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Impulskurven-Analysator
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Diese Erfindung bezieht sich auf elektronische Mittel zur überwachung
und/oder Messung gewisser Eigenschaften der Blutzirkulation in einem menschlichen
Körper.
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Die Erhaltung des Lebens und die Lebensfähigkeit der Gewebezellen
hängt von der physiologischen Bewegung des Blutes in der Kapillarzirkulation ab.
Die Kapillarzirkulation ist im Blut-Feinstgefässnetz zwischen Arterien und Venen.
Das Kapillarsystem ist die Grenzfläche zwischen Arterien- und Venenblut durch das
gesamte Körpergewebe. Die Blut-Feinstgefäss-Zirkulation wird allgemein als Mikro-Zirkulation
bezeichnet.
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Die Blutmenge ist in der Mikro- und der Makro-Zirkulation enthalten.
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Die Makro-Zirkulation umfasst die EIerz- und Blutgefässe extern zur
Mikro-Zirkulation. Bekannte Parameter von E.C. G. (Elektrokardiogramm) B.P. usw.
beziehen sich auf die Makro-Zirkulation. Diese Parameter messen oder reflektieren
nicht die Kapillaraktivität oder den Effekt der mikrozirkulatorischen Fluktuation.
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Der Stephens Tissue Perfusion Monitor oder STPM (Gegenstand des australischen
Patents Nr. 46so302) erfasst und quantifiziert ein Signal von der Kaplliar-
Zirkulation
nahe der Hautoberfläche für eine Messung, die kalorimetrisch und nicht-invasibel
von der Mikro-Zirkulation in der Haut hergeleitet ist. Die Messung der Tissue Perfusion
Index (TPI) - ermöglicht, die mikrozirkulatorischen Fluktuationen zu verfolgen und
verschafft somit eine Indikation für die Stabilität oder Veränderung in der Aktivität
der pulsierenden Mikro-Zirkulation in Form des Kapillarpegels in Relation zu einem
absoluten Bezugspegel (z.B. 500 mV).
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Das Fliessen oder Strömen des Belutes ist bekanntlich eine rhythmische
Aktivität, die in Kurvenform in einer Reihenfolge analoger Impulskurven präzise
mathematisch dargestellt werden kann. Ungeachtet des Wertes eines solchen Parameters,
wie das des TPI, ist der derzeit existierende Tissue Perfusion Monitor nicht für
eine Unterscheidung zwischen verschieden geformten Kurven gleicher Fläche unterhalb
derselben vorgesehen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine weitere
Information zu schaffen, die auf der Form einer Impulskurve basiert. Analoge Impulskurven-Signale
von entweder einer mikrozirkulatorischen oder makrozirkulatorischen Quelle können
entsprechend überwacht und deren Differenzen gemessen und verglichen werden. Es
ist bekannt, dass verschiedene Faktoren den pulsierenden mikrozirkulatorischen Fluss
beeinflussen können und beim Vorhandensein solcher Beeinflussungen die Form und/oder
die Amplitude der Kurve verändern. Das Messen dieser Veränderungen kann der diagnostischen
Information einen wertvollen Beitrag leisten.
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Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung,- die Parameter
zu
analysieren und darzustellen, die sich auf die Form der Impulskurve in Bezeichnungen
wie Kurven-Anstiegszeit (Tr) oder Kurven-Abfallzeit (Tf) und auf das "Anstiegs-/Abfall-verhältnis11
der Kurve und die Anstiegs-und Abfallzeiten "Tr" und "Tf" relativ zur Impulsperiode
"T" beziehen.
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Es liegt noch eine andere Aufgabe der Erfindung zugrunde, nämlich
das positionsbezogene Vorhandensein von Druckwellen, wie der dichroitische Einschnitt
im Grundkurven-Zyklus und die signifikanten Unstetigkeiten und Veränderungen zu
identifizieren.
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In einer besonderen hierin beschriebenen Ausführungsform der Erfindung
werden die kontinuierlichen Anzeigen für die Anstiegszeit ~Tr" (ms) und die Abfallzeit
"Tf" (ms) und der Anstiegszeit für jede Impulskurve, ausgedrückt in direkter Relation
zur Abfallzeit TR/TF, oder der Anstiegs- oder Abfallzeit, ausgedrückt in einer Frakton
der Kurvenzyklus-Periode Tr/T oder Tf/T, vorgesehen.
