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Be s ch r ei bu nR zu der Patentanmeldung betreffend Verfahren und
Vorrichtung zum Feststellen und Anzeigen eines möglichen Auftretens der Caisson-Krankheit
bei Tauchern.
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Es ist üblich, daß Taucher mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder
nach einem festgelegten Zeitplan auftauchen.
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Dabei kann es zum AuStreten der sogenannten Caisson-Krankheit kommen,
wenn die mit dem Auftauchen einhergehende Druckminderung für einen bestimmten Taucher
zu schnell erfolgt, Die Erfindung sucht durch eine Uberwachung bestimmter physiologischer
Daten des Tauchers zu einer rechtzeitigen Warnung vor einem drohenden Auftreten
der Caisson-Krankheit zu kommen, so daß diese durch eine entsprechende Beeinflussung
der Druckminderung vermieden werden kann. Die Erfindung schlägt vor, zum Feststellen
und Anzeigen eines möglichen Auftretens der Caisson-Krankheit bei Tauchern den zeitlichen
Abstand zwischen zwei charakteristischen Werten in jeder Periode eines am Taucher
abgenommenen elektrokardiographischen Signals fortlaufend zu ermitteln und in Abhängigkeit
vom Betrag des zeitlichen Abstandes mindestens eine Anzeige zu betätigen.
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Vorzugsweise wird nach der Erfindung der zeitliche Abstand zwischen
der R-Zacke und der S-Zacke in jeder Periode des elektrokardiographischen Signals
fortlaufend ermittelt0
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß sich die Aktionsströme des Herzens, wie sie in dem üblichen Elektrokardiogramm
aufgezeichnet sind, bereits signifikant ändern9 bevor die Caisson-Krankheit in Erscheinung
tritt. Die Anderung der Aktionsströme wird nach der Erfindung festgestellt und Zu
einer Anzeige ausgewertet, welche so fruh vorliegt, daß Maßnahmen gegen das Auftreten
der Caisson-Krankheit rechtzeitig eingeleitet werden können. Als Gegenmaßnahme wird
man in der Regel die Druckminderung so lange unterbrechen, bis die überwachten Daten
wieder ihre normalen Werte angenommen haben Man kann jedoch auch als Gegenmaßnahme
den Druck für kurze Zeit wieder erhöhen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung
zur Durchführung des erSindungsgemäßen Verfahrens zwei erste, auf unterschiedliche
Signalwerte ansprechende Schwellwertdetektoren, die am Eingang ein elektrokardiographisches
Signal erhalten und deren Ausgänge an ein Zeitglied angeschlossen sind, welches
ein analoges Meßgerät und/oder mindestens einen weiteren Schwellwertdetektor mit
nachgeschalteter Anzeige steuert. Durch Anwendung mehrerer weiterer Schwellwertdetektoren
jeweils mit angeschalteter Anzeige wird eine bezüglich des Grades der Abweichung
der überwachten Daten von den Normalwerten abgestufte Anzeige oder Warnung erreichte
Der Vorrichtung kann wahlweise ein Verstärker vorgeschaltet sein, mit welchem die
mittlere Spannung der am Taucher abgenommenen elektrokardiographischen Signale,
die ungefähr ein Millivolt beträgt, auf ein oder mehrere Volt heraufgesetzt wird.
Signale dieser erhöh-ten Spannung lassen sich in der Vorrichtung leichter verarbeiten.
Das Ausgangssignal des Verstärkers oder, falls dieser fortgelassen wird, das ursprüngliche
Signal gelangt an die Eingänge der beiden ersten Schwellwert- oder Spitzenwertdetektoren.
