DK142071B - Apparat til optagelse og synliggoerelse af maalesignaler - Google Patents

Description

(11) FREMLÆ66ELSESSKRIFT 1^2071 DANMARK «μ, Intel.* a βι b sm 6 01 R 19/0Å «(21) Ansøgning nr. 4666/75 (22) Indleveret den 17. okt. 1975 (24) Løbedeg 17. okt. 1975 (44) Ansøgningen fremlagt og fiemlesggelseeskriftet offentliggjort den 25 · SUg. 198Ο

DIREKTORATET FOR

PATENT-OG VAREMÆRKEVÆSENET i30* Prioritet begaeret fra den

19. nov. 1974, 2454859# DE

(71) SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT, Berlin und Muenchen, 8 Muenchen 2, Wittels= TJacherplatz 2, DE, (72) Opfinder: Michael Maas, 8521 Uttenreuth, Schleifweg 7b* DE.

(74) Fuldmsegtlg under sagens behandling:

Ingeniørfirmaet Giers ing & Stellinger._ (M) Apparat til optagelse og synliggørelse af målesignaler.

Opfindelsen angår et apparat til optagelse og synliggørelse af målesignaler, hvori der optræder smalle spændingsspidser med høj amplitude, navnlig EKG-signaler, på hvilke der er overlejret pacemakerimpulser, hvilket apparat har et i målesignalvejen indskudt RC-filter, et konstateringsled til konstatering af signalspidserne og et apparat til synlig optegning af signalerne samt en omkoblingsindretning med transistor til omkobling af RC-filtrets tidskonstanter.

Inden for signalmåleteknik foreligger der ofte et nyttesignal med overlejrede spændingsspidser, der er opstået som følge af forstyrrelser. Under normale forhold bestræber man sig derfor på at undertrykke sådanne spidser i nyttesignalet. I praksis foreligger der imidlertid også tilfælde, hvor en eliminering eller en kraftig dæmpning af sådanne spændings- eller strømspidser ikke er ønsket, 2 142071 men disse spidser skal tværtimod bestemmes og sammen med det egentlige målenyttesignal f.eks. afbildes på en skriver, oscillograf eller lignende· Et sådant tilfælde optræder f.eks. inden for elektro— medicin ved overvågning af hjertesyge patienter, hvis hjerteaktivitet understøttes eller styres ved hjælp af pirringsimpulser, f.eks. af en hjertepacemaker frembragte pacemakerimpulser. Her er det ønsket, at pirringsimpulserne konstateres og synliggøres sammen med patientens EKG. Den overvågende læge kan da ved hjælp af optegnelserne f.eks. kontrollere resultatet af pirringsunderstøttelsen.

Optegningen af ekstremt smalle spændingsspidser med høj amplitude - pacemakerimpulser udviser f.eks. ved en basisbredde på maksimalt 0,8 ms en amplitude, som omtrent andrager 80 gange en normal R-tak - frembyder imidlertid betydelige vanskeligheder, da normale skrivere i almindelighed er for træge til opnåelse af de krævede høje skrivehastigheder, og også ved træghedsløse oscillografer fører hurtige vertikaludsving af elektronstrålen kun til yderst lyssvage afbildninger, ud fra hvilke spidserne kun vanskeligt lader sig erkende .

For imidlertid i det mindste at kunne gøre spidsernes position og optrædelsestidspunkter synlige, har man derfor navnlig inden for EKG-diagnostik hidtil anvendt sådanne bearbejdningsanordninger, ved hvilke der ved erkendelse af en pacemakerimpuls ved hjælp af et elektronisk bestemmelsesled frembringes en normimpuls, hvis bredde er betydeligt større end en pacemakerimpuls * basisbredde, og hvis amplitude er betydeligt mindre end pacemakerimpulsens amplitude. Denne normimpuls gengives da, som eftervisningssignal for .optræden af en pacemakerimpuls, sammen med EKG-signalet på apparatet, der gør signalerne synlige.

Gengivelsen af en pacemakerimpuls som normimpuls har imidlertid den ulempe, at vigtige informationer angående pacemakerimpulsen, f.eks. angående dennes polaritet, amplitude eller stigningsstejlhed, går tabt. Ud fra sådanne informationer kan der også drages vigtige slutninger angående pacemakerens driftstilstand.

