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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
folgende Erfindung betrifft ein System zur EKG-Überwachung. Insbesondere betrifft
die vorliegende Erfindung ein neuartiges System und Verfahren, um
die Abschirmungen von Elektrodenzuleitungsdrähten zu werden.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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In
der bekannten Technik ist ein System zur EKG-Überwachung bekannt, wie es
durch das Diagramm in 1 angegeben ist. In 1 ist
der gleiche Patient P schematisch durch zwei Bilder des Torso angegeben,
wobei das untere Bild eine herkömmliche
Vierpunkt-Anordnung von Messelektroden R, F, L und N (sogenannte
Gliedmaßenelektroden)
zeigt. Der Klarheit halber zeigt das obere Bild separat eine herkömmliche
Anordnung von EKG-Messelektroden, d.
h. präkordiale
Elektroden V1, V2,
V3, V4, V5, V6 auf dem Thorax
des Patienten. Zusammen bilden die Gliedmaßenelektroden und die präkordialen
Elektroden ein sogenanntes 12-Zuleitungsanschlusssystem. Ein sogenanntes
5-Zuleitungsanschlusssystem, das ebenfalls bei EKG-Messungen verwendet
wird, besteht aus Gliedmaßenelektroden
zusammen mit einer der präkordialen
Elektroden, z. B. R, F, L, N und V1.
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Jede
Messelektrode ist mit einem Signalzuleitungsdraht 1–10 versehen,
die ferner mit ersten Anschlusselementen 11 ausgestattet
sind. Das EKG-Überwachungssystem
umfasst ferner einen Sammelanschluss 13, der mit zweiten
Anschlusselementen 14 ausgestattet ist, um die ersten Anschlusselemente 11 des
Signalzuleitungsdrahts aufzunehmen. Der Sammelanschluss kann entweder
in den Sammelkabeln 12 mit einem Adapter 24 an
seinem Ende oder unmittelbar an der Verstärkereinheit 16 sitzen.
Das System umfasst ferner eine EKG-Vorrichtung 30.
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Die
Schaltkreisanordnung zum Messen eines EKG mit 5 oder 12 Zuleitungen
ist in 2 angegeben. Der Sammelanschluss 13 umfasst
insgesamt zwanzig Anschlusselemente 14. In der oberen Reihe auf
der linken Seite befinden sich runde Anschlusselemente 141 für
den oberen Teil der Anschlusselemente 11, was Verbindungen
für die
Signalzuleitungsdrähte
1–5 bereitstellt,
die von den Gliedmaßenelektroden
R, F, L, N und einer präkordialen
Elektrode V1 kommen. In dem rechtsseitigen
Teil der oberen Reihe ist der obere Teil der Anschlusselemente 11 mit
den runden Anschlusselementen 14 verbunden, was Verbindungen
für die
Signalzuleitungsdrähte
6–10 bereitstellt,
die von den präkordialen
Elektroden V2, V3,
V4, V5 und V6 kommen. Die rechteckigen Anschlusselemente 142 in der unteren Reihe sind für die unteren
Teile der Anschlusselemente 11, was für Verbindungen für die Zuleitungsdrahtabschirmungen SH
sorgt. Die Anschlusselemente 142 stellen
eine Abschirmung-Masse-Verbindung 39 bereit, die in diesem
Fall die Verstärkermasse
G ist. Die zweifachen Anschlusselemente 11 entsprechen
dem AAMI-Standard.
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Funktionen
der N-Elektrode besteht darin, die Potentiale des Patienten und
des Verstärkers auszugleichen.
Hierfür
ist die N-Elektrode
herkömmlicher
Weise mit der Verstärkermasse
G entweder unmittelbar oder über
einen einzelnen Widerstand oder ein Netzwerk von Widerständen und
Kapazitäten
verbunden. Der Potentialunterschied kann ferner mit einem elektronischen
Schaltkreis 34 verringert werden, der aktiv das Potential
des Patienten näher
an das Potential des Verstärkers
bringt, der oftmals als Right-Led-Drive-Schaltkreis (RLD) bezeichnet
wird. Diese Art von Treibern umfasst einen Strom begrenzenden Schaltkreis,
der typischer Weise auf einen maximalen Strom eingestellt ist, der
bei einem Zustand mit einem einzelnen Fehler zulässig ist (EN60601-1).
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Widerstände R schützen Vorverstärker 35, einen
RLD-Schaltkreis 34 und einen Impedanzmessschaltkreis 33 vor Überspannungen
und begrenzen die Ströme
durch Elektroden bei Defibrillation.