Zweckmäßigerweise spricht einer der beiden ersten Schwellwertdetektoren auf eine
positive Signal spitze bestimmter Mindestamplitude, vorzugsweise auf die R-Zacke
des elektrokardiographischen Signals, und der andere Schwellwertdetektor auf eine
negative Signal spitze bestimmter
Mindestamplitude, vorzugsweise
auf die S-Zacke, an. Bei der üblichen klinischen Praxis werden Elektrokardiogramme
mittels Elektroden aufgenommen, welche auf die Haut des Patienten aufgesetzt werden
und über flexible Leitungen mit dem eigentlichen Meßgerät verbunden sind. Für die
Zwecke der Erfindung wird eine Verbesserung dahingehend bevorzugt, daß die Elektroden
fest mit der Uberwachungsvorrichtung verbunden sind. Als Elektroden werden vorzugsweise
solche mit Mehrpunktauflage oder kapazitive Elektroden verwendet, so daß die bei
der üblichen Elektrokardiographie benutzte leitfähige Paste nicht angewendet zu
werden braucht. Der elektrische Kontakt würde durch den Druck aufrechterhalten,
mit welchem die Überwachungsvorrichtung an der Haut des Tauchers im Brustbereich
anliegt und welcher durch einen Taucheranzug oder durch einen elastischen Gurt erzeugt
werden könnte.
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Das Zeitglied umfaßt zweckmäßigerweise einen Generator, welcher einen
zeitproportionalen Spannungsanstieg erzeugt und durch den Ausgang des Schwellwertdetektors
für die R-Zacke angeschaltet und durch den Ausgang des Schwellwertdetektors für
die S-Zacke ausgeschaltet wird. Das Aisgangssignal eines solchen Generators ist
dem Zeitabstand zwischen der R- und der S-Zacke des elektrokardiographischen Signals
proportional. Eine einfache Verwirklichung eines solchen Generators besteht in einer
bistabilen Kippschaltung, deren Stelleingang an den einen Schwellwertdetektor und
deren Rückstelleingang an den anderen Schwellwertdetektor angeschlossen ist und
deren Ausgang ein Integrierglied nachgeschaltet ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfaßt das Zeitglied eine astabile
Kippschaltung, welche durch den Ausgang des einen, auf die R-Zacke ansprechenden
Schwellwertdetektors ansdaltbar und durch den Ausgang des anderen, auf die S-Zacke
ansprechenden Schwellwertdetektors ausschaltbar ist0 Bei dieser Ausführungsform
ist die zwischen dem An- und und¢Ausschalten der
Kippschaltung erzeugte
Anzahl von Impulsen dem Zeitintervall zwischen der R- und der S-Zacke proportional,
Das Ausgangssignal des Zeitgliedes wird einem oder mehreren Schwellwertdetektoren
zugeleitet. Ein einziger Schwellwertdetektor würde durch Betätigung einer nachgeschalteten
Anzeige einen kritischen Zustand anzeigen, wenn sein Eingangs signal einen bestimmten
Schwellwert überschreitet. Eine Verbesserung wird durch Verwendung eines zweiten,
bei einem anderen Schwellwert ansprechenden Schwellwertdetektors erzielt, so daß
zwei verschiedene Grade kritischer Zustände angezeigt werden können.
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Mit der Anzeige des ersten Grades könnte z.B. die Anweisung verbunden
sein, den Druckminderungsvorgang für eine Weile zu unterbrechen, während die Anzeige
des zweiten stärkeren Grades bedeuten könnte, daß eine zeitweilige Druckerhöhung
notwendig ist. Bei einer weiter verbesserten Ausführungsform wird dem Zeitglied
ein zusätzlicher dritter Schwellwertdetektor nachgeschaltet, dessen Schwellwert
niedriger als der der beiden anderen Schwellwertdetektoren eingestellt ist. Ein
Ausgangssignal dieses dritten Schwellwertdetektors bedeutet dann, daß die Vorrichtung
ordnungsgemäß arbeitet und daß, falls die beiden anderen dem Zeitglied nachgeschalteten
Schwellwertdetektoren kein Ausgangssignal abgeben, die Druckminderung ohne Gefahr
für den Taucher fortgesetzt werden kann. Durch die Verwendung eines vierten dem
Zeitglied nachgeschalteten*Schwellwertdetektors, dessen Schwellwert höher als diejenigen
der anderen drei Schwellwertdetektoren eingestellt ist, wird schließlich der Vorteil
erreicht, daß durch das Ausgangssignal dieses vierten Schwellwertdetektors ein außerordentlich
großer Betrag des zeitlichen Abstandes zwischen der R- und der S-Zacke angezeigt
wird, wie er normalerweise nicht auftreten kann, sondern nur, wenn z.B. die Elektroden
keinen Kontakt mehr mit dem Taucher haben. Eine solche Anzeige würde ungültige Entscheidungen
verhindern.
