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Einrichtung zur vektoriellen Darstellung der elektrischen Potentialresultaten
des Herzens aus mehr als zwei Patientenableitungen Es ist eine Einrichtung bekannt,
um den örtlichen und zeitlichen Verlauf der elektrischen Potentialresultaten des
Herzens vorzugsw,eise ,aus dnei, z. B. nach dem Vorbild des bekannten Einthovenschen
Ableitung schemas von geeigneten Stellen der Körperoberfläche, letw;a von den Extremitäten
abgenommenen Ableitungsspannungen in Form eines Vektordiagramms oszillographisch
aufzuzeichnen. Zu diesem Zweck wird ein Oszillograph mit einem einzigen Schreibsystem
benutzt, das von den Ableitungsspannungen in drei unter 600 zueinander liegenden
Koordinaten gesteuert wird. Soll die Vektorschreibung mit einer Braunschen Röhre
erfolgen, so ist diese mit drei unter je 600 zueinander geneigt angeordneten Ablenksystemen
ausgerüstet, welche den Strahl in Richtung der vektoriellen Summe ihrer Einzelwirkungen
ablenken.
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Die Erfindung bezieht sich auf derartige Elektrokardiographen, bietet
jedoch diesen gegenüber den großen Vorteil, daß sie die Verwendung von gewöhnlichen
zweiphasigen Oszillographen, bleispielsweise einer Braunschen Röhre mit den üblichen,
in zwei lotrecht aufeinanderstehenden Richtungen ablenkenden Plattenpaaren, ermöglicht.
Die Erfindung besteht darin, daß ein aus einer an sich bekannten Elektrokardiographenschaltung
vorzugsweise huber Verstärker gespeistes, mit Ohmsehen Gliedern dem jeweils benutzten
Pa: tientenableitungsschem,a phasengleich nachgebildetes Netzwerk vorgesehen ist,
das seinerseits zum Abgriff zweier aufeinander senkrecht stehender, der bekannten
zweiphasigen Ableitung entsprechender Spannungen als Steuergrößen für das Schreiborgan
des Oszillographen dient. Mit anderen Worten: Durch ein elektrisches, gleichsam
als Transformationsglied wirkendes Netzwerk wird das urspröngliche drei oder mehrphasige
Ableitungsschema zwischen Verstärker und Oszillograph in lein rechtwinkliges Schema
überführt,
welches nun auf leine Oszillographenröhre mit den üblichen
zwei Lotplattenpaaren arbeitet. Die vektorielle Addition der einzelnen Ableitungsspannungen
findet also zum T'eil in dem lerfindungsgemäßen Tr,ansformationsglied, zum Teil
im Oszillographen statt.
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Das einfachste Transformationsgliled, welches die erfindungsgemäße
Überführung eines Mehrphasenschemas, vorzugsweise eines Dreieckschemas, in ein rechtwinkliges
Zweiphasenschema ermöglicht, ist ein elektrolytischer Trog oder besser eine Wlderstandsschicht
von homogener Leitfähigkeit, auf welcher mehrere Eingangselektroden in der Art des
jeweilig gewählten Ableitungsschemas und drei weitere Elektroden in den Ecken eines
rechtwinkligen Dreiecks angeordnet sind, welche die Spannungen zur Speisung des
zweiphasigen Oszillographen liefern. Die Eingangselektroden, welche mit den Ausgängen
der Vorverstärker verbunden sind, erzeugen in der Trogflüssigkeit oder in der Widerstandsschicht
ein elektüsches Strömungsfeld, das dem im Körper herrschenden, sich um das Herz
ausbreitenden Strömungsfeld bis auf die durch die Inhomogenitäten des Körpermediums
verursachten Deformationen ähnlich ist. Mit Hilfe der im rechtwinkligen Dreieck
angeordneten Ausgangselektroden, die innerhalb der gewählten Eingangseiektroden
liegen, werden nun aus diesem künstlichen Strömungsfeld zwei untler 90° zueinander
liegende Spannungen abgegriffen und den beiden Ablenkplattenpaaren der Oszillographenröhre
zugeleitet, in welcher sie sich zweiphasig vektoriell zusammensetzen. Die vektorielle
Addition der drei Dreiecks spannungen verteilt sich also zunächst auf das Transformationsglied,
welches zwei Spannungen vektoriell addiert, und dann auf die Oszillographenröhre,
in welcher die vom Transformationsglied stammende Summe der beiden Aktionsspannungen
mit der dritten Spannung vektoriell zusammengesetzt wird.
