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Schaltungsanordnung zur Anzeige des Meßwertes
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eines Gerätes zur Messung des Blutdrucks Die Erfindung betrifft eine
Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei den bisher bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art leuchtete
jeweils bei Auftreten eines korotkoffschen Geräusches eine Leuchtdiode auf, der
dann jeweils herrschende Druckwert wurde abgelesen und der höchste und niedrigste
so ermittelte Druckwert wurde notiert.
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Diese Anzeigeart hat vor allem zwei Nachteile. Der eine besteht darin,
daß zuverlässig das erste und letzte Aufleuchten
der Anzeigelampe
erfasst werden muß, damit die entsprechenden Druckwerte richtig notiert werden,
was eine beträchtliche Fehlerquelle darstellt. Vor allem aber können auf diese Weise
Artefakte nicht erkannt werden, die beispielsweise dadurch entstehen, daß Korotkoff-Geräusche
vorgetäuscht werden, etwa durch ungewollte und auch unbemerkte Knarrgeräusche in
der IOnechette kurz vor Einsetzen bzw. nach Aufhören der echten korotkoffschen Geräusche;
solche Störgeräusche führen genauso zu einem Aufleuchten der Anzeige-Leuchtdiode
wie echte korotkoffsche Geräusche und täuschen deshalb einen in Wirklichkeit nicht
vorhandenen höheren bzw.
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niedrigeren Blutdruck vor.
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Der erstgenannte Nachteil fehlt bei vergleichbaren Schaltungsanordnungen
mit digitaler Anzeige des diastolischen bzw. systolischen Blutdruckes, der zweite
Nachteil ist aber bei derartigen Schaltungsanordnungen genauso vorhanden.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Schaltungsanordnung der
eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei der Artefakte gut von echten Meßwerten
unterschieden werden können und die außerdem die gesamte Ablesung der Anzeige erleichtert.
M. a. W. soll eine feste räumliche Zuordnung zwischen dem Anzeigeelement und dem
jeweiligen Druckwert erreicht werden.
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Damit ist gemeint, daß z. 8. bei 7-Segment-Digi tal anzeigen zwischen
der Lage des Segmentes und dem Druckwert allenfalls eine numerische Korrelation
gegeben ist, aber keine räumliche.
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Eine Anordnung z. B. als Kreisseqmente liefert dagegen eine räumlich
(flächige) geometrische Zuordnung durch die Lage des Segmentes auf einer Kreisskalierung.
D. h. die räumlich-geometrische Zuordnung ist das oberste Merkmal, weil die Skala
natiirlich auch langgestreckt und nicht rund zu sein braucht.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit räumlicher Zuordnung
wird bei Auftreten z. B. eines korotkoffschen Geräusches ein Anzeigeelement, das
den momentan herrschenden Druckwert anzeigt, in einen Anzeigezustand gebracht und
verbliebt in diesem, so daß zwischen dem diastolischen und dem systolischen Blutdruckwert
z. B. eine tegelmäßige Kette von Anzeigeelementen im Anzeigezustand erscheint. Esist
außerordentlich unwahrscheinlich, daß z. B. Artefakte genau um eine Pulsdauer vor
Einsetzen bzw. nach Beendigung der korotkoffschen Geräusche während des Luftablassens
auftreten, auf Artefakte zurückzuführende Anzeigezustände von Anzeigeelementen erscheinen
deshalb z. B. in einem irregulären Abstand von der regelmäßigen Anzeigezustand-Kette
und können deshalb leicht als Artefakte erkannt werden. Die Anzeige "steht" und
kann deshalb in Ruhe abgelesen werden.
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Eine Möglichkeit zur Verwirklichung der Erfindung ist eine elektronische
Anordnung, sei es mit einer LCD-Sichtanzeige, bei der also die beiden Betriebszustände
der Anzeigeelemente selbst stabil sind, ober aber einer Anordnung mit einer Sichtanzeige,
bei der die Betriebszustände nicht notwendigerweise stabil sind, also auch etwa
Lampen oder lichtemittierende Dioden in Frage kommen, bei denen nur ein Betriebszustand
stabil ist und der andere durch Energiezufuhr aufrechterhalten werden muß. Bei einer
solchen Schaltungsanordnung ist natürlich eine Speicherung der anzuzeigenden Werte
erforderlich.