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Die
Veröffentlichung
US 4,417,590 offenbart ein
mehrkanaliges EEG-Instrumentensystem, bei dem Signale von gewählten Elektroden
miteinander verknüpft
und als Mittelwert oder Referenzpotential für einen Eingang des gemeinsamen
Signalpfads verwendet werden. Die Elektrodenauswahlschalter und
der Eingang des ge meinsamen Signalpfads sind von der Systemmasse
elektrisch isoliert. Die Masseelektrode der Messelektroden ist über einen
analogen Schalter und eine Strom begrenzende Vorrichtung mit isolierter
Masse verbunden.
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Ebenfalls
in der bekannten Technik offenbart die Patentanmeldung WO 01/06923
ein in 3 gezeigtes Zuleitungsgruppen- und Anschlussanordnungssystem,
das sowohl als 5-Zuleitungsmesssystem als auch als 12-Zuleitungsmesssystem
arbeiten kann und bei dem es möglich
ist, die Gliedmaßenelektroden-
und präkordialen
Elektrodenteile des Sammelanschlusses 13 zu kombinieren,
was es der gleichen Verstärkereinheit
ermöglicht,
alternativ in einem 5-Zuleitungsmesssystem mit abgeschirmten Zuleitungsdrähten 37 oder
in einem 12-Zuleitungsmesssystem mit nicht geschirmten Zuleitungsdrähten 38 zu
arbeiten. Bei diesem System kann ein kleiner und leichter Sammelanschluss
verwendet werden.
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Die
Schaltkreisanordnung zum Messen eines EKG's mit 5 oder 12 Zuleitungen ist in 4 gezeigt.
Bei dieser Anordnung werden die runden zweiten Anschlusselemente 141 beim Messen eines EKG's mit 12 Zuleitungen
für die
ersten Anschlusselemente 11 der Zuleitungsdrähte 1–5 verwendet,
die von den Gliedmaßenelektroden
R, F, L, N und einer präkordialen
Elektrode V1 kommen (nicht abgeschirmte
Gruppe 38 mit 12 Zuleitungen). Mit den rechteckigen zweiten
Anschlusselementen 142 der unteren
Reihen sind die ersten Anschlusselemente 11 der Zuleitungsdrähte 6–10 verbunden,
die von den präkordialen
Elektroden V2, V3,
V4, V5 und V6 kommen (nicht abgeschirmte Gruppe 38 mit
12 Zuleitungen).
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Im
Fall eines EKG mit 12 Zuleitungen besteht eine mögliche Konfiguration von Zuleitungsgruppen aus
AAMI-kompatiblen Anschlüssen
mit Abschirmungen, die mit den unteren, rechteckigen Anschlüssen 142 verbunden sind (abgeschirmte Gruppe 37 mit
5 Zuleitungen). In diesem Fall können
analoge Schalter 18–22 innerhalb
der Verstärkereinheit
verwendet werden, um eine Abschirmung-Masse-Verbindung 39 für die unteren
Anschlussstifte 142 und somit für die Zuleitungsabschirmungen
SH bereitzustellen.
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Die
Verwendung von abgeschirmten Signalzuleitungsdrähten ist insbesondere bei EKG-Überwachung
bedeutsam, die während
Anästhesie
durchgeführt
wird, weil chirurgische Operationen oftmals unter Verwendung einer
sogenannten diathermischen Vorrichtung durchgeführt werden, d. h. ein elektrisches
chirurgisches Messer, dessen Hochfrequenzstrom ansonsten den EGK-Überwachungsprozess
durcheinander bringen würde,
aber auch bei Intensivpflegeüberwachung,
wo Leitungsspannungsinterferenz und elektrostatische Spannungen,
die sich unmittelbar in die Zuleitungsdrähte einkoppeln, ein bedeutsames
Problem darstellen können.
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Berücksichtigt
man die bekannte Technik, bleiben ungelöste technische Probleme, die
mit der Verwendung der analogen Schalter 18–22 in
Verbindung stehen, um eine Abschirmung-Masse-Verbindung für die Zuleitungsdrahtabschirmungen
bereitzustellen. Wenn man von der Messbetriebsart mit 5 zu der mit
12 Zuleitungen wechselt, indem präkordiale Elektroden hinzugefügt werden,
wird ein Strompfad mit geringer Impedanz zwischen dem Treiberschaltkreis 34 für das rechte
Bein und der Verstärkermasse G
erzeugt, wenn die präkordialen
Elektroden über
die analogen Schalter 18–22 mit der Verstärkermasse
G verbunden sind. Weil bei dieser Art eines elektronischen Schaltkreises
immer geringe Offset-Spannungen vorhanden sind, kann der Ausgang
des RLD-Schaltkreises bis zu der Stromgrenze gesteuert werden, was
den RLD-Schaltkreis effektiv betriebsunfähig macht. Weil Verbindungen
von Elektroden und Zuleitungsdrähten
bei dieser Vorgehensweise ein normaler Betriebsvorgang sind, muss
die Stromgrenze des RLD-Schaltkreises ferner so eingestellt werden,
dass sie dem während
eines normalen Betriebs maximal zulässigen Stroms von 10 μA (EN60601-1)
entspricht, wobei dadurch der Wirkungsgrad des Schaltkreises verglichen
mit dem typischer Weise verwendeten Grenzwert von 50 μA beschränkt wird.
