DE2050939A1

DE2050939A1 - Vorrichtung zur Rheoplethysmographie

Info

Publication number: DE2050939A1
Application number: DE19702050939
Authority: DE
Inventors: Paul Blanie; Jean Demange
Original assignee: IERAM SARL
Current assignee: IERAM SARL
Priority date: 1969-10-23
Filing date: 1970-10-16
Publication date: 1971-05-13
Also published as: IL35484A; OA03504A; CH551182A; US3742936A; PL85166B1; ES384553A1; CS168545B2; IL35484A0; ATA930570A; BE757682A; DK138063C; JPS515231B1; CA974599A; LU61893A1; NL7015200A; DE2050939B2; DK138063B; AT328607B; GB1330506A

Description

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INSTITUT EUROPEEN DE RECIiLKCHES ET D¹ APPLICATIONS MEDICALES S.a.r.l., Paris 10, rue de Chabrol 31 (Frankreich)

"Vorrichtung zur Rheoplethysmographie"

Prioritäten vom 23. Oktober 1969 und vom 29. Mai 1970 aus den französischen Patentanmeldungen Nr. 69 36333

und Nr. 70 19 676

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Rheoplethysraographie mit einem Hochfrequenzgenerator, dessen Spannung an der Versuchsperson (oder dem Versuchstier) über mindestens zwei Anlegeelektroden liegt.

Del der Rheoplethysmographie oder Widerstands-Plethysmographie handelt es sich um Messungen der Volumänderungen von Organen durch Messung der elektrischen Impedanzänderungen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung sind Blutkreislaufmessungen und Messungen der Atmungstätigkeit beim Menschen oder bei Tieren, Insbesondere Säugetieren

Es 1st bereits bekannt, mit Hilfe von Rheoplethyamographiegeräten den Blutdurchfluß oder die Atmungstätigkeit (die resplratorische Tätigkeit) durch Impedanzmessungen zu ermitteln.

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Kubicek hat hierfür bekanntlich bereits die Verwendung; von vier bandförmigen relativ langen Elektroden vorgeschlagen, von denen die beiden ersten Anlegeelektroden genannten Elektroden in geeigneter Weise einerseits um den Hals, andererseits um den Thorax der Versuchsperson gelegt werden und an den Elektroden eine hochfrequente Spannung liegt. Die beiden anderen Elektroden, die sogenannten Abnahme- oder Meßelektroden liegen einerseits um den Hal3, Jedoch näher am Thorax ala die vorhergehende, andererseits um den Thorax, jedoch höher al^ die vorhergehende. Die zwischen den Abnahmeelektroden abgenommene Potentialdifferenz gestattet nach Modulation, Verstärkung, Demodulation und Gleichrichtung eine Aufzeichnung der Impedanzänderung zwischen den beiden Abnahmeelektroden zu erhalten.

In einer ersten Vorrichtung kompensierte Kubicek die zwischen den Abnahmeelektroden vorhandene Impedanz mit Hilfe eines festen Widerstandes, wa3 nur für bestimmte Versuchspersonen und bestimmte Lagen der Elektroden mit Erfolg durchführbar ist. Es versteht sich, daß abhängig vom Versuchsobjekt - Mensch oder Tier, Kind oder Erwachsener - und seiner Morphologie - insbesondere mager oder dick - die jeweiligen Impedanzen sehr unterschiedlich sind.

Mit der amerikanischen Patentschrift 3 340 867 hat Kubicek bekanntlich unter Verwendung derselben Elektroden weiterhin eine Vorrichtung vorgeschlagen, bei der ein Kochfrequenzoszillator einen konstanten Strom liefert und einerseits mit der Versuchsperson über die Anlegeelektroden (Erregerstrom), andererseits und parallel zu der Versuchsperson mit einem Potentiometer verbunden ist. Die mit den beiden Abnahmeelektroden abgenommene Spannung wird verstärkt, gleichgerichtet und einem Konstantetrom-Dlfferenzverstärker zugeführt. Die am Ausgang des Potentiometers abgenommene Spannung wird ebenfalls verstärkt,

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BAD ORiGlNAL

gleichgerichtet und einem Konstantstrom-Differenzverstärker zugeführt. Wenn man die Elektroden an der Versuchsperson anlegt, stellt man das Potentiometer so ein, daß man am Ausgang des Konstantstrom-PifferenzverstiirkerE olne Spannung nahe Null erhält. Diese Vorrichtung stellt zwar einen Fortschritt in Be-ZUf₁ auf die bis dahin bekannten dar, besitzt jedoch den Nachteil, daß über die Abnahmeelektroden abgenommenen Spannungen mit allen intrathoracalen Phänomenen schwanken (insbesondere Blutkreislauf, Atmung, Verdauung). Wenn wan beispielsweise die Herztätigkeit untersuchen will, muß die Versuchsperson in den meisten Fällen trotz der getroffenen Vorkehrungen ihre Atmung unterdrücken, damit die Messungen nicht verfälscht werden. Die anderen Phänomene, insbesondere diejenigen der Verdauung stören trotzdem die Iiessungen. liinau Kommt noch, daß dann, wenn man die Herztätigkeit einer Versuchsperson, die sich an Bord eines Fahrzeuges befindet, oder arbeitet oder Sport betreibt, untersuchen will, Änderungen durch Verschiebungen der Organe und der Muskeln auftreten, wobei diese Verschiebungen entweder durch die Versuchsperson selbst vorgenommen werden oder auf Beschleunigungen zurückzuführen sind. Schließlich ist die Vorrichtung nach der amerikanischen Patentschrift 3 3^0 relativ aufwendig, da es zur Herstellung eines Spannungsgleichgewichtes zwischen der Versuchsperson und der potentionetrischen Anordnung der Verwendung eines Oszillators bedarf, dessen Strom sorgfiltig konstant gehalten werden muß.

Die Arbeitsweise eines derartigen Gerätes ist zu kompliziert und mit dem gegenwärtigen Stand der medizinischen Technik schlecht vereinbar, letzteres insbesondere dann, wenn die Versuchsperson sich in dem engen Raum eines experimentellen ■ eronautischen oder astronautischen Fahrzeuges befindet und beträchtlichen Beschleunigungen unterzogen wird.

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Die folgenden Begriffe werden mit Bezug auf Fig. 1 festgelegt.

Fig. 1 zeigt für einen normalen Menschen bei mittlerem Pulsschlag das Elektrokardiogramm (EKG), das Phonokardiogramm (PCG) und das Rheoplethysroogramm (RPG) (lediglich die arteriellen und Aor_£aanteile). Die Bezeichnung EKG entspricht dem mit Hilfe von externen Elektroden abgenommenen Elektrokardiogramm, im Gegensatz zur Bezeichnung ECG, die gegenwärtig überwiegend einem solchen Elektrokardiogramm vorbehalten ist, das mittels interner Elektroden, beispielsweise im Verlaufe eines chirurgischen Eingriffes, gewonnen wird.

Der Zyklus der Herztätigkeit umfaßt die Vorhofsystole (SA), während derer sich die Herzohren über die Atrioventric· lärklappen (AV-Klappen) oder Vorhofkammerklappen praktisch gleichzeitig in die Herzkammern leeren. Am Ende der Vorhofsystole (SA) schließen sich die Atrioventric lärklappen bei FAV und die Kammersystole SV beginnt. Pie Segelklappen öffnen sich bei OS, d.h. kurz nach dem Schließen FAV der Atrioventricolürklappen. Dieses Schließen FAV entspricht etwa einerseits dem Beginn des ersten Herztones Bl, wie das Phonokardiogramm PCG zeigt und andererseits dem niedrigsten Punkt oder Minimum dee Rheoplethysmogramms RPG. Während der Systole, praktisch gleichzeitig mit den beiden Herzkammern, kontrahiert sich der Herzmuskel und stößt das Blut einerseits aus der linken Herzkammer in die Aorta, andererseits aus der rechten Herzkammer in die Lungenarterien aus. Die Aorta weitet sich, von wo an der Anstieg des Rheoplethysmogramms beginnt, der etwa der Strecke ST des Elektrokardiogramms entspricht, für das die bekannten Bezeichnungen von Einthoven verwendet werden. Am Ende der Kammersystole beginnt sich das Rheoplethysmogramm abzuflachen und

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beim Schließen der Segelklappen PS, das genau dem Auftreten des zweiten Herztones B2 entspricht, zeichnet der Rheoplethysmograph einen oder mehrere Knicke auf, wie dies Fig. 1 veranschaulicht. Dies entspricht gleichzeitig dem Beginn

D
der Diastole^.' Kurz nach dem Schließen FS, Öffnen sich die Atrioventriculärklappen bei OAV, der zweite Herzton B2 verschwindet anschließend. Im Verlauf der Diastole D gewinnen die Arterlen (Aorta und Arteriajpulmonalis) ihr Ausgangsvolumen zurück und das Rheoplethysmogramm fällt ab. Dieser Abfall setzt sich während der Vorhofsystole SA fort, die im Elektrokardiogramm P entspricht, unmittelbar gefolgt von Q und R.

