DE2509660C3

DE2509660C3 - Gerät zur Überwachung der Herz- oder der Pulsfrequenz

Info

Publication number: DE2509660C3
Application number: DE19752509660
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7830 Emmendingen Kolbe
Original assignee: Hellige GmbH
Current assignee: GE Medical Systems Information Technologies GmbH
Priority date: 1975-03-06
Filing date: 1975-03-06
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE2509660B2; DE2509660A1

Description

1. Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Gerät zur Überwachung der Herz- oder der Pulsfrequenz, das einen Aufnehmer zur Gewinnung eines der Herzaktionsspannung oder dem Pulssignal proportionalen elektrischen Signals, einen Signalverstärker, der dieses Signal verstärkt, einen an dessen Ausgang angeschlossenen Frequenzumsetzer, der aus dem verstärkten Signal ein der Herz- oder Pulsfrequenz proportionales elektrisches Signal erzeugt, und einen an den Ausgang des Umsetzers angeschlossenen slektronischen Speicher umfaßt, in dem für jedes von bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitintervallcn der zugehörige Frequenzmittelwert ermittelt wird.

Es sind Herzfrequenz- oder Pulsfrequenzmesser bekannt (deutsche Patentanmeldung P 23 52 6923), die z. B. die Frequenz der herzschlagsynchronen QRS-Komplexe des Elektrokardiogramms oder die pulssynchronen Blutfülleschwankungen an der Körperoberfläche messen. Sie zeigen den von Herzschlag zu Herzschlag gemessenen oder über mehrere Herzschläge gemittelten Frequenzwert an. Sie werden daher in Verbindung mit Einrichtungen zur Alarmauslösung vorteilhaft zur Langzeitüberwachung verwendet.

Bei dieser Art von FrequenzüLcrwachung müssen in bestimmten Zeitabständen Vergleichsmessungen vorgenommen werden, um Frequenzänderungen zu erkennen; denn die Herzfrequenzmesser zeigen immer nur den augenblicklich bestehenden absoluten Frequenzwert an. Um die Frequenzänderung festzustellen, müssen daher die Frequenzwerte in regelmäßigen Zeitabständen abgelesen und aufgeschrieben werden, was eine zusätzliche Hilfskraft erfordert, da meist während solcher Belastungsuntersuchungen eine Reihe anderer Messungen und Maßnahmen durchzuführen ist. die die volle Aufmerksamkeit des damit betrauten ärztlichen oder Pflegepersonals verlangen. Es ist besonders von Bedeutung, daß dann ein Zustand der weitgehenden Frequenzkonstanz, der sogenannte »steady state« nur durch beständiges Beobachten des Anzeigeinstruments festgestellt und auch dann bei Zeigerinstrumenten wegen unzureichender Genauigkeit im allgemeinen nur ungenau erkannt werden kann.

Medizinisch wird der »steady state« dadurch definiert, daß sich dann die über Ein-Minuten-Abschnitte gemittelte Herz- oder Pulsfrequenz um nicht mehr als ±4 Schläge pro Minute ändert Die Anzeigegenauigkeit von Zeigerinstrumenten mit einer üblichen Skalenlänge von ca. 80 mm und einem Meßbereich von 300 Schlagen pro Minute sowie mit der Genauigkeitsklasse 1 ist also nicht ausreichend

Es ist weiterhin eine Vorrichtung zum Erfassen von Kreislauftonsignalen bekannt (DE-OS 22 15 543), mittels welcher relativ hochfrequente Teile des Herzgeräusches erfaßt und aufgezeichnet werden sollten, die durch Turbulenz im Kreislaufsystem erzeugt werden. Sie umfaßt neben einer Einrichtung zum Synchronisieren der Tonsignale mit Hilfe eines periodisch wiederkehrenden Körperzustandes auch eine Einrichtung zur Mittelwertbildung einer Vielzahl von Tonsignalen über eine Vielzahl nachfolgender Zeitperioden. Die in einem bestimmten hohen Frequenzbereich von beispielsweise 800 bis 1200 Hz auftretenden Geräusche werden mittels Filter abgetrennt und dann verstärkt und demoduliert, und die dadurch gewonnene Hüllkurve der Amplitude der Töne wird diagnostisch ausgewertet, um Herzfehler zu erkennen. Folglich handelt es sich hierbei um ein Gerät für die medizinische Diagnose durch Auswertung der Hüllkurve und nicht um ein Überwachungsgerät zur Erkennung von Schwankungen der Herz- oder Pulsfrequenz bzw. zur Erkennung des schwankungsfeien Zustandes (des »steady state«). Die Mittelwerte der beobachteten Töne, die durch die Hüllkurve dargestellt sind, werden direkt ausgewertet und nicht zu einer Vergleichsmessung herangezogen, um aus den Abweichungen oder Schwankungen für die Überwachung oder Kontrolle wichtige Schlüsse zu ziehen.

