DE867578C

DE867578C - Arrangement for registering changes in electrical resistance in the human body

Info

Publication number: DE867578C
Application number: DEP26524D
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holzer; Adolf Marks
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1945-09-06
Filing date: 1948-12-24
Publication date: 1953-02-19
Also published as: US2661734A

Description

Anordnung zur Registrierung elektrischer Widerstands änderungen des menschlichen Körpers Infolge der Tätigkeit des Herzens tritt eine periodische Änderung im elektrischen Widerstand des menschlichen oder tierischen Körpers auf. Diese perioldische Änderung ist in der Weise registrierbar, daß der Körper in Reihe mit einem konstanten Widerstand an eine Stromquelle mit konstanter EMK angeschlossen wird und die Enden dieses konstanten Widerstandes mit den Eingangsklemmen eines Oszillographen verbunden werden. Das auf diese Weise aufgezeichnete Oszililogramm gibt dem Sachverständigen gewisse Arhaltspunkte, die zur medizinischen Forschung wertvoll sind.Arrangement for registering changes in electrical resistance human body A periodic change occurs as a result of the activity of the heart in the electrical resistance of the human or animal body. This Perioldic Change can be registered in such a way that the body is in series with a constant Resistor connected to a current source with constant emf and the ends this constant resistance is connected to the input terminals of an oscilloscope will. The oscililogram recorded in this way gives the expert certain work points that are valuable for medical research.

Bei bekannten Geräten wird für dieses Forschungsverfahren Hochfrequenzwechselstrom benutzt. In Fig. I ist ein Schaltschema eines solchen Geräts dargestellt. Als Stromquelle dient hierbei ein Schwingungsgenerator mit einer Oszillatorröhre I, in deren Gitterkreis der Kondensator 2, der Widerstand. 3 und die Spule 4 liegen und deren Anodenkreis den' Kondensator 5 und die Spule 6 enthält. Die Gitterspule 4 und die Anodenspule 6 sind miteinander und mit seiner Spule 7 induktiv gekoppelt. Durch die von einem mit Hochfrequenz pulsierenden Strom durchflossene Spule 6 wird in der Spule 7 eine Hochfrequenzwechselspannung induziert. Mit dieser Spannung wird ein Kreis gespeist, der von einem Sperrkondensator 8, einem konstanten Widerstand 9 (Vergleichswfderstand) und dem Körper eines zwischen den Elektroden 10 und 11 eingeschalteten Patienten gebildet wird. In known devices, high-frequency alternating current is used for this research method used. A circuit diagram of such a device is shown in FIG. As a power source serves here a vibration generator with an oscillator tube I, in its grid circle the capacitor 2, the resistor. 3 and the coil 4 and their anode circuit the 'capacitor 5 and the coil 6 contains. The grid coil 4 and the anode coil 6 are inductively coupled to one another and to its coil 7. By one with high frequency pulsating current flowing through the coil 6 in the coil 7 is a High frequency alternating voltage induced. A circuit is fed with this voltage, that of a blocking capacitor 8, a constant resistor 9 (comparison resistance) and the body of a patient connected between the electrodes 10 and 11 will.

Der Wilderstandt des zwischen den Elektroden 10 und 11 eingeschalteten Körpers (Körperwiderstand) ändert sich im Rhythmus des Herzschlages und damit die Amplitude der Stromstärke. Dies hat zur Folge, daß das Spannungsgefälle in dem mit dem Körperwiderstand in Reihe liegenden Vergleichswiderstand entsprechende Schwankungen aufweist. The poachers caught between the electrodes 10 and 11 were caught Body (body resistance) changes in the rhythm of the heartbeat and thus the Amplitude of the current intensity. This has the consequence that the voltage gradient in the with fluctuations corresponding to the body resistance in series having.