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Die Daten werden in Korrelation mit der Impulsfolgegeschwindigkeit
gebracht, um absolute Parameter in Millisekunden zu produzieren. Bezogen auf die
Kapillare ist der die analoge Kurvenanstiegszeit zur Folge habende physiologische
Mechanismus indikativ für die zum Aufladen der Kapillare innerhalb der Mikrozikulation
benötigte Zeit, die digitale Haut-Aufladezeit ist für einen normalen erwachsenen
Menschen gewöhnlich etwa 0,2 sec, mit beträchtlichen Schwankungen in der Abfallzeit,
die der reduktiven Phase des Zyklus entspricht.
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Die beträchtlichen Schwankungen in der Abfall zeit sind meistens mit
Änderungen in der Puls zahl zu beyründcn, sie können jedoch auf pathologische Störungen
zurückzuführen sein.
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Gemäss der Erfindung besteht daher ein Pulskurven-Analysator in der
Kombination aus lichtempfindlichen Transducer-Mitteln für das kontinuierliche Abtasten
der physiologischen Zirkulations-Aktivität eines Patienten z-ur Erzeugung einer
Spannungs-Wellenform, die analog zu den pulsierenden Blutfärbungs- und/oder Dichteänderungen
im Körpergewebe des Patienten ist, Mitteln für die Verarbeitung der Wellenform zur
Erzeugung eines Ausgangssignals, proportional zur Zeiteinheit der Amplitudenänderung
der Wellenform und Mitteln zur quantitativen und unverzögerten Darstellung der Anstiegszeit
und/oder der Abfallzeit, repräsentativ für einen Einschwing-Zyklus der Wellenform
als einer Funktion der Periode eines solchen Zyklus.
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Eine besonder eAusführungsform wird nun in den nachfolgenden Abschnitten
definiert und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Die Zeichnungen zeigen in Fig. 1 eine mathematische Darstellung einer
Impulskurve, deren Amplitude aufgezeichnet in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 2
bis 5 den Schaltkreis eines Tissue Perfusion Monitors, Fig. 6 bis 11 den Schaltkreis
eines Impulskurven-Analysators, Fig. 6 Kammfilter- und Eingangsverstärker-#Schaltkreise
eingeschlossen,
Fig. 7 ein Differenziergerät (-schaltkreis>,
ein Tiefpassfilter und ein Schmitt-Trigger eingeschlossen, Fig. 8 und 10 ein Detektor-Mehrfachkoppler
eingeschlossen, Fig. 9 eine Digitaldarstellungs-Einheit eingeschlossen und Fig.
11 eine Stromversorgungs-Einheit.
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Aus den Zeichnungen ist zu ersehen, dass ein Transducer vorgesehen
ist, ein elektrisches Signal vom Körper des Patienten abzunehmen, zum Beispiel in
einer Art und Weise, ähnlich der in der Spezifikation des australischen Patentes
465,302 beschriebenen. Zum besseren Verstäiidnis, dieses dem Analogkurven-Analysator-Monitor
zugeführte Signal kann tatsächlich den Impulskurven- und den Impulsfolgegeschwindigkeits-Ausgängen
des STPM entnommen werden.
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In der Anordnung, in der ein spezifizierter Transducer wie der oben
angegebene der Oberfläche der Schleimhaut oder der Haut aufgelegt wird, wird ein
Signal wie folgt verarbeitet; Licht von einer Lichtquelle in der Transducer-Einheit
wird durch Änderungen in der Kapillarblut-Zirkulation moduliert, und das so modulierte
Licht fällt auf einen Detektor, der ein Wellenform-Signal erstellt.
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Das so resultierende Wellenform-5ignal wird zum Kammfilter geführt,
der für die Aus filterung von Interferenzen in der Netzfrequenz, von Induktion oder
optischem Pick-up, eingesetzt ist. Ein solcher Filter hat einen
Standard-i)oppel-T-Schaltkreis,
abgestimmt zweckdienlicherweise auf beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz.
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R 10 wird verwendet, den Filter auf die Mittelfrequenz irgendwelcher
Interferenzen zu trimmen. Das Signal geht dann auf das Element U 1 über, welches
ein Operationsverstärker ist, eingestellt auf eine re#gelbare Verstärkung in einem
Bereich von 25 - 65 dB. Der Ausgang dieser Stufe wird durch U 2 gepuffert und dem
(tIutter-) STPM zugeführt, der eine CRO- (Katodenstrahloszillograph)-Darstellung
liefert, die entweder im#STPM oder an anderer Stelle angeordnet sein kann.