Desgleichen sind Schaltungsanordnungen zur Bildung von Signalmittelwerten bekannt (DE-OS 24 14 838).

Aufgabe

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zur Überwachung der Herzfrequenz bzw. der Pulsfrequenz zu schaffen, das die Nachteile bekannter Geräte und Verfahren vermeidet, die Beobachtung und Feststellung des Ablaufs der Frequenzänderungen und insbesondere die automatische Feststellung des »steady state« erlaubt. Solche weitergehenden Anforderungen werden z. B. bei Belastungsuntersuchungen gestellt, wenn das Verhalten von Körperfunktionen untersucht wird, während der Proband oder Patient eine bestimmte Arbeit, z. B. auf dem Fahrrad-Ergometer, leistet. Es ist dann wichtig zu wissen, um welchen Betrag sich die Herz- oder Pulsfrequenz innerhalb einer bestimmten Zeit, z. B. innerhalb einer halben Minute geändert hat, oder ob sich die Frequenz nicht mehr oder nahezu nicht mehr ändert, also ein »steady state« erreicht ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre dts kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausbildungen und Einzelheiten eines solchen erfindungsgemäßen Gerätes sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorteile

Neben der Erfüllung der gestellten Aufgabe hat ein erfindungsgemäßes Überwachungsgerät den Vorteil, daß die gewünschte Funktion mit einfachen, an sich bekannten elektronischen Verstärker-, Filter-, Speicherund Vergleichsorganen ausbaut werden kann. Es ist nicht meiir die volle, ständige Aufmerksamkeit des ärztlichen oder Pflegepersonals erforderlich, um Frequenzschwankungen bzw. den Zustand des »steady state« zu erkennen, was für die Patientenüberwachung sowohl bei der Intensivpflege als auch bei Belastungsuntersuchungen sehr wichtig ist

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Figur

ίο näher erläutert, die eine schematische Schaltungsskizze eines Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Frequenzüberwachungsgerätes darstellt

Bei dieser Ausführungsform eines Gerätes zur Überwachung der Herz- oder Pulsfrequenz werden von einem Aufnehmer 1, der in der Ausbildung als EKG-Elektrode ein der Herzaktionsspannung proportionales elektrisches Signal aufnimmt oder in der Ausbildung als mechanisch elektrischer Wandler die dem Pulsschlag proportionalen Di-ickschwankungen aufnimmt und sie in elektrische Signaijchwankungen umwandelt, die elektrischen Eingangssignale gewonnen und einem Verstärker 2 bekannter Art zugefühi I Aus dem verstärkten Signal wird in einem an den Ausgang des Verstärkers 2 angeschlossenen Frequenzumsetzer 3 in an sich bekannter Weise eine der Herz- bzw. Pulsfrequenz proportionale elektrische Spannung gebildet, z. B. indem die R-Zacke des QRS-Komplexes des Elektrokardiogramms oder der systolische Pulswert dazu herangezogen wird. Die am Ausgang des

-o Frequenzumsetzers 3 stehende, der Frequenz proportionale Spannung i/o wird einem ersten elektronischen Speicher 4 zugeführt, der aus ihr für jede der aufeinanderfolgenden Zeit- bzw. Auswerteintervalle At\, Ati, ... den Mittelwert f\, h ... der der Frequenz proportionalen Spannung i/o bildet, welche Mittelwerte nachstehend der Einfachheit halber als Freouenzmittelwerte /i ,£,... bezeichnet werden. Taktweise werden dann diese Mittelwerte /_;, /j, ... nach Ablauf eines jeden Aaswerteintervalls an den nachfolgenden zweiten Speicher5 bzw. an ein Subtrahierglied 9 weitergeleitet.