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Die hohe Segmentzahl, die wenigstens notwendig ist, um eine Genauigkeit
von 2mm Hg zu erreichen, erfordert bei der Anreihung von Leuchtdioden und deren
Treiber einen erheblichen Aufwand. Nachdem die Technologie heute erlaubt, LCD-Anzeigen
kundenspezifisch zu entwickeln, liegt ein erheblicher Vorteil darin, nicht diskrete
Einzelelemente zur Anzeige zu verwenden, sondern eine durchgehende Anzeigefläche,
die nurmehr an bestimmten geometrischen Stellen kontaktiert wird und nur dort ihre
Farbe oder Graustufung ändert.
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Die LCD-Anzeigen haben vor allen Dingen den Vorteil einer sehr geringen
Stromaufnahme, was für batteriebetriebene portable Geräte entscheidend ist.
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Zusätzlich entfallen die Treiber.
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Nachdem heute Mikroprozessoren zur Verfügung stehen, deren Preis bereits
bei einem Aufwand von mehr als 10 konventionellen Gattern überschritten wird, muß
dies als günstigste Lösung der Signalaufbereitung betrachtet werden. Die pP können
direkt LCD-Anzeigen -ansteuern.
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Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden; es
zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Teils der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, Fig.
3 ein Impulsdiagramm für die Teil-Schaltung nach Fig. 2.
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Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung mit
Mikroprozessor; Fig. 5a - 5d verschiedene Anzeigeformen, Fig. 6 und 6a eine vollständige
Anzeigeskala, und Fig. 7 und 7a eine modifizierte Form einer Anzeigeskala.
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Blutdruckmeßgeräte der hier interessierenden Art weisen eine aufpumpbare
Manschette auf, die um den Oberarm des Patienten gelegt und aufgepumpt wird, bis
die Armschlagader praktisch gesperrt ist. Anschließend läßt man die Luft allmählich
aus der Manschette wieder ab, wobei Werte von einigen Millimetern pro Sekunde üblich
sind, empfohlen werden 2 mm pro Sekunde (was aber bereits eine erhebliche Belastung
des Patienten darstellt). Sobald das korotkoffsche Geräusch erstmals auftritt, wird
der dann herrschende Manschettendruck gemessen bzw. der angezeigte Meßwert wird
notiert. Die Luft wird möglichst gleichmäßig weiter abgelassen, die korotkoffschen
Geräusche werden verfolgt und der beim letzten korotkoffschen Geräusch auftretende
Blutdruckwert wird wieder
gemessen bzw. abgelesen und notiert. Das
Auftreten von korotkoffschen Geräuschen wird dabei mit einem Mikrophon oder dergleichen
erfaßt, dessen Ausgangsspannung in Impulse umgesetzt wird, die der Anzeigeschaltung
zugeführt werden. Dieser allgemeine Aufbau eines Blutdruckmeßgerätes der hier interessierenden
Art ist der Obersichtlichkeit halber in den Zeichnungen nicht dargestellt.
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Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist einen Druck-Wandler 31 auf,
der eine dem Manschettendruck entsprechende Spannung an einen Komparator 32 liefert.
Am anderen Eingang des Komparators 32 liegt der Analog-Ausgang eines AD-Wandlers
33, der von einem Oszillator 34 mit etwa 10 kHz gespeist wird und der einen Binärzähler
und ein R-2R-Netzwerk enthält, so daß er eine Sägezahnspannung am Ausgang liefert.
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Sobald die Spannung des Säge zahns vom Wandler 33 gleich der Ausgangsspannung
vom Druckwandler 31 ist,gibt der Komparator 32 einen Spannungseprung an den Takteingang
eines D-Flipflops 35. Am anderen Eingang dieses D-Flip-Flpp 35 liegt der Ausgang
eines UND-Gatters 36, dem das Korotkoff-Signal zugeführt wird, am anderen Eingang
des letzteren liegt eine Betätigungstaste 37, die in der dargestellten Ruhestellung
Signalspannung an den Eingang des UND-Gatters 36 liefert.
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Der Ausgang des D-Flip-Plops 35 liegt am Read-Write-Eingang eines
Schreib-Lese-Speichers mit willkürlichem Zugriff, kurz RAM 37, der so viele Speicherplätze
hat wie Anzeigeelemente vorgesehen sind, im dargestellten Ausführungsbeispiel 128.
An den Dateneingängen des RAM 37 liegen die digitalisierten Werte des Säge zahn
vom AD-Wandler 33 in Binärdarstellung von 7 Bit. Die drei niedrigwertigsten Bits
dieser Binärdarstellung liegen an den Eingängen eines BC-8-Dekoders 38, die vier
höherwertigen Bits an den Eingängen eines BC-16-Dekoders 39. Der Datenausgang des
RAM 37 liegt am Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders 38 für die drei niedrigwertigen
Bit; die zwischen dem Datenausgang des RAM 37 und dem Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders
38s liegenden Gatter werden später erläutert.
