Bewegungsanalysator
Die Erfindung betrifft einen Bewegungsanalysator.
Es handelt sich dabei um ein diagnostisches Hilfsinstrument, mit dem man den Funktionszustand des Herzens, d. h. die Muskeltätigkeit des Herzens analysieren kann. Ein solches Instrument misst ballistische Reaktionskräfte, die von Zusammenziehungen und Ausdehnungen der Herzkammern und von den wechselnden, pulsierenden Blutströmungen in verschiedenen Mengen durch die Herzklappen, Arterien und Venen herrühren. Solche Geräte sind auch unter der Bezeichnung Ballistokardiograph bekannt geworden.
Im wesentlichen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Bewegungsanalysator für dynamische Kräfte, die innerhalb eines Körpers bei terrestrischer Ruhe eine Rolle spielen; die grösste dynamische Kraft speziell in den zu analysierenden lebenden Körpern ist der Wirkung des Herzens zuzuschreiben.
Unter terrestrischer Ruhe soll hier der Träger mit einem Körper verstanden werden, der keine merkli- che Gesamtbewegung relativ zur Erde erfährt, obwohl innerhalb des Körpers Kräfte im Spiel sind, die sich als vorübergehendes Zittern, d. h. schwache, kurzzeitige Bewegungen des Trägers äussern.
Bei bisher bekannten Ballistokardiographen wurden verschiedene Arten der Lagerung des Trägers für den Patienten verwendet. Dieser wurde beispielsweise an Drähten aufgehängt, auf einer Flüssigkeit schwimmend gelagert, auf Rollen montiert und auf einer mit Luft gefüllten Blase angeordnet. Alle diese Lagerungsarten erwiesen sich als unzweckmässig, da entweder unerwünschte Reibungskräfte oder Resonanzerscheinungen auftraten oder das Aufhängungssystem zuviel Raum beanspruchte.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Bewegungsanalysator der beschriebenen Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist. Dieser ist gekennzeichnet durch einen feststehenden Support, durch einen Prüflingsupport, durch ein unter Gasdruck stehendes Lager, welches die beiden Supporte in relativ zueinander schwebender Verbindung hält und welches einen feststehenden Abschnitt enthält, der mit dem feststehenden Support funktionell ein Stück bildet, sowie einen beweglichen Abschnitt, der mit dem Prüflingsupport funktionell ein Stück bildet, dass die festen und beweglichen Abschnitte dicht zusammenliegende Passflächen haben, die mit Bezug aufeinander gleiten können, dass die Umfänge dieser Flächen dem umgebenden Atmosphärendruck ausgesetzt sind, dass mindestens eine dieser Flächen eine öffnung im Abstand von den Flächenumfängen hat,
wobei diese Öffnung gegen die gegenüberliegende Fläche gerichtet ist, durch Mittel, um Druckgas durch diese Öffnung in den Bereich zwischen den beiden Flächen zu leiten, so dass ein Druckgasfilm zwischen den beiden Flächen entsteht, wobei das Gas stetig aus den Flächenumfängen entweicht, und durch bewegungsempfindliche Mittel, die starr mit dem Prüflingsupport verbunden sind.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Gegenstandes dargestellt.
Fig. 1 ist ein zum Teil geschnittener Seitenriss eines Bewegungsanalysators;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht des Bewegungsanalysators nach Fig. 1;
Fig. 3 ist eine vergrösserte Ansicht eines Teils des von aussen unter Gasdruck gesetzten Lagers;
Fig. 4 ist eine vergrösserte Ansicht der Mittel zum Ermitteln einer Verschiebung des beweglichen Elements des Gaslagers aus dessen Mittellage;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht der wirkenden Teile des Beschleunigungsmessers;
Fig. 6 ist ein elektrisches Schaltbild des Messkreises für den Beschleunigungsmesser.
In der Zeichnung ist mit 10 der Bewegungsanalysator oder Ballistokardiograph bezeichnet. Dieser enthält einen feststehenden Support 12, der sich auf dem Fussboden aufstellen lässt und vorzugsweise mit seiner oberen Fläche durch einstellbare Füsse 14 in eine waagerechte Lage einstellen lässt. Eine Längswasserwaage 16 und eine Querwasserwaage 18 sind oben auf dem Fundament angeordnet, damit dieses in möglichst genauer waagerechter Richtung aufgestellt werden kann. Dieses Aufstellen wird üblicherweise nur einmal bei der anfänglichen Installation durchgeführt und nur für den Fall wiederholt, dass das Fundament sich zufällig verschiebt. Eine Schalttafel 20 ist an der Vorderseite des Fundaments bequem zugänglich angeordnet. Verschiedene Anzeige- und Schaltgeräte, die später beschrieben werden, sitzen auf dieser Tafel.
Zur Lagerung eines Patienten, von dem ein Ballistokardiogramm aufgenommen werden soll, ist ein Support oder Tisch 22 mit ebener Oberfläche vorgesehen. Die Masse des Tisches muss klein im Vergleich mit dem Durchschnittsgewicht eines Menschen sein, so dass die Gesamtmasse aus Patient und Tisch unter dem Einfluss der winzigsten, im Patientenkörper eine Rolle spielenden Kräfte einen möglichst grossen Ausschlag erfahren kann. Jedoch muss der Tisch auch so starr sein, dass er keine fremden Bewegungen mit sich bringt, die durch elastische Verformung verursacht werden könnten. Demnach ist der gesamte Tisch vorzugsweise aus einem leichten, starren Material gefertigt. Beispielsweise Fässt sich der Tisch gut aus Aluminiumwaffelblech herstellen.
Im einzelnen enthält der Tisch eine ebene Oberfläche 24 aus solchem Material, die ziemlich dünn, flach, waagerecht und versteift ist durch an der Tischunterfläche befestigtes Längsfachwerk 26 und Querfachwerk 28. Dieses Fachwerk ist nach den Enden zu so abgeschrägt, dass das Gewicht möglichst klein gehalten wird, und die tiefen Schaltabschnitte des Fachwerks sind am besten ausgespart, um gleichfalls das Gewicht zu verhindern. Bei dieser Anordnung hat sich herausgestellt, dass man einen Tisch mit einem Gewicht von nicht mehr als fünf Kilogramm und parktisch sogar von drei Kilogramm erhalten kann.
Zur Vorsicht sind die Enden des Tischs mit den Enden des Fundaments durch Sicherungsbänder 30 verbunden, die normalerweise lose bleiben und nur die Aufgabe haben, unzulässige Bewegungen des Tischs zu verhindern.
Quer zu den Fachwerken unter der Tischmitte ist eine in der Mitte ausgesparte, ebene Scheibe 32 starr angebracht, die an den Fachwerken und dem Tisch unlösbar befestigt ist und deren untere Oberfläche auf dem oberen oder beweglichen Abschnitt 34 eines von aussen unter Gasdruck gesetzten Lagers 36 lediglich durch Reibung verbunden ruht. Der untere oder feste Abschnitt 38 des Gaslagers ist starr oben auf dem festen Fundament 12 befestigt.