üas 3ystolische Volumen kann,ausgehend von der Steigung deo ansteigenden Astes, der sich an den ersten llerston anschließt, errechnet werden, wie dies bereits bekannt i3t. Hierzu kann verwiesen werden auf: Kubicek W.O., Karnegis J.N., Patterson R.P., Witsoe D.Α., Hattson R.R. "Development and Evaluation of Impedance cardiac output system" Aerospace med. 37(12)1209-12,1966.

Fig. 2 stellt das Hheoplethysmogramm RPG eines normalen Menschen bei mittlerer Herztätigkeit dar. Die jeweiligen Abszissen des Beginns der beiden Herztöne Bl und B2 sind mit FAV und FS gemäß Flg. 1 bezeichnet. Folgender Zusammenhang ist bekannt: Venn man die Tangente ab der größten positiven Steigung des Rheoplethysmogramms zeichnet, die in den meisten Fällen dem Wendepunkt entspricht, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Herzton befindet und wenn man die Punkte a und b dieser Tangente deren Abszissen/diejenigen des Beginns

err.ittelt

FAV bzw. FS des Herztones Bl bzw. B2 sind,/dann ist die Differenz h der Ordinaten von b und a etwa proportional dem systolischen Volumen.

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3AD ORIGINAL

Der oben erwähnte Aufsatz von Kubicek behandelt dieses Verfahrens der Bestimmung des systollschen Volumens sowie ein Rheoplethysmographiegerät, das auf dem einleitend angegebenen Meßprinzip beruht.

Im übrigen kann noch verwiesen werden auf:Coleman Hertsman A., D'Agrosa L., Flath F. "Impedance measurement of cardiac output during moderate heat exposure" Aer.Sp.Med.Research Lab. T-R 66-5.

Bei der Anwendung des graphischen Verfahrens nach Fig. 2 war es früher zwar einfach, die Tangente der größten Steigung zu zeichnen; die Bestimmung der Abszissen FAV und FS geschieht Jedoch in der Mehrzahl der Fälle von Hand durch den Bedienenden, der/Herztöne mit dem Stethoskop abhört, was zu erheblichen Fehlern führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Rheoplethysmographie der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine den Patienten nicht störende Anbringung der Elektroden vorzunehmen gestattet und eine kontinuierliche Messung der interessierenden Größe unter weltgehender Ausschaltung aller störenden Anteile oder Störgrößen erlaubt, so daß sich die Auswertung des Rheoplethysmogramma vereinfacht und beispielsweise durch einen angeschlossenen Rechner erfolgen kann.

Zur näheren Erläuterung dieser Aufgabenstellung sei unter Bezugnahme auf Fig. 5 angenommen, daß der Blutdurchfluß und das systolische Volumen gemessen werden sollen. Flg. 5 zeigt schematisch für einen normalen Menschen unter mittleren Bedingungen den Kreislaufanteil CC und/respiratorischen oder Atmungsanteil CR sowie beide Anteile CC+CR zusammen in einer rheople-

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thysmographischen Aufzeichnung. Die Wirkung der überlagerung dieser beiden Anteile ist in dem Diagramm CC+CR deutlich zu erkennen und es läßt sich leicht einsehen, daß zur Untersuchung des Kreislaufanteiles CC die Entfernung des respiratorischen Anteils CR anzustreben ist, 30 daß einander entsprechende Hulldifchgänge der Kurve CC auf einer Grundlinie mit konstanter Ordinate wie der Achse des Aufzeichnungsstreifens liegen.

Die der Erfindung zugrunde liegende und vorstehend für einen Teilbereich näher präzisierte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Anlegeelektroden in Serie mit mindestens einer zwischen die Versuchsperson und den Generator eingefügten Impedanz liegen und mindestens zwei, ein Paar bildende Abnahmeelektroden auf der Versuchsperson in dem mit Hilfe der Anlegeelektroden unter Spannung gesetzten Gebiet angeordnet sind, wobei die zwischen jedem Abnahmeelektrodenpaar abgenommene Spannung und die zwischen einem Abgreifelektrodenpaar der Serienimpedanz abgenommene Spannung nach Verstärkung einem Differenzverstärker und anschließend einer Auswerte-, d.h. einer Anzeige-, Meß-, Kontrol]-, Registrier- oder Sendeeinrichtung zugeführt werden und die Lage des Abgreifelektrodenpaares so bestimmt ist, daß die zwischen ihm abgenommene Spannung etwa die mittlere zwischen dem entsprechenden Abnahmeelektrodenpaar entnommene Spannung derart kompensiert, daß nach Verstärkung jeder der beiden Spannungen und Durchgang durch den Differenzverstärker die Ausgangsspannung um Null herum schwankt.

Diese einfach aufgebaute Vorrichtung gestattet die Durchführung fortlaufender Messungen ohne daß es notwendig ist, daß die Versuchsperson die Atmung einstellt. Sie erleichtert außerdem^Änwender die Arbeit, da e±e nur ein einziges Einstellorgan aufweist. Die Auswertung des mit dieser Vorrichtung gewonnenen

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Rheoplethysmogramms wird durch die Unterdrückung oder Ausscheidung störender Anteile erheblich vereinfacht, beispielsweise durch Ausscheidung der respiratorischen Anteile bei Untersuchung der Herztätigkeit oder Ausscheidung der Herztätlgkeltsantelle bei Untersuchung der Atmungstätigkeit. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden auch die zuvor beschriebenen, den vorbekannten Vorrichtungen zu eigenen Nachtelle vermieden. Bei der hler getroffenen Anordnung kann nämlich der von dem Hochfrequenzgenerator gelieferte Strom schwanken, eine Erscheinung, die häufig bei Langzeltmessungen oder bei Messungen an ein und derselben Versuchsperson, die in einem nicht vernachlässigbaren zeitlichen Abstand aufeinanderfolgen, auftritt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt sicher, daß derselbe Strom die Versuchsperson und die Kompensationsschaltung durchläuft und kompensiert eventuelle zeitliche Stromschwankungen. Die Kompensationsschaltung gestattet außerdem die Regelung des Stromes zwischen den Anlegeelektroden trotz Impedanzschwankungen zwischen diesen Elektroden, wodurch sich ebenfalls die Verwendung eines Konstantstrom-Generators erübrigt .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung findet somit insbesondere Anwendung zur Messung aller Schwankungen des Organvolumens, Insbesondere der Lunge, des Herzens und der verschiedenen Arterlen, sowie zur Kontrolle der Kreislauftatlgkeit in verschiedenen Teilen des Körpers, beispielsweise im Gehirn, sowie zur fortlaufenden Kreislaufüberwachung im Verlaufe eines chirurgischen Eingriffes oder während fengdauernder Behandlungen. Weiterhin Bind mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung derartige Messungen in solchen Fällen möglich, wo die Versuchsperson dem Anwender nicht unmittelbar zugänglich 1st, was insbesondere dann der Pail 1st, wenn sie sich an Bord eines Fahrzeuges aufhält oder sich in Bewegung befindet, was bei Krankentransporten

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der Fall ist, sowie bei allen angewandten physiologischen Untersuchungen (Arbeits-, Sport-, aeronautische, astronautische Physiologie u.s.w.)·

Eine vorteilhafte Ausführung»form der erflndungagemäßen Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß mehrere Abnahmeelektrodenpaare und ebensoviele Verstärkungskanäle vorgesehen sind. Hierdurch lassen sich insbesondere vergleichende Messungen durchführen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungform zeichnet sich dadurch aus, daß auf mindestens ein Anlegeelektrodenpaar und mindestens zwei Abnahmeelektrodenpaare zwei Differenzverstärker folgen, deren beide Ausgang3slgnale, gegebenenfalls nach vorheriger Einstellung auf bestimmte Werte, auf einen dritten Differenzverstärker gelangen, an dessen Ausgang eine Auswerteeinrichtung liegt. Diese Anordnung gestattet die Feststellung von Anomalien durch differenzielle Messungen, beispielsweise die Entdeckung eines Tumors durch Vergleich der rechten und linken Gehirnkreislauftatigkeit.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Ausgangsspannung eines zur Messung einer interessierenden Größe dienenden Systeme nach Durchlaufen einer Begrenzer-oder Schwellwertschaltung und einer Impulsformerschaltung dem der Auswerteeinrichtung zugeführten Signal überlagert ist. Auf diese Welse 1st es möglich, dem Rheoplethysmogramm selbst eine Spitze oder einen Zacken zu überlagern, der beispielsweise den zeitlichen Beginn der Herztöne bezeichnet (vgl. strichpunktierte Zacken in Fig. 2). Dies ergibt eine ganz erhebliche Vereinfachung bei der Auswertung des Rheoplethysnogranma und gestattet außerdem, diese Auswertung auch unmittel-

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bar durch einen angeschlossenen geeigneten Rechner ausführen zu lassen.

