DE2944600A1

DE2944600A1 - Verfahren und geraet zum nachweis der bewegung von koerpergewebe

Info

Publication number: DE2944600A1
Application number: DE19792944600
Authority: DE
Inventors: George Los Angeles Calif. Diamond; James Malibu Calif. Forrester; Ran Encino Calif. Vas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-10-27
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1981-05-14
Also published as: GB2062239B; GB2062239A

Description

Verfahren und Gerät zum Nachweis der Bewegung von Körpergewebe

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein bestirnte neuartige und zweckmäßige Verbesserungen für die Messung von Bewegungsvorgängen bei Körpergewebe durch Verfahren, die keinen Eingriff darstellen, und insbesondere Verfahren zum Nachweis abnormer Veränderungen der Herzgefäße sowie Verfahren und Gerät, um den Zustand des menschlichen Herzgefäfisystems überwachen zu können.

Gegenwärtig gibt es kein geeignetes Verfahren, mit dem das Ausmaß der Erkrankung von Herzarterien diagnostiziert oder ausgewertet werden kann, abgesehen von der Herzkatheterisierung, bei der eine chemische Substanz sowohl in die Koronararterien als auch in die Herzkammern selbst direkt injiziert werden muß. Obwohl dieses ein sehr zuverlässiges Diagnoseverfahren darstellt, ist es relativ kostspielig und zeitaufwändig. Außerdem stellt es gewisse Risiken für den Patienten dar und ist ersichtlicherweise nicht geeignet für Reihenuntersuchungen.

Bisher gab es kein erfolgreich entwickeltes, eingriffsfreies Verfahren für die Diagnose erkrankter Herzarterien beim Menschen durch den Nachweis einer Normabweichung der oben beschriebenen Art bei der Bewegung von Herzmuskelsegmenten. Ersichtlicherweise würde ein solches Verfahren die folgenden grundsätzlichen Verfahrensschritte umfassen« Aufzeichnung der Bewegungen eines ausgewählten Herzsegmentes, genaue zeitliche Festlegung und Identifizierung der Richtung dieser Bewegung bezogen auf das zu erwartende normale Bewegungsmuster über den vollen Herzzyklus von Eontraktion und Erschlaffung, und der Verfahrensschritt, daß eine Abnormalitat einer Kontraktion eines Muskel-Segmentes durch eine Art Beanspruchung vorübergehend

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hervorgerufen wird, die in der bereite beschriebenen Weise ein Saueretoff-Ungleichgewicht erzeugt. Was bisher dieser Vorstellung noch am ehesten nahe kam, sind jene Geräte, die die Bewegung der Brustwand, hervorgerufen durch die gesautβ Herztätigkeit, aufzeichnen, etwa jene Geräte, die als Vibrokardiograph, Kinetokardiograph und Apexkardiograph bekannt sind. Diese Geräte wurden beim Training verwendet, es zeigte sich jedoch, daß sie für Diagnosezwecke zum Nachweis von Herzkrankheiten beim Menschen ungeeignet waren, weshalb sie für diese Zwecke nicht weiter verwendet werden.

Man weiß bereits seit einiger Zeit, daß ein Instrument, bekannt als Verschiebungskardiograph (displacement cardiograph), abgekurst mit DCG, dazu verwendet werden könnte, eine physikalische Bewegung von Körpergewebe einschließlich Muskelsegmenten des Herzens nachzuweisen. Ein derartiges Gerät ist in einer deutschen Offenlegungsschrift, Nr. 1,566,044, veröffentlicht am 2. April 1970 und in einem entsprechenden israelischen Patent, Nr. 26,039 vom 29. Juni 1966 dargelegt. Dieses letztere Gerät wurde auch in verschiedenen anderen Veröffentlichungen beschrieben, beispielsweise in der Abhandlung "Electronic Device for Physiological Kinintic Measurements and Detection of Extraneous Bodies" von Ba_n Vas, veröffentlicht in IEES Transactions on Biomedical Engineering, Band BME-14, Nr. 1, Januar 1967, Seite 2-6, und in "The Displacement Cardiograph" von B. Vas et al, veröffentlicht in IEEi? Transactions on Biomedical Engineering, Band BMB-23, Nr. 1, Januar 1976, Seite 49-54.

Die Grundausstattung des DCG-Gerätes umfaßt einen konstanten oder Bezugsoszillatorkreis, einen variablen Oszillatorkreis; eine induktive Detektorspule, die mit dem variablen Oszillatorkreis verbunden ist, um abschnittweise die Frequenz des variablen Oszillatorkreises zu bestimmen; einen Mischkreis, der so

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geschaltet ist, daß er die Eiagangssignale vom Bezugsoszillator und vom variablen Oszillatorkreis empfängt und ein Ausgange· signal liefert, dessen Frequenz gleich der Differenz der Singangefrequenzen ist; einen Frequenz/Spannungs-Wandlerkreia; und ein Aufzeichnungssystem. Obwohl die Detektorspule fttr gewisse Anwendungezwecke des DCG-Gerätes ausreicht, hat sie jeodch nicht die notwendige Empfindlichkeit ftlr einen genauen Nachweis der Bewegungen von Herzmuskelsegmenten; außerdem bringt sie eine beträchtliche Verzerrung in das Signal. Die übrigen Schaltungskomponenten bilden zusammen ein Frequenzmodulationssystem zur Herleitung eines Signals fttr eine Körpergewebeverschiebung. Ein solches System ist zwar fttr viele Anwendungezweck e ausreichend, hat jedoch nicht die notwendige hohe Empfindlichkeit, die fttr eine genaue Überwachung von Herzsegmentbewegungen erforderlich ist.

Bei einer ausführlichen Betrachtung des DCG-Gerätes zeigt sich, daß der Hauptnachteil dieses Verfahren und Gerätes darin besteht, daß die Arbeitsweise des Gerätes aus der Messung eines elektromagnetischen Feldes am Körpergewebe beruht und induktive Änderungen verwendet. In dem im DCG-Gerät verwendeten Frequenzmodulationsgerät wurden Frequenzen miteinander verglichen. Bei spontanen änderungen der Frequenz des Oszillators oder der Herztätigkeit ändert sich jedoch die Empfindlichkeit des Detektorsystems beträchtlich.

Die vorliegende Erfindung ist erheblich leistungsfähiger als das DCG-Gerät, weil Phasenänderungen anstelle von Frequenzänderungen gemessen werden und weil die Phasenänderungen beträchtlich größer sind, was eine wesentlich höhere Genauigkeit liefert. Außerdem ist das Gerät der vorliegenden Erfindung insofern dem DCG-Gerät überlegen, als das Signal/Rauschverhältnis verbessert wurde, und zwar aufgrund der Stabilität des Oszillators,

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der Teil der vorliegenden .Erfindung ist, und weil eine geringere Anzahl elektronischer Komponenten verwendet wird.

Sine weitere Schwierigkeit bei dem DCG-Gerät liegt darin, daß es unbeabsichtigter Weise als Metalldetektor wirkt. Das war ein großer Nachteil, weil viele Patienten mit Metallkomponenten versehen sind, beispielsweise künstlichen Herzklappen, Herzschrittmachern, Schrittmacherelektroden, Gefäßklammern aus Titan, aus Draht gelegte Nähte zum Schließen des Brustbeins und dergleichen. Diese Metallkomponenten stören also ganz wesentlich bei allen Messungen mit dem DCG-Gerät.

Der Erfindung liegt folgende Aufgabenstellung zugrundeι Es soll ein Gerät geschaffen werden , das zum Nachweis der Bewegung von Körpergewebe innerhalb eines zeitlichen Rahmens (etwa innerhalb des Herzzyklus) dient und das eine Messung des elektrischen Feldes an der Körperaußenfläche einer zu untersuchenden Person verwendet.

Es soll weiterhin ein Gerät geschaffen werden, das den Nachweis von Korona*- oder peripherer Arterienerkrankungen und Abnormalitäten dient und das extern eine zeitlich exakt bestimmte Bewegung von Herzsegmenten erzeugt, die zum Herzzyklus in Relation gesetzt wird.