Der obere Abschnitt 34 besteht aus einem äusseren Ring 40 und einem konzentrisch darin liegenden inneren Ring 42. Beide Ringe haben an ihren oberen Kanten einwärtsgewendete Versteifungsfiansche 44, die eine ebene Oberfläche bilden, auf der die Scheibe 32 ruht. Die unteren Kanten der beiden Ringe bestehen aus einem Stück mit einer oberen gekrümmten Platte 46, die den wirksamen Bestandteil des oberen Abschnitts 34 des Gaslagers bildet. Eine dazu passende, untere gekrümmte Platte 48 bildet den wirksamen Bestandteil des unteren Abschnitts 38 des Gaslagers. Diese untere gekrümmte Platte 48 wird durch eine kreisförmige Seitenwand 50 getragen, deren äusserer Durchmesser etwa derselbe wie der äussere Durchmesser des äusseren Ringes 40 ist. Die Krümmungen der beiden Platten 46, 48 sind im wesentlichen dieselben.
Das bedeutet, dass diese beiden Platten ihrem Profil nach ineinander passen. Die Passung muss sehr gut sein, das heisst die Abweichung einer einzelnen dieser Platten von ihrer richtigen Gestalt liegt in der Grössenordnung von einem Vierzigstel eines Millimeters. Das verlangte Profil wird beispielsweise durch Schleifen der Platten gegeneinander sichergestellt, wobei zwischen ihnen eine Schleifoder Läppmasse eine Schicht bildet.
Vorzugsweise ist jede der Platten 46, 48 ein Ilugelsegment, so dass die obere Platte sich frei relativ zur unteren Platte um jede von zwei rechtwinkligen Achsen bewegen kann. Hierdurch kann in Wirklichkeit die obere Platte eine Pendelbewegung um zwei waagerechte, rechtwinklige Achsen mit Bezug auf die untere Platte erfahren, vorausgesetzt, dass die obere Platte über die untere Platte gleiten kann.
Natürlich kann eine solche Bewegung nicht ausgeführt werden, während die beiden Platten in Berührung stehen. Die Art, sie zu trennen, wird jedoch gleich beschrieben. Der untere Abschnitt 38 enthält eine Füllkammer 52, die an die Unterfläche des unteren, kugeligen Sektors anstösst. Diese Kammer kann beispielsweise durch die untere Platte 48, die kreisförmige Seitenwand 50 und die Bodenwand 54 umgrenzt werden; letztere ruht auf dem festen Fundament 12.
Gas, z. B. Luft unter Druck, wird der Füllkammer 52 aus irgendeiner geeigneten Quelle zugeführt, z. B. aus einer Flasche 56, in der Druckluft oder irgend ein anderes Druckgas gespeichert ist. Falls verlangt, kann Luft unter Druck aus einem Druckluftbehälter (nicht gezeigt) zugeführt werden, in den die Luft von einem Verdichter (nicht gezeigt) hineingepumpt ist.
Schliesslich kann, falls verlangt, Druckluft in die Füllkammer unmittelbar aus einem Luftverdichter zugeführt werden. Es ist zu bemerken, dass nur ein mässiger Luftdruck gefordert wird, beispielsweise 0,7 kg/cm2. Die untere gekrümmte Platte 48 ist mit einer Anzahl von nach oben gehenden, engen Düsen 58 versehen. Diese Düsen sind vorzugsweise symmetrisch zur Mitte der unteren Platte, beispielsweise in einem Ring von etwa zwei Drittel des Radius der unteren Platte 48 gelegen. Befriedigende Ergebnisse wurden, um Zahlen zu nennen, mit einem Luftlager von 30cm Durchmesser erzielt, bei dem vierundzwanzig Düsen in einem Ring von 20 cm Durchmesser angeordnet waren. Jede Düse 58 enthält eine feine Öffnung, z. B. von etwa 0,5 mm Durchmesser, die aus einer Höhlung 60 in der Unterfläche der Platte nach oben geht.
Wahlweise kann eine Einschnürblende 61 an der Oberwand der Höhlung Platz finden; sie besteht am einfachsten aus einer Scheibe von Aluminiumfolie mit einer unter der Düse liegenden, winzigen Öffnung, die beispielsweise 0,12 mm Durchmesser hat. Der Zweck der Einschnürblende ist, die Flussgeschwindigkeit des Druckgases in die vorgenannte Düse und durch sie hindurch zu begrenzen.
Die obere gekrümmte Platte 46 ist glatt und ungelocht, so dass das Druckgas, wenn es in die Düsen 58 eintritt, einen Druck gegen die gesamte Unterfläche der oberen gekrümmten Platte 46 ausübt und sie anhebt. Das aus den Düsen austretende Gas fliesst durch den nun zwischen den beiden gekrümmten Platten entstandenen Spalt bis hinaus aus dem Umfang zwischen diesen Platten. Der durch den Gasfilm an der oberen Platte ausgeübte Druck ist umgekehrt proportional der Gasflussgeschwindigkeit an die äussere Atmosphäre.
Wenn die obere gekrümmte Platte 46 platt auf den Düsen aufliegt, ist die Flussgeschwindigkeit null und in dem Gasfilm herrscht der statische Gasdruck.
Die gesamte durch diesen Film ausgeübte Kraft ist offensichtlich grösser als die Last des Tisches, einschliesslich des Patienten, so dass zwischen den beiden Platten ein Spalt (Druckgasfilm) geschaffen wird.
Wenn der Spalt sich öffnet, vermindert sich die hebende Kraft, so dass ein Gleichgewichtsfluss des Druckgases sich schnell einspielt, der die Schwerkraft der Last und die hebende, durch den Druckgasfilm ausgeübte Kraft miteinander ausgleicht. Mit anderen Worten hält dieser Druckgasfilm die obere Platte auf einem kurzen Abstand über der unteren Platte derart, dass in der Tat die obere Platte auf einem wandernden Druckluftfilm zwischen den Platten schwebt.
Da die beiden Platten kugelige Sektoren sind, sucht sich die obere Platte eine Gleichgewichtslage, in der der Schwerpunkt dieser Platte, des Tischs und des Patienten am tiefsten liegt und allen inneren Kräften innerhalb dieses Systems unterworfen ist, insbesondere den im Patientkörper erzeugten inneren Kräften.
Diese Kräfte haben das Bestreben, den Tisch in der ihnen entgegengesetzten Richtung zu beschleunigen, wobei die Beschleunigung ein Ergebnis aus der den ausgeübten Kräften gleichen und entgegengesetzt gerichteten Reaktionskraft ist. Der Luftfilm übt nicht einmal eine Reibungswirkung in der Grössenordnung sogar der kleinen, zu messenden Reaktionskräfte aus; es besteht auch keine körperliche Berührung zwischen den Platten, die die Bewegungsamplituden der oberen gekrümmten Platte 46 dämpfen oder vermindern könnten.
Ausserdem wurde beobachtet, dass das von aussen unter Gasdruck gesetzte Lager, obwohl es einen Reibungskoeffizienten hat, der im Vergleich zu den winzigen, vorkommenden Kräften vernachlässigbar klein ist, in dem Sinne starr ist, als Schwingungen, die in der feststehenden, unteren gekrümmten Platte ausgeübt werden, sich nicht leicht bis zur oberen gekrümmten Platte übertragen lassen. Es ist auch zu betonen, dass diese ausgezeichneten Ergebnisse bei jeder Art von Gas erreicht wurden, obwohl der Gebrauch von Luft vorgezogen wird, da dies am billigsten ist.