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Berücksichtigt
man die bekannte Technik, gibt es auch weiterhin ein ungelöstes technisches Problem,
das mit dem Wechsel von der Messbetriebsart mit 5 zu der mit 12
Zuleitungen im Fall des kombinierten Sammelanschlusses in Beziehung steht.
Wenn die EKG-Elektroden anfänglich
an dem Patienten angebracht werden und die analogen Schalter 18–22 offen
sind, vermag die EKG-Vorrichtung
die Anzahl von verwendeten Elektroden abzuleiten, indem die Signalcharakteristika
von den unterschiedlichen Signalleitungen analysiert werden. Wenn
die analogen Schalter geschlossen sind, ist es nicht möglich, auf
der Grundlage von Signalcharakteristika ein Hinzufügen von
präkordialen
Elektroden zu detektieren, wobei es daher keine Möglichkeit
für den Verstärker gibt,
das Hinzufügen
der präkordialen Elektroden
zu detektieren und auf diese Weise automatisch von der Messbetriebsart
mit 5 zu der mit 12 Zuleitungen zu wechseln.
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Um
die eben genannten Unzulänglichkeiten zu
verringern, offenbart die Patentanmeldung WO 01/06923 ein Verfahren,
das Hinzufügen
von präkordialen
Elektroden auf der Grundlage einer speziellen Anordnung zu detektieren,
die der Abschirmung des Zuleitungsdrahts für die N-Elektrode zugeordnet
ist, der dem Signalzuleitungsdraht V6 entspricht.
Diese Anordnung ist nicht optimal, weil in diesem Fall der Moment
einer Änderung
von der Messbetriebsart mit 5 zu der mit 12 Zuleitungen in dem Überwachungsgerät von der
Reihenfolge abhängt,
in der die präkordialen
Elektroden mit dem Patienten verbunden werden.
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Eine
mögliche
Lösung
würde darin
bestehen, die Aktivierung des Strom begrenzenden Merkmals für den RLD-Schaltkreis
als Indikator eines Hinzufügens
einer präkordialen
Elektrode zu verwenden. Diese Lösung
ist nicht wünschenswert,
weil sie auf der Einstellung des Stromgrenzwerts auf relativ niedrige
10 μA basieren
würden.
Ferner würde
der Anschluss einer präkordialen
Elektrode den RLD-Schaltkreis zeitweise betriebsunfähig machen.
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AUFGABE DER
ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben beschriebenen Nachteile
zu überwinden,
die mit der wechselnden Verwendung von Anschlusselementen in einem
EKG-Anschluss entweder zur EKG-Aufzeichnung oder zum Erden von Zuleitungsdrahtabschirmungen
in Beziehung stehen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist in Anspruch 1 definiert. Analoge Schalter werden verwendet,
um die Abschirmungen der Elektrodenzuleitungsdrähte nicht unmittelbar mit der
Verstärkermasse,
sondern mit einem elektronischen Schaltkreis (Schaltkreis zum Erden von
Abschirmungen) zu 26 verbinden, der Ausgangseigenschaften hat, die
für ein
ausreichendes Erden der Zuleitungsdrahtabschirmungen sorgen, den Strom
während
normalen Betriebs begrenzt und eine Detektion des Hinzufügens von
präkordialen
Elektroden ermöglicht.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist der Schaltkreis zum Erden von Abschirmungen eine
Quelle für
konstante Spannung mit einem Strom begrenzenden Merkmal. Wenn dem Überwachungsaufbau
eine oder mehrere präkordiale Elektroden
hinzugefügt
werden, zieht diese Art Schaltkreis einen konstanten Gleichstrom
von dem RLD-Schaltkreis, macht diesen aber nicht betriebsunfähig. Das
Hinzufügen
der präkordialen
Elektrode(n) kann entweder auf der Grundlage des Strom begrenzenden
Schaltkreises oder durch Analyse eines aufgezeichneten EKGs von
den präkordialen Elektrode(n)
detektiert werden.
