DE2235420A1 - Rheograph - Google Patents
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Description
Siemens Aktiengesellschaft _ Erlangen, 18. Juli 1972
Henkestraße 127
VPA.72/5092 Kue/Kof
Rheograph
Die Erfindung bezieht sich auf einen Rheographen zur Überwachung
der Atemtätigkeit eines Patienten, insbesondere von frühgeborenen Kindern, mit Mitteln zum Erfassen der Rheographiesignale
und mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Alarmsignals, wenn eine Rheographiesignalpause einen vorgegebenen Grenzwert
überschreitet.
Bei Rheographen dieser Art wird im allgemeinen dem Patienten über am Brustkorb anliegende Rheographie-Elektroden ein hochfrequenter
Trägerstrom eingeprägt. Das an den Elektroden abgegriffene hochfrequente Signal ist dann entsprechend den durch
Brustkorbbewegungen, insbesondere aufgrund Atmung, hervorgerufenen Körperwiderstandsänderungen zwischen den Elektroden in
der Amplitude moduliert. Durch anschließende Amplitudendemodulation dieses Elektrodensignals erhält man die Rheographiesignale.
Die Rheographiesignale entsprechen, dabei im allgemeinen
den Atemsignalen. In der Praxis kann es jedoch auch vorkommen, daß zusätzlich zu den rheographischen Atemsignalen auch rheo-
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graphische Herzsignale, die auf Pulsationen des Herzens beruhen,
auftreten. Das Auftreten solcher rheοgraphischer Herzsignale
ist unkritisch, solange deren Amplitude sehr viel kleiner ist als die Amplitude der rheographischen Atemsignale. Treten je
doch Herzsignale auf, deren Amplitude in den Bereich der rheographischen
Atemsignalamplitude angehoben ist, so besteht Ge fahr, daß bei einer Atempause die weiterhin vorhandenen rheographischen
Herzsignale von der Alarmerzeugungseinrichtung als echte Atemsignale gewertet werden, und daß daraufhin kein Alarm
gegeben wird, obwohl eine Atempause vorliegt. Das Ausbleiben
eines Alarmes, obwohl eine Alarmsituation vorliegt, bedeutet Lebensgefahr für den Patienten. -
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rheographen der eingangs
genannten Art anzugeben, der mit absoluter Sicherheit mindestens beim Überschreiten eines Atempausen-Grenzwertes Alarm
gibt, auch wenn während der Atempause rheographisehe Herzsig
nale hoher Amplitude auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Abnahmeglieder für die nicht rheographische Abnahme von Herzsignalen am Patienten
sowie durch eine von den Rheographiesignalen und den Herzsignalen gespeiste Phasenvergleichsvorrichtung, welche ein
Alarmsignal erzeugt, wenn die Phasendifferenz zwischen den Rheographie- und den Herzsignalen über ein vorgebbares Zeitintervall
hinaus konstant ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei normaler
Atmung die Phasenbeziehung zwischen den rheographischen Atemsignalen und den Herzsignalen nicht konstant ist, sondern daß
sich laufend ändernde Phasendifferenzen zwischen diesen Signalen auftreten. Bei einem nicht rheographisch abgenommenen
Herzsignal und bei einem rheographischen Herzsignal ist hingegen die Phasenbeziehung immer konstant, weil beide Signale von
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ein und derselben Körperbewegung, nämlich der Herzbewegung, abstammen.
Diese gleichbleibende Phasendifferenz wird bei der vorliegenden Erfindung als Kriterium zum Nachweis für das
alleinige Vorliegen von Herzrheographiesignalen verwendet.
Tritt demnach eine Atempause ein und sind während dieser Atempause Herzrheographie'signale vorhanden, so ist zwar bei. dem
erfindungsgemäßen Rheographen ebenso wie bei bekannten Rheographen
die normale Alarmsignalgebung unterbrochen«, dafür wird
jedoch von der Phasenvergleichsvorrichtung das Vorliegen von lediglich Herzrheographiesignalen erfaßt und durch Alarm angezeigt.
Der Alarm für das Vorliegen von Herzrheographiesignalen in einer Atempause und der Alarm für das vollständige Fehlen
des Rheographiesignals können dabei identisch sein und von ein und demselben Alarmgeber stammen (z.B. Brumm- oder Heulton
durch lautsprecher). Ebensogut können aber auch die beiden Kriterien durch unterschiedlichen Alarm angezeigt werden, z.B.