Zudem ist zu erwähnen, dass ausgezeichnete Ergebnisse gewährleistet werden, wenn die beiden Platten kugelig sind, da dies eine dreidimensionale Pendelbewegung des Tischs gestattet; es wäre jedoch auch möglich, diese Bewegung beispielsweise auf eine zweidimensionale Pendelbewegung oder sogar auf eine ebene, waagerechte Bewegung einzuschränken, indem man richtig passende Gestaltungen für die beiden Lagerplatten benutzt. Nichtsdestoweniger wird die dreidimensionale Pendelbewegung insofern vorgezogen, als sie die Bauweise vereinfacht und die hemmenden Kräfte so klein wie möglich macht. Sie vermeidet auch die Notwendigkeit, irgendwelche mechanischen Rückstellsysteme wie z. B. eine Rückstellfedermechanik zu verwenden.
Es muss auch betont werden, dass der Gebrauch gekrümmter Platten in dem von aussen unter Gasdruck gesetzten Lager bevorzugt wird, weil er gestattet, ein Äquivalent für eine Pendelbewegung mit grossem Radius zu erreichen, ohne körperlich einen langen Pendel arm zu verwirklichen. Bei der hier ge zeigten Ausführungsform ist ein Krümmungsradius von 7 m ausgenutzt, der ein äquivalent für eine Pendellänge von 7 m ergibt. Ein Pendel von solcher Länge hat eine vergleichsweise lange Schwingungsdauer, d. h. lang im Vergleich mit der tiefsten Frequenz, die im Zusammenhang mit einem Ballistokardiogramm von Bedeutung ist.
In diesem Zusammenhang ist zu beobachten, dass die bedeutsamen Frequenzen für Ballistokardiogramme in der Grössenordnung von etwa drei bis fünfzig Hertz liegen und dass die vorkommenden Kraftamplituden ein Verhältnis von eins zu dreissig oder grösser haben, während die bezeichnenden Gipfel und Täler in Zeitfolgen von etwa 0,05 bis 0,1 Sekunden bei zulässigen Toleranzen von etwa + 0,02 Sekunden vorkommen.
Die Eigenfrequenz eines Pendels von 7 m Länge ist geringer als 0,2 Hertz, so dass man erkennt, dass die Eigenfrequenz des Tischs die Ablesungen am Ausgang des Ballistokardiographen nicht merklich beeinflusst. Es ist erwünscht, dass die für die Halterung gewählte Eigenfrequenz möglichst nicht über ein Zehntel der tiefsten vorkommenden Frequenz beträgt.
Bei dem angegebenen Luftdruck und den auseinandergesetzten Plattengrössen liegt die Durchschnittsdicke des Spalts zwischen den beiden ge krümmten Platten in der Grössenordnung von 0,025 mm, so dass man sich denken kann, dass die Oberflächen dieser Platten eine geringere Toleranz einhalten müssen, vorzugsweise in der Grössenordnung von 0,0025 mm oder weniger, um jede metallische Berührung zwischen den Oberflächen zu verhindern.
Selbstverständlich ruht der obere Abschnitt 34 des Gaslagers, wenn kein Gas unter höherem als atmosphärischem Druck in der Füllkammer vorhanden ist, in unmittelbarer körperlicher Berührung auf dem unteren Lagerabschnitt 38; sobald jedoch ein genügend hoher Gasdruck in der Füllkammer besteht, schwimmt der obere Abschnitt frei und nimmt schnell die Gleichgewichtslage mit der tiefsten Schwerpunktlage des Tischs und des Patienten ein.
Der Tisch könnte mit einem vorstehenden Mittel versehen sein, um den Sitz eines Patienten in solcher Lage festzulegen, dass der Schwerpunkt des Patienten sich etwa über der geometrischen Achse des Gaslagers befindet. Ein solches Mittel enthält in der vorliegenden Darstellung einen senkrechten Sattel 62 in der Form eines aufrechten Elements mit einer ebenen oder breitgekrümmten Oberfläche, die zum Kopfende des Patienten auf dem Tisch 22 hin zeigt. Diese Sattelfläche ist genügend breit, um bequem in den Sitz des Patienten auf etwa die gleiche Weise zu passen wie ein Fahrradsattel, wobei der Patient natürlich in ausgestreckter Rückenlage liegt.
Mehrere Schenkel-, Leib- und Schulterbänder 64 sind am Tisch angebracht und mit Klemm- (Reibungs-) -schlössern versehen, um einen Patienten fest am Tisch anschnallen zu können und damit eine Zwangsbxndung zu erreichen. Dies ist von grosser Wichtigkeit, da die kleinen, im Patientenkörper erzeugten Kräfte an den Tisch mit der geringstmöglichen Dämpfung und Amplitudenänderung weitergegeben werden sollen. Jede Relativbewegung zwischen dem Knochengerüst und dem Tisch, die durch Relativbewegung zwischen Skelett und Fleisch des Patienten eingeführt wird, ergibt leicht Ablesefälschungen und Unterdrückung der höherfrequenten Komponenten. Dies lässt sich durch eine zwangsläufige Verbindung stark einschränken.
Es sei erwähnt, dass der Tisch durch seine Ausrüstung mit den Längs- und Querfachwerken und einer Waffelblechversteifung trotz seines leichten Gewichts und seiner geringen Blechstärke ziemlich starr ist und keine Neigung zeigt, elastische Relativbewegung zwischen seinen Teilen auszuführen und hierdurch Ablesefehler oder Dämpfung der höherfrequenten Komponenten einzuführen.
Um die grösste Gleichförmigkeit der Ergebnisse zu erhalten, ist es am besten, den Tisch 22 etwa waagerecht einzustellen, d. h. den oberen Abschnitt des Druckgaslagers im wesentlichen in Übereinsfimmung mit dem unteren Abschnitt zu bringen; hierdurch wird die obere gekrümmte Platte in jeder Hinsicht waagerecht. Dieser Zustand herrscht vor, wenn der Schwerpunkt des Zweimassensystems, das einerseits durch den Patienten und andererseits durch den Tisch, dessen Fachwerke und den oberen Abschnitt 34 des Gaslagers dargestellt wird, sich im wesentlichen in der Gleichgewichtsmitte des Instruments (Figurenachse des Gaslagers) befindet. Die Stellung des Sattels 62 ist eine Hilfe in diesem Zusammenhang.
Der Sattel wird auf dem Tisch so eingestellt, dass, wenn eine Durchschnittsperson auf dem Tisch ausgestreckt ist und den Sattel bequem in ihrem Sitz eingepasst hat, der Schwerpunkt des Zweimassensystems sich im wesentlichen in der Gleichgewichtsmitte des Instruments befindet. Nichtsdestoweniger ist zu bedenken, dass die Patienten von einer Norm infolge der verschiedenen Gesundheitszustände, körperlichen Bedingungen und anderer Unregelmässigkeiten abweichen. Daher erhält der Ballistokardiograph vorzugsweise die Möglichkeit, den Tisch mit Bezug auf den oberen Abschnitt 34 des Druckgaslagers verschieben zu können. Dies war der Grund, warum die ausgesparte Scheibe 32 auf den ringförmigen Versteifungsflanschen 44 lediglich aufgesetzt ist.