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Der Ausgang von U 1 liegt auch an dem Element U 3, wel-Loches die
Impulskurve differenziert. Somit ist der Ausgang von U 3 proportional zur Zeitrate
der Eingangsspannungsänderungen. U 4 arbeitet als ein zweipoliger phasenlinearer
Tiefpassfilter. Wenn richtig kompensiert (über R 34), ist der Ausgang von U 4 bei
ansteigender Impulskurvenspannung negativ, und bei abfallender Impulskurvenspannung
positiv. Die Grösse dieser Differentialspannung ist proportional sowohl zur Grösse
derEingangsspannung als auch zu deren Änderungs-Zeitrate. Der Schmitt-Trigger U
5 quadratiert den Ausgang von U 4, der dann der Doppel-Detektor/Filter-Anordnung,
bestehend aus U 6, R 37-44 und C 9-12, zugeführt wird. Der Ausgang dieser zwei Detektoren
ist proportional zur fraktonierten Anstiegszeit (über R 40) und der fraktionierten
Abfallzeit (über R 44). Diese Ausgange sind frationiert zur Impulsperiode und sind
demzufolge komplementär.
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Der aus den Elementen U 8 und U 9 bestehende Multiplexer wird dazu
verwendet, die gewählten Eingangsgrössen dem
Element U 7 zuzufahren,
welches ein echter ratiometrischer Voltmesser-I.C. (integrierter Schaltkreis) ist.
Die Werte der fraktionierten Anstiegs und Abfallzeiten werden durch Anlegen der
Ausgänge des entsprechenden Detektors an den Signaleingang des digitalen Voltmessers
und der Standardspannung aus R 48 an die Bezugs- (Referenz-) Eingänge dargestellt.
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Die effektiven Kurvenanstiegszeiten und Kurvenabfallzeiten in Millisekunden
werden durch Anlegen des entsprechenden Detektorausgangs an den Voltmesser-Signaleingang
und einer Spannung proportional zur Impuls folgegeschwindigkeit, übernommen vom
(Mutter-)STPM (über R 45, R 46) auf den Bezugs- (Referenz-)Eingang dargestellt Wenn
erforderlich, kann alternativ das Verhältnis der Anstiegs- zur Abfallzeit durch
Anlegen des Anstiegs zeit-Detektorausgangs an den Signaleingang und des Abfallzeit-Detektorausgangs
an den Bezugs- (Referenz-) Eingang dargestellt werden.
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Die ermittelte Ausgangsinformation ist in diesem Fall von einer numerischen
LCD (lastkompensierten Dioden-) Anzeige abzulesen.
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Das Produkt von T, der Impulsperiode, und "Tr/T" kann als ein Index
der mikrozirkulatorischen Aufladezeit in Millisekunden dargestellt werden. Das Produkt
von T und "Tf/T" kann also als ein Index cer reduktiven Phase Tf in Millisekunden
dargestellt werden.
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Tatsächlich kann die Information in verschiedenen Formen dargestellt
werden, nämlich:
a) Anstiegszeit in Millisekunden (Tr) b) Abfallzeit
in Millisekunden (Tf) c) Anstiegszeit als eine Fraktion der Impulsperiode (Tr/T)
d) Abfallzeit als eine Fraktion der Impulsperiode (Tf/T) e) Anstiegszeit, dividiert
durch die Abfallzeit, als eine Fraktion (Tr/Tf).
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Wenn erforderlich, können die Anzeigewerte für Tr/T und Tf/T oder
Tr/Tf durch einen Meßstellenumschalter (Mehrstellungsschalter) bei Verwendung der
Anordnung nach Figur 10 abgerufen (gewählt) werden. Folglich ist mit Tr/Tf (d.h.
Anstiegszeit zur Abfallzeit-Verhältnis) bei schon einer geringen Zunahme der Anstiegszeit
im Vergleich zur relativen Reduktion der Abfallzeit die Veränderung bedeutend sensitiver
zu unterscheiden als mit einem konstanten Nenner wie bei Tr/T oder Tf/T.
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Die Erfindung zeigt, dass physiologisch bedeutsame Veränderungen in
der Anstiegszeit- zur Abfallzeit-Verhältnis-Anzeige nicht unbedingt mit den vom
Patienten abgenommenen T.B.I. (Tissue Perfusion Index)-Anzeigen in Wechselbeziehungen
zueinander stehen müssen.
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Als Schlussfolgerung kann daraus ersehen werden, dass ein Impulskurven-Analysator,
aufgebaut gemäss der Erfindung, Informationen über eine Impulskurve vermittelt,
die in Form präziser Messungen dargestellt oder angezeigt werden kann und die nicht
von einem Puls-Monitor oder eben auch nicht von dem hochentwickelten STPM verfügbar
sind.
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Der CRO (Katodenstrahloszillograph), obwohl für eine zusätzliche Darstellung
der Kurvenformen gut verwendbar, kann keine absoluten Messungen verfügbar machen,
wie
dies mit Impulskurven-Analysator in Digital- als auch in Analog-Ausführung
möglich ist.