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Die Ausgangsleitungen des BC-8-Dekoders 38 führen zu einer Speicher-latch-Schaltung
40, die in Fig. 6 näher dargestellt ist. Jeder Ausgangsleiter 1...8 des BC-8-Dekoders
38 führt zum Setz-Eingang eines R-S-Flip-Flops 4#, an dessen Q-Ausgang der Dateneingang
eines D-Latch 42 liegt. Der Ausgang des D-latch 42 führt zu einer Treiberschaltung
43, die zu den Element-Eingängen einer nicht näher dargestellten Matrix-Schaltung
von Leuchtdioden führt, die 16. Gruppen zu Je 8 Leuchtdioden enthält, die in gleichmäßigen
Abständen über einen Kreisbogen von beispielsweise 270 0 einer Anzeige 44 verteilt
sind. Damit lassen sich alle geradzahligen Blutdruckwerte zwischen 40 und 296 mm
Quecksilbersäule anzeigen bzw. entsprechenden Werte in SI-Einheiten, die allerdings
erst langsam in der Medizin Eingang finden.
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Die 16 Ausgangsleitungen des DC-16-Dekoders 39 führen direkt zu den
entsprechenden Eingängen einer Treiberschaltung 45, deren Ausgangsleitungen zu den
Gruppen-Eingängen der iieuchtdiodenmatrix führen.
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Die bisher beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt, wobei unterstellt
wird, daß die Gatter zwischen dem Datenausgang des RAM 37 und dem Inhibit-Eingang
des BC-8-Dekoders 38 den Ausgangsimpuls des RAM 37 durchlassen, die anderen Fälle
werden später besprochen. Während der Messung gelangt ein Korotkoff-Signal über
das UND-Gatter 36 an den D-Eingang des D-Plip-Flop 35, und sobald der Komparator
32 Gleichheit der Spannung von Druckwandler 31 und A-D-Wandler 33 an den Takteingang
des D-Flip-Flop 35 meldet, gibt dieser einen Impuls an denRe'ad-Write-Eingang des
XAM 37 ab, dessen Vorderflanke der Schreibimpuls für das ILAM 37 ist. In das RAM
38 wird daraufhin der betreffende Binär-Wert vom A;D-Wandler 33 eingeschrieben.
Wenn in dem auf die Beendigung des Korotkoff-Signals folgenden Zyklus
des
A-D-Wandlers wieder dieser eingeschriebene Wert auftritt, liegt ja keine Vorderflanke
am Read-Write-Eingang des RAM 37 sondern der normale Lesebefehl, so daß ein Datenimpuls
am Datenausgang des RAM 37 abgegeben wird, und an den Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders
38 kommt. Dieser wird dadurch freigegeben, so daß der betreffende Ausgang des BC-8-Dekoders
hoch wird und den daran angeschlossenen der Flip-Flops 41 setzt. Sobald der höchstwertige
Eingang des BC-8-Dekoders 38 von hoch auf niedrig umschaltet, was bei Gruppenwechsel
der Fall ist, kommt Signal an die Takteingänge aller D-Latch 42, und die in den
gesetzten Flip-Flops 41 gespeicherten Daten werden jeweils in das betreffende D-Iatch
42 eingelesen. Diese steuern die betreffenden Treiber an, so daß die betreffenden
Leicht dioden der Anzeigematrix in der Anzeigeeinheit 44 angesteuert werden. Über
den DC-16-Dekoder 39 und die daran angeschlossene Treiberschaltung 45 ist eine Gruppenleitung
erregt, so daß die angesteuerte bzw. angesteuerten einzelnen LED dieser Gruppe erregt
werden. Das Gruppenumschaltsignal (Signal am höchstwertigen Eingang c des BO-8-Dekoders
38 geht niedrig) gelangt über eine RC-Verzögerungsschaltung mit einer Verzögerung
von etwa 10 Mikrosekunden an die Rückstelleingänge der RAkFlip-lops 41 und setzt
diese zur Aufnahme der Daten für die nächstfolgende Gruppe zurück. Es werden also
zunächst die Einzelelementedaten für eine Gruppe zwischengespeichert und später
angezeigt, während die Daten für die Einzelelemente der nächsten Gruppe in den Flip-l9Lops
41 zwischengespeichert werden. Bei der dargestellten Ausführungsform und den angegebenen
Zahlenwerten ergibt sich damit eine Scan -Rate für die Leuchtdioden von ca. 50 Hz.