Der Tisch kann hierdurch längs oder quer mit Bezug auf die Flansche verschoben werden, die Bestandteile des oberen Abschnitts des Gaslagers sind; die Reibung zwischen der Scheibe und den Flanschen genügt, um den Tisch in jeder eingestellten Lage zu halten. Natürlich kann auf Wunsch das Verschieben des Tisches durch die Schwester, den Techniker oder Arzt bei der Ausführung der Probe durch einfache Tischbewegung von Hand durchgeführt werden. Es ist auch möglich, wahlweise beliebige Hilfsmittel nach Wunsch, z. B. Spindeln oder Motoren einzuschliessen, um eine solche Verschiebung zu bewirken.
Um den Gebrauch des Ballistokardiographen zu erleichtern, sind weiterhin Mittel vorgesehen, um den Schwerpunkt des Zweimassensystems zu prüfen.
Diese Mittel enthalten einen Ring 66, der auf der kreisförmigen Seitenwand 50 des unteren Abschnitts des Gaslagers aufgebaut ist. Dieser Ring ist gezwungen, sich zwischen einer oberen und einer unteren Lage senkrecht zu bewegen. Die obere Lage ist durch die Aufnahme einer federvorgespannten Kugel 70, die radial beweglich in der Wand 50 sitzt, in einer unteren Innenrille 68, und die untere Lage des Rings 66 durch die Aufnahme der Kugel in einer oberen Innenrille 72, die in die Innenfläche des Rings eingearbeitet ist, definiert.
In der unteren Lage des Rings 66 ist dessen obere Seite, d. h. die Lippe, frei vom oberen Abschnitt des Druckgaslagers und speziell frei vom Aussenring 40.
Dies bedeutet, dass, wenn beim Anlegen von Gasdruck am Lager der Schwerpunkt des Zweimassensystems von der Gleichgewichtsmitte des Instruments absteht, der obere Abschnitt des Gaslagers aus der Fluchtung mit dem unteren Abschnitt heraus schwenkt und bei dieser Schwenkbewegung nicht mit dem gesenkten Ring 66 zusammenstösst. Wenn jedoch der Ring 66 angehoben ist, liegt seine Lippe im Weg einer solchen Schwingbewegung des oberen Lager abschnitts und verhindert dort jeden weiten Ausschlag.
Beim Gebrauch des Ballistokardiographen ist es erwünscht, den Ring 66 angehoben zu haben, wenn der Patient zum ersten Mal auf den Tisch geschnallt ist und während das Instrument vorbereitet wird, jedoch vor Aufnahme irgendwelcher Ablesungen.
Der Ring wird gesenkt, während Ablesungen aufgenommen werden.
Da der Ausschlag des oberen Abschnitts 44 infolge unrichtiger Plazierung des Patienten auf dem Tisch möglichst klein gehalten werden soll, um richtige Längsmessungen der Reaktionskräfte zu liefern, ist es nützlich, Mittel vorzusehen, die dem Benutzer des Ballistokardiographen anzeigen, wenn der Patient und/oder Tisch unrichtig eingestellt ist. Dies wird erfindungsgemäss bequem erreicht durch die nun zu beschreibende Form von vier Fühlern, die an viertelkreisigen Stellen auf der Lippe des Rings 66 ihren Platz haben, d. h. 90" voneinander angeordnet sind; dabei liegen zwei diametral gegenüberstehende Fühler auf der Längsachse des Fundaments und zwei diametral gegenüberstehende Fühler rechtwinklig zu dieser Längsachse. Am einfachsten werden diese Fühler durch kurzwirkende elektrische Schalter 74, z. B.
Mikroschalter dargestellt, deren Schaltfinger radial angeordnet sind und zur Mitte des von aussen unter Gasdruck gesetzten Lagers hinweisen. Diese Finger sitzen sehr dicht am Umfang des äusseren Rings 40, wenn dieser Ring zentral angeordnet und wenn der Ring 66 in angehobener Stellung ist, so dass eine kleine Bewegung (Schwingabweichung) des oberen Abschnitts des Gaslagers durch die Schalter aufgedeckt wird. Bei einer bevorzugten Erfindungsform beträgt der Abstand zwischen den Fingern und dem äusseren Ring 40 in dessen Mittellage etwa anderthalb Millimeter; selbstverständlich dient diese Angabe ebenso wie alle in dieser Beschreibung angegebenen Zahlen lediglich zur Veranschaulichung und soll nicht als Einschränkung ausgelegt werden, es sei denn in dem durch die beigefügten Ansprüche angedeuteten Ausmass.
Wenn das Gaslager durch Einlassen von Druckgas in die Füllkammer so betätigt wird, dass der obere Abschnitt 34 frei schwimmt, so sieht man also, dass für den Fall einer unrichtigen Plazierung des Tisches und/oder Patienten der äussere Ring 40 in einer ausgleichenden Richtung schwingt. Eine solche Bewegung wird mindestens durch ein Paar und, wenn die Bewegung keine reine Längs- oder Querbewegung ist, durch den einen Schalter eines jeden Paars der Schalter 74 abgetastet. Das Gaslager kann dann entleert und der Tisch und/oder Patient in einer Richtung verschoben werden, die der durch die Schwenkung des oberen Lagerabschnitts angedeuteten entgegengesetzt ist. Man hat gefunden, dass die erforderlichen Justagen dank des Gebrauches des Sattels für gewöhnlich ziemlich klein sind und sich schnell und leicht von Hand durchführen lassen.
Um die soeben beschriebene Einpegelarbeit durchzuführen, ist jeder der Mikroschalter in Reihe mit je einer Signalvorrichtung geschaltet, die beispielsweise einen Anzeiger in Form einer Lampe enthält. Vier solcher Lampen 78 sind an der Instrumententafel 20 vorhanden, von denen jede mit einer Markierung versehen ist, um entweder die Schwingrichtung, die gerade stattfindet, oder die Richtung anzuzeigen, in der der Tisch und/oder Patient bewegt werden muss, um die Schwingung zu verhindern. Es versteht sich von selbst, dass, wenn bei angehobenem Ring 66, bei betätigtem Gaslager und bei Anwesenheit eines Patienten auf dem Tisch keine der Lampen 78 leuchtet, der Tisch 22 im wesentlichen waagerecht steht. Daraufhin kann der Ring 66 gesenkt und das Instrument benutzt werden, um eine Ablesung zu erhalten.
Die Instrumententafel 20 kann andere Schaltkreise enthalten. Beispielsweise kann sie einen Luftdruckmesser 80 enthalten, der eine Ablesung des Luftdrucks in der Füllkammer 52 bietet. Sie kann weiterhin einen Knopf 82 enthalten, der ein Luftdruckregelventil steuert, mit dessen Hilfe der Luftdruck in der Kammer willkürlich verändert werden kann, um je nach Bedarf einen grösseren Luftdruck für besonders schwere oder einen geringeren Luftdruck für leichte Patienten anzuwenden.
An der Tafel 20 lässt sich auch eine Lampe 84 anbringen, die gespeist wird, wenn die beiden Abschnitte des Gaslagers voneinander getrennt sind.