Ein Zeitglied 6 bestimmt die einzelnen aufeinanderfolgenden Meß- bzw. Auswerteintervalle Au , Ah, ... gleicher Länge, z. B. von jeweils 10 odei 30 Sekunden Dauer, und liefert jeweils zu Beginn eines jeden

•,5 Meßintervalls einen Steuerimpuls Pr, durch den die Impulsformerstufe 7 unmittelbar und durch letztere mittelbar die ihr nachgeschaltete Impulsformerstufe 8 und die Speicher 4 und 5 für ihre Funktion angestoßen werden. Die ImpuKFormerstufe 7 gibt taktweise in einem der Dauer der Auswerteintervalle entsprechenden zeitlichen Abstand Steuerimpulse P₄ und Pg an den ihr zugeordneten Speicher 4 und an die ihr nachgeschaltete Impulsformerstufe 8 weiter und letztere, dadu/ch angestoßen, in gleichen zeitlichen Abrtand Steuerimpulse Ps an den ihr zugeordneten Speicher 5. Diese Impulsgabe ist zeitlich so abgestimmt, daß nach Ablauf jedes einzelnen AurWerteintervalls At\, Ali, ... der in Speicher 4 festgehaltene und den Frequenzmittelwert in dem jeweils abgelaufenen Meßintervall darstellende Wert /i, £,... an den Speicher 5 weitergegeben wird, so daß nach Ablauf des folgenden Intervalls der neu im Speicher 4 gebildete Frequenzmittelwert f₂ bzw. /3,... sowohl dem Speicher 5 als auch dem Subtrahierglied 9 über dessen Eingang 9a zugeführt wird, während der Speicher 5 dann den festgehaltenen Meßwert /,, f₂ ,... dem Subtrahierglied 9 über seinen anderen Eingang 9b liefert. Der einfacheren Darstellung halber wird dies nachstehend für die beiden aiifpinanHprfnli7f»nriofi

Auswerteintervalle Δ ti und Δ/2 und die zugehörigen Frequenzmittelwerte /i , h erläutert.

Im Subtrahierglied 9 wird jeweils nach Ablauf jedes einzelnen Meßintervalls die Differenz zwischen dem gemittelten Frequenzwert h im gerade abgelaufenen Meßintervall und dem Frequenzwert /i des vorangehenden Meßintervalls gebildet, so daß am Ausgang des Subtrahierers 9 eine Differenzspannung U₁ steht, die der Differenz der Frequenzwerte in den beiden vorangehenden Meßintervallen proportional ist. Dieses Signal wird dem Anzeigeinstrument 12 oder einem Registriergerät zugeführt, so daß die jeweils bestehende Frequenzänderung abgelesen oder registriert werden kann.

In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird jedoch dem Anzeigegerät 12 ein Addierglied 11 vorgeschaltet, durch das eine Referenzspannung der der Frequenzdifferen? proportionalen Spannung U₁ hinzijaddiert wird, damit der einer Frequenzänderung vom Werte Null entsprechende Skalennullpunkt in der Mitte der Anzeigenskala des Anzeigegerätes liegen kann. Dadurch wird dem Umstand Rechnung getragen, daß sowohl positive als auch negative Frequenzänderungen auftreten. Je nach der Ausschlagsrichtung des Zeigers vom Ska'ennullpunkt aus kann dann das Vorzeichen der Frequenzänderung unmittelbar festgestellt werden.

Der Erfindungsgedanke wird dadurch vervollkommnet, daß parallel zu dem Anzeigegerät 12 eine Anzeige-, Warn- oder Alarmvorrichtung 13 und 14 an den Ausging des Subtrahierers 9 angeschlossen ist, die das Überschreiten oder Unterschreiten bestimmter, einstellbarer oberer und unterer Grenzwerte für die nach Ablauf jedes Auswerteintervalls festgestellten Frequenzänderungen fi — f\ selbsttätig anzeigt oder die auch das Erreichen eines »steady state« durch ein besonderes, vorzugsweise optisches Signal kenntlich macht. Dazu dienen zwei Komparatoren 13a und 13£> mit vorgeschalteten Grenzwertstellern 15a und \Sb, an welchen die zulässigen Maximum- und Minimumwerte für die Frequenzänderung einstellbar sind. Diese Komparatoren geben dann an das nachgeschaltete Alarm- oder Signalgerät 14 ein Auslösesignal weiter, wenn die eingestellten Grenzwerte von den Frequenzänderungen überschritten werden. Der »steady state« kann ζ. B. durch da» ständige Aufleuchten einer grünen Anzeigelampe erkennbar gemacht werden, während

das Überschreiten der eingestellten Grenzwerte zweckmäßig durch akustische Signale oder durch taktweises Aufblinken der Lampe signalisiert wird.