Es soll weiterhin ein Gerät der oben beschriebenen Art geschaffen werden, das zur Messung eines akustischen Signals dient, das eine Hochfrequenzkomponente mit Information Über die zeitliche Einteilung des Herzzyklus und eine Niederfrequenzkomponente umfaßt, in der die Information bezüglich der Bewegung von Herzsegmenten im zeitlichen Zusammenhang mit dem Herzzyklus enthalten ist.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwendung eines Gerätes mit der Bezeichnung *Kardiokymograph^N zum Nachweis und zur Diagnose von Koronararterienerkrankungen, wobei der Kardiokymograph die Möglichkeit bietet, eine genaue zeitliche Festlegung der festgestellten Bewegungen eines Herzsegmentes in Bezug auf den Herzzyklus durchzuführen, und zwar ohne Bezugnahme auf ein gleichzeitig aufgezeichnetes Elektrokardiogramm oder eine andere übliche kardiographisohe Aufzeichnung, was in der einen oder anderer Torrn bei sämtlichen andere Verfahren zur Aufzeichnung von Herzbewegungen einschließlich dem DCG-Gerät erforderlich ist.

Bei der Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung Bussen die Aufzeichnungen des Kardiokymographs mit Beziehung <tuf den Herzzyklus analysiert werden , d.h. auf die kardiokymographisohen Aufzeichnungen muß auf irgend eine Weise eine Zeitbeziehung aufgebracht werden, die mit dem betreffenden Zyklus von Kontraktion und Erschlaffung in Zusammenhang steht. Obwohl man für eine Grobabschätzung für diesen Zweck ein herkömmliches Elektrokardiogramm verwenden kann, das gleichzeitig mit dem Kardiokymogramm aufgezeichnet wurde, besteht ein sehr wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, die Bewegung des Schließens der verschiedenen Herζventilklappen während des Herzzyklus mit Hilfe des kardiokymographisohen Gerätes aufzuzeichnen. Im einzelnen umfaßt die Untersuchung der Herzklappenbewegung die folgenden Verfahrensschritte: Filtern der kardiokymographischen Signale, um jene Signale auszusondern, die von relativ langsamen Bewegungen eines Segmentes oder mehrerer untersuchter Segmente des Herzens herrühren, und Verstärken der restlichen hochfrequenten Schwingungen (im Hörfrequenzbereioh), die durch das Schließen der Ventilklappen erzeugt wurden. Diese Schwingungen werden durch die in der Herzkammer enthaltene Flüssigkeit, das Blut, zur Außenfläche des Herzens abertragen.

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Das neuartige Gerät der vorliegenden Erfindung enthält eine Reihe wichtiger Verbesserungen gegenüber bisherigen DCG-Geräten. Erstens enthält das erfindungsgemäße Gerät Filtervorrichtungen, um die Bewegungen dee Herzens im Hörfrequenzbereich, hervorgerufen durch Schließen der Ventilklappen und andere Phänomene, die noch näher beschrieben werden, von Bewegungen in einem niedrigeren Frequenzbereich zu trennen, die von der Herzmuskeltätigkeit, Kontraktion und Erschlaffung, herrühren. Hierfür werden die kardiokymographischen Signale selektiv gefiltert und verstärkt, wodurch jene Komponenten isoliert werden, die im wesentlichen im Hörfrequenzbereich liegen.

Auf diese Weise lassen sich gleichzeitig Signale bezüglich der Herztöne und Signale für die Herzbewegungen aufzeichnen, wobei beide Arten von Signalen von einem einzigen Detektor ermittelt werden. Ein Nebeneffekt dieses Verfahrens zur Trennung der Hochfrequenzkomponenten der durch Ventilschließen verursachten Segmentbewegung von den niederfrequenten Komponenten, hervorgerufen durch die Herztätigkeit, ist eine wesentliche Verbesserung der Qualität und Wiedergabagüte des Signals, das die Herz- ~~— kontraktion darstellt.

Das Frequenzspektrum der primären Herzbewegung, d.h. der Kontraktion und Erschlaffung der Herzmuskeln, liegt im Bereich von Null bis 15 Hz. Bewegungen bei Frequenzen von Über 30 Hz haben eine viel geringere Amplitude, liegen jedoch im hörbaren Bereich und sind nachweisbare Bestandteile der hörbaren Herzvorgänge, d.h. der Geräusche beim Schließen der Herzklappen. Die Filtervorrichtung kann also so gewählt werden, daß sie eine Hochpaß-Charakteristik mit einer Grenzfrequenz von etwa 30 Hz aufweist. Die durch das Filter hindurchgelaseenen Hörfrequenzsignale können dann verstärkt und als Herzklappentöne oder gar Herzrauschen aufgezeichnet werden. Hierfür ist es zweckmäßig,

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Signale mit verschiedenen Frequenzkomponenten selektiv zu filtern.

Das vom Detektor erzeugte Signal wird unterteilt in eine erste Signalkomponente, die die Herzmuskelbewegung, und eine zweite Signalkomponente, die die Herzmuskeltöne darstellt. In diesem Fall ist der Ton im wesentlichen eine Schwingung mit einer Frequenz von etwas mehr als Null bis etwa 1000 Hz. Der normale Tonfrequenzbereich liegt größenordnungsmäßig zwischen 20 und 20.000 Hz. Das Gerät der vorliegenden Erfindung hat jedoch die Möglichkeit, die Signale von Tönen bis etwas über Null Hz aufzuzeichnen, obwohl Signale unter 20 Hz im wesentlichen als Schwingungen erscheinen, die den Herzbewegungen proportional sind. Das Gerät der vorliegenden Erfindung dient also zum Nachweis von Signalen im Bereich von 0,1 - 500 Hz und in vielen Fällen auch über 500 Hz.

Für die vorliegende Erfindung teilt das Bandpaßfilter das erzeugte Signal in eine erste Signalkomponente im Bereich von O - 30 Hz und eine zweite Signalkomponente im Bereich von 30 - 500 Hz. Tatsächlich könnte die erste Signalkomponente Frequenzen im Bereich von O - 500 Hz umfassen. Das niederfrequente Signal enthält Information bezüglich der Bewegung der Herzsegmente, und das hochfrequente Signal enthält Information über das Schließen der Herzklappen, woraus die zeitliche Einteilung das Herzzyklus entnommen werden kann, hat jedoch eine so niedrige Amplitude, daß nur eine geringe Verzerrung in dem Bewegungssignal auftritt.

Eine weitere grundsätzliche Verbesserung des erfindungsgemäßen Kardiokymographs besteht darin, daß die induktive Detektorspule des DCG-Gerätes durch eine kapazitive Detektorplatte ersetzt wird, die ein elektrisches Feld anstelle eines Magnetfeldes

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zum Nachweis der Herzbewegungen verwendet. Die Verwendung einer derartigen Platte und eines elektrischen Feldes ermöglicht eine größere Empfindlichkeit bei allen Frequenzen und verringert die Signalverzerrung ganz beträchtlich. Diese Eigenschaften wiederum erlauben den Nachweis der hochfrequenten Klappenbewegung mit beträchtlich größerer Wiedergabetreue als beim DCG-G_erät und bewirken außerdem eine beträchtliche Verbesserung der Wiedergabegüte der Niederfrequenzaufzeichnung von Bewegungen der Herzwand.

Eine weitere grundsetzliche Verbesserung gegenüber dem DCG-Gerät besteht darin, daß der erfindungsgemäße Kardiokymograph ein Phaeankoppeleystem anstelle eines Frequenzmodulationssystems verwendet, um ein Signal zu ermitteln, das die Verschiebung von Körpergewebe gegenüber dem Detektor anzeigt. Das Phasenkoppelsyetem enthält einen spannungsgeregelten Oszillator, einen Phasenkomparator und einen Verstärker. Der Phasenkomparator ist so geschaltet, daß er ein Differenz- oder Fehlersignal liefert, das kennzeichnend ist für eine Phasendifferenz zwischen den Eingangssignalen vom spannungsgeregelten Oszillator und dem Oszillatorkreis mit variabler Frequenz. Das Fehlereignal wird verstärkt und dem spannungsgeregelten Oszillator rückgespeist und liefert außerdem ein Ausgangssignal, das die gemessene Phasendifferenz und somit die Gewebeverschiebung anzeigt. Dieses Phasenkoppelsystem, das eine Phasendifferenz anstelle einer Frequenzdifferenz verwendet, spricht mit viel höherer Bapfindlichkeit auf die Bewegungen von Körpergewebe an, als das Frequenzmodulationssystem des DCG-Gerätes.