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Der alternativ als Zeitglied verwendeten astabilen Kippschaltung
ist am besten ein Impulszähler nachgeschaltet, dessen Zähleingang an den Ausgang
der astabilen Kippschaltung und dessen Rückstelleingang an den auf die R-Zacke ansprechenden
Schwellwertdetektor angeschlossen ist. Dabei wird der Zähler durch die R-Zacke auf
Null zurückgestellt und dann durch jeden von der astabilen Kippschaltung abgegebenen
Impuls weitergeschaltet, bis die S-Zacke auftritt, Verschiedene Grade der Vorwarnung
können dann von einzelnen Zählzuständen abgeleitet werden0 Der auf das Zeitglied
folgende Schaltungsteil kann auch Verknüpfungsglieder umfassen, mit deren Hilfe
zwischen verschiedenen Zählzuständen bzw. zwischen verschiedenen Ausgangssignalen,
welche entweder gleichzeitig oder nicht gleichzeitig mit anderen auftreten, unterschieden
wird. Im Falle von vier dem Zeitglied nachgeschalteten Schwellwertdetektoren würde
beispielsweise das Fehlen aller Ausgangssignale anzeigen, daß der ermittelte Zeitabstand
zu klein ist, um ein R-S-Intervall bedeuten zu können (Störgeräusch). Ein einziges
Ausgangssignal wUrde den Normalzustand anzeigen0 Zwei gleichzeitige Ausgangssignale
würden die Notwendigkeit einer Pause anzeigen und drei gleichzeitige Ausgangssignale
die Notwendigkeit einer zeitweiligen Druckerhöhung.
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Die Anzahl gleichzeitiger Ausgangssignale könnte auch noch erhöht
werden, da kein auf einen hohen Schwellwert eingestellter Schwellwertdetektor schalten
würde, ohne daß die auf niedrigere Schwellwerte eingestellten Schwellwertdetektoren
bereits geschaltet haben.
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Die Erfindung ist mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten im folgenden
anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 das Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der
Erfindung, Fig. 2 den Verlauf eines elektrokardiographischen Signals.
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Das elektrokardiographische Signal wird am Taucher mittels Elektroden
abgenommen, die auf die Haut des Tauchers aufgesetzt sind. Bevorzugt wird anstatt
einer ohmschen eine kapazitive Ankopplung der Elektroden an die HautO Dazu sollten
in möglichst unmittelbarer Nähe der Elektroden angeordnete Feldeffekttransistoren
für die Anpassung benutzt werden0 Die Elektroden werden an einer geeigneten Stelle
am Taucher angelegt, wo die Amplitude des elktrokardiographischen Signals hoch und
die von durch Muskeln erzeugten Signalenniedrig ist. Eine signete Stelle ist beispielsweise
die Haut über dem Brustbein des Tauchers0 Am Eingang der Vorrichtung befindet sich
ein Verstärker 19 der zur Erhöhung des an den Elektroden abgenommenen elektrokardiographischen
Signals von ungefähr ein Millivolt auf engem fähr ein Volt diente Der Ausgang dieses
Verstärkers ist auf die Eingänge eines invertierenden Verstärkers 2 und eines nichtinvertierenden
Verstärkes 3 aufgeteilt0 Das Ausgangssignal des nichtinvertierenden Verstärkers
3 wird in einen nachgeschalteten Vergleichsglied4mit einer festen Referenzspannung
verglichen0 Wenn das Ausgangssignal den entsprechenden Schwellwert überschreitet,
stellt das Vergleichsglied eine bistabile Kippschaltung 5 in den Zustand DEins',
In entsprechender Weise gelangt das Ausgangssignal des invertierenden Verstärkers
2 zu einem zweiten Vergleichsglied 6s wo es mit einer zweiten festen Referenzspannung
verglichen wird0 Das Vergleichsglied 6 stellt die bistabile Kippschaltung 5 in den
Zustand 'Null' zurück.