Beispielsweise kann die Lampe 84 beim Schliessen eines normalerweise geschlossenen Kontaktpaars eines Relais gespeist werden, dessen Spule durch einen von den beiden Gaslagerabschnitten gebildeten Kreis betätigt wird. Dies bedeutet, dass der Erregerkreis für ein solches Relais durch jeden Berührungspunkt der beiden Lagerabschnitte geschlossen wird; somit ist das Relais, wenn der obere Abschnitt schwimmt, stromlos, und das genannte Kontaktpaar des Relais wird geschlossen, um den Speisekreis der Lampe 84 zu vervollständigen und hierdurch die Lampe leuchten und dem Benutzer anzeigen zu lassen, dass der Tisch und Patient frei schweben.
Hierzu verdient die Tatsache Erwähnung, dass, wenn der Tisch und Patient sich in richtiger Mittellage befinden und der Gasdruck eingeschaltet ist, die Tischbewegung so klein ist, dass es schwer fällt, sich lediglich durch Augenschein aus der Beobachtung des Tisches und Patienten zu vergewissern, dass der Tisch schwebt; natürlich ist es auch nicht erwünscht, den Tisch oder Patienten zu berühren, um zu sehen, ob das Lager funktioniert; dies würde nämlich oszillierende Bewegung des Tisches auslösen.
An der Tafel 20 können weitere Schalter sein.
Ein Schalter 86 lässt entweder einen Verdichter an, um Druckluft zur Füllkammer zu liefern, oder öffnet ein elektrisch gesteuertes Ventil zwischen der Gasflasche 56 und der Füllkammer. Ein Schalter 88 an der Tafel liefert die Erregerspannung für einen Elektrokardiographen und für die alsbald zu beschreibende Bewegungstastvorrichtung. Ein Schalter 90 an der Tafel verbindet das Instrument mit einer elektrischen Leistungsquelle; dies ist die Quelle, die sämtliche Kreise zum Unterschied vom Schalter 88 speist, der, wenn er nach dem Schliessen des Schalters 90 betätigt ist, nur Erregerspannung liefert.
Wie zuvor erwähnt, enthält der Bewegungsanalysator 10 Mittel, die auf die Bewegung des Tischs 22 ansprechen; der Ausdruck Bewegung schliesst sowohl einfache Verschiebung als auch abgeleitete Funktionen ein, wie z. B. Geschwindigkeit und Beschleunigung, wobei die letztere proportional mit der Kraft ist (K = mb). Vorzugsweise sind die auf Geschwindigkeit ansprechenden Mittel für die Beschleunigung des Tischs 22 empfindlich; hierdurch werden elektrische oder mechanische Umrechnungen zur Verwandlung anderer Bewegungsfunktionen in Beschleunigung überflüssig. Die beschleunigungsempfindlichen Mittel sollten möglichst eine flache Charakteristik in dem für die Messung bedeutsamen Bereich haben, der sich von etwa drei bis fünfzig Hertz erstreckt, und sollten fähig sein, Amplitudenschwankungen in einem Verhältnis von eins zu dreissig oder grösser zu verarbeiten.
Sie müssen also fähig sein, äusserst winzige Kräfte im Bereich einiger Dyn abzutasten und sollten unverzüglich ohne merklichen Zeitverlust ansprechen.
Es hat sich herausgestellt, dass ein Beschleunigungsmesser, der alle diese Bedingungen erfüllt, eine federnd gehaltene Masse ist; die Abweichung der Masse wird durch Verformungsmesser mit ungeklebten Drähten gemessen. Am besten finden zwei solche Beschleunigungsmesser Verwendung, von denen der eine tastempfindlich auf die Längsbeschleunigung des Tischs ist und der andere die Tischquerbeschleunigung abtastet. Der Längsbeschleunigungsmesser ist mit der Bezugsnummer 91 und der Querbeschleunigungsmesser mit der Bezugsnummer 92 bezeichnet.
Insofern diese beiden Beschleunigungsmesser von gleicher Bauweise sind und sich nur in ihrer Ausrichtung unterscheiden, lässt sich die folgende Beschreibung für beide Beschleunigungsmesser verwenden.
Die innere Konstruktion des Beschleunigungsmessers ist in Fig. 5 angedeutet. Er enthält einen festen Rahmen 94, der unlösbar mit dem oberen Abschnitt 34 des von aussen unter Gasdruck gesetzten Lagers verbunden und hierdurch starr mit dem Tisch verknüpft ist. Von zwei gegenüber abstehenden Rahmenteilen ragen parallele Blattfedern 96 hinab, an deren unteren Enden die gegenüberliegenden Stirnkanten einer Masse 98 fest und sicher angebracht sind.
Die Blattfedern sind aufeinander ausgerichtet und stehen sich einander in der Richtung zwischen ihren Enden gegenüber, die durch die Masse überbrückt werden; dies ist die Messri Längsbeschleunigungssignale, sondern auch eine oder mehrere andere gleichlaufend gemessene Funktionen des Herzsystems; beispielsweise kann es gleichzeitig eine oder mehrere Messungen aufzeichnen, die von einem Elektrokardiographen oder von einer Pulsfühlvorrichtung und auch von einem Zeitschalter geliefert werden.
Für den vorgenannten Zweck ist der Aufzeichner vorzugsweise ein Vielkanal-Aufzeichner, so dass er gleichzeitig verschiedene Ereignisse aufzeichnen kann, die gleichzeitig mit den ballistokardiographischen Beschleunigungen auftreten. Ein solcher Aufzeichner ist durch die Bezugsnummer 110 angedeutet. Da der Aufzeichner ziemlich bekannt ist, wird er nicht im einzelnen beschrieben. Er besteht beispielsweise aus einem Offner Electronics Type R Dynograph, der einen Eingangsverstärker, eine Papierab und -aufwickelspule, Mittel, um zwischen diesen das Papier über eine ebene Oberfläche zu bewegen, und mehrere Zeichennadeln, von denen für jeden Kanal je eine bestimmt ist und die quer zur Wanderrichtung des Papiers als Funktionen der an die Mittel für die Nadelwanderung gelieferten Signale laufen.
Es empfiehlt sich, die eine der Nadeln durch einen Zeitimpuls betätigen zu lassen, so dass eine gute Eichung zum Nachprüfen der Aufzeichnungen gewährleistet ist. Eine andere der Nadeln wird am besten durch den Herzschlag betätigt. Eine oder mehrere andere Nadeln werden durch den Ausgang von Klemmen eines Elektrokardiographen 112 betätigt. Natürlich wandern weitere Nadeln in Abhängigkeit von den durch die Beschleunigungsmesser 91, 92 gelieferten Signale. Hierdurch kann man auf einem einzigen Blatt Papier gleichzeitig verschiedene Ablesungen erreichen, die für den Vergleich mit den ballistokardiographischen Aufzeichnungen erwünscht sind.
Es hat sich herausgestellt, dass der Ballistokardiograph 10 besonders unempfindlich gegen äussere Vibrationskräfte ist, obwohl er äusserst empfindlich für die winzigsten, innerhalb des Patientenkörpers erzeugten Kräfte ist. Das Instrument kann schnell ausbalanciert werden und erfordert sehr wenig Zeit für die Einstellung des Gleichgewichts vor den Messungen. Die mit dem Instrument erhaltenen Ablesungen decken sich sehr genau mit den theoretischen Ablesungen; wenn das Instrument durch Zuführen eines weiten Bereichs künstlich erzeugter Frequenzen über eine grosse Amplitude an den Tisch geprüft wird, sind gerade und getreue Wiedergaben sichergestellt.
Motion analyzer
The invention relates to a motion analyzer.