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In der Fig. 1 ist leine praktische Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Transformationsgliedes und seine Schaltung zwischen Verstärker und Oszillograph
schematisch dar-, gestellt. A stellt das eigentliche Transformationsglied dar, B
die Oszillographenröhre, und C ist ein aus zwei Verstärkern bestchender Vorverstärkerkomplex,
welche mit gemeinsamem Kathodenpunkt in an sich bekannter Weise mit den Extremitäten
des Patienten O verbunden sind. Das TransformationsgliedtA besteht in dem gewählten
Beispiel aus einer homogenen Widerstandsschicht, auf welche drei Elektroden a, b
und c in Form eines - gleichseitigen Dreiecks aufgesetzt sind. Diese drei Elektroden
sind mit den Ausgängen der beiden Verstärker F und G verbunden, und zwar derart,
daß zwischen a und b die verstärkte Spannung II und zwischen b und c die verstärkte
Ableitungsspannung III entsteht. Als Differenz von II und III entsteht dann die
Ableitungsspannung I zwischen a und c. Infolgedessen bildet sich in der Widerstandsschicht
um die Elektroden,a, c, cein elektrisches Strömungsfeld aus, welches aus der ursprünglichen
Spannungsresultanten des Patienten als unmittelbar hervorgegangen betrachtet werden
kann.
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Erfindungsgemäß werden nun aus diesem Strömungsfeld zwei neue Spannungskomponenten
mit Hilfe der rechtwinklig zueinander liegenden Elektroden d, e und f abgegriffen
und den beiden Ablenkplattenpaaren der Oszillographenröhre B zugeführt. Die Wirkung
der erfindungsgemäßen Einrichtung kann man sich am einfachsten so vorstellen, als,
ob sie unmittelbar nach einem rechtwinkligen Extremitätsschema vom Patienten abgeleitet
worden wäre, das les in Wirklichkeit wegen der anatomischen Lage der Extremitäten
allerdings nicht gibt.
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Der Vorteil dieser Anordnung gegenüber der bekannten dreiphasigen
Einrichtung be ruht darin, daß eine der üblichen Oszillographenröhren verwendet
werden kann, während die vektorielle Zusammensetzung der Drei ecksspannungen im
Oszillographen einen besonders ausgebildeten dreiphasigen Oszillographen erfordert.
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Hervorzuheben ist, daß sich die geschilderte Transformation nicht
nur bei Ableitungen nach einem Dreiecksschema, sondern bei jeder beliebigen Ableitungsform
anwenden läßt, allgemein bei Ableitung aus einem regulären n-Eck, wobei lediglich
die Anordnung der Eingangselektroden des Transformationsgliedes entsprechend diesem
Schema gewählt werden muß. Immer dann, wenn das Ableitungsschema vom P,atilenten
und das Schema der Elektrodenanordnung in dem elektrolytischen Trog oder in der
Widerstandsschicht des Transformationsgliedes ein ander entsprechen, wird ein analoges
künstliches Strömungsfeld geschaffen, aus dem sich erfindungsgemäß die beiden rechtwinklig
aufeinanderstehenden Spannungen zur Speisung des zweiphasig wirkenden Oszillographen
ableiten lassen.
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Grundsätzlich ist es gleichgültig, ob die eingangsseitigen Elektroden
des Transformationsgliedes die Ableitungselektroden desselben umschließen, oder
umgekehrt, sofern nur beide Schemen symmetrisch zueinander liegen, d. h. sofern
der Schwerpunkt des Eingangsschemas, in Fig. 1 also des Dreiecks a-b-c, auf der
Halbierenden des Ableitungswinkels zwischen den Elektroden d-f liegt.
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Anstall über das bisher beschriebene Strömungsfeld läßt sich die
erfindungsgemäße Köordinatentransformation auch mit Hilfe eines aus elektrischen
Schaltmitteln aufgebauten Transformationsgliedes durchführen. Ein für Dreiecksspannungen
geeignettes Transformationsglied ist in Fig. 2 mit seiner Schaltung wiedergegeben.