Die Erfindung läßt sich folgendermaßen zusammenfassen: Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Nachweis der Bewegung von Körpergewebe und insbesondere der Bewegungen von Segmenten des Herzmuskels und ein Verfahren, das keinen Eingriff darstellt und zum Nachweis von Normabweichungen im

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Koronar- und arteriellen Bereich dient.Dae Gerät umfaßt eine Sonde, vorzugsweise in Form einer Detektorplatte, mit der Messungen des elektrischen Feldes vorgenommen werden» die zum Nachweis der Bewegungen eines nahegelegenen Segmente von Körpergewebe, beispielsweise eines Segmente des Herzmuskels, dienen. Die Detektorplatte ist angeschlossen an einen Oszillator mit variabler Frequenz und an ein Phasenkoppeleystem zur Messung einer kapazitiven Xnderung, die die Phase des Oszillators verschiebt, wenn der Detektor in die Nähe eines bestimmten Körpergewebes gebracht wird. Das Gerät verwendet sein eigenes spezielles System für die zeitliche Festlegung der Herzbewegung, da der Detektor die Möglichkeit hat, ein Signal mit einer niedrigen Frequenzkomponente abzutasten, das die Information bezüglich der Gewebebewegung enthält. Der Detektor tastet außerdem eine Signalkomponente mit hoher Frequenz ab, die das Schließen von Herzklappen darstellt und dadurch eine zeitliche Festlegung des Herzzyklus liefert, so daß die Bewegungen der Kontraktion und Erschlaffung des Herzmuakelgewebes in zeitlichem Zusammenhang mit dem Herzzyklus gemessen werden kann. Sin in dem Gerät vorgesehener Filter trennt die Hochfrequenzkomponente von der niederfrequenten Komponente, so daß Information bezüglich Erschlaffung und Kontraktion gleichzeitig mit dem Taktzeitzyklus der Herzbewegung aufgezeichnet werden kann.

Es folgt nun eine Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen. Figur 1 ist ein schematieches Blockdiagramm eines Verschiebungekardiographs (DCG) gemäß dem bisherigen Stand der Technik.

Figur 2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines kardiokymographischen Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung.

Figur 3 ist ein Längsschnitt durch ein Ausführungebeispiel einer Detektorplatte, die in dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden kann.

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Figur 4 ist ein Längsschnitt durch ein weiteres Aueführungebeispiel eines Detektors, der in dem erfindungsgemäßen Gerät verwendet werden kann.

Figur 5 iet ein Längsschnitt durch wieder ein anderes AusfUhrungsbeiepiel eines Detektors, der in dem erfindungegemäßen Gerät verwendet werden kann.

Figur 6 ist eine schematische Darstellung eines Kurvendiagramms und zeigt den Frequenzbereich des Signals in dem VerschiebungB-kardiograph gemäß dem bisherigen Stand der Technik.

Figur 7 ist eine schematische Darstellung eines Kurvendiagramme und zeigt die Komponenten des Frequenzsignals, das eich mit dem erfindungsgemäßen Kardiokymograph ergibt.

Figur 8 ist eine schematische Darstellung einer aufgezeichneten Hochfrequenzkomponente (HFC) und einer aufgezeichneten Niederfrequenzkomponente (LFC) und zeigt die Systolenphase eines Herzzyklus.

Figur 9 ist eine schematische Darstellung einer kombiniert aufgezeichneten Hochfrequenz- und Niederfrequenzkomponente.

Figur 10 ist eine schematische Darstellung eines Kurvendiagramms und zeigt die Amplitude als Funktion der Frequenz in dem mit dem erfindungsgemäßen Kardiograph erzeugten Signal.

Figur 11 ist eine Wiedergabe einer kardiokymographischen Aufzeichnung der Bewegung eines Segmentes der vorderen Wand eines normalen menschlichen Herzens, aufgenommen mit dem erfindungsgemäßen Gerät, sowie ein gleichzeitig aufgezeichnetes konventionelles Elektrokardiogramm (IiKG), Phonokardiogramm und eine Aufzeichnung der Bewegung der Hauptschlagader (Arterie Carotis),

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wobei die kardiokymographische Aufzeichnung eine normale Einwärtsbewegung während der Sauer der Herzkontraktion zeigt.

Figur 12 zeigt drei kardiokymographische Aufzeichnungen ähnlich der aus Figur 11, jedoch aufgenommen bei einem Patienten mit Koronararterienerkrankung und zeigt, daß eich nach körperlicher Belastung eine abnorme Aubwärtβbewegung eines Herzsegmentee während der Sauer der Herzkontraktion ausbildet.

Sie vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen für ein Verfahren und Gerät zur Messung der Bewegung von Körpergewebe innerhalb eines ausgewählten zeitlichen Rahmens, den das Gerät selbst erstellt. Insbesondere wird ein AusfOhrungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang mit dem Nachweis und der Diagnose einer Eoronararterienerkrankung und Störung beschrieben, beispielsweise der Arteriosklerose im Koronarbereich. Srsichtlicherweise kann das Gerät aber auch zur Kessung anderer Arten von Körpergewebe-Bewegungen in einem ausgewählten seitlichen Rahmen verwendet werden, beispielsweise Bewegung peripherer Arterien, Bewegung des Augapfels und dergleichen.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bewegungen Ausgewählter Herzsegmente durch eine kardiokymographische Vorrichtung aufgezeichnet, wobei ein Sensor oder Detektor verwendet wird, der an entsprechender Stelle auf der Brust einer zu untersuchenden Person aufgebracht wird; gleichzeitig werden höherfrequente Bewegungen, hervorgerufen durch das Schließen der Ventilklappen während eines Herzzyklus unter Verwendung des gleichen Gerätes nachgewiesen und aufgezeichnet. Sann werden die resultierenden Aufzeichnungen der Herzbewegungen im zeitlichen Zusammenhang mit dem Herzzyklus analysiert, der durch das Schließen der Ventilklappen festgelegt ist, um

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mögliche Normabweichungen bei der Kontraktion festzustellen, die ein Zeichen für Koronararterienerkrankungen sein können.

Der Verschiebungskardiograph (DCG), aus dem das erfindungsgemäße Gerät entwickelt wurde, ist im einzelnen in verschiedenen Veröffentlichungen beschrieben worden, beispielsweise in "The Displacement Cardiograph" von R.Vas et al, iJüfiS Transactions on Biomedical Engineering, Band BME-23, Nr. 1, Januar 1976, Seite 49-54, und in anderen Artikeln, auf die dort Bezug genommen wird. Wie Figur 1 zeigt, enthält das DCG-Gerät einen Detektor in Form einer Detektorspule 10, die oberhalb des für die Untersuchung ausgewählten Herzsegmentes auf die Brust aufgebracht wird, um Bewegungen im Herzsegment festzustellen, die sich als Induktanzänderungen der Detektorspule zeigen, während sich das Herzsegment relativ zur Spule bewegt. Die Detektorspule 10 bildet einen T_eil eines Schwingkreises für einen Oszillator 12 mit Eigenerregung, dessen Frequenz sich ändert, wenn der Abstand der Detektorspule gegenüber einem externen Objekt variiert.

Wenn die Spule 10 beispielsweise in die Nähe von Metall gebracht wird, sinkt ihre scheinbare Induktanz, was eine Zunahme der Frequenz des variablen Oszillatorkreises 12 zur Folge hat. Das Vorhandensein eines dielektrischen Materials in der Nähe der Spule 10 ergibt dagegen eine Zunahme der scheinbaren Induktanz, was dementsprechend eine Erniedrigung der Frequenz des variablen Oszillators 12 zur Folge hat.