In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand einer beispielsweise gewühlten Ausführungsform sowie unter Zuhilfegnahme von erläuternden Diagrammen und Blockschaltbildern schematisch veranschaulicht. Die Pig. 1, 2 und ^lj wurden bereits vorstehend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein extern abgenommenes Elektrokardiogramm EKG, ein Phonokardiogramm PCG und ein Rheoplethysmogramm FiPG für einen normalen Menschen mit mittlerer Herztätigkeit;

Fig. 2 ein Verfahren zur graphischen Bestimmung des systolischen Volumens;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der Körperimpedanz zwischen zwei Elektroden;

Fig. ¹J eine vereinfachte Darstellung der Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Herzanteils CC und

des respiratorischen Anteils CR des Rheoplethysmogramms sowie deren überlagerung;

Fig. 6 ein blockschaltbildmäßige Darstellung der erfindungs gemäßen Vorrichtung eur Rheoplethysmographie mit vier Elektroden, wobei die angegebenen Widerstandswerte lediglich der allgemeinen Orientierung dienen und vom Fachmann nach Maßgabe der jeweiligen Geräte- und Meßbedingungen gewählt werden können;

Fig. 7 ein Blockschaltbild nur Veranschaulichung der Ausfilterung der störenden und parasitären Anteile der

Signalspannung;

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Flg. 8 ein Blockschaltbild einer Begrenzer- und einer Impulsfonnerschaltung;

FIp. 9 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Addition oder Subtraktion von Signalspannungenj

Fig.iO eine schematische Darstellunc einer Vorrichtung zur Auswertung des Rheoplethysmopramms;

Fig.11 eine schematische Darstellung des menschlichen Thorax, versehen mit vier Elektroden nach der Erfindung.

Um die nachfolgenden Erläuterungen von Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung besser verständlich zu machen, soll zunächst die Natur der zwischen zwei Elektroden gemessenen elektrischen Körperimpedanz ins Gedächtnis zurückgerufen werden.

Fig. 3 zeigt schematisch eine derartige Impedanz. Diese besteht zum einen aus der Hautimpedanz, die man durch eine Kapazität C und einen Parallelwiderstand R darstellen kann und zum anderen aus der Impedanz der tief er liegenden Gewebeschichten, die durch eine Kapazität CL parallel zu einem Widerstand R₁ veranschaulicht werden kann, der seinerseits durch einen den Gewebeschichten selbst entsprechenden Festwiderstand R, und einen dazu parallelen Widerstand R versinnbildlicht wird, welch letzterer zufolge Schwankungen der Blutzirkulation veränderlich ist. Zwischen zwei Elektroden liegen folglich die Kapazität C und der Parallelwiderstand R sowie zwischen diesem Eingang und zwischen diesem Ausgang die Parall^fchaltung aus C₁ und R₁.

Wenn man Potentialdifferenzen einer genügend hohen Frequenz anlegt, vereinfacht sich das Schaltbild; insbesondere brauchen

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der Hautwideretand und die Kapazität der tieferliegenden Schichten nicht berücksichtigt zu werden, (Siehe hierzu: DEMANGE J., DEMON G. "Influence de I¹Inhalation de CO₂ sur la rheographie ceYebrale"-Revue de me*declne ae'ronautique et 3patlale 1967 6 (2) 5-9).

Das Schaltbild nach Flg. 3 vereinfacht sieh folglich zu demjenigen nach Flg. H, das eine Hautkapazität C am Eingang aufweist, die In Wirklichkeit der Gesamtanordnung (Elektrode + Haut) entspricht, sowie In Serie dazu die Parallelschaltung aus dem Widerstand der tieferen Gewebeschicht R und dem veränderlichen Widerstand des Blutes oder der Organe R- worauf wiederum in Serie die Ausgangskapazität C folgt, die wieder der Haut und der anderen Elektrode entspricht.

Im Folgenden wird die Impedanz der verschiedenen Gewebe (Haut und tieferliegende Gewebeschichten) mit gleichen Bezeichnungen bezeichnet.

Die Vorrichtung nach Flg. 6 enthält einen Frequenzgenerator GHF, beispielsweise einen Oszillator bekannten Aufbaus, der In den laufend verwendeten Geräten auf einer festen Frequenz arbeiten kann, während bei Verwendung für aufwendigere Forschungsgeräte seine Frequenz veränderbar sein kann. Die verwendeten Frequenzen liegen üblicherweise über 100 kHz und meist in der Größenordnung von 150 kHz. Ein Serien- oder Vorwiderstand R ist zwischen den Generator und den Körperabschnitt der zwischen den Anlegeelektroden El und E2 liegt, eJfagefügt. Im Falle der Messung des systollschen Volumens gestattet dieser Widerstand R den Strom I in seiner Stärke etwa konstant zu halten. Der Serienwiderstand kann für einen normelen Menschen in der Größenordnung von 500 bis 600 0hm gewählt werden und beispielsweise 560 0hm betragen. Die Gesamtimpedanz

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des Körperabschnittes liegt meist zwischen 100 und 200 Ohm und die auf wechselnde Durchblutung zurückzuführenden Gesamt änderungen zwischen den Elektroden entsprechen der Impedanz von einigen Ohm. Auf diese Weise durchläuft der Strom eine Gesamtimpedanz in der Größenordnung von 700 0hm und kann als eingeprägter Strom angesehen werden. Es Ist aber auch möglich, durch Vergrößerung des Serienwiderstandes Il eine größere Impedanz zu verwenden. Die Empfindlichkeit der Messungen wird hierdurch in vernachlässigbarem Umfang beeinflußt.

Ein veränderlicher Teil Z, des Serienwiderstandes R gestattet In einer bekannten und einfachen Potentiometerschaltung eine Potentialdifferenz U^ abzugreifen, die nach Verstärkung im umgekehrten Sinn bzw, mit umgekehrten Vorzeichen auf die Potentialdifferenz up zur Einwirkung gebracht wird, die zwischen den beiden Abnahmeelektroden vorhanden und über diese entnommen und vorher verstärkt worden let. Die Zusammenführung dieser beiden Potentialdifferenzen geschieht mit Hilfe eines Differenzverstärker D.

Wenn die Impedanz Z₁, gleich der Impedanz 7. ist, d.h. wenn

die beiden Potentialdifferenzen oder Spannung,-IL oder U» gleich groß sind, befindet sich der Zeiger eines am Ausgang des Systems angeordneten Meßinstrumentes auf Null. Eine geringe Änderung von Z₁ führt zu einem Ungleichgewicht, das In Bezug auf jenes, das durch eine ebenso große Änderung von Z_e her-

vorgerufen wird, gleich c**oß, jedoch umgekehrt gerichtet ist. Diese Schaltung gestattet folglich gleichzeitig einen Strom einzuprägen und den Wert von Z zu messen und die Änderungen zu eichen.

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Wenn man am Ausgang S₇ einen Schreiber, beispielsweise einen Flüssigkeitsstrahl-Schreiber bekannter Art mit einer Eingangs impedanz von 1 Megohm und 25 bis ¹IO Hz Bandbreite anordnet, kann man auf diese Weise auf einem Kanal ein aufgezeichnetes Rheoplethysmogramm und auf einem zweiten Kanal beispielsweise ein Phonokardiogramm erhalten. Am Ausgang S, kann in gleicher Welse auch eine Fernübertragungsvorrlchtung angeordnet werden, wodurch Telemetrieme88ungen möglich sind.