Das erfindungsgemäße Frequenzüberwachungsgerät kommt den besonderen Anforderungen entgegen, die bei Belastungsuntersuchungen in der Herz- und Kreislaufdiagnostik und -therapie auftreten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zur Überwachung der Herz- oder der Pulsfrequenz, mit einem Aufnehmer (1) zur Gewinnung eines der Herzaktionsspannung oder dem Pulssignal proportionalen elektrischen Signals, mit einem Signalverstärker (2), der dieses Signal verstärkt, mit einem an dessen Ausgang angeschlossenen Frequenzumsetzer (3), der aus dem verstärkten Signal ein der Herz- oder Pulsfrequenz proportionales elektrisches Signal (Uo) erzeugt, und mit einem an den Ausgang des Umsetzers (3) angeschlossenen ersten elektronischen Speicher (4), in dem für jedes von bestimmten aufeinanderfolgenden Zeitintervallen At,, At₂... der zugehörige Frequenzmittelwert /|, h ... ermittelt wird, gekennzeichnet durch Mittel zur Weiterleitung dieser Frequenzmittelwerte an einen an den Ausgang des ersten Speichers (4) angeschlossenen zweiten Speicher (5) bei Beginn des jeweils nachfolgenden Zeitintervalls Jt2, Ah..., wonach der erste Speicher (4) den Frequenzmittelwert h, h ... für das jeweils nachfolgende Zeit- oder Auswerteintervall feststellt, durch ein mit je einem seiner beiden Eingänge (9a, 9b) an die Ausgänge der beiden Speicher (4,5) angeschlossenes elektronisches Subtrahierglied (9), das nach Ablauf jedes Zeitintervalls Au, Ah ... die Differenz h—(\. h—h ... zwischen den in beiden Speichern festgehaltenen gemittelten Frequenzwerten h und f\ bzw. h und :'_ usw. bildet, und durch eine an den Ausgang des Subtrahiergliede* (9) angeschlossene Analog- oder Digitalanzeigevorrichtung (12) für die in aufeinanderfolgenden Auswcteintervallen auftretenden Differenzen h—h, h—h ■ ■ ■ der Mittelwerte der Herz- bzw. Pulsfrequenz.

2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an den Ausgang des Subtrahiergliedes (9) angeschlossene Anzeige-, Warn- oder Alarmvorrichtung (13, 14), in der obere und untere Grenzwerte für die am Ende jedes Auswerteintervalls Au, At₂, ... festgestellten Differenzen der Frequenzmittelwerte h — h, h — h, ■■■ einstellbar sind, so daß das Über- bzw. Unterschreiten eines Grenzwertes angezeigt oder ein Alarm- oder Warnsignal ausgelöst wird.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere und untere Grenzwert für die festgestellten Frequenzdifferenzen für zwei aufeinanderfolgende Zeitintervalle an Komparatoren (13a, i3b) so einstellbar sind, daß sie den Bedingungen des »steady state« entsprechen und daß die Signalvorrichtung (14) ein besonderes, vorzugsweise optisches Signal gibt, solange der Zustand des »steady state« vorliegt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala des Anzeigegerätes (12) den Wert »Null« in ihrer Mitte hat und daß zwischen dem Ausgang des Subtrahiergliedes (9) und dem Anzeigegerät (12) ein Addierglied (11) eingefügt ist, das dem am Ausgang des Subtrahiergliedes stehenden, der jeweils festgestellten Frequenzdifferenz proportionalen Signal ein weiteres Signal eines solchen Wertes hinzuaddiert, daß er der Verschiebung des Skalennullpunktes in die Skalenmitte entspricht und negative und positive Frequenzdifferenzen vorzeichenrichtig vom Skaiennullpunkt aus angezeigt werden.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Zeitglied (6), das die einzelnen aufeinanderfolgenden Meß- bzw. Auswerteintervalle Δ ti, At2, ... gleicher Länge bestimmt und jeweils zu Beginn eines jeden Meßintervalls einen Steuerimpuls (P₇) liefert, durch den eine Impulsformeirstufe (7) unmittelbar und eine an ihren Ausgang angeschlossene ImpulsformersMfe (8) mittelbar angestoßen werden, die ihrerseits die ihnen jeweils zugeordneten elektronischen Speicher (4, 5) in der Weise steuern, daß jeweils bei Ablauf eines Auswerteintervalls bzw. bei Beginn des folgenden Auswerte mtervalls die in ihnen gespeicherten Werte der Frequenzmittelwerte an ihren Ausgang bereitstellen, so daß der erste Speicher (4) den für das !abgelaufene Auswerteintervall geltenden Frequenzmittelwert an den zweiten Speicher (5) und an den Eingang (9a) des Subtrahierers (9) und der zweite Speicher (5) den in ihm gespeicherten Frequenzmiuelwert für das vorhergehende Auswerteintervall an den Hingang (9b) des Subtrahierers (9) liefert