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Ferner
kann bei einer Ausführungsform
der Erfindung das Hinzufügen
der präkordialen
Elektrode(n) unter Verwendung eines Spannungsvergleichs detektiert
werden, wobei daher die Spannung über dem Strom begrenzenden
Schaltkreis mit einer vorab definierten Bezugsspannung verglichen
wird. Sobald die Spannung über
dem Schaltkreis die bestimmte Grenze überschreitet, kann das Hinzufügen detektiert
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die aufgenommen sind, um für ein weiteren Verständnis der Erfindung
zu sorgen, und die einen Teil dieser Spezifikation bilden, veranschaulichen
Ausführungsformen der
Erfindung und tragen zusammen mit der Beschreibung dazu bei, die
Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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In
den Zeichnungen:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines bekannten Systems,
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2 ist
ein Beispiel der Schaltkreisanordnung des in 1 gezeigten
Systems,
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3 ist
eine schematische Darstellung eines weiteren bekannten Systems,
das die vorliegende Erfindung betrifft,
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4 ist
eine Ausführungsform
der Schaltkreisanordnung des in 3 gezeigten
Systems verbessert mit der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nun im Einzelnen auf die Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung Bezug genommen. 4 zeigt
ein vollständiges
System, bei dem ein Schaltkreis 27 zum Erden von Abschirmung gemäß der Erfindung
bei einem bekannten System angewendet wird.
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Wie
in 4 gezeigt, enthält der Sammelanschluss 13 bei
der bekannten Ausführungsform
eine Anzahl von Anschlusselementen 14; 141 , 142 , die der Anzahl von Messelektroden
entspricht, die in dem Standard für EKGs mit 12-Zuleitungen definiert
ist, d. h. eine Gesamtanzahl von 10 Anschlusselementen. Wie zu erkennen,
sind die Verbindungselemente für die
Zuleitungsdrähte
1–4, die
mit den Gliedmaßenelektroden
R, F, L, N verbunden sind, und für
einen Zuleitungsdraht 5 der präkordialen Elektrode V1 in der oberen ersten Reihe 141 in dem Sammelanschluss 13 angeordnet.
Die Verbindungselemente für
die übrigen
Zuleitungsdrähte
6–10,
die mit den übrigen
der präkordialen
Elektroden V2, V3,
V4, V5, V6 verbunden sind, sind in der unteren zweiten
Reihe 142 in dem Sammelanschluss 13 angeordnet,
wobei die zweite Reihe 142 paarweise
zu der ersten Reihe ausgerichtet ist.
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Die
Elektronik der Verstärkereinheit
in 4 ist mit analogen Schaltern 18–22 ausgestattet,
die durch den Mikroprozessor der EKG-Vorrichtung (nicht gezeigt)
steuerbar sind. Wenn sich die analogen Schalter 18–22 in "offenen" Anschlusspositionen befinden,
werden die Messsignale von allen Messelektroden R, F, L, N; V1, V2, V3,
V4, V5, V6 in der 12-Zuleitungsgruppe 38 zu
den Vorverstärkern 35 und
ferner zu der Signalverarbeitungsstufe in der EKG-Vorrichtung (nicht
gezeigt) weiter geleitet. In den "geschlossenen" Verbindungspositionen stellen die analogen
Schalter 18–22 eine
Verbindung zwischen der zweiten Gruppe von Anschlusselementen 142 in der unteren zweiten Reihe des Sammelanschlusses 13 und
dem Schaltkreis 27 zum Erden von Abschirmungen her. Wenn
sich die analogen Schalter 18–22 in der "geschlossenen" Verbindungsposition
befinden, kann die zweite Gruppe von Anschlusselementen 142 verwendet werden, um Abschirmung-Masse-Verbindungen
für eine
mögliche
elektrostatische Abschirmung über
die Zuleitungsdrähte
1–5 des
5-Zuleitungssystems 37 bereit zu stellen, die mit der oberen ersten
Reihe 141 verbunden sind.
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Bei
dieser Anordnung können
sowohl die 5- als auch die 12-Zueitungs-EKG-Betriebsarten mit dem
gleichen kompakten Sammelanschluss verwendet werden, der einen herkömmlichen
existierenden Sammelanschluss ersetzt, der für ein 5-Zuleitungssystem ausgelegt
ist, was in der Praxis bedeutet, dass die Abschirmung-Masse-Verbindungen 142 des 5-Zuleitungssystems 37 von
den präkordialen
Elektroden V2, V3,
V4, V5, V6 des 12-Zuleitungsystems 38 als
Signalleitungen verwendet werden. In der 12-Zuleitungsmessbetriebsart
werden die Signalzuleitungsdrähte
ohne Abschirmung-Masse-Verbindungen verwendet, wohingegen in der
5-Zuleitungsmessbetriebsart die vorhandenen Signalzuleitungsdrähte wie üblich mit
Abschirmung-Masse-Verbindungen verwendet werden.