In Flg. 6 sind die verschiedenen Merkmale der Haut und der tieferliegenden Gewebeschichten mit denselben Bezugszeichen wie in den Pig. 3 und 't versehen, d.h.,/C die Kapazität der Haut und der Grenzschicht Elektroden-Haut, Zt die Impedanz der tieferliegenden Gewebeschichten zwischen den Anlcgeelektroden und Zs die veränderliche Impedanz darstellen, wobei letztere auf Zustandsönderungen der tieferliegenden Gewebe unter dem Einfluß von Formänderungen zurückzuführen ist, die ihrerseits auf dem Kreislauf oder der Atmung oder irgendeinem anderen physiologischen Phänomen beruhen. Die Elektroden El, E2, E3, Ek können ganz einfach schmiegsame Silberbänder mit einer Breite von etwa 1 cm und einer Länge von etwa 10 cm sein und an der Versuchsperson in bekannter Weise befestigt werden, letzteres Insbesondere mit Hilfe anallergischer oder hypoallergischer Klebestreifen, die über die Bänder geklebt werden, um diese In engem Kontakt mit der Haut zu halten. Eine derartige einfache und wirkungsvolle Befestigung 1st ohne weiteres während relativ langer Zeiträume anwendbar und von der Versuchsperson ohne merkliche physiologische Reaktion auszuhalten, was für Langzeltmessungen wesentlich 1st. Die geringe Länge der Elektroden vermeldet den Nachteil der bisher bekannten Elektroden, die den Thorax oder den Hals vollständig umschließen und sowohl für die Versuchsperson lästig waren, als auch die Messungen

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zufolge der überlagerung von Impedanfcürrderungen respiratorischen Usprungs mit denjenigen zirkulatorischen Usprungs störten, was erforderte, daß die Versuchsperson (soweit möglich) die Atnung einstellte.

Bei dem hier gewählten Beispiel der Messung der Änderungen den systolischen Volumens werden zweckmäßig Elektroden der vorstehend beschriebenen Form und Abmessungen verwendet, die man vorzugsweise wie folgt anbringt. Fig. 11 stellt schematisch eine Vorderansicht eines menschlichen Thorax mit Andeutung des Sternum S, der Schlüsselbeine CL und Teilen der Rippen C dar. Das Herz K ist sehr schematisch und gestrichelt veranschaulicht, ebenso wie der zwischen dem Herz und dem Intercostalraum CR enthaltene Teil der Aorta A. Die relative Lage des Herzens, der Aorta und der anderen Elemente des Thorax kann von Individuum zu Individuum verschieden sein und die Anordnung der Elektroden in Bezug auf diese verschiedenen Organe oder Knochen ist lediglich als Beispiel angegeben. Die erste Anlegeelektrode El 1st in Höhe des Halse3 U oder 5 cm oberhalb der Sternalgrube P angebracht. Die zweite Anlegeelektrode E2 ist am unteren Ende des Thorax auf der linken Seite etwa parallel zum Rippenbogen R und in der Figur in Höhe des processus xiphoideis X oder Schwertfortsatzes angeorndet. Die Abnahmeelektroden EJ und EH sind ebenfalls auf der Vorderseite des Thorax angeordnet und zwar etwa am unteren und oberen Ende der Aortaiaszendens. Dies gestattet zwischen den Abnahmeelektroden jenen Bereich su erfassen, wo die Aorta einen relativ zylindrischen und regelmäßigen Teil aufweist. Es versteht sich, daß die Festlegung dieser verschiedenen Anbringungsorte durch Anwendung bestimmter bekannter Techniken, insbesondere der Röntgentechnik, erheblich erleichtert wird. Die Abnahmeelektroden E3, E* sind im allgemeinen 5 bis 7 cm voneinander

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entfernt, wobei diese Entfernung von der Morphologie der Versuchsperson abhängt. Ihr mittlerer Teil befindet sich etwa an der linken Seite des Sternums. Die vier Elektroden £1, £2, E3, E4 sind auf diese Weise etwa horizontal angeordnet, wenn die Versuchsperson sich in senkrechter Stellung befindet. Die Erfahrung hat gezeigt, daß für ein durchschnittliches Individuum eine derartige Anordnung es gestattet, daß bei spannungführenden Anlegeelektroden El und £2 die Elektroden E3 und £4 sich etwa längs Äquipotentiallinien befinden, was Änderungen ausschaltet, die auf Potentialdifferenzen längs der Elektrode zurückzuführen sind. Derartige Änderungen traten bei den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen auf, insbesondere wenn Elektroden verwendet wurden, die den Hals oder den Thorax größtenteils oder ganz umgaben, was die Meßergebnisse in großem Umfang verfälschen konnte.

Selbst wenn man In der vorstehend beschriebenen Art und Weise vorgeht, erhält man am Ausgang ein Signal, das in zahlreichen Fällen und abhängig von den Versuchspersonen einen nicht vernachlässigbaren respiratorischen Anteil enthält, d.h. daß auf der Aufzeichnung statt einer Kurve CC (Fig. 5) eine Kurve der Art CC+CR erhalten wird, d.h. eine Kurve, die um den respiratorischen Anteil schwankt, statt stabil um eine Zeitachse oder eine Gerade mit konstanter Ordinate zu schwanken. Nach der Erfindung 1st es möglich, in zahlreichen Fällen bei Untersuchung eines bestimmten Phänomens auf rheoplethysmographiechem Weg die störenden oder parasitären Phänomenen entsprechenden Anteile zu unterdrücken oder zu beseitigen.

Im vorliegenden Beispiel, wft der Kreislaufapparat, genauer gesagt das Herz, untersucht werden soll, ist angestrebt, den respiratorischen Anteil zu entfernen.

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71g. 7 zeigt eine einfache und in der Elektrotechnik bekannte Schaltung, bei der »an auf den Eingang E4 das su korrigierende Signal, etwa das am Ausgang S, der Vorrichtung nach Fig. 6 abgenommene, gibt. Dieses Signal wird mit Hilfe der Schaltung gefiltert, die la wesentlichen ein Filter F parallel su einem Verstarker A4 enthält und wobei die Mittenfrequenz des Filters F einstellbar ist.

Die Anwendung einer derartigen Schaltung auf die Rheoplethysmographie gestattet die Beseitigung bestimmter Anteile unter der Bedingung, daß diese an die dieser Technik su eigenen Erfordernisse angepaßt werden. Im Falle des respiratorischen Anteils beispielsweise 1st es im allgemeinen hinreichend, die Frequensen unterhalb von 0,5 Hs mit Hilfe eines einfachen Hoch- > paßfllters su unterdrücken. Das am Ausgang S^ abgenommene Signal ist dann in seinem Verlauf ähnlich der Kurve CC in Fig. 5, d.h., daß es praktisch ausschließlich dem Hersanteil entspricht. <

Eine derartige Schaltung, im vorliegenden Beispiel der Hers- ' untersuchung sur Unterdrückung des respiratorischen Anteils angewendet, kann auf die meisten anderen Anwendungsgebiete der Rheoplethysmographie und insbesondere im Zusammenhang mit der j Untersuchung der Atmungstätigkeit unter entsprechender Anpassung \ verwendet werden. Bei Anordnung der Elektroden auf der rechten Seite des Thorax kann man den Hersanteil im Signal mit Hilfe eines Tiefpaßfilters entfernen, das die der Herstätigkeit entsprechenden Frequensen unterdrückt.

Hieraus ergibt sich ohne weiteres, daß ein und dasselbe Gerät für sehr sahireiche Anwendungsfälle geeignet ist, wobei die Einstellung des Filters die Unterdrückung störender oder parasitärer Anteile, insbesondere der Hintergrundgeräusche, gestattet

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Die Erfahrung hat Jedoch gelehrt, da* Insbesondere im Falle des Hochpafifliters bei Entfernung einer Qrun&frequens und gegebenenfalls deren ersten Harmonisehen sieh bestirnte höhere Harmonische als störend erweisen können. Qb diese «u entfernen» kann auf die in Flg. 9 dargestellte Differenssehaltung surückgegrlffen werden. Diese Schaltung umfaftt im wesentlichen einen Differenzverstärker A6, der in bekannter Weise angeordnet 1st und swel Einginge B6 und E*6und einen Ausgang 36 besltst. Unter Verwendung sveier Meftkanäle (Flg. 9) und demzufolge sweler Abnahmeelektrodenpaare mit eine« einsigen oder swel Anlegeelektrodenpaaren, abhängig von der Morphologie der Versuchsperson, des ku untersuchenden Bereich oder der Art des PhlnoMens, auf das sieh die Messungen erstrecken, erhält man von eines Abnahmeelektrodenpaar ein Signal am entsprechenden Ausgang S, (Fig. 6), während man von dem anderen Abnahmelektrodenpaar Ober einen anderen su dem vorhergehenden analogen Kanal ein anderes Signal erhält.