Det er den foreliggende opfindelses opgave at tilvejebringe et apparat af den indledningsvis nævnte art, ved hvilket de nævnte ulemper ikke optræder.

Denne opgave løses ifølge opfindelsen ved at omkoblingsindretningen ialt omfatter to af konstateringsleddet styrede transistorer, af hvilke den ene ved fremkomsten af høje positive spændingsspidser og den anden ved fremkomsten af høje negative spændingsspidser shun- 142071 3 ter RC-filtrets modstand kortslutningsagtigt, så at den høje spændingsspids er direkte tilkoblet til den tilhørende filterkondensator, og at den pågældende transistor først spærres påny efter overskridelse af signalspidsens amplitude, således at den opladede kondensator under ophævelse af modstandsshuntningen atter forbindes signalmæssigt med den ohmske modstand til langsom afladning.

Ved apparatet ifølge opfindelsen fremkommer der bag RC-fil-teret en spændingsspids, som er meget bredere end den oprindelige, men som i øvrigt indeholder de samme informationer med hensyn til polaritet, stigningsstejlhed og amplitude. En sådan bredere spids kan gengives let synligt både ved forholdsvis træge skrivere og ved oscil-lografer.

Et signalforarbejdningsapparat med et dynamisk RC-filter, so« er omkobleligt fra stor tidskonstant til lille tidskonstant ved hjælp af en felteffekttransistor i afhængighed af det indkommende signal, er kendt fra US-patentskrift 3»7ό7>939· Indstillingen "stor tidskonstant" indtræder ved fremkomsten af et normalt DC-signal. Den store tidskonstant muliggør en god synlig gengivelse af DC-signalet. Med hensyn til foreliggende støjsignaler fører den imidlertid til en udglatning af støjsignalerne, så at disse ikke mere kan virke forstyrrende i det synliggjorte signalforløb. Piltret arbejder kun med høj tidskonstant, når der foreligger normale DC-signaler. Normal betyder, at disse signalers frekvens er lav i forhold til frekvensen af den overle jrede støj. Hvis der derimod fremkommer signaler med højere frekvens, ville disse signaler ved højere tidskonstant af RC-filtret udglattes stærkt på lignende måde som de højfrekvente støjsignaler. I-følge det nævnte patentskrift forhindres dette uønskede tilfælde ved, at RC-filtrets ohmske modstand kortsluttes ved fremkomsten af DC-signaler med højere frekvens, så at filtret omkobles til "lille tidskonstant". Efter omkoblingen bevarer RC-filtret denne lille tidskonstant, indtil det fremkommende DC-signal atter har normal frekvens.

Apparatet ifølge opfindelsen virker på en helt anden måde. Her sker der ganske vist ligeledes en orakobling mellem en større og en mindre tidskonstant af et EC-filter, men omkoblingen sker i afhængighed af grænseværdier af det indkommende signals amplitude, og det tidsrum, i hvilket RC-filtret er indstillet til lille tidskonstant (kortslutningsagtig shuntning af filtermodstanden), er meget kort og svarer kun til det tidsrum, i hvilket det indkommende vekselsignal med en overlejret spids, f.eks. en pacemakerirapuls, overskrider ampli-tudegrænseværdien. På denne måde lagres spidsværdien af den indkommen 4 142071 de signalspænding· i filterkondensatoren. Når det indkommende signals høje signalspids forsvinder, ophæves kortslutningen igen, så at filteret atter omkobles til høj tidskonstant. Umiddelbart efter omkoblingen aflades filterkondensatoren fra sin høje spidsværdi til normalværdien af DC-signalet, f.eks. EKG-signalet, med RC-leddets forøgede tidskonstant. På denne måde indtræder tilsidst den ønskede effekt, nemlig at DC-signalets, f.eks. EKG-signalets smalle spidsimpuls forlænges i endeflanken på grund af den stærkt forøgede tidskonstant af RC-filtret, dvs. selve impulsen bliver som helhed gjort meget bredere. Impulsen, som på grund af sin korte varighed normalt kun kan afbildes meget smal på oscillografen eller skriveren, kan på denne måde gengives godt synligt på afbildningsapparatet. En ændring af impulsen.sker kun ved endeflanken. Derimod forbliver de dele af impulsen, som muliggør væsentlige diagnostiske udsagn, dvs. navnlig stigningstid og amplitude, uforandrede i den synlige gengivelse.