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Block 27 in 4 veranschaulicht
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung, bei der eine Abschirmung-Masse-Verbindung 39 zu
dem Schaltkreisblock 27 zum Erden von Abschirmungen geführt ist.
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Die
Elektronik in dem Schaltkreis 27 zum Erden von Abschirmungen
ist um einen Betriebsverstärker 28 herum
aufgebaut, wobei der Schaltkreis als Spannungspuffer arbeitet. Die
Ausgangsimpedanz dieses Puffers sollte relativ klein sein, z. B.
kleiner als 10 kOhm, vorzugsweise über den gesamten Frequenzbereich
des EKG-Signals, z. B. 150 Hz oder wenigstens über die Frequenz der Versorgungsspannung,
d. h. 50 Hz, solange der Strom am Ausgang des Schaltkreises zum
Erden von Abschirmungen unter einer vorab definierten Grenze liegt,
z. B. 10 μA.
Wenn der Strom in der Ausgabe diesen Grenzwert überschreitet, wird die Ausgangsimpedanz
des Schaltkreises sehr hoch, wobei dadurch der Strom auf den vorab
definierten Wert begrenzt wird.
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In
dem Block 27 dient der Widerstand 29 als Strom
begrenzende Komponente. Während
normalen Betriebs erzeugen in die Zuleitungsdrahtabschirmungen eingekoppelte
elektrische Felder Ströme, die
deutlich kleiner als der oben genannte Stromgrenzwert sind, wobei
dadurch der Verstärker
in einer Betriebsart mit geringer Ausgangsimpedanz bleibt.
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Die
Bezugsspannung für
diesen Puffer ist eine Gleichstromspannung 31. Diese Gleichstromspannung
ist derart gewählt,
dass sie sich etwas von dem beabsichtigten Wert des RLD-Schaltkreises
unterscheidet. Sie kann nominell auch die gleiche sein, was aber
in der Praxis aufgrund von nicht idealen Zuständen, wie Offset-Spannungen
in den Verstärkerkomponenten,
auch zu dem gewünschten
Verhalten führt.
Anfänglich
wird das Potential des Patienten im Verhältnis zu der Verstärkermasse
auf den beabsichtigten Wert des RLD-Schaltkreises eingestellt. Wenn wenigstens
eine präkordiale
Elektrode hinzugefügt wird,
fließt
ein Gleichstrom von dem RLD zu dem Schaltkreis zum Erden von Abschirmungen.
Dieser Strom ist auf den Wert begrenzt, der von dem Schaltkreis 27 zum
Erden von Abschirmungen bestimmt ist. Wenn dieser Stromgrenzwert
(typischer Weise 10 μA)
kleiner als der Stromgrenzwert in dem RLD-Schaltkreis (typischer
Weise 50 μA)
ist, wird die EKG-Messung durch diese Ereignisse nicht gestört.
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Das
Hinzufügen
einer präkordialen
Elektrode kann auf einfache Weise detektiert werden, indem der Zustand
des Stromgrenzwerts des Schaltkreises zum Erden von Abschirmungen
beobachtet wird, der aktiviert wird. Betrachtet man den Schaltkreis
in Block 27, wird dies durchgeführt, indem die Ausgangsspannung
des Verstärkers 28 überwacht
wird, der hinsichtlich entweder der oberen oder der unteren Schiene
angesteuert wird. Die Überwachung kann
unter Verwendung des Spannungskomparators 32 vorgenommen
werden, der ein Ausgangssignal abgibt, das das Überschreiten der Bezugsspannung angibt.
Dieses Signal wird zu der EKG-Überwachungsvorrichtung
(nicht gezeigt) geführt.
Der Detektionsmechanismus ist für
eine Änderung
bei einer der präkordialen
Zuleitungsdrähte
empfindlich, wobei es damit dem Überwachungsgerät ermöglicht wird,
die Betriebsart unmittelbar unabhängig von der Reihenfolge zu ändern, in
der die präkordialen
Elektroden an den Patienten angebracht werden.
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Die
Erfindung ist nicht auf das oben angegebene Beispiel eingeschränkt, sondern
es sind die weiteren Anwendungen der Erfindung gemäß dem erfinderischen
Schritt der Patentansprüche
möglich.