Der von einem Kondensator 12 und einem Gleichrichter 13 gebildeten Reihenschaltung wird eine durch die zu registrierende Änderung modulierte Hochfrequenzwechselspannung (Meßspannung) zugeführt, die in diesem Fall dem Vergleichswiderstand 9 entnommen wird. Ein Ableitungswiderstand 14 bewirkt, daß in der Spannung des Kondensators äiheliche Änderungen wie im Körperwiderstand auftreten. Die Spannung des Kondensators 12 ist in eine konstante Komponente und eine wechselnde Komponente zerlegbar. Letztere führt einen Wechselstrom in dem in Reihe mit einem Kondensator 15 an den Kondensator 12 angeschlossenen Widerstand16 herbei. Dieser Wechselstrom weist jedoch noch eine durch den Hochfrequenzwechsel der Meß spannung herbeigeführte Wellung auf. Der Widerstand 16 wird von einem Kondensator 17 und einem Widerstand 18 überbrückt. In der Wechselspannung des Kondensators I7 spiegelt sich der Einfluß des Herzschlages auf den elektrischen Widerstand des Körpers; der Hochfrequenzwechsel der Generatorspannung läßt sich kaum in ihr wiederfinden. The one formed by a capacitor 12 and a rectifier 13 A series connection is a high-frequency alternating voltage modulated by the change to be registered (Measurement voltage) is supplied, which is taken from the comparison resistor 9 in this case will. A leakage resistor 14 causes in the voltage of the capacitor marital changes such as occur in body resistance. The voltage of the capacitor 12 can be broken down into a constant component and an alternating component. Latter leads an alternating current in the series with a capacitor 15 to the capacitor 12 connected resistor16. However, this alternating current has another Corrugation brought about by the high frequency change of the measuring voltage. The resistance 16 is bridged by a capacitor 17 and a resistor 18. In the alternating voltage of the capacitor I7 reflects the influence of the heartbeat on the electrical Resistance of the body; the high frequency change of the generator voltage can can hardly be found in it.

Diese Spannung wird an die Eingangsklemmen eines Oszillographen gelegt, in dem sie dem Gitter einer Verstärkerröhre 20 zugeführt wird. Durch den Oszillographen, von dem weitere Einzel'eile nicht dargestellt sind, werden die Spannungsänderungen nach Verstärkung registriert. This voltage is applied to the input terminals of an oscilloscope, in which it is fed to the grating of an amplifier tube 20. Through the oscilloscope, of which further individual parts are not shown, the voltage changes registered after reinforcement.

Die zu registrierende Widerstandsänderung beträgt nur etwa 0,3 0/o. Da sie so klein ist, muß die Generatorspannung eine besonders konstante Amplitude haben und von Störungen befreit sein. Die beschriebene Schaltung eignet sich deshalb praktisch nur gut zum Batteriebetrieb. Wird der Generator mit gleichgerichtetem, vom Netz geliefertem Wechselstrom betrieben, so ist es schwierig, die in; Frage kommenden Anforderungen zu erfüllen. Die Änderungen in der Amplitude der Generatorspannung können ohne - verwickelte Hilfsmittel in der Regel nicht weiter als auf 0,5 0/o heruntergebracht werden. Dieser Prozentsatz ist immer noch größer als derjenige der zu registrierenden Widerstandsschwankung. The change in resistance to be registered is only about 0.3%. Since it is so small, the generator voltage must have a particularly constant amplitude have and be free from disturbances. The circuit described is therefore suitable practically only good for battery operation. If the generator is operated with rectified, AC powered AC power so it is difficult to get into; question to meet upcoming requirements. The changes in the amplitude of the generator voltage Without involved aids, they can usually not go further than 0.5% be brought down. That percentage is still greater than that the resistance fluctuation to be registered.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung der beschriebenen Art, bei der die Schaltung derart geändert ist, daß der Einfluß der Amplitudenschwankungen auf die Eingangs spannung des Oszillographen viel geringer ist. Sie ermöglicht Wechselstromnetzbetrieb mit einer üblichen Gleichrichtungs-und Glättungsvorrichtung. The invention relates to a device of the type described in which the circuit is changed in such a way that the influence of the amplitude fluctuations on the input voltage of the oscilloscope is much lower. It enables AC network operation with a standard rectifying and smoothing device.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung wird als Meßspannung eine Spannung verwendet, die eine vom Körperwiderstand unlabhängige, aber der Amplitude der Generatorspannung proportionale Gegenkomponente enthält. Hierdurch wird erreicht, daß unter Beibehaltung der gleichen Schwankung in der Eingangsspannung des Oszillographen Änderungen in der Größe der Amplitude der Generatorspannung einen geringeren Einfluß auf diese Schwankung ausüben. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch verwirklichen, daß die Meßspannung der Potentialdifferenz zwischen der Verbindung des Körperwiderstandes mit dem Vergleichswiderstand einferseits und einem Zwischenanschluß des Schwingungsgenerators andererseits entnommen, wird. In the device designed according to the invention, the measurement voltage a voltage is used which is independent of the body resistance but is dependent on the amplitude contains the negative sequence component proportional to the generator voltage. This achieves that while maintaining the same fluctuation in the input voltage of the oscilloscope Changes in the magnitude of the amplitude of the generator voltage have less of an influence exercise on this fluctuation. This can be achieved in a simple way by that the measurement voltage of the potential difference between the connection of the body resistance with the comparison resistance on the one hand and an intermediate connection of the vibration generator on the other hand, is removed.