Im vorstehenden Beispiel erhält man einerseits über einen Kanal von der linken Seite ein rheoplethysmographlsches Signal mit überwiegendem Hersanteil und geringem respiratorIsehern Anteil und sum anderen über den anderen Kanal einen respiratorischen Anteil, der beispielsweise mittels Elektroden abgenommen wird, die auf der rechten Seite des Thorax angeordnet Bind, so daß dieses Signal einen schwachen Hersanteil enthält. Nach eventueller Filterung des Hersanteils der rechts abgenommenen Signale durch Verarbeitung des rheoplethysmographlsehen Signals der respiratorischen Aktivität,beispielsweise mit Hilfe einer nach Fig. 7 mit einem Bandfilter versehenen Schaltung, wird das bei S, gewonnene, von den in Höhe des Hersens angeordneten Abnahmeelektroden abgeleitete Signal unter eventueller Umkehr der Polaritäten sur Herstellung der Dlfferensbesiehung auf den Eingang E6 gegeben, während auf den Eingang E'6 das

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das Signal gegeben wird, das von den rechten Elektroden mit überwiegend respiratorischen! Anteil kommt und gegebenenfalls In der beschriebenen Welse gefiltert 1st und dessen Pegel so eingestellt worden ist, daß In dem Differenzverstärker Αβ der respiratorIsehe Anteil des linksseitig abgenommenen und bei E6 angelegten Signales durch den rechtsseitig abgenommenen umgekehrten und bei E*6 angelegten Anteil kompensiert wird.

Die Schaltungen nach Flg. 7 und Fig. 9 gestatten somit bei gleichzeitiger Verwendung, d.h. in Zusammenschaltung, eine Entfernung der störenden oder parasitären Anteile Im Signal· Wie vorstehend bereits erwähnt, 1st es für den Anwender häufig wünschenswert, dem rheoplethysmographlschen Signal bestimmte andere Aufzeichnungen zu überlagern. Bei rheoplethysmogr**h. -sehen Untersuchungen das Herzens besteht beispie. >>^s <e \ Huig dr.s Interesse, den Beginn der beiden Haup-thc./itC ·; usutlich feutzuhalteii, üer - *1ö einleitend ι ⁵α ; ν J** schließen der Atrioventriculärklappen bzw. dem c '^p der Segelklappen entspricht. Zwischen dem Jeweiligea Beginn der beiden Töne liegt die Systole.

Ebenfalls kann es von Interesse sein, dem Rheoplethysmogramm bestimmte Kennzeichnungen zu überlagern, die bestimmten Merkmalen des Elektrokardiogramms entsprechen. Dies 1st umso vorteilhafter, als es technisch gesehen möglich 1st, die bekannten Geräte zur Aufzeichnung des Elektrokardiogramms zu verwenden und insbesondere auf dieselben Elektroden zurückzugreifen, wie diejenigen, die für die rheoplethysmographische Aufzeichnung verwendet werden. Dies kann eifipVorteil insbesondere gegenüber der Anzeige von Elementen phonokardlographlschen Ursprungs darstellen, da letzteres die Anbringung eines Schallaufnehmers,

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- 20 üblicherweise eines Mikrophons, erfordert.

Das in Fig. 1 dargestellte Elektrokardiogramm EKG weist bekanntlich die oberen Punkte oder Maxima R und T auf, sowie die unteren Punkte bzw. Minima Q und S und es kann nun interessant sein, dem Rheoplethysmogramm RPG die Signalspitzen eines oder mehrerer dieser Punkte oder solche einer impulsformung unterzogene Signale zu überlagern₃deren Beginn einem oder mehreren dieser Punkte entspricht. Hierfür kommt insbesondere die sehr scharfe Spitze R Infrage, die dem Schließen der Atrioventriculärklappen und damit dem Beginn des ersten

«Herztones Bl und dem Minimum des rheoplethysmographischen Zyklus RPG sehr kurz vorangeht.

Jedenfalls ist es unabhängig von der Art des in geeigneter Welse abgenommenen Signals möglich, dem Rheoplethysmogramm Anzeigen oder Marken zu überlagern, die insbesondere dem Phonokardiogramm und dem Elektrokardiogramm unter den vorstehend beschriebenen Bedingungen entsprechen.

Die in Flg. 8 dargestellte, beispielsweise gewählte Schaltung gestattet es bei Anlegen des phonokardlographlsehen Signales an den Eingang E5 dieses in der Begrenzerschaltung EC zu begrenzen, so daß lediglich die Spitzen der Herztöne berück-■f sichtigt und die schwachen Töne und das Hintergrundgeräusch unterdrückt werden. Anschließend werden in dieser Schaltung die von der Begrenzerschaltung durchgelassenen Signalantelle in einer monostabilen Kippschaltung MS einer Impulsformung unterzogen, wodurch am Ausgang S5 Impulse einer durch die Art der monostabilen Kippschaltung und ihre Einstellung vorbestimmten Form zur Verfügung stehen und insbesondere deren Amplitude und Dauer im voraus gewählt werden können« Kit Hilfe

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einer geeigneten Schaltung, beispielsweise derjenigen nach Flg. 9t können nun die so gewonnenen Impulse mit einer gewählten Polarität dem bei S3 der Schaltung nach Fig. 6 entnommenen Signal überlagert werden, wodurch man ein Herz-Rheoplethysmogramm erhält, auf dem kleine Marken bekannter Form den Beginn und das Ende der Kammersystole, d.h. den jeweiligen Beginn der jeweiligen Herztöne, bezeichnen·

Die in Fig. 6 dargestellte Schaltung weist einen einsigen Meßkanal auf, d.h. ein einziges Abnahmeelektrodenpaar. Es können jedoch mehrere Abnahmeelektrodenpaare zusammen mit ^ einem einzigen Anlegelektrodenpaar Anwendung finden, wobei ™ jedes Abnahmeelektrodenpaar mit einer eigenen Schaltung der in Fig. 6 dargestellten Art verbunden sein muß.

Da der Generator und die Anlegeelektroden gemeinsam sind, ist der Abgriff der der Impedanz Z₁ entsprechenden Spannung IL von der Lage der verschiedenen Elektrodenpaare E3, EU abhängig. Auf diese Weise können beispielsweise Gehirnanomalien untersucht werden, wenn man eine Anlegeelektrode stirnseitig und die andere Anlegeelektrode in Bezug auf die Hirnschale genau gegenüber anordnet. Zwei Abnahmeelektrodenpaare, von denen ein Paar auf der rechten Seite und das andere Paar auf der linken Seite der Hirnschale angebracht sind, gestat- ^j ten die Festeilung von Unsymmetrien, die Insbesondere auf das Vorhandensein von Tumoren zurückzuführen sein können.

Die in Flg. 6 dargestellte Schaltung ist vor allem für die Messung des systolischen Volumens geeignet. Die in der Figur und in der diesbezüglichen Beschreibung angegebenen j Impedanzwerte beziehen sich insbesondere auf diese Anwendung· Mit geringen Abänderungen oder geänderten Einstellung kann dasselbe Qerät für andere Untersuchungen verwendet werden,

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so zum Beispiel zur Untersuchung der Atmungstätigkeit, der Nierentätigkeit, der Lebertatigkeit oder allgemein der untersuchung aller physikalischen oder chemischen Phänomene, die charakteristische Impedanzänderungen erzeugen. Alle-diese Untersuchungen können auch mit Geräten gleicher Art, jedoch mehreren Meß- und Aufzeichnungskanälen durchgeführt werden.

Bei Verwendung eines Gerätes, dessen Schaltung in Fig. 6 angegeben ist, werden zur hier als Beispiel gewählten Messung des systolischen Volumens die Elektroden in der unter Bezugnähme auf Fig. 11 bereits beschriebenen Art angeordnet. Wie dort unterstrichen wurde, hat die Erfahrung gezeigt, daß die Anordnung der Elektroden in der beschriebenen Form es gestattet, die beiden Abnehmeelektroden etwa mit den Äquipotentiallinien des zwischen den beiden AnlegeeBctroden erzeugten elektrischen Feldes zusammenfallen zu lassen.

Wenn man am Ausgang der Schaltung nach Flg. 6 einen üblichen Schreiber vorsieht, gestattet die Einstellung des Widerstandes Z₁ die Signalpegel in den beiden Kanälen relativ zueinander so zu wählen, daß man ein korrektes Rheoplethysmogramm erhält, das sich innerhalb der Grenzen des Schreibers bewegt und hinreichend lesbar ist· Wenn die Poteniometeran-Ordnung, die die Einstellung dieses Kalibrierwiderstandes Z₁ vorzunehmen gestattet, unterteilt ist, und wenn man die Lage der Elektroden hinreichend sorgfältig festlegt und bezeichnet, 1st es möglich, Messungen an ein und derselben Versuchsperson mehrfach durchzuführen, indem man die Elektroden an derselben Stelle wieder anbringt und den Kalibrierwiderstand auf denselben Wert einstellt. Auf die Amplitude der Aufzeichnung und auf die relativen Pegel In den Kanälen kann mach auch über die Verstärker Al'und A2 der beiden Kanäle Einfluß nehmen,

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von denen der eine der Eichung und der andere der Versuchsperson entspricht. Gleiches ist auch über den Differenzverstärker D möglich. Im Falle verschiedener VersuchsIndividuen und insbesondere verschiedener Säugetiere, kann sich die Verwendung von Eichwiderständen als notwendig erweisen, die sehr verschieden von der Impedanz zwischen den Elektroden sind. Die Kompensation, d.h. die Angleichung der relativen Pegel in den beiden Kanälen geschieht dann mittels entsprechender Verstärkung in diesen beiden Kanälen. Ferner ist darauf hinzuweisen, daß es im allgemeinen zweckmäßig ist, von der dem Fachmann bei Differenzverstärkern bekannten Störunterdrückung Gebrauch au machen. Hierzu kann auf jede geeignete Schaltung zurückgegriffen werden.