Brumm- oder Heulton beim Fehlen von Rheographiesignalen, und Pfeifton, z.B. 1 kHz-Ton,- allein oder einem Brumm- oder Heulton
überlagert beim Vorliegen von Herzrheographiesignalen in der Atempause.
In-einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden die Herzsignale
unmittelbar aus dem Elektrokardiogramm des Patienten gewonnen. Die Phasenvergleichsvorrichtung'ermittelt dabei fortlaufend
die jeweilige Phasendifferenz zwischen den R-Zacken
des Elektrokardiogramms und elektrischen Impulsen5 welche erzeugt
werden, wenn das Rheographiesignal einen vorgegebenen Amplitudengrenzwert überschreitet. Die R-Zacken und die aus
den Rheographiesignalen abgeleiteten Impulse schalten dabei . wechselweise eine bistabile Kippstufe um und die Dauer der jeweils
daraufhin von der Kippstufe erzeugten Ausgangsimpulse
wird als Maß für die Phasendifferenz verwendet.
- 4 309885/022 3
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand von drei Figuren, welche ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, im folgenden
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Prinzipschaltbild,
Fig. 2 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufes der wesentlichsten im Prinzipschaltbild nach Fig. 1 auftretenden
Spannungen unter Einbeziehung des Falles, daß eine 'Atempause auftritt, in dieser Atempause
jedoch keine Herzrheographiesignale anfallen,
Fig. 3 ein Spannungsdiagramm entsprechend Fig. 2, jedoch für den Fall, daß während der Atempause Herzrheographiesignale
anfallen.
In der Fig. 1 ist mit 1 eine Rheographieelektrode für die Abnahme der Rheographiesignale, mit 2 eine EKG-Elektrode für die
Abnahme des EKG's und mit 3 die neutrale Elektrode (Masseanschluß)
zu den Elektroden 1 und 2 bezeichnet. Die' Rheographieelektrode 1 ist einerseits über eine Kapazität 4 an einem
60 kHz-Sinusgenerator 5 für den Rheographieelektroden-Speisestrom
angeschaltet und andererseits über eine Kapazität 6 mit einem Hochfrequenzverstärker 7 verbunden, der die von der
Rheographieelektrode 1 kommenden amplitudenmodulierten Hochfrequenzsignale verstärkt und einem aus einer Gleichrichteranordnung
8 und einem Tiefpaß 9 bestehenden Amplitudendemodulator zur Amplitudendemodulation zuführt. Die am Ausgang des
Tiefpasses 9 anfallenden Rheographiesignale U--j(t) (z.B. gemäß
Fig. 2 oder 3) werden (gegebenenfalls nach vorheriger Verstärkung in einem Niederfrequenzverstärker) einerseits einem
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Anzeige- oder Registriergerät 10 zur Anzeige bzw. Registrierung
zugeführt und andererseits einem aus einem Schmitt-Trigger 11 und einer nachgeschalteten monostabilen Kippstufe 12 bestehenden
Impulserzeuger zugeleitet, welcher Normimpulse U2(t) gemäß
Eg. 2 und Fig. 3 erzeugt, immer wenn das Rheographiesignal U^(t)
einen am Schmitt-Trigger 11 eingestellten Amplitudengrenzwert (gestrichelte Linie) überschreitet.
Die Impulse U2(t) steuern jeweils mit ihrem Auftreten einen
freilaufenden Integrator 13 mit der Eingangsgleichspahnung Ug
auf Null. Treten keine Spannungsimpulse Up(t) auf (ILj(t) = 0
über ein vorgegebenes Zeitintervall), so läuft die Ausgangsspannung
des Integrators 13 in die Sättigung. Ein solcher Spannungslauf ist durch die Spannung U,(t) in Fig. 2 dargestellt.
Überschreitet die Spannung U~(t) bei diesem Hochlauf in die Sättigung einen einstellbaren Amplitudengrenzwert ILj, so wird
von einem nachgeschalteten Schwellendiskriminator 14 ein Signal U^(t) gemäß Fig. 2 erzeugt. Das Signal U^t) bewirkt über
ein ODER-Glied 15, daß ein Lautsprecher 16 ein akustisches
Alarmsignal (Heulton) abgibt.