Zweckmäßig wird zu dieem Zweck eine Brückenschaltung verwendet, bei der ein Widerstand die elektrische Mitte des Schwingungsgenerators und die Verbindung des Körperwiderstandes mit dem Vergleichswiderstand gegenseitig verbindet. An diesem Widerstand wird dann ein Sieb- und Glättungskreis angeschlossen, dem die Eingangsspannung des Oszillographen entnommen wird. A bridge circuit is expediently used for this purpose the one resistor the electrical center of the vibration generator and the connection of the body resistance mutually connects with the comparison resistance. At this A filter and smoothing circuit is then connected to the resistor, to which the input voltage of the oscilloscope.

Ein Teil des Schaltschemas eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäß ausgebildeten Anlage ist in Fig. 2 dargestellt. In den Fig. 1 und 2 sind entsprechende Schaltglieder mit den gleichen Ziffern bezeichnet. Der Schwingungsgenerator bei der Einrichtung nach Fig. 2 ist in der gleichen Weise wie in Fig. I ausgebildet und auch die Sieb- und Glättungskreise zwischen dem Stromkreis des zu prüfenden Körpers und dem Oszillographen. Nur wird die Meßspannung auf andere Weise erzeugt. Part of the circuit diagram of an embodiment of the invention trained system is shown in FIG. 1 and 2 are corresponding Switching elements are designated with the same numerals. The vibration generator at the device according to FIG. 2 is constructed in the same way as in FIG and also the sieve and smoothing circuits between the circuit of the under test Body and the oscilloscope. Only the measuring voltage is generated in a different way.

Abs solche wird bei der Anlage nach Fig. 2 das Spannungsgefälle an einem Widerstand 23 verwendet, der zwischen der Mitte 22 der Spule 7 und dem die Elektrode 10 mit dem Widerstand g verbindenden Leiter 21 eingeschaltet ist.Abs such is the voltage gradient in the system according to FIG a resistor 23 used between the center 22 of the coil 7 and the Electrode 10 with the resistor g connecting conductor 21 is switched on.

Berechnungen ergeben, daß bei gegebenen Änderungen des Widerstandes zwischen den Elelçtroden 10 und 11 die Meßspannung sich in beiden Fällen angenähert gleich stark ändert, aber daß in dem Fall der Fig. 2 der Einfluß der Amplitudenänderung der Generatorspannung auf die Meßspannung erheblich geringer ist. Calculations show that given changes in resistance between the electrodes 10 and 11 the measuring voltage approximates in both cases changes equally strongly, but that in the case of FIG. 2 the influence of the amplitude change the generator voltage to the measuring voltage is considerably lower.