It is a diagnostic tool that can be used to assess the functional state of the heart, i.e. H. can analyze the muscle activity of the heart. Such an instrument measures ballistic reaction forces resulting from contractions and expansions of the heart chambers and from the changing, pulsating blood flows in various amounts through the heart valves, arteries and veins. Such devices have also become known under the name of ballistocardiograph.
In essence, the present invention relates to a motion analyzer for dynamic forces that play a role within a body during terrestrial calm; the greatest dynamic force, especially in the living bodies to be analyzed, is attributable to the action of the heart.
Terrestrial rest is to be understood here as meaning the wearer with a body that does not experience any noticeable overall movement relative to the earth, although forces are at play within the body that manifest themselves as temporary tremors, ie. H. express weak, brief movements of the wearer.
In previously known ballistocardiographs, various types of positioning of the carrier for the patient have been used. This was, for example, hung on wires, stored floating on a liquid, mounted on rollers and placed on a bladder filled with air. All of these types of storage proved to be inexpedient because either undesirable frictional forces or resonance phenomena occurred or the suspension system took up too much space.
The aim of the present invention is therefore to provide a motion analyzer of the type described which does not have these disadvantages. This is characterized by a fixed support, by a test piece support, by a gas-pressurized bearing, which holds the two supports in a floating connection relative to one another and which contains a fixed section that is functionally one piece with the fixed support, as well as a movable section functionally one piece with the test specimen support, that the fixed and movable sections have closely spaced mating surfaces that can slide with respect to one another, that the circumferences of these surfaces are exposed to the surrounding atmospheric pressure, that at least one of these surfaces has an opening at a distance from the Has surface areas,
this opening being directed towards the opposite surface, by means of directing pressurized gas through this opening into the area between the two surfaces, so that a pressurized gas film is created between the two surfaces, the gas escaping steadily from the surface perimeters, and by movement-sensitive Means that are rigidly connected to the specimen support.
An exemplary embodiment of the subject matter according to the invention is shown in the drawings.
Fig. 1 is a partially sectioned side elevation of a motion analyzer;
Figure 2 is a perspective view of the motion analyzer of Figure 1;
Fig. 3 is an enlarged view of a portion of the externally pressurized bearing;
4 is an enlarged view of the means for determining a displacement of the movable element of the gas bearing from its central position;
Fig. 5 is a perspective view of the operative parts of the accelerometer;
Figure 6 is an electrical schematic of the measurement circuit for the accelerometer.
In the drawing, 10 denotes the movement analyzer or ballistocardiograph. This contains a fixed support 12, which can be set up on the floor and preferably can be adjusted with its upper surface by adjustable feet 14 in a horizontal position. A longitudinal spirit level 16 and a transverse spirit level 18 are arranged on top of the foundation so that it can be set up in the most precise horizontal direction possible. This erection is usually done only once during the initial installation and only repeated in the event that the foundation accidentally shifts. A control panel 20 is conveniently located at the front of the foundation. Various display and switching devices, which will be described later, sit on this board.
A support or table 22 with a flat surface is provided for positioning a patient from whom a ballistocardiogram is to be recorded. The mass of the table must be small compared to the average weight of a person, so that the total mass of patient and table can experience the greatest possible deflection under the influence of the tiniest forces that play a role in the patient's body. However, the table must also be so rigid that it does not involve any extraneous movements that could be caused by elastic deformation. Accordingly, the entire table is preferably made of a light, rigid material. For example, the table can easily be made from aluminum waffle sheet.
In detail, the table contains a flat surface 24 made of such a material, which is quite thin, flat, horizontal and stiffened by the longitudinal framework 26 and transverse framework 28 attached to the underside of the table. This framework is beveled at the ends so that the weight is kept as small as possible is, and the deep switching sections of the truss are best left out to also prevent the weight. With this arrangement, it has been found that a table weighing no more than five kilograms and a parking table even three kilograms can be obtained.
As a precaution, the ends of the table are connected to the ends of the foundation by securing straps 30 which normally remain loose and only have the function of preventing inadmissible movements of the table.
A flat disc 32, recessed in the middle, is rigidly attached transversely to the frameworks under the table center, which is permanently attached to the frameworks and the table and whose lower surface merely rests on the upper or movable section 34 of a bearing 36 which is pressurized from the outside connected by friction rests. The lower or fixed portion 38 of the gas bearing is rigidly attached to the top of the fixed foundation 12.
The upper section 34 consists of an outer ring 40 and an inner ring 42 lying concentrically therein. Both rings have inwardly facing stiffening flanges 44 on their upper edges which form a flat surface on which the disc 32 rests. The lower edges of the two rings are integral with an upper curved plate 46 which forms the operative part of the upper portion 34 of the gas bearing. A mating lower curved plate 48 forms the operative part of the lower portion 38 of the gas bearing. This lower curved plate 48 is supported by a circular side wall 50, the outer diameter of which is approximately the same as the outer diameter of the outer ring 40. The curvatures of the two plates 46, 48 are essentially the same.
This means that these two panels fit into one another according to their profile. The fit must be very good, which means that the deviation of an individual one of these plates from their correct shape is on the order of one fortieth of a millimeter. The required profile is ensured, for example, by grinding the panels against each other, with a grinding or lapping compound forming a layer between them.
Preferably, each of the plates 46, 48 is a ball segment so that the top plate is free to move relative to the bottom plate about any of two perpendicular axes. This actually allows the top plate to oscillate about two horizontal, perpendicular axes with respect to the bottom plate, provided that the top plate can slide over the bottom plate.
Of course, such a movement cannot be made while the two plates are in contact. However, the way to separate them will be described in a moment. The lower section 38 contains a filling chamber 52 which abuts the lower surface of the lower, spherical sector. This chamber can for example be bounded by the lower plate 48, the circular side wall 50 and the bottom wall 54; the latter rests on the solid foundation 12.
Gas, e.g. Air under pressure is supplied to the fill chamber 52 from any suitable source, e.g. B. from a bottle 56 in which compressed air or some other pressurized gas is stored. If required, air can be supplied under pressure from a compressed air tank (not shown) into which the air is pumped by a compressor (not shown).
Finally, if required, compressed air can be fed directly into the filling chamber from an air compressor. It should be noted that only a moderate air pressure is required, for example 0.7 kg / cm2. The lower curved plate 48 is provided with a number of upwardly extending, narrow nozzles 58. These nozzles are preferably located symmetrically to the center of the lower plate, for example in a ring about two thirds of the radius of the lower plate 48. Satisfactory results have been obtained, to cite numbers, with a 30 cm diameter air bearing with twenty-four nozzles arranged in a 20 cm diameter ring. Each nozzle 58 contains a fine opening, e.g. B. of about 0.5 mm in diameter, which goes up from a cavity 60 in the lower surface of the plate.
Optionally, a constriction screen 61 can be placed on the top wall of the cavity; it consists most simply of a disc of aluminum foil with a tiny opening under the nozzle, for example 0.12 mm in diameter. The purpose of the constriction diaphragm is to limit the flow rate of the compressed gas into and through the aforementioned nozzle.
The upper curved plate 46 is smooth and unperforated so that the pressurized gas, as it enters the nozzles 58, exerts pressure against the entire lower surface of the upper curved plate 46 and lifts it. The gas emerging from the nozzles flows through the gap now created between the two curved plates and out of the circumference between these plates. The pressure exerted by the gas film on the top plate is inversely proportional to the gas flow rate to the outside atmosphere.