Der Ausgang des variablen Oszillatorkreises 12 wird über Leitung 14 einem Mischkreis 16 eingespeist, dessen anderer Eingang über Leitung 20 einem Bezugsoezillatorkreia 18 entnommen wird. Die Aufgabe der MischBchaltung 16 besteht darin, die beiden Frequenzen voneinander zu subtrahieren und auf der

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Ausgangsleitung 22 ein Differenzsignal zu erzeugen. Die Frequenz des Bezugsoszillators 18 beträgt typischerweise etwa 10 MHz, wobei die Frequenz des variablen Oszillatorkreises bei diesem Grundwert um einige 100 kHz variiert.

Die Ausgangsleitung 22 der Mischschaltung 16 führt zu einem Frequenz/Spannungswandler 24, der eine Ausgangespannung erzeugt, die direkt proportional zur JSingangsfrequenz ist. Diese Spannung wird dann über Leitung 26 an ein Netzsystem 28 Übertragen und mit einem Schreiber 30 aufgezeichnet, beispielsweise einem Kurvenblattschreiber oder einem anderen geeigneten Aufzeichnungsgerät.

Der Einfluß von dielektrischen Materialien auf die Detektorspule 10 ist außerordentlich gering, und die Spule läßt sich nur dann zur Messung der Bewegung von in der Nähe befindlichem Körpergewebe verwenden, wenn sie mit einer elektronischen Apparatur sehr hoher Empfindlichkeit und niedriger Rauschcharakteristik verbunden ist. Außerdem ist eine Spulensonde, wie sie in dem DCG-Gerät verwendet wird, nicht geeignet für eine Verwendung in Verbindung mit dem Gerät und Verfahren der vorliegenden Erfindung. '

Der erfindungsgemäße Kardiokymograph, wie er in Figur 2 gezeigt ist, verwendet als Detektor eine Kondensatorplatte 32. Die Platte 32 verwendet anstelle eines Magnetfeldes ein elektrisches Feld zum Nachweis von Körpergewebe-Bewegungen. Die Bewegungen rufen Änderungen der Kapazität zwischen Platte 32 und Erdpotential hervor, und diese Änderungen ergeben entsprechende Frequenzschwankungen des Ausgangssignal am variablen Oszillator 12. Die Platte 32 hat den Vorzug höherer Empfindlichkeit, einem verbesserten Frequenzgang und niedrigerer Verzerrung durch Rauschen.

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Die Platte 32 ist ausführlicher in Figur 3 dargestellt und bildet eine allgemein kreisförmige, flache Metallscheibe. Jedoch können auch Scheiben mit einem quadratischen oder einem anderen, nicht kreisförmigen Querschnitt verwendet werden. Figur 4 zeigt eine andere Aueführungsform,bei der die Scheibe 32 in ein aus Plastik bestehendes oder anderes dielektrisches Gehäuse 34 eingeschlossen ist. Auf diese Weise läßt sich die Scheibe in bestimmtem Abstand zum Körpergewebe halten, und da es sich hier um Messungen des elektrischen Feldes handelt, stört das Plastikgehäuse 34 nicht. Nach Wunsch könnte ein geeignetes Gerät konstruiert werden, daß die Platte 32 in einem gewünschten Abstand zum Körpergewebe festhält, obwohl es für die vorliegende Erfindung nicht notwendig ist.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Detektors, der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In diesem Fall umfaßt der Detektor ein konisch geformtes Metallelement 36 in einem Plastikgehäuse 38. Es hat sich herausgestellt, daß die Sonde nicht notwendigerweise über die ganze Länge ein einheitliches Signal liefert, da~*in großer Anteil des Signals in einem lokalisierten Bereich in unmittelbarer Nähe des Körpergewebes erzeugt wird. Da außerdem die Masse mit zunehmendem Scheibenradiu sabnimmt, ist das über die Scheibe erzeugte Signal nicht notwendigerweise proportional. Der Detektor aus Figur 5 vermeidet dieses Problem, da der Metallteil des Detektors 36 ebenfalls konische Form hat und zwar im wenentlichen umgekehrt proportional zum aufgezeichneten Ausgangseignal über die Sonde. Zur einfacheren Handhabung kann der Metallabschnitt 36 in ein Plastikgehäuse eingeschlossen sein.

Bei Verwendung von derartigen Detektoren liefert die größere Menge an Metall eine viel höhere Empfindlichkeit. Da das erfindungsgemäße Gerät Messungen mit Hilfe eines elektrischen Feldes

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ausführt, kann die Platte 32 oder eine der anderen Ausführungsformen des Detektors verwendet werden. Außerdem zeigte sich im Zusammenhang mit der vorliegenden .Erfindung, daß das elektrische Feld viel größer ist und gegenüber dem elektromagnetischen Feld überwiegt, das in unmittelbarer Nähe der Bewegung von Körpergewebe erzeugt wird. Außerdem zeigte sich, daß die Detektoren der oben beschriebenen Art einfacher in der Handhabung und mit niedrigerem Kostenaufwand herzustellen sind. Da die Platte im wesentlichen als Kondensator arbeitet, kann sie nicht als Metalldetektor wirken, wie das bei dem DCG-Gerät und anderen Apparaten der bisherigen Technik der Fall ist. Verfahren und Gerät der vorliegenden Erfindung lassen sich also auch bei Patienten mit im Körper implantierten künstlichen Komponenten gleichermaßen wirkungsvoll anwenden.

In dem DCG-Gerät gemäß dem bisherigen Stand der Technik ergab aich ein Teil der Frequenzverschiebung aufgrund einer Änderung der Eigenkapazität. Bei dem Gerät der vorliegenden Erfindung ist der Einfluß der Kapazität sehr groß und die Messung beruht zu mindestens 99£ auf dem kapazitiven Effekt.

Bei der scheibenähnlichen Sonde aus Figur 3 und 4 sollte der Durchmesser der Platte nicht größer als etwa 5cm und nicht kleiner als etwa 2,5 cm sein. Größere Platten Überdecken einen zu großen Abschnitt des Herzens und erschweren dadurch die Fest stellung von Abnormalitäten im normalen Herzgewebe. Kleinere Detektoren als 2,5 cm haben keine ausreichend hohe Empfindlichkeit, trotz der niedrigeren Kapazität, und benötigen daher eins gtöaar* Verstärkung.

Der Kardiokymograph der vorliegenden Erfindung verwendet einen variablen Oszillator 39, der ähnlich dem Oszillator 12 aus dem DCG-Gerät ist. Jedoch wird die Ausgabe des Oszillators 39 gemäß

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der vorliegenden Erfindung durch einen Schaltungsaufbau weiterverarbeitet, der ein grundsätzlich anderes Prinzip ale im DCG-Gerät verwendet.

Wie Figur 2 zeigt, umfaßt die Schaltung ein Phasenkoppelsystem mit einem Signalpuffer 40, der die Signale vom variablen Oszillator 39 empfängt, einem Phasenkomparator 42, einem epannungegeregelten Oszillator 44, einem Tiefpaßfilter 46 und einem Verstärker 48. Das Signal mit variabler Frequenz vom variablen Oszillator 39 wird über den Puffer 40 zum Phasenkomparator 42 Übertragen und dort mit einem Signal vom spannungsgeregelten Oszillator 44 verglichen.

Der Phasenkomparator 42 erzeugt ein Ausgangesignal auf Leitung 50, das zur Phasendifferenz zwischen dem Eingangssignal vom variablen Oszillator 39 und dem spannungsgeregelten Oszillator 44 proportional ist. Dieses Phasendifferenzsignal wird im Tiefpaßfilter 46 gefiltert, wodurch hochfrequentes Rauschen ausgeschaltet wird, dann im Verstärker 48 verstärkt und über Leitung 52 dem spannungsgeregelten Oszillator 44 rückgespeist, so daß die Frequenz des spannungsgeregelten Oszillators sehr eng der veränderlichen Frequenz vom variablen Oszillator 39 folgt. Der spannungsgeregelte Oszillator 44 hat eine Grundfrequenz, mit der er schwingt, wenn keine Steuerepannung anliegt, und er schwingt nur dann mit einer anderen Frequenz, wenn Über Leitung 52 ein Steuersignal zugeführt wird.