Die Rheographieelektrode 1 dient neben der Abnahme von Rheographiesignalen
auch zur Abnahme eines EKG-Signals. Die Abtrennung der Elektroden 1 bis 3 vom rheographischen Hochfrequenzteil
zum Zwecke der Weiterverarbeitung der -niederfrequenten EKG-Signale geschieht mittels Tiefpässe 17. Den Tiefpässen 17
ist ein Operationsverstärker 18 zur Verstärkung der EKG-Signale nachgeschaltet. Das am Ausgang des Verstärkers 18 anfallende
EKG (Spannung U^(t) gemäß Fig. 2 und 3) wird einerseits einem Aufzeichnungsgerät 19 zur Aufzeichnung zugeleitet und andererseits
auf eine monostabile Kippstufe 20 gegeben, welche jeweils mit dem Auftreten einer R-Zacke 'im EKG einen kurzzeitigen Spannungsimpuls
Ug(t) gemäß Fig. 2 und 3 erzeugt.
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Die Spannungsimpulse Ug(I;) sowie die aus den Rheögraphiesignalen
U^(t) abgeleiteten Spannungsimpulse Up(t) werden getrennt den
beiden Steuereingängen einer bistabilen Kippstufe 21 zugeführt. Durch wechselweises Umschalten dieser Kippstufe 21 durch die
Impulse Up(t) bzw. U^(t) erzeugt die Kippstufe 21 Ausgangsimpulse
U7(t), deren Dauer in Abhängigkeit von der jeweils vorliegenden
Phasendifferenz zwischen den Impulsen U«(t) und Ug(t) schwankt.
Die Spannungsimpulse U7(t) der bistabilen Kippstufe 21 steuern
einen weiteren Integrator 22 mit der Eingangsgleichspannung Ug
in der Weise, daß jeweils mit dem Beginn eines Spannungsimpulses
U~(t) ein Spannungslauf des Integrators 22 ausgelöst und mit dem Ende dieses Spannungsimpulses Ur,(t) dieser Spannungslauf wieder gestoppt wird. Die jeweilige Nullsetzung des Integrators
22 vor Auslösung eines neuen Spannungslaufes geschieht mittels (durch ein Differenzierglied 23 od.dgl.) aus den Spannungsimpulsen
U7(t) abgeleiteten Steuerimpulsen Ug(t) gemäß
Fig. 2 und Fig. 3. Der Verlauf der Ausgangsspannung des Integrators
22 in Abhängigkeit von den Impulsen U-Ct) bzw. Uo(t)
ist mit jeweils U„(t) bezeichnet.
Die Steuerimpulse UQ(t) steuern ferner gleichzeitig ein,en Schalter 24 (Transistorschalter), der jeweils unmittelbar vor Zurücksetzen
des Integrators 22 in die Nullstellung den augenblicklich vorhandenen Ausgangsspannungswert des Integrators 22 einem
Kondensator 25 mitteilt. Der Verlauf der Spannung über diesem Kondensator 25 in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung Ug(t)
des Integrators 22 ist mit U-^t) bezeichnet. Ein dem Kondensator
25 nachgeschaltetes Glied 26 (z.B. Differenzierglied oder Schwellendiskriminator mit vorgeschaltetem Kondensator) erzeugt
Spannungs impulse U1., (t) jeweils beim Auftreten von Spannungssprüngen am Kondensator 25. Die Spannungsimpulse U^ (t) steuern
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einen freilaufenden Integrator 27, der im Aufbau und Funktionsprinzip dem Integrator 13 entspricht, wiederum so, daß jeweils
mit dem Auftreten eines Spannungsimpulses U^(t) der Spannungslauf des Integrators 27 auf Null gesetzt und erst mit dem Ende
des Schaltsignals XL· -|(t) selbsttätig wieder gestartet wird.