When the upper curved plate 46 rests flat on the nozzles, the flow velocity is zero and the gas film is at static gas pressure.
The total force exerted by this film is obviously greater than the load of the table, including the patient, so that a gap (pressurized gas film) is created between the two plates.
When the gap opens, the lifting force diminishes, so that an equilibrium flow of the pressurized gas is established quickly, which balances the gravity of the load and the lifting force exerted by the pressurized gas film. In other words, this pressurized gas film keeps the top plate at a short distance above the bottom plate such that in effect the top plate is floating on a moving pressurized air film between the plates.
Since the two plates are spherical sectors, the upper plate seeks an equilibrium position in which the center of gravity of this plate, the table and the patient is lowest and is subject to all internal forces within this system, in particular the internal forces generated in the patient's body.
These forces tend to accelerate the table in the opposite direction, the acceleration being a result of the reaction force that is equal to the forces exerted and directed in the opposite direction. The air film does not even have a frictional effect in the order of magnitude of even the small reaction forces to be measured; there is also no physical contact between the plates which could dampen or reduce the amplitudes of movement of the upper curved plate 46.
It was also observed that the externally pressurized bearing, although it has a coefficient of friction that is negligibly small compared to the tiny forces that occur, is rigid in the sense of vibrations exerted in the fixed, lower curved plate cannot be easily transferred to the upper curved plate. It should also be emphasized that these excellent results have been obtained with each type of gas, although the use of air is preferred as it is the cheapest.
It should also be mentioned that excellent results are guaranteed if the two plates are spherical, as this allows a three-dimensional pendulum movement of the table; however, it would also be possible to restrict this movement to, for example, a two-dimensional pendulum movement or even to a planar, horizontal movement by using properly matching designs for the two bearing plates. Nonetheless, the three-dimensional pendulum movement is preferred in that it simplifies the construction and makes the restraining forces as small as possible. It also avoids the need to have any mechanical return systems such as B. to use a return spring mechanism.
It must also be emphasized that the use of curved plates in the externally pressurized bearing is preferred because it allows an equivalent of a large radius pendulum motion to be achieved without physically realizing a long pendulum arm. In the embodiment shown here, a radius of curvature of 7 m is used, which gives an equivalent for a pendulum length of 7 m. A pendulum of this length has a comparatively long period of oscillation; H. long compared to the lowest rate, which is important in the context of a ballistocardiogram.
In this context it can be observed that the significant frequencies for ballistocardiograms are in the order of magnitude of around three to fifty Hertz and that the force amplitudes that occur have a ratio of one to thirty or greater, while the significant peaks and valleys in time sequences of around 0, 05 to 0.1 seconds can occur with permissible tolerances of approximately + 0.02 seconds.
The natural frequency of a 7 m pendulum is less than 0.2 Hertz, so it can be seen that the natural frequency of the table does not noticeably affect the readings at the ballistocardiograph output. It is desirable that the natural frequency selected for the holder is, if possible, not more than a tenth of the lowest occurring frequency.
With the specified air pressure and the plate sizes apart, the average thickness of the gap between the two curved plates is in the order of magnitude of 0.025 mm, so that one can imagine that the surfaces of these plates must adhere to a lower tolerance, preferably in the order of 0 .0025 mm or less to prevent any metallic contact between the surfaces.
Of course, when there is no gas at higher than atmospheric pressure in the filling chamber, the upper section 34 of the gas bearing rests in direct physical contact with the lower bearing section 38; However, as soon as there is a sufficiently high gas pressure in the filling chamber, the upper section floats freely and quickly assumes the equilibrium position with the lowest center of gravity of the table and the patient.
The table could be provided with a protruding means in order to fix the seat of a patient in such a position that the center of gravity of the patient is approximately above the geometric axis of the gas bearing. One such means in the present illustration comprises a vertical saddle 62 in the form of an upright element with a flat or broadly curved surface which faces towards the head end of the patient on the table 22. This saddle surface is sufficiently wide to fit comfortably into the patient's seat in much the same way as a bicycle saddle, with the patient lying, of course, in an extended supine position.
Several thigh, waist and shoulder straps 64 are attached to the table and provided with clamping (friction) locks in order to be able to fasten a patient firmly to the table and thus achieve a forced binding. This is of great importance because the small forces generated in the patient's body should be passed on to the table with the least possible damping and amplitude change. Any relative movement between the skeleton and the table, which is introduced by the relative movement between the skeleton and the patient's flesh, easily results in falsified readings and suppression of the higher-frequency components. This can be greatly restricted by a mandatory connection.
It should be mentioned that the table is equipped with the longitudinal and transverse trusses and a waffle sheet reinforcement, despite its light weight and thin sheet metal, is rather rigid and shows no tendency to perform elastic relative movement between its parts and thereby introduce reading errors or attenuation of the higher-frequency components .
In order to obtain the greatest uniformity of results, it is best to set the table 22 approximately horizontally; H. bringing the upper portion of the pressurized gas bearing substantially into alignment with the lower portion; this makes the upper curved plate level in all respects. This condition prevails when the center of gravity of the two-mass system, which is represented on the one hand by the patient and on the other hand by the table, its trusses and the upper section 34 of the gas bearing, is essentially in the center of equilibrium of the instrument (figure axis of the gas bearing). The position of the saddle 62 is an aid in this context.
The saddle is adjusted on the table so that when an average person is stretched out on the table and has comfortably fitted the saddle in their seat, the center of gravity of the two-mass system is substantially in the center of balance of the instrument. Nonetheless, it should be borne in mind that patients deviate from a norm as a result of various health conditions, physical conditions and other irregularities. Therefore, the ballistocardiograph is preferably given the ability to move the table with respect to the upper portion 34 of the pressurized gas bearing. This was the reason why the recessed disc 32 is merely placed on the annular stiffening flanges 44.
The table can thereby be moved longitudinally or transversely with respect to the flanges which are part of the upper section of the gas bearing; the friction between the disc and the flanges is sufficient to hold the table in any set position. Of course, if you wish, the nurse, technician or doctor can move the table by hand when the sample is being carried out by simply moving the table. It is also possible to use any aids as desired, e.g. B. to include spindles or motors to effect such a shift.
In order to facilitate the use of the ballistocardiograph, means are also provided for checking the center of gravity of the two-mass system.
These means include a ring 66 built on the circular side wall 50 of the lower portion of the gas bearing. This ring is forced to move vertically between an upper and a lower layer. The upper layer is achieved by receiving a spring-loaded ball 70, which is seated radially movably in the wall 50, in a lower inner groove 68, and the lower layer of the ring 66 by receiving the ball in an upper inner groove 72 which is inserted into the inner surface of the Ring is incorporated, defined.
In the lower position of the ring 66, its upper side, i. H. the lip, free from the upper section of the pressurized gas bearing and especially free from the outer ring 40.
This means that if the center of gravity of the two-mass system protrudes from the center of equilibrium of the instrument when gas pressure is applied to the bearing, the upper section of the gas bearing pivots out of alignment with the lower section and does not collide with the lowered ring 66 during this pivoting movement. However, when the ring 66 is raised, its lip is in the way of such an oscillating movement of the upper bearing section and prevents any wide deflection there.