Vie bereits ausgeführt, kann mit dem Rheoplethysmogra&r die Aufzeichnung des Phonokardiograrams verbunden wurden,,. ?2.s durch einen Schreiber mit zwei Federn erfolgen kann, bei dem dann eine Feder das Kheoplethysmogramc; _v ?,%■? t.iCAve das Phonokardiogramm schreibt. Wenn man jedoch «--"~f die Schaltung nach den FIg* 8 und 9 zurückgreift, die es gestattet, nach eventueller Verstärkung und Impulsformung das Phonokardiogramm dem Rheoplethysmogramm zu überlagern, genügt ein Schreiber mit einer einzigen Feder. Im Folgenden wird noch eine einfache Vorrichtung beschrieben werden, die es gestattet, auf einfache Weise den Wert der Höhe h zu erhalten, die die Differenz der Ordinaten der Punkte a und b nach Fig. 2 1st und dem systolischen Volumen der Impedanz Z₄, proportional ist.

Mit Hilfe eines Schreibers mit zwei Federn kann man außerdem einerseits das Rheoplethysmogramm und das überlagerte Phonokardlogramm schreiben, wie dies in Flg. 2 angedeutet ist, und andererseits mit der zweiten Feder Zeitmarken aufzeichnen, beispielsweise einen Zelttakt alle zehn Sekunden oder jede

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Sekunde. Dies ermöglicht In einfacher Welse den Puls zu errechnen, selbst wenn die Geschwindigkeit des Schreibers möglicherweise schwankt. Außerdem gestattet dieses Verfahren die Beurteilung der zeitlichen Entwicklung und insbesondere der Änderungsgeschwindigkeit der Meßgröße, beispielsweise des systollschen Volumens bei der Aufnahme eines Medikamentes oder im Verlaufe eines chirurgischen Eingriffes oder eines Versuches auf dem Gebiet der Arbeite- oder Sportmedizin, der aeronautischen oder der astronautischen Medizin.

Wie ebenfalls bereits angedeutet, kann es zweckmäßig sein, mit dem Rheoplethysraogramm ein Elektrokardiogramm zu kombinieren, das entweder mit Hilfe von externen Elektroden (EKG) oder mit Hilfe von interenen Elektroden, insbesondere im Verlauf eines chirurgischen Eingriffes (EGG) entnommen wurde. Es genügt, in dem Schreiber eine besondere Feder vorzusehen; was jedoch die Elektroden anbelangt, kann man sehr gut hierzu eine der für die rheoplethysmographischen Messungen notwendigen Elektroden verwenden sowie eine andere Elektrode, die man an jeden gewünschten Punkt der Versuchsperson, beispielsweise an einem Handgelenk oder einem Knöchel anordnen kann. Die Wahl dieser Anbringungsstellen und die verwendeten Schaltungen sind hinlänglich bekannt und der Fachmann kann insbesondere die Anbringungsorte in Abhängigkeit von der beabsichtigten untersuchung bestimmen.

Das Rheoplethysmogramm kann auch mit einer auf piezoelektrischem Wege erhaltenen Aufzeichnung verbunden werden, so beispielsweise mit einem Fie'zocarotidogramm oder einem Apexkardlogramm, wobei das erstere einer piezoelektrischen Messung In Höhe der Carotis, d&s letztere einer ebensolchen Messung über der Herzspitze entspricht und diese Messungen in der Mehrzahl der Fälle einfach extern vorgenommen werden.

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Die Verbindung dieser verschiedenen Messungen kann umso interessanter sein, als in bestimmten Fällen, wie beispielsweise beim Piezocarotidogramm die isolierte Aufieichnung kaum jemals aussagekräftig ist, da es eher die Dauer der Deformation als die Stärke der Kontraktion oder Erweiterung der Carotis bzw. der Carotiden asu ermitteln gestattet. Es handelt sich also im letzteren Fall um eine Aufzeichnung, von der eher der zeitliche Verlauf, als der Durchfluß oder das Volumen interessant 1st.

Eel einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf einen beispielsweise mit vier Federn ausgestatteten Schreiber das Rheoplethysmogramm und das, was man häufig das Herzmechanogramm nennt, aufgezeichnet, d.h. die Verbindung des Piezocarotldogramms mit dem Apexkardlogramm und dem Phonokardiogramm. Für diese drei Aufzeichnungen können folglich die drei anderen Federn verwendet werden* Wenn man jedoch das Phonokardiogramm erfindungsgemäß den Rheoplethysmogramm überlagert, kann die vierte Feder für ein Elektrokardiogramm oder für eine Zeltmarkenangabe verwendet werden.

In bestimmten Fällen kann es zweckmäßig sein, eine Feder anderen Anzeigen vorzubehalten, wie etwa der Anzeige des An- | legens an Spannung oder anderen Anzeigen, die anderen geeigneten Daten, sei es des Gerätes, sei es der Versuchsperson entsprechen oder Anzeigen des Beginns des Versuchspunkts.

Die Vorrichtungen zur Aufzeichnung piezoelektrischer, pho- : noelektriseher, chronographischer oder elektrokardiographischer Signale sind bekannt.

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Wie bereits erläutert, kann an Ausgang der Schaltung statt eines Schreibers ein Oszillograph oder gegebenenfalls ein Senj der angeordnet werden, wenn die Versuchsperson (oder das Ver-, suchstier) für den Untersuchenden nicht zugänglich ist, insbe- sondere sich in einem' sich bewegenden Fahrzeug befindet. Diese-Anwendung ist insbesondere auf dem Gebiet arbeitsphysiologischer und sportphysiologischer Untersuchungen interessant, wie auch _s im Zusammenhang mit Untersuchungen auf dem Gebiet der Luft fallt- ; und Raumfahrtantriebe, schließlich auch bei Krankentransporten.

Wenn man einen Schreiber bekannter Art verwendet, kann man ™ die folgende Vorrichtung zur schnellen Bestimmung der Höhe H (vgl. Fig. 2) verwenden. Diese Vorrichtung kann entweder mit dem Schreiber verbunden werden oder unabhängig davon im Zusammenhang mit irgendeinem Träger für die Auswertung des Schreibstreifen»verwendet werden. Die Vorrichtung ist vereinfacht in Fig. 10 dargestellt. Der Schreibstrelfen 1 liegt flach auf der Oberfläche einer Auflage, beispielsweise eines Tisches. Dieser Schreibstreifen 1 trägt eine rheoplethysmographisehe Aufzeichnung 2, die Marken 3 und 4 aufweist, die erfindungsgemäß erhalten wurdsn und dem jeweiligen Beginn der beiden Herztöne entspre- ' chen. Dem ersten Herston ist die Marke 3» dem zweiten die Marke 4 zugeordnet* Auf dem Streifen 1 liegt die vollständig oder zu φ einem großen Teil durchsichtige Trägerplatte 5· Auf dieser befindet sich eine Bezugslinie 6, die parallel zu den längsverlau- fenden Linien des SchreibStreifens 1 oder zu einer seiner beiden Kanten ausgerichtet wird. Diese Linie 6 soll durch den nied rigsten Punkt a* der Marke 3 des ersten Herztones verlaufen. Die Platte 5 1st mit einer weiteren zu der ersten rechtwinkligen Linie 13 versehen und die Platte wird so verschoben, daß diese zweite Linie 13 durch die Vorderflanke der Impulsfönaigen Marke ft des zweiten Herztones hindurchläuft, die unmittelbar auf die gewählte Marke 3 folgt. Die Platte 5 weist parallel zur ersten

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oder Bezugslinie 6 einen Schlitz 7 auf, in dem ein vorzugsweise wiederum durchsichtiges Gleitstück 8 verschieblich ist· Dieses Gleitstück ist mit einer Achse 9 versehen, die rechtwinklig zur Ebene der Platte 5 verläuft und auf der ein Element wie eine Scheibe 10 drehbar ist, die gegebenenfalls mit einem kleinen Lineal 11 versehen ist. Das Lineal Il besitzt eine Bezugslinie 12, die vorzugsweise in der Verlängerung de3 Durchmessers der Scheibe 10 verläuft und mit einer der Kanten 12 des Lineals 11 zusammenfällt. Durch Verschiebung des Gleitstückes 8 und der mit dem Lineal 11 fest verbundenen Scheibe 10 bringt man die Linie 12 zur Deckung mit der Tangente der größten Steigung des Bheoplethysmogramms im Wendepunkt ρ zwischen den beiden Marken 3 und ¹I des ersten und des zweiten Herztones. Diese geeignete Vorrichtung gestattet durch eine Maßeinteilung der Scheibe 10 den Winkel oder die Steigung der Tangente 12 in Bezug auf die Vorschii^iclAUiig des Streifens i festzuhalten. Die zur BeEHgsllni'- c reshtvinklige-Linie 13 lsfc,ausgehend von dem Schnitlpu: * $4!^ ^der I4nie 6 linear unterteilt, was die Ermittlung entweder/zwischen den Abnahmeelektroden enthaltenen Impedanz oder des systolischen Volumens gestattet.