Entsprechend dem Integrator 13 ist.auch dem Integrator 27 ein
Schwellendiskriminator 28 nachgeschaltet, der ein Aktivierungssignal U^ für den lautsprecher 16 abgibt, wenn die Ausgangsspannung
LL2(O des Integrators 27 einen vorgegebenen Grenzwert,
z.B. wiederum IL,, überschreitet.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßenvRheographen nach Fig.1
im Hinblick auf die unterschiedliche Signalerzeugung, beim Auftreten
einer Atempause ohne Herzrheographiesignale und beim Auftreten einer Atempause mit Herzrheographiesignalen soll im
folgenden noch etwas näher erläutert werden:
Die Fig. 2 zeigt im Spannungsverlauf U-, (t) ein üblicherweise
auftretendes Rheographiesignal. Es wird angenommen, daß das
Rheographiesignal U^(t) praktisch nur dem tatsächlich vorliegenden
Atemsignal entspricht, d.h. vom Auftreten einer Atempause zum Zeitpunkt t. bis mindestens zum Ende t? des vorgegebenen
Atempausen-Grenzwertintervalls T.ρ (ca. 10 see) soll
die Spannung tL· (t) Null sein= Da mit dem vollständigen Ausfall
der Spannung U-|(t) zum Zeitpunkt t- auch keine Spannungsimpulse Up(t) mehr auftreten, steigt die Ausgangsspannung des
Integrators 13 kontinuierlich an und erreicht zum Zeitpunkt tp
schließlich den Grenzwert Up. Es wird ein Alarmsignal U^(t)
erzeugt, welches den lautsprecher 16 aktiviert.
Da das Rheographiesignal U.(t) ein Atemsignal ist, ändert sich
seine Phasenlage bezüglich der aus dem EKG abgeleiteten Impulse
Ug(t) ständig. Solange das Atemsignal U-. (t) vorhanden ist,
erzeugt demnach die Kippstufe 21 unterschiedlich lange Aus-
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gangsimpulse U7(t). Am Kondensator 25 treten kontinuierlich- im
Takt dieser Impulse U~(t) Spannungssprünge entsprechend U^Q(t)
auf. Die aus den SpannungsSprüngen abgeleiteten Impulse U^(t)
verhindern den Hochlauf des Integrators 27. Verschwindet das Atemsignal (Atempause), so treten auch am Ausgang der bistabilen
kippstufe 21 keine Ausgangsimpulse mehr auf. Der Spannungswert
des Kondensators 25 bleibt konstant und es werden keine Impulse U^^(t) mehr erzeugt. Die Ausgangsspannung des
Integrators 27 läuft hoch und erreicht nach einem gewissen Zeitintervall (welches etwa dem Zeitintervall T.p entspricht)
den Grenzwert U^ und es wird über den Diskriminator 28 ebenfalls
am Lautsprecher 26 Alarm gegeben.
In Fig. 3 fällt wie auch in Fig. 2 zum Zeitpunkt t* das Atemsignal
aus. Während der Atempause treten jedoch Herzrheographiesignale auf, die in ihrer Amplitude den Schwellwert des Schmitt-Triggers
11 überschreiten. Es werden demnach weiter Impulse Up(t) erzeugt, obgleich kein Atemsignal mehr vorliegt. Der Integrator
13 wird periodisch im.Takt der Impulse UpCtj in die
Nullstellung zurückgesetzt und es wird demnach über den Diskriminator
14 kein Alarmsignal ÜV(t) erzeugt.
Da das Herzrheographiesignal bezüglich dem EKG-Signal UVCt) jedoch
immer denselben Phasenunterschied aufweist, werden nach dem Zeitpunkt t* (Beginn der Atempause) von der bistabilen
Kippstufe 21 jeweils nur noch gleichlange Ausgangsimpulse UV(t)
erzeugt. Die Ausgangsspannung Ug(t) des Integrators 22 läuft immer wieder auf denselben Ausgangsamplitudenwert und am Kondensator
25 treten entsprechend keine SpannungsSprünge mehr auf.
Dementsprechend werden auch keine Impulse U-.-.(t) mehr erzeugt,
die Ausgangsspannung U12(t) des Integrators 27 läuft über den
Grenzwert Uq hinaus und der Lautsprecher 16 wird über den Diskriminator
28 im Sinne der Alarmgebung aktiviert.