Diese Berechnungen würden das beste Ergebnis er,varten lassen, wenn der Ohmwert Ides Widerstandes g gleioh dem mittleren Ohmwert des Widerstandes zwischen den Elektroden 10 und 11 gewählt wird. Für Gleichstrombetrieb würde dies tatsächlich Ider Fall sein. Wird der Stromkreis jedoch mit Hochfrequenzwechselstrom gespeist, weil beim Gleichstrombetrieb die Hochspannung schädlich für den Körper sein würde und die Kennlinie, welche die funktionelle Beziehung zwischen der Anodenspannung und dem Strom des Gleichrichters 13 darstellt, nicht gerade, sondern angenähert parabolisch ist, ist auch. das Verhältnis zwischen der Eingangsspannung des Oszillographen und der Meßspannung nicht linear. Um nun trotzdem annäherungsweise eine lineare Beziehung zwischen der Eingangsspannung des Oszillographen und dem zu prüfenden Widerstand zu ermöglichen, kann dem Widerstand g ein von dem mittleren Ohmwert des Körperwiderstandes verschiedener Ohmwert ge- geben werden. In diesem Fall schwankt die Meßspannen, nicht mehr um den Nullwert, sondern hat eine konstante Komponente, und es wird nicht mehr in einem Bereich der Kennlinie des Gleichrichters gearbeitet, wo sie stark gekrümmt ist, sondern in einem Bereich. in dem sie als eine Gerade angesehen werden kann. These calculations would allow the best result to be awaited, though the ohmic value of the resistance gleioh the mean ohmic value of the resistance between the electrodes 10 and 11 is selected. For DC operation, this would actually be the case That would be the case. However, if the circuit is fed with high-frequency alternating current, because with direct current operation the high voltage would be harmful to the body and the characteristic curve showing the functional relationship between the anode voltage and represents the current of the rectifier 13, not straight, but approximated is parabolic is too. the ratio between the input voltage of the oscilloscope and the measuring voltage is not linear. In order to be approximately linear Relationship between the input voltage of the oscilloscope and the one under test To enable resistance, the resistance g can be one of the mean ohmic value of the Body resistance of various ohmic values will give. In this Case, the measuring span fluctuates, no longer around the zero value, but has a constant one Component, and it will no longer be in a range of the rectifier's characteristic curve worked where it is strongly curved, but in one area. in which they as a straight line can be viewed.

Dies ergibt einen anderen Vorteil, indem der Vergleichswiderstand nicht bei jeder Prüfung mit dem Körperwiderstand in Einklang gebracht zu werden braucht, sondern stets mit dem gleichen Vergleichswiderstand gearbeitet werden kann. This gives another advantage by being the equivalent resistance not being reconciled with body resistance in every test needs, but can always be used with the same comparison resistance.

Zu diesem Zweck wird letzterer vorzugsweise kleiner als der kleinste zu erwartende Körperwiderstand bemessen. Vorteilhafte Ergebnisse werden mit einem Vergleichswiderstand erzielt, der etwa 20% kleiner als der mittlere Körperwiderstand ist. For this purpose, the latter is preferably made smaller than the smallest measure the expected body resistance. Beneficial results are achieved with a Comparative resistance achieved, which is about 20% smaller than the mean body resistance is.

Infolge der Anwendung der beschriebenen Brückenschaltung wird auch der Einfluß des sogenannten Schroteffekts der Oszillatorröhre und ähnlicher Störungen ausgeschaltet. As a result of the application of the bridge circuit described is also the influence of the so-called shot effect of the oscillator tube and similar disturbances switched off.

In Fig. 2 ist der feste Kondensator 15 der Fig. I durch drei Kondensatoren 25, 26 und 27 verschiedener Kapazität ersetzt, die mittels eines Schaltarms 28 wahlweise in den Siebkreis eingefügt werden können. Dies bietet die Möglichkeit, den Frequenzbereich der Oszillatorspannung zu regeln. Dies ist zur Ausschaltung beispielsweise des Einflusses der Atmung auf die herzustellende Aufzeichnung erwünscht, denn auch die durch die Atmung bedingte Volumenänderung ruft Widerstandsschwankungen im Muskelsystem des Körpers hervor, die jedoch eine andere Frequenz haben als die, welche der Herzschlag hervorruft. In Fig. 2, the fixed capacitor 15 of Fig. I is represented by three capacitors 25, 26 and 27 of different capacities replaced, which by means of a switching arm 28 optionally can be inserted into the sieve circle. This offers the possibility of the frequency range to regulate the oscillator voltage. This is to eliminate the influence, for example the breathing on the record to be made is desirable, because also the one through the Breathing-related change in volume causes fluctuations in resistance in the muscular system Body, which, however, have a different frequency than that of the heartbeat evokes.