Sofern die Platte 5 in der vorbeschriebenen Weise angeordnet und die Linie 12 des Linieais 11 zur Deckung mit der Tan-

man gente der größten Steigung im Punkt P gebracht ist, verschiebt/ die Anordnung Gleitstück 8-Achse 9-Scheibe IQ-Lineal Ii in dem Schlitz 7 derart, daß die Linie 12 durch den untersten Funkt a¹ der Vorderflanke der Harke 3 verläuft. Die Linie 12 befindet sich dann in der gestrichelt gezeichneten Stellung 12' und der Schnittpunkt der Linie 12* mit der unterteilten Linie 13 ist ein Punkt b', dessen Ordinate, gemessen auf der Maßeinteilung der Linie 13« proportional zum gemessenen Volumen 1st. Die Punkte a und b nach Fig. 2 sind in Flg. 10 alt denselben Buch-

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staben bezeichnet und es ergibt sich ohne weiteres» daß das Viereck a a¹ b^f b ein Parallelogramm 1st, so daß die Differenz der Ordinaten von a und b gleich der Differenz der Ordinaten von a¹ und b¹ ist, derart, daß die Höhe h aus Pig. 2 als Strecke Ob¹ in Pig. 10 wieder auftritt. Diese Vorrichtung ergibt somit die gesuchte Höhe h unabhängig von der Geschwindigkeit des Streifens, die sich auf den Abstand zwischen den Marken auswirkt.

Die Herstellung einer derartigen Vorrichtung bereitet dem Fachmann auf diesem Gebiet keinerlei Schwierigkeiten. Die Vorrichtung soll so ausgeführt werden, daß die vorhandenen ReI-• bungen eine relativ leichte gegenseitige Verschiebung der verschiedenen Teile von Hand gestatten, nichtsdestoweniger jedoch die Teile in ihrer Lage verbleiben läßt, wenn dies erwünscht 1st. Insbesondere sollen die Reibungen so bemessen sein, daß die Linie 12 leicht mit der Tangente in Punkt P zur Deckung gebracht werden kann und daß anschließend die aus Gleitstück,. Scheibe und Lineal bestehende Einheit so verschoben werden kann, daß die Linie 12 durch den Punkt a' verläuft, ohne daß die Seheibe 9 und das Lineal 11 sich in Bezug auf das Gleitstück 8 verdrehen, so daß ein genauer Parallelismus zwischen der Meßstellung 12^f und der Stellung 12 «um in Deckung bringen mit der Tangente in Punkt P erhalten bleibt.

Die Anordnung der Platte 5, des GleitStückes, der Scheibe und des Lineals 1st in Abhängigkeit von den mittleren Abmessungen der Aufzeichnungen gewählt. Insbesondere ist es möglich, die Platte 5 direkt auf dem Schreiber anzuordnen und deren parallele und rechtwinklige Beweglichkeit in Bezug auf den Streifen sicherzustellen, so daß eine Messung direkt auf dem Schreiber selbst vorgenommen werden kann. Verschiedene

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Ausfuhrungsformen sind möglich. Insbesondere können der Schlitz und das Gleitstück in eine Bittlere oder hohe Lage in Besug auf den Streifen gebracht werden. Dennoch 1st die Anordnung des Schilt ses lsi unteren Teil Ik oder oberen Teil 15 der Platte 5 *u bevorEugen, um die aufgezeichnet· Kurve freizulassen und die Ablesung zu erleichtern. Venn das Phonokardlogramm dem Rheoplethjramogramm nicht fiberlagert 1st« 1st es notwendig, den Punkt a* zu bezeichnen und die Linie mit dem Beginn des zweiten Herstones zusammenfallen zu las* sen.

Der drehbare Teil der Vorrichtung, d.h. die Scheibe 10 mit dem Lineal 11 können in verschiedener Velse ausgebildet sein. Insbesondere kann die Sehelbe 10 ganz oder teilweise einen größeren Durehmesser als dargestellt haben.

Die bisherigen Ausführungen bezüglich der Aufzeichnungen bezogen sich auf solche, die durch Verbindung eines Schreibers mit dem Ausgang S3 der Schaltung nach Fig. 6 erhalten wurden. Gleiches trifft jedoch zu, wenn man Filterschaltungen verwendet. Wie vorstehend ausgeführt, kann anstelle der Differenzschaltung mit zwei Kanälen nach Fig. 6 eine Schaltung mit mehr als vier Elektroden und mehr als zwei Kanälen verwendet werden, was Insbesondere die Durchführung von Vergleichs- oder Differenzmessungen zwischen den Tätigkeiten zweier Versuchsindividuen oder zweier Teile ein und desselben Individuums erlaubt. Hierzu gehören Verglelohsmessungen zwischen den beiden Gehirnhälften, den beiden Lungen oder den beiden Nieren.

Ferner enthält die Schaltung nach Fig. 6 eine Serienimpedanz bzw. einen Serienwiderstand. An dessen Stelle kennen mehrere vorgesehen werden, vor allem bei Verwendung von mehr als einem Abnahmeelektrodenpaar· Es kann aber auch eine für

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. . r; r ·^1η Anlegeelektrodenpaar und mehrere Abnahmeelektrodenpaare gemeinsame Serlenlmpedans verwendet werden· pie Spannung Ul (Flg. 6) wird dann entnosnen, um die Spannung Ü2 Jedenilbnahmeelektrodenpaares su kompensieren und swar Jeweils «wischen einen Paar von Abgrelfelektroden der gemeinsamen Serien- impedanz (beispielsweise ein Ende und ein Schleifer).

Pie in Flg. 6 dargestellte Schaltung enthält einen Oleichriehter in jedem Kanal «wischen Verstärker und Differenzverstärker. Piese bekannte Schaltung läfit sählrelche Abwandlungen su. Insbesondere braucht die Gleichrichtung nicht notwendig an d«r in Fig. 6 angegebenen Stelle su erfolgen. Der Ip _: Fachmann kann darüber hinaus die verschiedenen Schaltungselemente nach seinen Bedürfnissen und den anderen Elementen der Schaltung wählen. ,

Wie erwähnt, kann die Schaltung nach Fig. 6 gegebenenfalls abgeändert oder mit den Schaltungen nach den Flg. 7,8 und 9 oder mit mehr als swei Kanälen versehen werden unddj.e an Ausgang abgenommenen Signale kennen direkt auf eine Anseigevorriehtung, auf einen Schreiber oder auf einen Sender nach eventueller Modulation oder Kodierung gegeben werden* Wie unterstrichen wurde» kann eine derartige Anordnung dann erforderlich sein, wenn die Versuchsperson sich getrennt vom Bedienenden a . befindet. Pies 1st beispielsweise bei Versuchen in bestimmten Umgebungen, etwa bei Temperatur- oder Druckversuchen notwendig oder, wenn die Versuchsperson sieh in dem häufig engen Raum eines in Bewegung befindlichen Fahrzeuges befindet, insbesondere für Luftfahrt- und Raumfahrtversuche. Ebenso trifft dies für die experimentelle überwachung einer In Bewegung befindlichen Versuchsperson im Rahmen von arbeltsmedlsinisohen ι oder sportmediminischen Untersuchungen su. Derartige Sende/ ! Empfänge-Systeme sind auch dort interessant, wo mehrere Ver-

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suchspersonen praktisch fortlaufend überwacht werden sollen, was mit Hilfe eines einzigen Empfängers erreicht werden kann, dessen Empfangsfrequenz auf die Frequenzen der verschiedenen Sender eingestellt werden kann, die am Ausgang der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die mit den zu untersuchenden Individuen verbunden sind, vorgesehen sind. Auf diese Welse kann auf Leitungsverbindungen zwischen dem Individuum und dem Bedienenden verzichtet werden. Dies gestattet insbesondere in einem Krankenhaus in einem Zentralraum die Rheoplethysmogramme mehrerer Kranker, sei es gleichzeitig, sei es sequentiell zu empfangen, wobei im letzteren Fall eine periodische Umschaltung vomeinen auf den nächsten Kranken erfolgt und so mit einem einzigen Empfangsgerät eir.e praktisch fortlaufende Überwachung erhalten