Yderligere enkeltheder ved opfindelsen er angivet i underkravene og beskrives nærmere i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 viser et udførelseseksempel på den principielle opbygning med et enkelt RC-led, og fig. 2 et tilsvarende udførelseseksempel med flere RC-led.

På fig. 1 er en koblingsanordningssignalindgang for en signalspænding Ug, f.eks. et EKG-signal, betegnet med 1 og den tilhørende signaludgang er betegnet med 2. I den mellem indgangen 1 og udgangen 2 dannede signalvej 3 er der indskudt et RC-led med en ohmsk modstand 4 og en paralleltkoblet kondensator 5· Endvidere er til signalvejen 3 via modsatpolde dioder 6 og 7 koblet kollektorerne i to transistorer 8 og 9· Disse transistorer 8 og 9's emitter er via en fælles ledning 10 tilkoblet til signalvejen 3 foran RC-leddet 4,5· De to transistorers basis er derimod via begrænsningsmodstande 11,12 samt modsatpolede dioder 13-10, af hvilke dioderne 15 og 16 er zenerdioder, forbundet til en referencespænding U . Zenerdioderne 15 og 16 er hver via modstande 1? og 18 forbundet med forspændinger -UQ henholdsvis +v I den beskrevne kobling er RC-leddet 4,5 (lavpasled) således dimensioneret, at signalforløbet UE, f.eks. forløbet af EKG-signaler, ikke forfalskes væsentligt fra signalindgangen 1 til signaludgangen 2. Referencespændingen Ug er endvidere valgt således, at også relativt høje nyttesignalamplituder af signnlet U_,, f.eks. R-takker med rela- fit 142071 5 tivt høj amplitude i et EKG, er uden indflydelse på transistorerne 8 og 9's koblingsforhold. Optræder der imidlertid i nyttesignalet Ug spændingsspidser med usædvanligt høje amplituder, som overskrider differencen imellem indgangsspændingen Ug og referencespændingen Ug med en vis værdi Ug, som bestemmes af zenerdioderne 15 og l6's zener-spænding, dioderne 13 og l4's slusespænding, spændingsfaldet over begrænsningsmodstandene 11 og 12 og transistorerne 8 og 9’s emitter-basisspænding, hvilket i tilfælde af EKG-signaler f.eks. er givet ved optræden af pacemakerimpulser, styres ved positiv spændingsspids transistoren 8, ved negativ spændingsspids derimod transistoren 9 til indtagelse af ledende tilstand. Dette medfører, at spændingsspidsen under omgåelse af modstanden 4 (kortslutning af modstanden 4) i RC-led-det 4,5 direkte via ledningen 10, den pågældende ledende transistor 8 eller 9’s kollektor-emitterstrækning samt den pågældende ledende diode 6 eller 7 ankonmer til RC-leddets kondensator 5· Da den ohmske modstand i den tilførende kreds er meget lav, oplades derefter kondensatoren meget hurtigt til spændingsspidsens spidsspænding. Så snart spændingsspidsen har overskredet sit højeste punkt, sluttes den pågældende ledende transistor 8 eller 9, og kondensatoren 5 aflades nu langsomt via den ohmske modstand 4 til potentialet af nyttesignalet Ug. Til koblingsanordningens signaludgang 2 i fig. 1 ankommer der således sammen med nyttesignalet Ug en spændingsspida, som ganske vist er bredere end den oprindelige, men som udviser den samme flankestigningstid og i det væsentlige også udviser den samme amplitude som den oprindelige spændingsspids. Bredden af den på signaludgangen 2 optrædende signalspids afhænger herved kun af afladningstidskonstanterne for RC-leddet 4,5· Den på denne måde brederegjorte spidsimpule kan nu bekvemt synliggøres sammen med det oprindelige signal (U ) ved hjælp af skrivere eller oscillografer.

Som referencepotential Ug kan der f.eks. vælges jordpotential. Der foreligger imidlertid den fare, at stærke nulvariationer i det oprindelige signal Ug allerede fører til en gennemkobling af en af transistorerne 8 og 9· Det er derfor mere fordelagtigt at tilpasse referencepotentialet Ug efter eventuelt optrædende jævnspændingssvingninger i det oprindelige signal Ug.