Es ist ersichtlich, daß die Spannung auf Leitung 52 ein Signal liefert, das die Verschiebung von Körpergewebe,bezogen auf die Detektorplatte 32, darstellt. Wenn keine Bewegung von Körpergewebe mit Bezug auf Platte 32 vorhanden ist, ist das Signal auf Leitung 52 konstant. Wenn das Gewebe gegenüber der Platte in eine neue Position bewegt wird, zeigt sich das duroh eine

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andere Frequenz im variablen Oszillator 39 und durch eine andere Spannung auf Leitung 52. Dieses Signal auf Leitung wird ebenfalls zum MeSsystem und Verstärker 28 und von dort zum Schreiber 30 übertragen. Das Phasenkoppelsystem der vorliegenden Erfindung hat den Vorzug, daß es viel empfindlicher als das Frequensaodulationssystem des in Figur 1 gezeigten DCG-Gerätes ist. Das Phasenkoppelsystem ist außerdem wirtschaftlicher zu konstruieren und kann nach Wunsch so aufgebaut Bein, daß sich ein großer Teil der Schaltung auf einer einzigen integrierten Schaltplatine (chip) befindet.

Gemäß einem sehr wichtigen Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Kardiokymographs wird die Signalausgabe vom Verstärker 48 über Leitung 56 außerdem an ein Bandpaßfilter 58 angelegt, das Frequenzen im Bereich von 30-400 Hz hindurchläßt. Die durch das Filter 58 hindurchgehenden Signale sind die im Hörfrequenzbereich liegenden Bewegungen des Herzens, die durch ein getrenntes Meßsystem 60 und Schreiber 62 gesondert gemessen und aufgezeichnet werden, wobei der Schreiber 62 ähnlich dem Schreiber 30 arbeitet. Selbstverständlich können die Schreiber 30 und 62 in einem einzigen Schreibergerät mit einem Mehrkanaleingang integriert sein.

Die zur Durchführung der beschriebenen Funktionen erforderlichen elektronischen Schaltkreise, die in dem Blockdiagramm aus Figur 2 dargestellt sind, sind konventionelle ELektronikschaltungen, die in der Technik bekannt sind. Die Oszillatoren sind vorzugsweise für eine höhere Stabilität "Clapp"-Oszillatoren, die Komponenten des Phasenkoppelsystems sind in der Technik bekannt und die Meßsyeteme 28 und 60 sind konventionelle Steuereinheiten für Schreiber und haben typischerweise einen Verstärker (nicht gezeigt) mit Zentrierung oder Nulleinstellung und mit Verstärkungsregelung.

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Figur 6 ist eine schematische Kurvendarstellung und zeigt das Signal, das mit dem bisherigen DCG-Gerät gemessen und verarbeitet wurde. Wie schon erwähnt wurde, liefert dieses Signal eine Aufzeichnung der Bewegung von einem Gewebesegment, jedoch ohne Bezug auf einen dem Gewebe zugeordneten Taktzeitzyklue. Insbesondere verwendet dieses DCG-Gerät ein Signal von 0-200 Hz, das relativ konstant ist, und benötigt ein getrenntes und unabhängiges Gerät für die Zeitgebung des Herzzyklue, beispielsweise ein Gerät, das ein Phonokardiogramm erzeugt. Ein Phonokardiogramm beispielsweise mußte auf das DCG-Gerät sehr genau abgestimmt sein, um zu gewährleisten, daß die Zeit des Herzzyklus genau mit der Herzbewegung, die das DCG-Gerät nachweist, korreliert ist.

Figur 7 zeigt die beiden Signalkomponenten des Frequenzspektrums, wie es mit dem Gerät der vorliegenden Erfindung aufgezeichnet wird. In diesem Falle reicht, wie das Diagramm zeigt, die niedrige Frequenzkomponente von 0-10 Hz und die hohe Frequenzkomponente von 30-200 Hz.

Bei dem herkömmlichen DCG-Gerät hatte das nachgewiesene Signal einen Frequenzgang von 0-200 Hz. In dem erfindungsgemäßen Kardiokymograph ermöglicht das Bandpaßfilter 46 eine Unterteilung des verarbeiteten Signals in eine erste Signalkomponente von etwa 0-10 Hz und eine zweite Signalkomponente, deren Bandbreite von etwa 30-200 Hz reicht. Die niederfrequente Signalkomponente im Bereich von 0-10 Hz enthält die Information bezüglich der Bewegung des Körpergewebes, beispielsweise Bewegungen der Herzsegmente. Das hochfrequente Signal, also das Signal von 30-200 Hz und höher,enthält die Information Über den zeitlichen Zusammenhang mit dem Herzzyklus. In diesem Falle basiert der zeitliche Rahmen für den Herzzyklus auf dem Schließen der Herzklappen.

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Wie eioh herausgestellt hat, 1st bei der vorliegenden Erfindung kein getrenntes Gerät für die Erstellung des seitlichen Rahmens fUr den Herzzyklus erforderlich» also etwa ein Fhonokardiograph. Es zeigte sich in der Tat, daß die Bewegung der Herzwand selbst die Phonokardiograph-Information enthält, und diese Information ist bereite in dem einen von dem erfindungsgemäßen Gerät aufgezeichneten Signal enthalten, das dann in die Signalkomponenten aufgeteilt wird. Außerdem hatte man bisher nicht erkannt, daß die eigentliche Herzbewegung eine niederfrequente Signalkomponente, die die Bewegung des Herzsegmentes darstellt, und eine hohe Frequenzkomponente enthält, die Information bezüglioh der die Herzgeräusche kennzeichnenden Signale ist. Tatsächlich fanden Geräteanwender heraus, daß es möglich ist, durch Messung des durch die Herzbewegung veränderten elektrischen Feldes ein Signal zu erhalten, daß eine niedrige Frequenzkomponente für die Information bezüglich der Bewegung Von Herzsegmenten und eine hohe Frequenzkomponente umfaßt, die die Information über das Schließen der Ventilklappen im Herzen enthält, was den Herzzyklus darstellt, und zwar alles in ein und demselben Frequenzspektrum.

Ein besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist außerdem die Tatsache, daß der Detektor in -ein elektrisches Feld einkoppelt und dadurch die Möglichkeit hat, hochfrequente Signale mit sehr niedriger Amplitude aufzunehmen, wobei diese Signale mit einem noch so leistungsfähigen Mikrophon nloht aufgenommen werden können.

Figur 8 ist ein Kurvendiagramm und zeigt ein Signal niedriger Frequenz und ein Signal hoher Frequenz, wie sie ein beliebiger Kurvenschreiber, beispielsweise der Schreiber 30 oder 62, liefert. In diesem Falle schreibt ereichtlioherweise der eine Schreibkopf des Schreiber die niederfrequente Signalkomponente, die als "LFC" abgekürzt wird, während der andere Schreibkopf des

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Schreibers die hochfrequente Signalkomponente schreibt, abgekürzt "HPC". Die niederfrequente Signalkomponente stellt die Kontraktion und Erschlaffung eines bestimmten Herzsegmentes dar, während das Hochfrequenzsignal das Schließen der ersten Ventilklappen, bezeichnet mit S₁, und das Schließen der zweiten Ventilklappen, bezeichnet mit S₂, wiedergibt. Der Zeitabschnitt zwischen diesen beiden Signalen der Hochfrequenzkomponente stellt den Herzzyklus dar und bildet in diesem Falle die Systole des Herzzyklus, die mit S bezeichnet wird.

Srsichtlicherweise kann der Kardiokymograph auch beide Frequenzkomponenten, die hochfrequente und die niederfrequente Komponente, in einer einzigen Signalauegabe aufzeichnen, wie Figur zeigt. In diesem Falle ist das Schließen des ersten Ventils in der aufgezeichneten niederfrequenten Signalkomponente mit S · und das Schließen des zweiten Ventils in der aufgezeichneten hochfrequenten Signalkomponente mit S«¹ bezeichnet. In beiden Fällen ist ersichtlich, daß die höhere Frequenzkomponente einen geeigneten Zeitbezug für den Herzzyklus liefert, mit dem die Bewegung der Herzsegmante innerhalb des zeitlichen Rahmens des Herzzyklus festgelegt ist.