Im vorstehend beschriebenen Beispit..., miröen Ssfereiber und Auswertegeräte für die Diagramme zugr-iK·* gelegt, die in einem rechtwinkligen Koordinatensystem arbeite« Es ist aber auch ohne weiteres möglich, Kreisblattschreiber oder Streifenschreiber zu verwenden, deren Federn Kreisbögen beschreiben. Eine einfache geometrische Verwandlung der Auswertungsvorrichtung nach Fig. 8 mit kartesIschen Koordinaten gestattet es, dieses an jedes Koordinatensystem anzupassen. Die Wahl des Koordinatensystems, der Abmessungen des Aufzeichnungsträgers (Streifen, Kreisblatt oder ähnliches),der Vorschubgeschwindigkeit und der Amplitude der Federbewegung hängt außer von den an sich bekannten Überlegungen von den Versuchsbedingungen und insbesondere von der Dauer des Versuches und der Änderungsgeschwindigkeit des aufgezeichneten Phänomens von einem Zyklus zum nächsten ab.

Im Hinblick auf die Elektroden 1st lediglich zu sagen, daß die besten Ergebnisse mit Elektroden erhalten werden, die

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längs der Äquipotentiallinien des mittels ^de*· Anlegeelektroden erzeugten elektrischen Feldes angeordnet werden. Aus diesem Grund sollen die Elektroden vorzugsweise längliche Form, insbesondere Bandform haben und genügend kurz sein, um einer Äquipotentiallinie zu folgen. Als Abnahmeelektroden können auch punktförmige oder näherungsweise punktförralge Elektroden verwendet werden, die jedoch unter bestimmten Umständen empfindlicher gegenüber Örtlichen Verschiebungen der Äquipotentiallinien sind. Die Abmessungen der Elektroden hängen folglich im wesentlichen von dem Versuchsindividuum und der Größe des zu untersuchenden Gebietes ab.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung für alle Messungen von Impedanzänderungen eines Objektes verwendet werden kann, in dem ein elektrisches Feld mit Hilfe von Anlegeelektroden erzeugt werden kann, das mit Hilfe von Abnahmeelektroden abtastbar ist.

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Claims

γ* (ο Ζ lift Okt. »70 INSTITUT EUROPEEN DE RECHERCHES ET D'APPLICATION MEDICALES, S.a.r.l., Paris lo, rue de Chabrol 31 Patentansprüche:

1.) Vorrichtung zur Rheoplethysmographie alt einem Hochfrequent generator, dessen Spannung an der Versuchsperson (oder dem Versuchstier) fiber mindestens zwei Anlegeelektroden liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlegeelektroden (El, E2) in Serie mit mindestens einer zwischen die Versuchsperson und den Generator eingefügten Impedanz (R) liegen und mindestens zwei, ein Paar bildende Abnahmeelektroden (E3, E4) auf der Versuchsperson in dem mit Hilfe der Anlegeelektroden (El, E2) unter Spannung gesetzten Gebiet angeordnet sind, wobei die zwischen jedem Abnahmeelektrodenpaar abgenommene Spannung (Ü2) und die zwlechen einem Abgreifelektrodenpaar der Serienimpedanz (R) abgenommene Spannung (Ul) nach Verstärkung einem Differenzverstärker (D) und anschließend einer Auswerte-, d.h. einer Anzeige-, Meß-, Kontroll-Regietrier- oder Sendeeinrichtung zugeführt werden und die Lage des Abgreifelektrodenpaares so bestimmt ist, daß die zwischen ihm abgenommene Spannung (Ul) etwa die mittlere zwischen dem entsprechenden Abnahmeelektrodenpaar (E3, E4) entnommene Spannung (U2) derart kompensiert, daß nach Verstärkung jeder der beiden Spannungen (Ul, U2) und Durchgang durch den Differenzverstärker (D) die Ausgangsspannung um Null herum schwankt.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem (den) Abnahmeelektrodenpaar(en) abgenommene(n) Spannung(en) und die zwischen dem(den) Abgreifelektrodenpaar (en) abgegriffene (η) Spannung (en),.,vor der Zuführung zu einer Anzeige-, Meß-, Kontroll-, Registrier- oder Sendeeinrichtung gleichgerichtet werden·

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Abgreif elektroden mindestens einer Serienimpedanz (R) zur Einstellung der die zwischen Jedem Abnahmeelektrodenpaar (E3, E4) abgenommenen Spannung (U2) kompensierenden Spannung (Ul) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn· zeichnet, daß die Abnahmeelektroden (E3, Ek) auf der Körperoberfläche der Versuchsperson etwa längs der Xquipotentiallinlen des durch die AnlegeeUctroden (Ei, E2) erzeugten elektrischen Feldes angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die AbnahmeeHctroden (E3, E¹I) in ihrer Form gleichartig und zur Anbringung etwa längs Xquipotentiallinlen ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des systollschen Volumens die eine Anlegeelektrode (El) oberhalb der Sternalgrube in Hübe des Halses, die andere Anlegeelektrode (E2) am unteren Ende des Thorax an der linken Seite parallel zum Rlppenbogen angeordnet sind, und die Abnahmeelektroden an der Vorderseite des Thorax in Höhe des unteren bzw. oberen Endes der Aorta ascendens liegen.

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7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abnahmeelektrodenpaare und eben-Boviele Verstärkungskanäle vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bewegliche Abgreifelektroden auf der (den) Serienimpedanz(en) (R) mit einer entsprechenden Zahl von Verstärkungskanälen vorgesehen sind, wobei die Zahl der Abgreifelektrodenpaare gleich der Zahl der Abnahmeelektrodenpaare ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Abnahmeelektrodenpaare vm& ss^el Abgreifelektrodenpaare auf mindestens einer S£?ie2i.i&$$äanz (R), verbimden alt zwei Meß-, Kontroll-, A^f zeit liimngs- oder Sendekanälen, vorgesehen sind»

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Auewertevorrichtung ein Filter (F) zur Unterdrückung von solchen Frequenzanteilen des Signales liegt, die auf andere Erscheinungen zurückzuführen sind als diejenigen, deren rheoplethysmographischer Anteil untersucht werden soll.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf mindestens ein Anlegeelektrodenpaar und mindestens zwei Abnahmeelektrodenpaare zwei Differenzverstärker (D) folgen, deren beide Ausgangssignale, gegebenenfalls nach vorheriger Einstellung auf bestimmte Werte,

• auf einen dritten Differenzverstärker gelangen, an dessen Ausgang eine Auswerteeinrichtung liegt.

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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung eines zur Messung einer interessierenden Größe dienenden Systems nach Durchlaufen einer Begrenzer- oder Schwellwertschaltung (EC) und einer Impulsformerschaltung (MS) dem der Auswerteeinrichtung zugeführten Signal überlagert 1st.

13· Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Spannung ein phonographisches Signal 1st.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß W die überlagerte Spannung ein aus einer physiologischen Tätigkeit abgeleitetes oder gewonnenes Signal ist.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeleitete Signal von mindestens zwei Elektrodenpaaren abgenommen ist, von denen mindestens eines der rheoplethysmographIschen Vorrichtung angehört.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die überlagerte Spannung ein phonocardiographisches Signal 1st. *

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das ι
1st.

"* das abgeleitete Signal ein elektrocardiographisches Signal

l8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, zur Messung des systolischen Volumens und Aufzeichnung auf einen Träger, wobei die Aufzeichnung in einea beliebigen zweldimlnsionalen Koordinatensystem erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß Über dem Aufzeichnungsträger (1) eine zumindest teilweise durch-

. ■ ^ ·.. ..- 5,- , 109820/1352

sichtige Platte (5) mit zwei geraden oder gekrümmten, dem Aufzeichnungskoordinatensystem entsprechenden Linien (6, 13) liegt, wobei die Lage der Platte (5) derart wählbar 1st, daß die Linien (6, 13) parallel zu denen des Aufzeichnungsträgers (1) verlaufen und daß ein in Bezug auf die Platte (5) verachiebliches und drehbares Lineal (11) mit einer Bezugslinie (12) vorgesehen ist, deren durch geeignete Verschiebung auf dem Rheoplethysmogramm ermittelter Schnittpunkt mit der zweiten mit einer Maßeinteilung versehenen Linie (13) der Platte (5) den Wert einer Qröße ergibt, die der zu messenden Qröße proportional 1st.

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