ausgang der Konverter- und
Treiberstufe 160 und dem Rückseiten-Elektroden-Eingang der
Anzeige 164 verbunden. Der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190
ist an den Doppelpunkteingang der Anzeige 164 angeschlossen.
Wenn der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190
hoch liegt, verschwindet der Doppelpunkt; wenn dieser Ausgang
niedrig liegt, wird der Doppelpunkt nicht unterdrückt.
Die exklusive ODER-Schaltung 188, der Kondensator 192 und der
Widerstand 194 bilden einen monostabilen Multivibrator, der
jedesmal dann ein Impulssignal erzeugt, wenn ein Signal vom
Meßverstärker 102 empfangen wird. Dieses Signal wird durch
die exklusive ODER-Schaltung 190 geschickt. Weil der Rückseiten-
Elektroden-Ausgang der Konverter- und Treiberstufe 160
niedrig liegt, wird der Doppelpunkt jedesmal dann zum Blinken
veranlaßt, wenn ein Herzschlag erfaßt wird. Das Blinken des
Doppelpunkts zeigt dem Benutzer an, daß die Batterie eine für
einen einwandfreien Betrieb ausreichende Spannung abgibt.
Wenn die Batterieüberwachungsschaltung eine zu niedrige
Spannung erfaßt, wird der von der Batterieüberwachungsschaltung
186 zu der exklusiven ODER-Schaltung 190 führende Eingang hoch
getrieben, so daß der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190
außer Phase mit dem anderen Eingang ist. Dadurch wird der
Doppelpunkt kontinuierlich wiedergegeben. Dies zeigt dem Benutzer
an, daß die Batterie ausgetauscht werden sollte.
Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wurden die
folgenden Werte bzw. Komponenten verwendet:
- Kondensator 104: 0,001 µF
Diode 106: MZC 5,1A10
Transistor 108: 2N4338
Widerstand 110: 2 MΩ
Diode 112: IN914
Kondensator 114: 0,22 µF
Transistor 120: 2N4338
Kondensator 122: 0,47 µF
Inverter 124: MCC14572E
Diode 126: MZC 5.1A10
Verstärker 128: ICL8023C
Widerstand 130: 20 MΩ
Kondensator 132: 0,22 µF
Kondensator 134: 0,22 µF
Widerstand 136: etwa 250 kΩ (trimmbar für Frequenzumwandlung)
Widerstand 138: 10 kΩ
Transistor 140: 2N4338
Verstärker 142: ICL8023C
Verstärker 144: ICL8023C
Widerstand 146: 1 MΩ
Widerstand 148: 1 MΩ
NAND-Schaltung 152: MCC14011B
Zähler 154: MCC14553B
Inverter 156: MCC14572
Konverter- und Treiberstufe 160: DF411
Anzeige 164: MCL154
NOR-Schaltung 166: MCC14572
Inverter 170: MCC14572
Schieberegister 172: MCC14015B
Schieberegister 174: MCC14015B
Inverter 176: MC14572
NAND-Schaltung 178: MCC14011B
NAND-Schaltung 180: MCC14011B
Inverter 182: MCC14572
NAND-Schaltung 184: MCC14011B
ODER-Schaltung 188: MCC14070B
ODER-Schaltung 190: MCC14070B
Kondensator 192: 0,33 µF
Widerstand 194: 20 MΩ
+V : 1,5 V
-V : -1,5 V
+V R : +0,3 V
-V R : -0,9 V
Claims (16)
1. Schaltungsanordnung zum Bestimmen der Herzschlagfrequenz aus einem
EKG-Signal mit der Formerschaltung, die aus dem EKG-Signal eine
Impulsfolge mit einer der Herzschlagfrequenz entsprechenden Impulsfolge
frequenz ableitet, einer mit der Impulsfolge beaufschlagten Auswerte
schaltung, einem eine Folge von Taktsignalen mit konstanter Frequenz
anliefernden Taktgeber und einem die Taktsignale zählenden, zurückstellbaren
Zähler, der innerhalb einer von den Ausgangssignalen der
Auswerteschaltung bestimmten Zeitspanne auf einen für die Herzschlagfrequenz
kennzeichnenden Zählwert zählt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung einen Wandler (104 bis 122), der aus der
Impulsfolge ein Spannungsignal ableitet, dessen Amplitude umgekehrt
proportional der Herzschlagfrequenz ist, und eine das Spannungssignal
integrierende Integrationsschaltung (128, 132, 134, 136, 142, 144) aufweist,
die ein erstes Steuersignal abgibt, wenn das integrierte Signal
über einen ersten Wert ansteigt, und die ein zweites Steuersignal abgibt,
wenn das integrierte Signal über einen zweiten Wert ansteigt,
und die mit dem ersten Steuersignal den Zähler (154) zurückstellt und
ausgehend von einem Anfangswert zu zählen beginnen läßt, sowie mit
dem zweiten Steuersignal den Zähler zur Abgabe eines Signals veranlaßt,
das dem zu diesem Zeitpunkt im Zähler stehenden, für die Herzschlagfrequenz
kennzeichnenden Zählwert entspricht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zähler (154) auf einen vorbestimmten Zählwert über dem Zählwert
weiterzählt, der in dem Zähler zum Zeitpunkt der Anlieferung des
zweiten Steuersignals steht, und daß eine Rückstellstufe (140)
vorgesehen ist, welche die Integrationsschaltung (128, 132, 134, 136,
142, 144) zurückgestellt, wenn der Zähler (154) den vorbestimmten
Zählwert erreicht.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch eine Sperrstufe (166) zur Sperrung der Anlieferung der
Taktsignale, nachdem der Zähler (154) den vorbestimmten
Zählwert erreicht hat.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anlieferung der Taktsignale fortdauert, bis die Integrations
schaltung (128, 132, 134, 136, 142, 144) das erste Steuersignal