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Vor dem Inhibit-Eingang des BG-8-Dekoders 38 liegt ein UND-Gatter
45, das in der vorangegangenen Beschreibung als offen unterstellt wurde. Dem einen
Eingang des UND-Gatters 45 wird über ein EXOR-Gatter 46 iAusschließlich-Oder-Gatter),
das zunächst auch weiterhin als "offen" angesehen werden soll, der Datenausgang
des RAM 37 zugeführt. Am anderen Eingang des UND-Gatters 45 liegt über ein ODER-Gatter
47 der Ausgang eines Monoflops 48, der im dargestellten Ausführungsbeispiel eine
Impulsdauer von 10 Sekunden hat. Dieser kann über die Taste 37 oder über eine weitere
Taste 49 angestoßen werden. Am anderen Eingang des ODER-Gatters 47 liegt über eine
andere Taste 50 während der Messung Signalspannung. Die Tasten 37, 49 und 50 sind
mit einer weiteren, nicht dargestellten Taste gegenseitig auslösbar und haben, nach
Einschalten des ebenfalls nicht dargestellten Hauptschalters, folgende Funktionen:
Die nicht dargestellte Taste schaltet die Versorgungsspannung der gesamten dargestellten
Schaltung aus, so daß auch in RAM 37 gespeicherte Daten gelöscht werden, es wird
die Pumpe zum Aufpumpen der nicht dargestellten Manschette eingeschaltet, der Druckablaß
der Manschette ist geschlossen.
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Die Taste 50 wird betätigt, wenn der Manschettendruck mit Meßgeschwindigkeit
(beispielsweise 3 mm Quecksilbersäule pro Sekunde) in etwa linear abgelassen wird,
und schaltet die Versorgungsspannung der Schaltungsanordnung ein und legt Signalspannung
an den einen Eingang des ODER-Gatters 47.
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Daraufhin geht der daran angeschlossene Eingang des UND-Gatters 45
hoch, so daß Impulse vom XAM 37 zum Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders 38 in der
beschriebenen Weise gelangen können. Wenn erkennbar ist, daß keine Korotkoff-Geräusche
mehr auftreten, wird die Taste 37 betätigt. Durch diese wird der schnelle Druckablaß
der Manschette geöffnet, so daß die Belastung des Patienten sobald wie möglich aufhört,
der
Eingang des UND-Gatters 36 wird tiefgelegt, so daß keine Korotkoff-Signale mehr
zum Flip-Flop 35 und weiter in die Schaltung kommen, und der Monoflop 48 wird getriggert,
so daß dieser für 10 Sekunden über das ODER-Gatter 47 hoch an den Eingang des UND-Gatters
45 legt , so daß die beschriebene Arbeitsweise für 10 Sekunden weitergeht, d.h.
die leuchtanzeige leuchtet 10 Sekunden lang nach Beendigung der Messung. Wird die
Taste 49 gedrückt, wird nochmals der Monoflop 48 angestoßen und legt über ODER-Gatter
47 den Eingang des UND-Gatters 45 wieder hoch, so daß nochmals für 10 Sekunden Datenimpulse
vom Ram 37 zum Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders 38 gelangen können, so daß die
Leuchtanzeige nochmals für 10 Sekunden aktiviert wird; das kann beliebig oft wiederholt
werden.
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An den wweiten Eingang des EXOR-Gatters 46 ist über ein UND-Gatter
51 einerseits ein Oszillator 52 angeschlossen, der im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel
Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 1 Hz liefert,und andererseits der Ausgang
eines Digital-Komparators 531 dem einerseits der Digital-Ausgang des A-D-Wandlers
33 und andererseits der gespeicherte Ausgang einer Puiszahl-Rechenschaltung 54 zugeführt
wird, in der aus dem Korotkoff-Signal die Pulszahl errechnet wird. Solche Schaltungen
sind bekannt; diese Schaltung braucht deshalb hier nicht erläutert zu werden.
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Wenn dem Digital-Komparator 53 vom A-D-Wandler 33 der Digitalwert
gemeldet wird, der der Puls zahl von der Rechenschaltung 54 entspricht, liefert
dieser "hoch" an den angeschlossenen Eingang des UND-Gatters 51. Das UND-Gatter
51 liefert daraufhin Impulse entsprechend dem Ausgang des Oszillators 52 an den
angeschlossenen Eingang des EXOR-Gatters 45, so daß dieses im gleichen Rhythmus
Impulse an den angeschlossenen Eingang des UND-Gatters 45 liefert, und
zwar
gleichphasig, wenn vom RAM 37 kein Signal kommt, und invertiert, wenn vom RAM 37
gleichzeitig Impulse kommen. Damit wird, im dargestellten Ausführungsbeispiel mit
dem 1 Hz-Takt, das UND-Gatter 45 gesperrt bzw.