In den Aufzeichnungen aus Figur 8 und 9 ist Information wiedergegeben, die einen wesentlichen Fortschritt für den Nachweis von Störungen und Erkrankungen im Koronarbereich darstellt. Es hat sich gezeigt, daß es schwierig war, festzustellen, wo sich eine Unregelmäßigkeit befindet, solange die Herzsegmentbewegung nicht mit dem entsprechenden zeitlichen Zusammenhang mit dem Herzzyklus korreliert war. Genau läßt sich das nur feststellen, wenn die Periode der Herzsystole bestimmt worden ist. Bisher war nicht ohne weiteres ersichtlich, daß ein· einziges elektrisches Segment, das im Körpergewebe vorhanden ist und Information bezüglich Tonfrequenzen enthält, eine

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Information darstellen würde, die sowohl mit dem Herzzyklus als auch mit den Bewegungen der Herzsegmente in Zusammenhang steht. Durch Messungen des elektrischen Feldes und dessen Kapazität ist es jetzt möglich, Meßergebnisse für sehr niederfrequente Signale und sogar sehr genaue Meßergebniese für Hochfrequente Signale zu erhalten, auch wenn deren Amplitude sehr gering ist.

Figur 10 zeigt einen Teil der Frequenz als Funktion der Signalamplitude im elektrischen Feld in unmittelbarer Nähe des darunter befindlichen Herzgewebes. Man sieht, daB in diesem Falle die Amplitude des Signals bei etwa 10 Hz absinkt und bis etwa 100 Hz einigermaßen konstant bleibt. Danach sinkt die Signalamplitude ganz beträchtlich. Bb hat sich also gezeigt, daß es tatsächlich möglich ist, eine einzige Spur zu verwenden, um die niederfrequente und die hochfrequente Signalkomponente auf einer einzigen Spur aufzuzeichnen, wie Figur 9 zeigt. Sine sichtige Anmerkung ist außerdem, daß mit der vorliegenden Erfindung die erste Signalkomponente von 0-10 Hz oder auch von 0-30 Hs und die zweite Signalkomponente von 0-100 Hz gemessen werden kann. Diese besonderen Ergebnisse haben ihre Ursache darin, daß bei Frequenzen über 30 Hs zwar einigermaßen konstante Amplituden herrschen, die aber sehr niedrig gegenüber dem niederfrequenten Segment von 0-10 Hz sind.

Bei der Anwendung des βrfindungsgemäßen Verfahrene kann die Detektorplatte an einer geeigneten Halterung (nicht dargestellt) befestigt oder aber auf der Brust der zu untersuchenden Person festgehalten werden. Hier sollte erwähnt werden, daß die Arbeitsweise des Kardiokymograph-Detektors 32 nicht auf einen direkten Eontakt mit der Brustwand angewiesen ist. Tatsächlich ist die Detektorplatte normalerweise so angebracht, daß sie zwar in unmittelbarer Nähe aber nicht in direktem Kontakt mit der Brust der Person steht, da unbedingt verhindert werden muß,

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daß durch den Herzschlag hervorgerufene Schwingungen der Brust Übertragen werden. Hierfür kann der Detektor 32 dae elektrisch nicht leitende Abstandsstück enthalten, wie beschrieben wurde, das auf der Brust aufliegt, den Detektor selbst aber in einem konstanten Abstand hält. Während der Untersuehungedauer soll die zu untersuchende Person für einige Sekunden den Atem anhalten, um nicht eine Bewegung der Brust mit aufzuzeichnen. Andererseits könnte auch der durch Atmung verursachte Signalbeitrag durch entsprechende Verarbeitung des resultierenden Verschiebungssignals entfernt werden.

Zum besseren Verständnis der Bedeutung der auf diese Weise erhaltenen kardiokymographisehen Aufzeichnungen sollte erwähnt werden, daß die Schwingfrequenz des mit variabler Frequenz arbeitenden Oszillators 39 von der relativen Nähe der Detektorplatte 32 zum Körpergewebe abhängt, dessen Bewegung gemessen wird. Wenn also ein Herzsegment gegenüber der Detektorplatte 32 vor- und zurückbewegt wird, schwankt die Frequenz des variablen Oszillators 39 nach oben und unten synchron mit der Bewegung des Segments. Diese Frequenzschwankungen werden durch die Komponenten dee Phasenkoppelkreises, der bereits beschrieben wurde, in entsprechende SpannungsSchwankungen umgewandelt und über den Schreiber 30 sichtbar gemacht. Die kardiokymographiβehe Aufzeichnung stellt also ein Kurvendiagramm der relativen Position des Herzsegmentes gegenüber der Platte 32 dar.

Die bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, den Detektor auf ein Gebiet oberhalb des Herzens aufzubringen, um Bewegungen in bestimmten Herzbereichen messen zu können. Beispielsweise befinden sich die Bewegungen der Vorderwand des Herzens unter gewissen anatomischen Punkten, beispielsweise V₂, V, und V\. Der Detektor wird beispielsweise auf eine Stelle über der rückwärtigen Wand des Herzens gebracht,

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etwa auf die anatomischen Punkte Vg und V₁₀. Außerdem wird der Detektor Über die Seitenwand des Herzens, beispielsweise Über den anatomischen Punkt Vg gebracht.

In Figur 11 sind die Bewegungen eines normalen Herzens dargestellt, und zwar in Form einer KKGr-Aufzeichnung 68, die in Verbindung mit dem bekannten QRS-Komplex 70 eines zugehörigen Elektrokardiogramms 72 und in Verbindung mit einem ersten und zweiten Herzton, bezeichnet mit 3. und S«, eines zugehörigen Phonokardiogramms 74 dargestellt ist. Wie man sieht, herrscht nach der elektrischen Aktivität des Herzens, die durch den QRS-Komplex 70 angezeigt wird, eine kleine aber bedeutsame Verzögerung, ehe eine entsprechende mechanische Aktivität erfolgt, die durch die aufsteigende Flanke 75 der KKG-Aufzeichnung 68 angezeigt wird. Während dieser Aufwärtsbewegung 75 des Kurvenverlaufs dreht eich das Myokardium (Muskelgewebe der Herzwand) und ändert seine krümmung, ehe die vollständige Kontraktion erfolgt, was durch die nachfolgende Abwärtsbewegung 76 der KKG-Aufzeichnung dargestellt ist. Nach der Kontraktion folgt eine kurze Periode praktisch ohne Bewegung, die als isovolumetrische Entsprannung, angegeben mit 77, bezeichnet wird. Sann, während der mit 78 bezeichneten Periode erweitert sich die Herzkammer rasch und durchläuft den als "schnelle Füllungswelle" bezeichneten Abschnitt. Zum Schluß wird die ale Diastole bezeichnete Phase des Herzzyklus mit dem Abschnitt 79 beendet, der als "langsame Füllungswelle·' bezeichnet wird.

Die drei Kurvendiagramme der Figur 12 wurden für den Ruhezustand, zwei Minuten nach körperlicher Anstrengung und sieben Minuten nach körperlicher Anstrengung aufgezeichnet. Die zwei Minuten nach der körperlichen Anspannung aufgenommenen Kurvendiagramme zeigen deutlich die Entwicklung einer abnormalen Beule in der KKG-Aufzeichnung, die durch den Pfeil 80 gekennzeichnet ist und

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sich am Ende der Systole des Herzzyklus, vergleichbar dem Abschnitt 76 der normal verlaufenden Aufzeichnung aus Figur 11, befindet. Die Beule 80 kennzeichnet eine Bewegung dee Herzsegmentes in einer Sichtung entgegengesetzt zur normalen Bewegungsrichtung in jenem Zeitpunkt des Zyklus und bedeutet eine Abnormalität der Zontraktion, die möglicherweise auf eine vorhandene Koronararterienerkrankung zurückzufahren ist. Wie die dritte KKG-Aufzeichnung in Figur 12, gekennzeichnet mit 82, zeigt, die 7 Minuten nach der körperlichen Anstrengung aufgenommen wurde, hat sich die Beule etwas abgeflacht, und die kardiokymographische Aufzeichnung kehrt, wie man sieht, allmählich in den Normalzustand zurück.