Dieses besteht aus drei in Stern geschalteten Widerständen p, q und r, deren Endpunkte
zu drei ebenfalls in Stern geschalteten Verstärkern P, Q und R führen, deren Eingänge
ihrerseites in bekannter Weise mit den Extremitäten des Patienten O verbunden sind.
Die den horizontalplatten der Braunschen Röhre B zugeführten Ablenkungsspannungen
werden von den Widerständen p und r abgegriffen, während die Vertikalplatten zu
den Endpunkten des dritten Widerstandes q führen.
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Um die hierdurch bewirkte Koordinatentransformation zu übersehen,
muß von den ursprünglichen Ableitungsgesetzten ausgegangen werden. Bekanntlich werden
die drei Ableitungsspannungen zwischen den Extremitäten des Patienten und damit
auch zwischen den Ausgängen der Verstärker, wenn man von dem in allen drei Phasen
gleichen Verstärkungsfaktor absieht, bestimmt durch die Formeln I = E cos α,
II = E cos (60°-α) = E/2(#3 sin α+cos α), III = E cos (120°-α)
= E/2 (#3sin α-cos α).
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Demgegenüber sollen die der zweiphasigen Oszillographenröhre zugeführten
Spannungen proportional E cos α und E sin α sein. Eine einfache Rechnung
ergibt, daß E sin a = II + III l/3 ist. Andererseits läßt sich auf Grund der bekannten
Umrechnungsgleichungen für Sterndreicksschaltung zeigen, daß die Spannung IV am
Widerstand q II + III IV = = E sin α 3 #3 ist. Diese Spannung ientspricht
also unmittelbar dem oben geforderten Wert, nur daß sie I mit dem Faktor behaftet
ist. Da es #3 ohne Störung der geschilderten Gesetzmäßigkeiten nicht statthaft ist,
diesen Faktor etwa durch Wahl verschieden großer Widerstände des Transformationssterns
auszugleichen, ist es zweckmäßiger, die Spannung 1 um denselben Faktor herabzusetzen,
und zu diesem Zweck wird der Braunschen Röhre nicht die volle Spannung 1 an den
beiden oberen Endpunkten des Transformationssterns zugeführt, sondern es wird an
jledem der beiden Widerständep und r eine im Verhältnis 1 ver-1/T ringerte Spannung
abgegriffen.
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Die Sternschaltung der drei Vorverstärker hat gegenüber der in Fig.
I gezeigten Anordnung von nur zwei Verstärkern bekanntlich den Vorzug, daß sich
alle in den Patienten einfallenden Stör- oder Fremdspannungen, die sich den aufzuzeichnenden
Herzaktionsspannun gen überlagern, durch Differentialwirkung in allen drei Phasen
auskompensieren und in die oszillographische Aufnahme nicht mit eingehen, ein Vorgang,
der ohne weiteres auch blei der hier behandelten Einrichtung stattfindet. Damit
die Kompensation einwandfrei erfolgt, ist es ,erforderlich, daß alle dre; Vorverstärker
gleiche Empfindlichkeit haben, was sich mit Hilfe einer Prüfspannung, die kurzzeitig
in die Eingänge aller drei Verstärker, eingeschaltet wird, leicht kontrollieren
läßt. Auf leine derartige Prüfspannung, die in ihrer Wirkung den lerwähnt,en Störspannungen
entspricht, darf der Elektronenstrahl nicht ansprechen. Selbstverständlich ist dabei
Voraussetzung, daß auch die drei Widerstände p, q und r des Transfomrationssterns
gleiche Werte haben, so daß die Anordnung vom Patienten an bis in das Transfoimationsglied
vollkommen symmetrisch in bezug auf alle drei Phasen aufgebaut ist.
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Unter Umständen kann das Transformationsglied schaltungsmäßig auch
mit den Verstärkern vereinigt. werden. So können z. B. die Widerstände,', q lund
r in Fig. 2 unmittelbar die Anodenwiderstände der Ausgangsröhren in den drei Verstärkern
P, Q und R bilden.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich dahingehend ausgestalten,
daß mit Hilfe eines Umschalters das Transformationsglied überbrückbar gemacht wird,
so daß auch die Aufzeidhnung zwei- oder vierphasiger Vektordiagramme verfolgen kann.