Die Betriebsspannung kann noch eine ziemlich starke Schwankung im Rhythmus der Netzfrequenz (5o bis 6o Hz) aufweisen. Um diese aus der Eingangsspannung des Oszillographen fernzuhalten, ist ein Potentiometer 29 vorgesehen, das mit den Klemmen 30 und 31 verbunden ist, an denen die Netzspannung liegt. Die ortsveränderliche Anzapfung dieses Spannungsteilers ist über einen Widerstand 32 mit dem Siebkreis verbunden. Durch richtige Anordnung dieser Anzapfung kann dem Siebkreis eine Wechselspannung aufgedrückt werden, welche die Wechselspannung der über den Oszillator in diesen Kreis eingeführten Netzfrequenz ausgleicht. Im allgemeinen wird letztere Wechselspannung eine Phasenverschiebung gegen die Netzspannung aufweisen. Es ist deshalb notwendig, zwischen dem Widerstand 32 und dem Siebkreis ein phasendrehendes Netzwerk einzuschalten. Ein solches phasendrehendes Netzwerk ist an sich bekannt und deshalb in der Zeichnung nur mit einem Symbol 33 bezeichnet. The operating voltage can still fluctuate quite a bit Have the rhythm of the mains frequency (5o to 6o Hz). To get this from the input voltage To keep the oscilloscope away, a potentiometer 29 is provided which is connected to the Terminals 30 and 31 are connected to which the mains voltage is applied. The portable one This voltage divider is tapped via a resistor 32 with the filter circuit tied together. With the correct arrangement of this tap, an alternating voltage can be applied to the filter circuit which is the alternating voltage of the oscillator in this Circuit compensates for the mains frequency introduced. In general, the latter is alternating voltage have a phase shift with respect to the mains voltage. It is therefore necessary to connect a phase-rotating network between the resistor 32 and the filter circuit. Such a phase-rotating network is known per se and is therefore shown in the drawing designated only by a symbol 33.

Die Kondensatoren 3+ und 35 in Fig. 2 sollen, ähnlich wie der Kondensator 8 in Fig. 1, die im Körper selbst infolge des Herzschlages erzeugte Spannung (d. b. also die zur Herstellung eines üblichten Elektrokardiogramms verwendete Spannung) von der Widerstandsregistrierung abhalten. Die Kapazität dieser Kondensatoren muß so klein sein, daß die Stärke des von dieser Spannung herbeigeführten Wechselstroms gegenüber der Stromstärke des vom Oszillator geschaffenen Hochfrequenzwechselstroms vernachlässigt werden kann, aber groß genug, um letzteren Strom in genügendem Maße hindurchzulassen. Um dies zu ermöglichen, muß die Frequenz der Betriebsspannung wesentlich größer als die Frequenz des Herztons sein. Capacitors 3+ and 35 in Fig. 2 are said to be similar to the capacitor 8 in Fig. 1, the tension generated in the body itself as a result of the heartbeat (i.e. b. i.e. the voltage used to produce a standard electrocardiogram) discourage resistance registration. The capacity of these capacitors must be so small that the strength of the alternating current produced by this voltage versus the current strength of the high-frequency alternating current created by the oscillator Can be neglected, but large enough to power the latter in sufficient quantities to let through. To make this possible, the frequency of the operating voltage be significantly greater than the frequency of the heart sound.