Srsichtlicherweise kann das erfindungsgemäße Gerät auch zum Nachweis anderer Abnormitäten des Herzens verwendet werden. Zusätzlich zum Nachweis der Herzschwingungen aufgrund des Schließens von Ventilklappen, wie bereits beschrieben wurde, kann das Gerät auch alle abnormalen Herztöne nachweisen und Aufzeichnen, die mit dem Stetoskop des Arztes oder mit Tonaufzeichaungsgeräten festgestellt werden können. Dieser Kardiokymograph stellt also das erste und einzige Gerät dar, das eine objektive Aufzeichnung dessen liefert, was der Arzt während der Untersuchung hört und fühlt. Hierzu zählen (stellen aber keine Einschränkungen dar) die dritten und vierten Herztöne, die normalerweise ein Zeichen für eine Herzerkrankung sind, intrakardiales Rauschen zwischen zwei primären Klappentönen, das bei einer Reihe von Herzkrankheiten auftreten kann und das bisher nur mit dem Phonokardiagraph aufgezeichnet werden konnte, und der fühlbare Stoß des gesamten Herzene, der bisher nur im Apexkardiogramm aufgezeichnet werden konnte. Da die Fähigkeit des menschlichen Ohres, niederfrequente Töne im Bereich von 4-0-60 Hz zu hören, sehr unzureichend ist, stellt der Kardiokymograph ein hervorragendes G_erät dar, mit dem

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solche abnormalen Geräusche wiejder dritte und vierte Herzton aufgezeichnet werden können, die in diesem Frequenzbereich liegen.

Das erfindungsgemäße Gerät läßt sich auch dazu verwenden» Abnormalitaten aufzuzeichnen, die nicht mit dem Herzen zusammenhängen, indem beispielsweise Bewegungen der Arterien an verschiedenen Stellen aufgezeichnet werden, Ein Verlust oder eine Verringerung des Pulsschlages entlang einer Arterie oder ein wesentlicher Unterschied einer solchen Bewegung auf. den beiden Seiten des Körpers, kann ein Zeichen für eine lokale Gefäß-Verengung sein. Der erfindungsgemäße Kardiokymograph erwies sich Als außerordentlich wertvoll bei der untersuchung von Gefäßerkrankungen, unabhängig davon, ob sie einem direkten Abtasten zugänglich sind oder nicht. Ein Beispiel hierfür ist eine Verringerung des dee arteriellen Puleschlages im Aufapfel, was bekanntermaßen ein Zeichen für eine lokale Gefäßerkrankung der zum Gehirn führenden Blutader ist.

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Claims

PATSNTANSPHÜCHE

1. Verfahren zum Nachweis der Bewegung von Körpergewebe und zur Diagnose von Abnormalit&ten im Körpergewebe unter Verwendung einer kardiokymographieohen Methode, bei der sieh der Detektor am Körpergewebe einer zu untersuchenden Person oberhalb eines ausgewählten Segmentes befindet, gekennzeichnet durch folgende verbesserte Verfahrensechrittet Abtasten des elektrischen Feldes, das nahe der Oberfläche der zu untersuchenden Person erzeugt wird mit KlIfβ des Detektors, wobei das Feld durch die Bewegung von Körpergewebe erzeugt wird, und Erzeugen eines dieser Gewebebeweguhg entsprechenden Signals Über eine kapazitive Kopplung mit dem elektrischen Feld; Verarbeiten des der Gewebebewegung entsprechenden Signals und unterteilung desselben in wenigstens zwei unterscheidbare getrennte Signalkomponenten, wobei ein Abschnitt einer der beiden Signalkomponenten als kennzeichnend ftlr die Gewebebewegung bildlich dargestellt wird, und Analysieren des beschriebenen Abschnitts der erwähnten Signalkomponente im Zusammenhang mit einem Frequenzbereich der anderen Signalkomponente,

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Bayerische Vereinabank München. Kto.-Nr. 882 495 (BLZ 700 202 70) ■ Deutsche Bank München. Kto.-Nr. 82/080 50 PLZ 700 70010)

ORIGINAL INSPECTED

um eine etwa vorhandene Abnormalitat in der Gewebebewegung nachweisen zu können.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gewebebewegung kennzeichnende Signal gefiltert wird, üb eine erste Signalkomponente, die eine Information aber die Gewebebewegung und eine zweite Signalkomponente zu erhalten, die eine Information aber den zeitlichen Rahmen der Gewebebewegung liefert, so daß die Information der Gewebebewegung mit dem zeitlichen Rahmen korreliert werden kann, wodurch sich feststellen läßt, ob eine Abnormalitat im Zusammenhang mit der Gewebebewegung vorhanden war.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren zur Diagnose von Abnormalitäten im Koronarbereich verwendet wird, wobei der Detektor in unmittelbarer Nähe der Brust einer zu untersuchenden Person oberhalb eines ausgewählten Herzsegmentes angebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Nachweis und zur Diagnose von Arterioskleroee im Koronarbereich unter Verwendung des kardiokymographiechen Gerätes, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: Ausrichten eines Kardiokymograph-Detektors in unmittelbarer Nähe der Brust einer zu untersuchenden Person oberhalb eines ausgewählten Herzsegmentes; Nachweis und Aufzeichnung als bildliche Darstellung der Bewegung des Herzsegmentes der Person im Ruhezustand unter Verwendung des kardiokymographischen Gerätes, wobei der Schritt zum Abtasten des erzeugten elektrischen Feldes außerdem den Nachweis und die bildliche Darstellung der Bewegung des Herzsegmentes während eines Zustande der körperlichen Anstrengung umfaßt, wiederum unter Verwendung des gleichen kymographischen Gerätes; wobei gleichzeitig mit dem obigen Nachweisverfahren Ereignisse nach-

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gewiesen und bildlich dargestellt werden, die kennzeichnend für die Taktzeit des Herzzyklus sind, und zwar durch Verwendung von mindestens zwei unterschiedlichen, getrennten Signalkomponenten, wobei wiederum das gleiche kardiokymographisehe Gerät verwendet wird; Analysieren der so hergestellten kardiokymographiachen Aufzeichnungen im Zusammenhang mit der Taktzeit des Herzzyklus, um das Vorhandensein und das Ausmaß einer gegebenenfalls vorhandenen Abnormalitat in der Kontraktion des Herzsegmentes festzustellen; und Entscheidung anhand der Analyse der kardiokymographischen Aufzeichnungen, ob die Person Arteriosklerose im Koronarbereich hat oder nicht.

5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt zum Nachweis und zur bildlichen Sarstellung von Ereignissen, die für die Taktzeit des Herzzyklus kennzeichnend sind, den Nachweis von Bewegungsvorgängen umfaßt, die durch das Schließen der Herzklappen verursacht werden, und zwar unter Verwendung des gleichen kardiokymographischen Geräts.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet^—daß der Verfahrensschritt zum Nachweis von Bewegungsvorgängen, die durch die Herzklappen verursacht wurden, die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Piltern der Signale im kardiokymographis chen Apparat, um solche Komponenten auszuschließen, die von relativ langsamen Bewegungen des Herzsegmentes oder der Herzsegmente herrühren und durch die direkte Kontraktion und Erschlaffung des Herzens verursacht werden; und Verstärken der Restsignalkomponenten, um eine Anzeige für die Herzklappentöne zu schaffen.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der bildlichen Darstellung die Aufzeichnung der Ereignisse auf einem Aufzeichnungsgerät umfaßt.