abgibt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (104 bis 122) einen mit
der Impulsfolgefrequenz der aus dem EKG-Signal abgeleiteten Impuls
folge aufladbaren ersten Kondensator (114), einen zweiten
Kondensator (122), einen Schalter (120) zum Überführen der auf
dem ersten Kondensator (114) stehenden Spannung zu dem zweiten
Kondensator (122) bei jedem Erfassen eines Herzschlags sowie
eine Entladestufe (108) zum Entladen des ersten Kondensators
(114) nach jedem Erfassen eines Herzschlags aufweist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Integrationsschaltung (128, 132, 134, 136, 142, 144) mit
der von dem zweiten Kondensator (122) gespeicherten Spannung
als dem von dem Wandler (104 bis 122) abgeleiteten Spannungs
signal beaufschlagt ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß zur Aufladung des ersten Kondensators (114) eine
einen konstanten Strom liefernden Konstantenstromquelle (118)
vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung (128, 132, 134, 136,
142, 144) einen Verstärker (128) mit einem invertierenden und einem
nichtinvertierenden Eingang sowie mit einem Ausgang aufweist,
daß zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang ein
dritter Kondensator (132, 134) geschaltet ist, daß zwischen dem
invertierenden Eingang und einem Bezugspotentialpunkt ein Widerstand
(136) liegt, daß die eine Seite des zweiten Kondensators
(122) an den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist
und daß die andere Seite des zweiten Kondensators (122) mit
dem Bezugspotentialpunkt verbunden ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der von dem Zähler (154) bei Anlieferung des zweiten Steuer
signals erreichte Zählwert unmittelbar proportional der Taktsignal
frequenz, dem Wert des Widerstands (136), der Spannungsdifferenz
zwischen dem ersten und dem zweiten Wert des integrierten Signals
sowie der Kapazität des ersten und dritten Kondensators (114, 132,
134) und umgekehrt proportional dem konstanten Strom und der
Ist-Zeit zwischen erfaßten Herzschlägen ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Widerstand (136) als Trimmwiderstand ausgebildet ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß unter dem Einfluß des zweiten Steuersignals der in
dem Zähler (154) stehende Zählwert festhaltbar ist und daß ein
Schieberegister (174) das wenn der Zähler (154) den vorbestimmten
Zählwert erreicht, jeweils mit einem Signal beaufschlagt wird,
aufgrunddessen ein an das Schieberegister angelegter Datenwert
durch das Schieberegister hindurch zu dessen Ausgang geschoben
wird, und eine Daten- und Entsperreingänge aufweisende digitale
Anzeigestufe (160, 164) vorgesehen sind, an deren Dateneingängen
der festgehaltene Zählwert des Zählers (154) anliegt und deren
Entsperreingang mit dem Ausgangssignal des Schieberegisters (174)
beaufschlagt wird, um den festgehaltenen Zählwert anzuzeigen.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch
einen zwecks Wirksammachen der Schaltungsanordnung zu
schließenden Schalter (20) und eine bei Schließen des Schalters
(20) setzbare Latchstufe (178, 180), wobei der durch das
Schieberegister (174) übertragene Datenwert davon abhängt, ob die
Latchstufe (178, 180) gesetzt ist.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der vom Setzen der Latchstufe (178, 180) abhängige Datenwert
bei Durchlaufen des Schieberegisters (174) die Anzeigestufe
(160, 164) entsperrt.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß durch Setzen der Latchstufe (178, 180) die Integrationsschaltung
(128, 132, 134, 136, 142, 144) entsperrbar ist.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, gekennzeichnet
durch ein zweites mehrstufiges Schieberegister (172) mit
Daten-, Takt- und Rückstelleingängen sowie einem Ausgang, durch
das hindurch der an dem Dateneingang anliegende Datenwert bei
jedem Anlegen eines Signals an den Takteingang verschiebbar ist
und dessen Stufen bei jedem Anlegen eines Signals an den Rück
stelleingang rückstellbar sind, sowie durch ein Gatter (184) zum
Beaufschlagen des Rückstelleingangs des zweiten Schieberegisters
(172) bei gesetzter Latchstufe (178, 180) und damit zusammen
fallender Erfassung eines Herzschlages, wobei der Ausgang des
ersten Schieberegisters (174) mit dem Dateneingang des zweiten
Schieberegisters (172) verbunden ist, an den Takteingang Signale
jedesmal angelegt werden, wenn der Zähler (154) den vorbestimmten
Zählwert erreicht, und der Ausgang des zweiten Schieberegisters
(172) derart angeschlossen ist, daß die Latchstufe (178,
180) jedesmal zurückgestellt wird, wenn der seinem Dateneingang
zugeführte Datenwert als der Wert an dem Ausgang erscheint.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Schieberegister (174) einen Rückstelleingang
aufweist, der mit dem Ausgang des zweiten Schieberegisters (172)
verbunden ist.
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