In using the ballistocardiograph, it is desirable to have the ring 66 raised the first time the patient is strapped to the table and while the instrument is being primed, but before any readings are taken.
The ring is lowered as readings are taken.
Since the deflection of the upper portion 44 due to improper placement of the patient on the table is to be minimized in order to provide correct longitudinal measurements of the reaction forces, it is useful to provide means for indicating to the user of the ballistocardiograph when the patient and / or table is set incorrectly. According to the invention, this is conveniently achieved by the shape of four sensors, which will now be described, which have their place in quarter-circle locations on the lip of the ring 66, i. H. 90 "from each other; two diametrically opposed sensors are located on the longitudinal axis of the foundation and two diametrically opposed sensors at right angles to this longitudinal axis. The easiest way to activate these sensors is by short-acting electrical switches 74, e.g.
Microswitches shown, the switching fingers of which are arranged radially and point to the center of the externally pressurized bearing. These fingers sit very close to the periphery of the outer ring 40 when that ring is centrally located and when the ring 66 is in the raised position so that a small movement (swing deviation) of the upper portion of the gas bearing is revealed by the switches. In a preferred form of the invention, the distance between the fingers and the outer ring 40 in its central position is approximately one and a half millimeters; Of course, this information, as well as all the numbers given in this description, serve only for the purpose of illustration and should not be construed as a restriction, unless to the extent indicated by the appended claims.
If the gas bearing is actuated by admitting pressurized gas into the filling chamber so that the upper section 34 floats freely, you can see that the outer ring 40 swings in a compensating direction in the event of an incorrect placement of the table and / or patient. Such a movement is sensed at least by a pair of switches 74 and, if the movement is not purely longitudinal or transverse, by one switch of each pair. The gas store can then be emptied and the table and / or patient can be moved in a direction which is opposite to that indicated by the pivoting of the upper bearing section. It has been found that, thanks to the use of the saddle, the adjustments required are usually quite small and can be made quickly and easily by hand.
In order to carry out the level work just described, each of the microswitches is connected in series with one signal device each, which contains, for example, an indicator in the form of a lamp. Four such lamps 78 are provided on the instrument panel 20, each of which is provided with a marker to indicate either the direction of oscillation that is taking place or the direction in which the table and / or patient must be moved in order to effect the oscillation prevent. It goes without saying that if none of the lamps 78 are lit with the ring 66 raised, the gas bearing activated and the presence of a patient on the table, the table 22 is essentially horizontal. The ring 66 can then be lowered and the instrument used to obtain a reading.
The instrument panel 20 may contain other circuitry. For example, it may include an air pressure gauge 80 that provides a reading of the air pressure in the fill chamber 52. It can also contain a button 82 which controls an air pressure regulating valve with the aid of which the air pressure in the chamber can be arbitrarily changed in order to apply a higher air pressure for particularly heavy patients or a lower air pressure for light patients as required.
A lamp 84 can also be attached to the panel 20 and is energized when the two sections of the gas store are separated.
For example, the lamp 84 can be fed when a normally closed contact pair of a relay closes, the coil of which is actuated by a circuit formed by the two gas bearing sections. This means that the excitation circuit for such a relay is closed by every point of contact between the two bearing sections; thus, when the upper section floats, the relay is de-energized and said pair of contacts of the relay is closed to complete the supply circuit of the lamp 84 and thereby illuminate the lamp and indicate to the user that the table and patient are floating freely.
It is worth mentioning that when the table and patient are in the correct central position and the gas pressure is switched on, the table movement is so small that it is difficult to ascertain that simply by looking at the table and patient the table floats; of course it is also undesirable to touch the table or patient to see if the bed works; this would in fact trigger an oscillating movement of the table.
There may be further switches on the panel 20.
A switch 86 either starts a compressor to provide pressurized air to the fill chamber or opens an electrically controlled valve between the gas bottle 56 and the fill chamber. A switch 88 on the panel supplies the excitation voltage for an electrocardiograph and for the motion sensing device to be described shortly. A switch 90 on the panel connects the instrument to a source of electrical power; this is the source which feeds all circuits, in contrast to switch 88, which, when actuated after switch 90 has been closed, only supplies excitation voltage.
As previously mentioned, the motion analyzer 10 includes means responsive to movement of the table 22; the term movement includes both simple displacement and derived functions such as B. Speed and acceleration, the latter being proportional to the force (K = mb). Preferably, the speed responsive means are sensitive to the acceleration of table 22; This eliminates the need for electrical or mechanical conversions to convert other motion functions into acceleration. The acceleration-sensitive means should have as flat a characteristic as possible in the range that is important for the measurement, which extends from about three to fifty Hertz, and should be able to process amplitude fluctuations in a ratio of one to thirty or greater.
So you must be able to sense extremely tiny forces in the range of a few dynes and should respond immediately without noticeable loss of time.
It has been found that an accelerometer that meets all of these conditions is a resiliently supported mass; the deviation of the mass is measured by deformation meters with unglued wires. It is best to use two such accelerometers, one of which is sensitive to the longitudinal acceleration of the table and the other of which is sensitive to the table's lateral acceleration. The longitudinal accelerometer is designated by the reference number 91 and the lateral accelerometer by the reference number 92.
To the extent that these two accelerometers are of the same construction and only differ in their orientation, the following description can be used for both accelerometers.
The internal construction of the accelerometer is indicated in FIG. It contains a fixed frame 94 which is inextricably connected to the upper section 34 of the bearing, which is pressurized from the outside, and is thereby rigidly connected to the table. Parallel leaf springs 96 project down from two opposite frame parts, at the lower ends of which the opposite end edges of a mass 98 are firmly and securely attached.
The leaf springs are aligned and face each other in the direction between their ends that are bridged by the mass; this is the Messri longitudinal acceleration signals, but also one or more other simultaneously measured functions of the heart system; for example, it can simultaneously record one or more measurements provided by an electrocardiograph or by a pulse sensing device and also by a timer.
For the aforementioned purpose, the recorder is preferably a multichannel recorder so that it can simultaneously record various events occurring simultaneously with the ballistocardiographic accelerations. Such a recorder is indicated by the reference number 110. Since the recorder is well known, it will not be described in detail. It consists, for example, of an Offner Electronics Type R Dynograph, which has an input amplifier, a paper unwinding and rewinding spool, means to move the paper between these over a flat surface, and several drawing needles, one of which is intended for each channel and the run transversely to the direction of travel of the paper as functions of the signals supplied to the means for needle migration.
It is advisable to have one of the needles actuated by a time pulse so that a good calibration for checking the recordings is guaranteed. Another of the needles is best actuated by the heartbeat. One or more other needles are actuated by the output of clamps from an electrocardiograph 112. Of course, additional needles will travel in response to the signals provided by the accelerometers 91,92. This allows various readings to be obtained simultaneously on a single sheet of paper, which are desirable for comparison with the ballistocardiographic recordings.
It has been found that the ballistocardiograph 10 is particularly insensitive to external vibration forces, although it is extremely sensitive to the tiniest forces generated within the patient's body. The instrument can be quickly balanced and requires very little time to adjust the balance prior to measurements. The readings obtained on the instrument correspond very closely to the theoretical readings; when the instrument is tested by applying a wide range of artificially generated frequencies over a large amplitude to the table, straight and accurate reproductions are ensured.