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8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt zum Nachweis und zur Aufzeichnung der Ereignisse, die für die Taktzeit des Herzzyklus kennzeichnend sind, den Nachweis der Bewegung einer Arterie umfaßt, und zwar unter Verwendung des gleichen kardiokymographiechen Apparates.

f 9y Gerät zum Nachweis der Bewegung von Körpergewebe und zur Tiestimmung von Abnormalitäten oder Krankheiten derselben, gekennzeichnet durch einen Oszillator (12, 39) mit variabler Frequenz; Detektorvorrichtungen (32), bei denen die elektrische Impedanz von der relativen Nähe des Körpergewebe·abhängt, wobei die Detektorvorrichtung mit dem Oszillator für variable Frequenz gekoppelt ist, um abschnittweise seine Schwingfrequenz festzustellen, wobei die Detektorvorrichtung eine kapazitive Änderung im elektrischen Feld in unmittelbarer Nähe des Körpergewebes nachweist; einen Phasenkoppelkreis (4-2, 44, 46, 48), der an den Oszillator mit variabler Frequenz angeschlossen ist, um ein Signal zu erzeugen, das kennzeichnend für die Verschiebung von Körpergewebe ist, und zwar aufgrund des Nachweises kapazitiver Änderungen gegenüber der Detektorvorrichtung, und Meß- und Aufzeichnungsvorrichtungen für bildliche Darstellung (28, 30) zur Sichtbarmachung des Signals, das die Verschiebung kennzeichnet.

10. Gerät nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenkoppelkreis einen spannungsgeregelten Oszillator (44), einen Phasenkomparator (42) und einen Verstärker (48) enthält, wobei der Komparator ein Differenzsignal erzeugt, das die Phasendifferenz zwischen den Signalen vom Oszillator (39) mit variabler Frequenz und vom spannungsgeregelten Oszillator (44) angibt, und wobei der Verstärker so geschaltet ist, daß er das Fehlersignal verstärkt und als Steuerspannung dea spannungsgeregelten Oszillator einspeist, und wobei das

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▼erstarkte Differenzsignal der Meß- und bildlichen Darstellungsvorrichtung eingespeist, um eine Messung der Verschiebung von Körpergewebe bezüglich dem Detektor zu liefern.

11. Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur bildlichen Darstellung eine Aufzeichnungsvorrichtung ist.

12. Kardiokymographisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dafi der Detektor eine Kondensatorplatte (32) umfaßt, die ein elektrisches Feld und eine Kapazität bezogen auf ein Bezugspotential aufweist, die sich gemäß der relativen Position eines Segmentes des zu untersuchenden Körpergewebes ändert.

13. Kardiokymographisches Gerät nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch Filtervorrichtungen (46) zur Aussonderung von Komponenten des Signals vom Phaeenkoppelkreis, wobei diese Komponenten im wesentlichen im Hörfrequenzbereich liegen; VerstärkervorricJitungen (48), um die isolierten Hörfrequenz-Signalkomponenten zu verstärken; und Aufzeichnungevorrichtungen (30), um die verstärkten Signalkomponenten aufzuzeichnen.

14. Kardiokymographisches Gerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einer relativ flachen Metallplatte (32) besteht.

15. Kardiokymographisches Gerät nach Anspruch 9t dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus einer relativ flachen Metallplatte (32) und einem dielektrischen Gehäuse (34) besteht, das um die Platte herum angebracht ist, so daß das Gehäuse auf die Körperoberfläche der zu untersuchenden Person aufgebracht werden kann, wodurch die Platte einen bestimmten Abstand zum Körper aufweist.

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16. Kardiokymographisches Gerät nach Anspruch 9« dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor ein Metallteil (36) enthält, dessen Konfiguration so ausgelegt ist, daß der Mittelteil höher ist ale die Außenfläche, wobei sich gewisse Abschnitte des Teils von dem hohen Mittelabschnitt im Verhältnis zum Abstand von dem hohen Mittelabschnitt nach außen konstant nach unten erstrecken.

17. Gerät nach Anspruch 9 zum Nachweis und zur Diagnose von Abnormalitäten im Körpergewebe unter Verwendung von kardiokymographisehen Verfahren, gekennzeichnet durch einen Detektor, der in unmittelbare Nähe zum Körpergewebe einer zu untersuchenden Person über ein ausgewähltes Segment des Gewebes gebracht werden kann, wobei der Detektor Vorrichtungen sum Abtasten eines elektrischen Feldes umfaßt, das nahe an der Oberfläche der zu untersuchenden Person durch die Bewegung von Kurpergewebe erzeugt wird, und wobei der Detektor ein Signal schafft, das mittels einer kapazitiven Kopplung mit dem elektrischen Feld kennzeichnend fttr die Gewebebewegung ist, und Vorrichtungen, die ein T_eil von jeder der beiden Vorrichtungen, nämlich der Schaltungsvorrichtung und der Meß- und Darstellungsvorrichtung sind und dazu dienen, das Signal das für die Gewebebewegung kennzeichnend ist, zu verarbeiten und ein Teil des Signals bildlich darzustellen, um die Gewebebewegung wiederzugeben, wodurch der bildlich dargestellte Teil des Signals analysiert werden kann, um festzustellen, ob eine Abnormalität in der Gewebebewegung vorhanden ist.

18. Gerät nach Anspruch 17, weiterhin gekennzeichnet durch im Gerät enthaltene Vorrichtungen (46), um das Signal zu filtern, das die Gewebebewegung darstellt, wodurch eine erste Signalkomponente, die Information bezüglich der Gewebebewegung enthält, und eine zweite Signalkomponente erhalten wird, die

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Information Über den zeitlichen Rannen der Gewebebewegung enthält, so daß die Information der Gewebebewegung nit den zeitlichen Hahnen korreliert werden kann.

19* lardiokymographisches Gerät mit einem variablen Oszillator (39)» einem Detektor (32), der mit dem variablen Oszillator verbunden ist, um abschnittweise die Frequenz des variablen Oszillators bestimmen zu können; Schaltungsvorrichtungen, die mit dem variablen Oszillator verbunden sind und ein Ausgangeeignal liefern, das die Frequenz des variablen Oszillators und somit die Position und Bewegung von Körpergewebe bezüglich den Detektorelement darstellt, und MeB- und Aufzeichnungevorrichtungen, gekennzeichnet durch Filtervorrichtungen (46) zur Trennung von Signalen an Ausgang der Schaltungevorrichtung, die sich in Hörfrequenzbereich befinden, von solchen Signalen nit sehr niedriger Frequenz, die die Bewegung des Herzsegnentes bezeichnen; Verstärkern ^vorrichtungen (48) sun Verstärken der Hörfrequenzsignale, die das Filter hindurchläßt, und Aufseichnungsvorrichtungen, um das verstärkte Hörfrequenzsignal aufzuzeichnen, damit es mit den Aufzeichnungen der ungefilterten Signale verglichen werden kann, die die Herzsegmentbewegung kennzeichnen.

20. Kardiokymograph nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Filtervorrichtung den Durchgang solcher Signale sperrt, deren Frequenzen unter etwa 30 Hz liegen.

21. Kardiokymograph nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß das Detektorelement eine Kondensatorplatte umfaßt, die «in zugehöriges elektrisches Feld und eine Kapazität gegenüber einen Bezugspotential aufweist, wobei sich die Kapazität entsprechend der relativen Position eines zu untersuchenden Körpergewebe-Segmentes ändert.

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22. Kardiokymograph nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungevorrichtung einen Phasenkoppelkreis umfaßt, der mit dem variablen Oszillator gekoppelt ist, um ein Signal zu schaffen, das die Position und Bewegung von dem zu untersuchenden Körpergewebe bezeichnet.

23. Kardiokymograph mit einem variablen Oszillator, einem Detektorelement, das mit dem variablen Oszillator verbunden ist, um abschnittweise die Frequenz des variablen Oszillators bestimmen zu können, Schaltungsvorrichtungen, die mit dem variablen Oszillator verbunden sind und ein Ausgangssignal liefern, das die Position und Bewegung von Körpergewebe bezüglich dem Detektorelement bezeichnet, und Meß- und Daretellungsvorrichtungen, gekennzeichnet durch eine Kondensatorplatte (32) in dem Detektorelement, die ein zugehöriges elektrisches Feld und eine Kapazität gegenüber einem Bezüge-Potential aufweist, wobei sich die Kapazität gemäß der relativen Position eines Segmentes des zu untersuchenden Körpergewebes ändert.

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