Es kann erwünscht sein, zu prüfen, wie die Phasenlage der Widerstandsregistrierung (Rheokardiogramm) gegenüber dem Elektrokardiogramm ist. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Sperrkondensatoren 34 und 35 bzw. 8 kurzgeschlossen oder durch Kondensatoren mit wesentlich größerer Kapazität ersetzt werden. In diesem Fall ist im Rheokardiogramm auch die sogenannte R-Zacke des Elektrokardiogramms zu sehen. It may be desirable to check how the phasing of the resistance is registered (Rheocardiogram) versus the electrocardiogram. This is made possible by that the blocking capacitors 34 and 35 or 8 short-circuited or by capacitors be replaced with a much larger capacity. In this case it is on the rheocardiogram also see the so-called R wave of the electrocardiogram.

Es ist nicht notwendig, Vorkehrungen zur Konstanthaltung der Frequenz der Betriebsspannung zu treffen. Diese Frequenz ist innerhalb weiter Grenzen veränderbar; kleiner als 5 kHz wird sie vorzugsweise nicht gewählt, damit der Nerven-und Muskelreiz unter der Wahrnehmungsgrenze bleibt. Auch darf die Frequenz nicht zu niedrig sein, weil sonst der Übergangswiderstand an der Elektrode und der Hauptwiderstand so groß werden, daß die Widerstandsschwankung zu gering gegenüber dem Gesamtwiderstand wird. It is not necessary to take any precautions to keep the frequency constant to meet the operating voltage. This frequency can be changed within wide limits; it is preferably not selected to be less than 5 kHz in order to stimulate the nerves and muscles remains below the limit of perception. The frequency must not be too low either, because otherwise the contact resistance at the electrode and the main resistance will be so great be that the resistance fluctuation is too small compared to the total resistance.

Andererseits ist es nicht erwünscht, daß die Frequenz einen gewissen Wert überschreitet, weil sonst besondere Vorkehrungen zur Beseitigung der mit der Verwendung besonders hoher Frequenzen verbundenen Schwierigkeiten erforderlich sind. Aus diesem Grunde ist es empfehlenswert, die Frequenz unter 50 kHz zu halten. On the other hand, it is not desirable for the frequency to be a certain Value exceeds because otherwise special precautions to eliminate with the Use of particularly high frequencies associated difficulties are required. For this reason it is recommended to keep the frequency below 50 kHz.

Der von einem Schalter 37 überbrückte Widerstand 36 dient Eichzwecken. Das Öffnen des Schalters 37 bewirkt einen Anstieg des Widerstandes des Stromkreises. Dieser führt zu einem Sprung in dem aufgezeichneten Diagramm, und durch Ausmessung dieser Zacke wird die Eichung ermöglicht. The resistor 36 bridged by a switch 37 is used for calibration purposes. Opening the switch 37 causes the resistance of the circuit to increase. This leads to a jump in the recorded diagram and through measurement calibration is made possible by this point.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Arrangement for the oscillographic Registration of the electrical caused by the heartbeat. Changes in resistance of the human body (individual body position), at which the input voltage of the oscilloscope a high-frequency alternating voltage modulated by the change to be registered (Measurement voltage) is taken from one fed by a vibration generator Circuit is tapped, in which the body to be tested with a constant Resistance (comparison resistance) is in series, characterized in that the Measurement voltage independent of the body resistance, but the amplitude of the generator voltage Contains proportional counter component.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring voltage the potential tial difference between the connection (IO) of the body resistance with the comparison resistor (9) on the one hand and an intermediate terminal (22) of the Vibration generator (1) on the other hand is removed '.

3. Arrangement according to claim 2, characterized in that it has a Contains bridge circuit in which a resistor (23) is the electrical center of the vibration generator (1) and the connection (10) of the body resistance with the comparison resistance (9) Initein other connects, and that at this resistor (g) a sieving and smoothing circuit (12, I4, 25 to 28; 16 to I8) is connected to the input voltage of the oscilloscope is removed.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the comparative resistance (g) is less than the smallest value of the body resistance.

5. Arrangement according to claims 3 or 4, in which the vibration generator is operated with low frequency AC voltage, characterized in that this Low-frequency alternating voltage also on a phase-rotating network (33) the filter circuit (12, I4, 25 to 28) acts so that the low-frequency alternating voltage components, via this network and via the vibration generator into the input circuit of the oscilloscope are introduced to compensate for each other.