- 9 309885/0223
Claims (13)
1. JRheograph zur Überwachung der Atemtätigkeit· eines Patienten,
insbesondere von frühgeborenen Kindern, mit Mitteln zum Erfassen der Rheographiesignale und mit einer Einrichtung
zur Erzeugung eines Alarmsignals, wenn eine Rheographiesignalpause
einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, gekennzeichnet durch Abnahmeglieder (1, 2, 3} 17) für
die nicht rheographische Abnahme von Herzsignalen (Uj-(t)) am
Patienten sowie durch eine von den Rheographiesignalen (U-j(t))
und den Herzsignalen (OV(t)) gespeiste Phasenvergleichsvorrichtung
(21 bis 28), welche ein Alarmsignal (U1,(t)) erzeugt,
wenn die Phasendifferenz zwischen den Rheographie- und den Herzsignalen über ein vorgebbares Zeitintervall (z.B. Tjyp)
hinaus konstant ist. -
2. Rheograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Herzsignale aus· dem Elektrokardiogramm des Patienten gewonnen
werden,
3. Rheograph nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die PhasenvergleichsVorrichtung (21 bis 28) die jeweilige Phasendifferenz
zwischen den R-Zacken des Elektrokardiogramms und. Elektrischen Impulsen (Up(t)) ermittelt, welche erzeugt werden,
wenn das Rheographiesignal (U-j(t)) einen vorgegebenen Amplitudengrenzwert
überschreitet.
4. Rheograph nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die R-Zacken und die aus den Rheographiesignalen abgeleiteten Impulse (!^(t)) wechselweise eine bistabile Kippstufe (21) umschalten
und daß die Dauer der jeweils von der Kippstufe erzeugten Ausgangsimpulse (U7(t)) als Maß für die Phasendifferenz
verwendet ist.
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- ίο -
5. Rheograph nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der bistabilen Kippstufe (21) ein mit einer konstanten Eingangsspannung (Ug) gespeister Integrator (22) nachgeschaltet ist,
dessen Spannungslauf mit dem Auftreten eines Ausgangsimpulses
(U7(t)) der Kippstufe jeweils gestartet und mit dem Ende
dieses Ausgangsimpulses jeweils gestoppt wird.
6. Rheograph nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Ende des Kippstufen-Ausgangsimpulses (U7Ct)) auftretende Ausgangsspannungswert des Integrators (22) jeweils
in einem Analogspeicher (25), z.B. Kondensator, gespeichert wird.
7. Rheograph nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach. Zuführung der Ausgangsspannung (Ug(t)) des
Integrators (22) zum Analogspeicher (25) der Integrator (22)
wieder auf Null zurückgesetzt wird.
8. Rheograph nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch dem Analogspeicher (25) nachgeschaltete Mittel (26), welche beim
Auftreten von Spannungsänderungen am Analogspeicher (25) jeweils ein Schaltsignal (U^(t)) erzeugen.
9. Rheograph nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen
von den Schaltsignalen (U^(t)) gesteuerten, freilaufenden
Integrator (27), dessen Spannungslauf jeweils mit dem Auftreten eines Schaltsignales (U^ -j(t)) auf Null gesetzt und erst
mit dem Ende des Schaltsignales (U^(t)) selbsttätig wieder
gestartet wird.
10. Rheograph nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (27) ein Schwellendiskriminator (28) nachgeschaltet
ist, der ein Signal (U^(t)) erzeugt, wenn die Ausgangsspannung
des Integrators (27) einen vorgegebenen Amplitudengrenzwert (z.B. UG) überschreitet.
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11. Rheograph nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall zwischen dem Beginn eines Spannungslaufes
des Integrators (27) und dem Zeitpunkt, in dem die Spannung den Amplitudengrenzwert (U~) erreicht, im wesentlichen dem von der
Phasenvergleichsvorrichtung vorgegebenen Zeitintervall für die
Erzeugung eines Alarmsignales entspricht,
12. Rheograph nach Anspruch 10 oder .11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ausgangssignal (O^^(t)) des Schwellendiskriminators
(28) einen Alarmgeber (16) im Sinne der Alarmgebung aktiviert.
13. Rheograph nach.einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Alarmanzeige beim Ausbleiben von Rheographiesignalen (U-j(t)) und die Alarmanzeige konstanter Phasendifferenzen
über das vorbestimmte Zeitintervall durch ein und denselben Alarmgeber (16) geschieht.
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