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Die bistabile Kippschaltung 5 wird also durch positive, eine bestimmte
Größe überschreitende Signalwerte in den- Zustand zeins gestellt und durch negative,
einen anderen Schweliwert überschreitende Signalwerte in den Zustand 'Null' zurückgestellt0
Wenn es sich um das in Fig, 2 gezeigte elektrokardiographische Signal handelt, wird
die bistabile Klppschaltung durch die
R-Zacke gestellt und durch
die S-Zacke zurückgestellt. Die Dauer des dabei von der bistabilen Kippschaltung
abgegebenen Rechteck-Impulses entspricht dem Seitlichen Abstand zwischen der R-
und der S-Zacke des elektrokardiographischen Signals.
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Der Impuls wird einem Integrierglied 7 zugeführt. Da der Integralwert
dem R-S-Intervall proportional ist, kann das Ausgangssignal des Integriergliedes
7 verschiedenen Warnstufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. zugeführt werden.
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Die Warnstufen erhalten vom Integrierglied eine Spannung, welche
dem Mittelwert einiger vorhergehender , vorzugsweise fünf vorhergehender R-S-Intervalle
proportional ist. Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit Senkkästen
angewendet, in welchen die Taucher in trockner und beleuchteter Umgebung die Druckminderung
erfahren, kann die Warnstufe ein geeignetes Voltmeter 8 umfassen. Sie Skala des
Voltmeters 8 ist so eingeteilt, daß zu einer bestimmten Zeigerstellung die jeweils
zu ergreifende Gegenmaßnahme angegeben ist.
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Für Taucher, die im Wasser im Dunklen auftauchen, wird ein digitales
Warnsignal bevorzugt. Eine geeignete Warnstufe umfaßt dann eine Anzahl von Schwellwertdetektoren
9 jeweils in Form eines Vergleichsgliedes, in welchem die Ausgangsspannung des Integriergliedes
7 mit einer festen Referenzspannung verglichen wird und welchem eine Anzeige, z,B.
eine Lampe 10, nachgeschaltet ist. Mittels des Vergleichgliedes 9A wird der niedrigste
Pegel der Ausgangsspannung unter Verwendung einer niedrigen festen Referenzspannung,
welche einem sicheren Pegel entspricht, festgestellt und eine grüne Lampe betätigt.
Mittels des Vergleichsgliedes 9B wird unter Verwendung einer entsprechenden festen
Referenzspannung ein höherer Pegel der Ausgangsspannung festgestellt und zum Anschalten
einer bernsteinfarbenen Lampe herangezogen, deren Aufleuchten bedeutet, daß die
Druckminderung unterbrochen werden muß. Mittels weiterer Vergleichsglieder werden
höhere Pegel der Ausgangsspann.ung festgestellt,
wobei eine rote
Lampe als Warnung dafür angeschaltet wird, daß eine zeitweilige Druckerhöhung erforderlich
ist0 Der höchste Pegel der Ausgangsspannung wird mittels eines Vergleichsgliedes
9X unter Verwendung einer entsprechenden festen Referenzspannung festgestellt und
dient zum Anschalten einer weißen Lampe, welche ein unmöglich langes R-S-Intervall
anzeigt, daß wahrscheinlich durch einen verlorengegangenen Elektrodenkontakt verursacht
ist.
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Wenn ein Taucher in sehr trübem Wasser arbeitet und daher Anzeigelampen
wahrscheinlich nicht erkennen kann, können anstelle der Lampen 10 Tongeneratoren
vorgesehen sein, welche hörbare Töne unterschiedlicher Frequenz erzeugen.
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Die verschiedenen Stufen der Vorrichtung sind untereinander huber
flexible Leitungen verbunden, so daß die erste Stufe einschließlich der Elektroden
in bequemer Weise unmittelbar an der Brust des Tauchers angeordnet sein kann, wo
das elektrokardiographische Signal seine größte Amplitude und den größten Störabstand
hat, während die Warnstufe in der Nähe des Kopfes oder an einem Körperglied befestigt
ist, wo sie besser gehört bzw.
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gesehen werden kann.
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PatentansPriAche '