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geöffnet, so daß auch der Inhibit-Eingang des BC-8-Dekoders 38 in
diesem Takt freigegeben wird. Dementsprechend blinkt die der Puls zahl zugeordnete
Leuchtdiode in der Anzeige 44 im Takt des Oszillators 52, also beispielsweise im
1 Hz-Takt so daß die Pulszahl angezeigt wird, gleichgültig, ob diese nun in das
zwischen gystole und Diastole erscheinende Deuchtband fällt oder außerhalb desselben
liegt.
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Eine Ausführungsform mit Mikroprozessor und LCD-Sichtanzeige ist in
Figur 4 dargestellt.
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Der Controller ist lediglich für hohe Segmentzahlen eingesetzt, z.B
können 98 Segmente ohne Controller direkt angesteuert werden.
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Als besonders geeigneter Mikroprozessor für batteriebetriebene Geräte,
die klein, handlich und leicht sind, kommt der uP D 7502 oder 7503 als besonders
vorteilhaft in Frage. Die Rechen- und Speicherkapazität reicht voll aus, der Stromverbrauch
ist sehr gering. DerjuP übernimmt dabei folgende Funktionen: 1. Auswertung des Signals
vom Druckaufnehmer: Bei Druck Null: Gerät aus, Anzeige löschen. Bei Druck>O,
Einschalten des jeweiligen dem Druck zugeordneten Anzeigesegmentes.
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2. Bei Auftreten des ersten Korotkoff-Geräusches in der Druck-Ablaßphase,
Einschalten des jeweiligen zum Druck gehörigen Anzeigesegmentes und Erhalten des
Einschaltzustandes (Systotischer Wert).
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3. Zählen der Zahl der Korotkoff-Geräusche in einem vorgegebenen Zeitraum,
zur Pulsermittlung. Umrechnen auf die in einer Minute anfallende Zahl (Multiplikation
z. B.).
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Rhythmisches Einschalten ("blinken") des jeweiligen Anzeigeelementes,
das dieser Zahl (minütliche Zahl des K-Geräusche) entspricht. Z. B.
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Korotkoff Zahl 68 pro Minute, Einschalten von Segment 68 auf der
Skala 68 mmHg 4. Bei Verstummen des K-Geräusches in der Druckablaßphase Einschalten
des diesem Druck zugeordneten Segmentes und Halten des Einschaltzustandes (Diastolischer
Wert).
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5. Für den Fall, daß zufällig das unter der Bedingung in 2 oder 4
eingeschaltete Element mit dem unter der Bedingung 3 rhythmisch ein- und ausgeschalteten
Element übereinstimmen sollte, so soll dieses Element rhythmisch ein- und ausgeschaltet
werden.
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Um keine andere Möglichkeit auszulassen, kann die Verknüpfung permutiert
werden. z. B. kann nicht nur das jeweilige Endsegment eingeschaltet werden, sondern
auch alle Segmente dazwischen: Beispiele dafür sind in Figuren 5a, b, c und d veranschaulicht.
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Das detaillierte Aussehen der Skala ist aus Figuren 6 und 6a zu entnehmen.
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Die Segmente innen stellen die Anzeige dar, sie werden durch die angelegte
Spannung dunkel gesteuert. Der Vorteil der Anordnung besteht in der leichten und
genauen Zuordnung der Anzeigesegmente durch die Unterteilung in längere und kürzere
Striche.
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Ein Einzelsegment hat dabei die in Figur 6a gezeigte Pfeil form (in
der Kreiszeichnung die dicken inneren Striche).
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Die eigentliche Skala ist lediglich aufgedruckt, so daß die aktive
LCD-Fläche bereits am Radius zwischen innerer und äußerer Skalierung enden kann.
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Im Falle der Doppelskalierung (Fig. 7 und 7A) sollte die Kpa-Skala
außen, die Hg-Skala innen sein, zwischen beiden befindet sich die Segmentanzeige
(Fig. 7a)
Die Skalierung kann farbig ausgefüllt werden, so daß
normale und pathologische Systolen und Diastolen Werte unterschieden werden können
Außerdem können die Anzeigesegmente durch farbige Folien oder Glasfilter getönt
werden.
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In den Aufgaben der pP s kann als 6. Punkt hinzugefügt werden, daß
unter halb 50 mmHg ein elektromagnetisches Ventil betätigt wird, das die Manschettenluft
schnell abläßt.
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