Dette sker f.eks. ved den i fig, 2 viste koblingsanordning ved hjælp af et lavpasfilter 19 mod ohmske modstande 20 og 21 samt kondensatorer 22 og 23, der er tilkoblet til indgangsspændingen U_, L· og som ud fra denne indgangsspænding U„ danner en tidsmæssig middel-værdi, som hovedsageligt gengiver jævnspændingsdelen. Denne middelværdi af nyttesignalet svarer til den anvendte referencespændings- 6 142071 værdi Ug. Lavpasfilteret 19's grænsefrekvens bør endvidere vælges ved en værdi, der· er væsentligt lavere end den frekvens, der svarer til periodevarigheden af spændings spidsens iiapnlsbredde.

Koblingsanordfiingen i fig. 2 adskiller sig også fra udførelses eksemplet i fig. 1 ved, at der i stedet for lcun et enkelt RC-led er anvendt ialt fera KC-led 24-33, som atter er indbyrdes afkoblet ved hjælp af dioder 34-45. Dioderne danner endvidere en yderligere tærskel mellem de enkelte trin. Ved anvendelse af et stort antal af sådant koblede RC-led forøges navnlig bredden af den øvre del af spidsimpulsen, der skal afbildes.

En differensforstærker 46 udgør en indgangsforstærker for signalspændingen Ug. En differensforstærker 46' med tilhørende komponenter 47-51 tjener som udgangsforstærker for det pågældende signal. Til udgangen fra denne forstærker 46' er der, ligesom ved udførelseseksemplet i fig. 1, tilkoblet et optegnelsesapparat, f.eks. en skriver eller oscillograf, til afbildning af de pågældende signaler.

Claims (5)

7 14207 1 Ρ Λ T E N T K R A V

1. Apparat til optagelse og synliggørelse af målesignaler, hvori der optræder smalle spændingsspidser med høj amplitude, navnlig EKG-signaler, på hvilke der er overlejret pacemakerimpulser, hvilket apparat har et i målesignalvejen indksudt RC-filtor (4,5), et konstateringsled til konstatering af signalspidseme og et apparat til synlig optegning af signalerne samt en omkoblingsindretning med transistor til orakobling af RC-filtrets tidskonstanter, kendetegnet ved, at omkoblingsindretningøn ialt omfatter to af konstateringsleddet (6-18) styrede transistorer (8,9), af hvilke den ene (8) ved fremkomsten af høje positive spændingsspidser og den anden (9) ved fremkomsten af høje negative spændingsspidser shunter RC-filtrets (4,5) modstand (4) kortslutningsagtigt, så at den høje spændingsspids er direkte tilkoblet til den tilhørende filterkondensator (5), og at den pågældende transistor først spærres påny efter overskridelse af signalspidsens amplitude, således, at den opladede kondensator (5) under ophævelse af modstandsshuntingen atter forbindes signalmæssigt med den ohmske modstand (4) til langsom afladning.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at transistorerne (8,9) ved hjælp af forankoblede tilsvarende modsat polede dioder (6,7) er afkoblet fra målesignalet (Ug) i målesignalvejen (3) bag RC-filtret (4,5).

3. Apparat ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at transistorernes (8,9) styreindgange over hver sin begrænsningsmodstand (11,12) samt dioder (13-I6) er tilkoblet til en referencespænding (Ug), og at transistorerne styres til ledende tilstand, hver gang målesignalspændingen (Ug) overskrider referencespændingen (Ug) med en forud fastsat differenceværdi (us).

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at dioderne (13,16) omfatter simple halvlederdioder (l3,l4) og zenerdioder (15,16).

5. Apparat ifølge ethvert af kravene 1-4, kende tegne t ved, at transistorernes (8,9) styreindgange hver over en begrænsnings-modstand (11,12) samt en kobling af simple halvlederdioder (13,14) og zenerdioder er tilsluttet til en referencespænding (U^), og at transistorerne styres til ledende tilstand, hver gang målesignalspændingen (Ug) overskrider referencespændingen (Ug) med en differenceværdi