DE2362063C3 - Schaltungsanordnung zum Erfassen von physiologischen elektrischen Meßsignalen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einr Schaltungsanordnung zum Erfassen von physiologischer elektrischen Meßsignalen, z.B. EKG, mit einer im Meßsignalweg liegenden, auf erwünschte Frequenzanteile der Signale abstimmbaren Filteranordnung, einem Schwellendiskriminator für die Filterausgangssignale und mit einer Vorrichtung zur Regelung des Signalverstärkungsgrades im Sinne der Erzeugung konstanter Ausgangssignalamplituden.

Physiologische elektrische Meßsignals: weisen häufig bei relativ stark schwankenden Amplituden unterschiedliche Frequenzinhalte auf. Für die Weiterverwendung interessant sind jedoch oftmals nur Signalanteile mit bestimmten Amplituden und Frequenzen. Dies ist beispielsweise der Fall in der EKG-Meßtechnik, wo normalerweise nur die großamplitudige und im wesentlichen mit hohen Frequenzanteilen behaftete R-Zacke herausgegriffen werden soll; andere Amplitudenanteile, deren Amplitude unter Umständen sogar bis in den Bereich der R-Zackenamplitude angehoben sein kann, deren Frequenzinhalte jedoch zum Frequenzinhah der R-Zacke unterschiedlich sind (z. B. T- oder P-Welle), sollen hingegen so weit wie möglich gedämpft werden.

Durch die US-PS 35 90 811 ist bereits eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art vorbekannt, die zum Heraussieben interessierender Signalanteile unter gleichzeitiger Bedämpfung nicht interessierender Signalanteile eine Frequenzfilteranordnung

ro einsetzt, deren Grenzfrequenz fest so eingestellt ist, daß Frequenzanteile interessierender Signalamplituden in den Durchlaßbereich, Frequenzanteile nicht interessierender Signalamplituden hingegen in den Dämpfungsbereifh der Filter fallen. Bei solchen Schaltungsanord-

^r>> nungen zur EKG-Verarbeitung liegt der Durchlaßbereich gängiger FiHeranordnungen beispielsweise im Bereich oberhalb 8 Hz. Da die R-Zacks des EKG im Normalfall im wesentlichen Frequenzen über 8 Hz aufweist, wird demnach die R-Zacke nahezu unge-

Mi dämpft hindurchgdassen und kann vom Schwellendiskriminator erfaßt werden. Andere Amplitudenanteile, wie z. B. die T- oder P-WeIIe, deren Frequenzen im Normalfall unterhalb 8 Hz liegen, werden hingegen auf einen Minimalwert gedämpft.

fi5 Eine Schaltungsanordnung wie die der US-PS 35 90 811 gewährleistet hinreichende Meßsicherheit, solange die elekrischen Signale in vorgebbaren Bereichen der Normalform entsprechen. Unter Normal-

form ist hierbei zu verstehen, daß die interessierenden Signaianteile des elektrischen Signals sowohl in den Amplituden als auch in ihrem Frequenzinhalt im wesentlichen konstant bleiben. In der Praxis wird diese Bedingung jedoch kaum eingehalten. Insbesondere in der EKG-Meßtechnik sind die Amplituden der EKG-Signale erheblichen Schwankungen unterworfen. Solange die R-Zacke eines EKG in ihrem Frequenzinhalt unverändert dem einer normalen R-Zacke entspricht, wird die R-Zacke die Filteranordnung auch weiterhin passieren und als R-Zacke gewertet werden. Sind die Amplituden jedoch extrem hoch, so besteht Gefahr, daß nunmehr auch T- oder P-Wellen die Filteranordnung noch so hochamplitudig passieren, daß sie mit den R-Zacken der Signale verwechselt werden könnnen. Im umgekehrten Fall können physiologische Signale, insbesondere EKG-Signale, auch so weit entartet sein, daß sie nur noch abnorm niedrige Amplituden aufweisen und mit ihren Frequenzinhalten zusätzlich noch unterhalb der Grenzfrequenz des Durchlaßbereiches der Filteranordnung liegen. Derartige dauernd abnorm niedrige Amplitudenanteile verweisen auf einen medizinischen Gefahrenfall, der umgehende Maßnahmen zur therapeutischen Hilfe erfordert. Insbesondere in solchen Untersuchungsfällen, wo der Arzt oder das Überwachungspersonal den Meßvorgang nicht unmittelbar am Patienten beobachtet, sondern dieser Meßvorgang durch eine Überwachungsanordnung selbsttätig ausgeführt wird, muß auch das Auftreten eines Gefahrenfalles durch die Vorrichtung unbedingt selbsttätig erkannt und z. B. durch Auslösung eines entsprechenden Alarms angezeigt werden. Ein derartiger, beispielsweise das Leben des Patienten gefährdender Gefahrenfall tritt z. B. immer bei flimmerndem EKG auf. Da Flimmerwellen in den meisten Fällen eine sehr viel niedrigere Amplitude (höchstens ca. ein Drittel einer normalen R-Zackenamplitude) und gleichzeitig einen niederfrequenteren Frequenzinhalt als übliche QRS-Komple.xe aufweisen, konnten diese Flimmerwellen bisher mit den bekannten Vorrichtungen der eingangs genannten Art nicht zuverlässig von selbst als echte Flimmerwellen, die ganz spezielle therapeutische Gegenmaßnahmen (Defibriiiaiion) erfordern, diagnostiziert werden. Sie werden nämlich durch die lediglich auf die R-Zacken abgestimmte Filteranordnung entweder von vornherein total unterdrückt oder u. U. bei nur unvollständiger Unterdrückung, z. B. aufgrund erheblicher Amplitudenschwankungen bei gleichzeitig relativ niedrig angesetzter Grundbedämpfung der Filteranordnung, sogar vereinzelt als QRS-Komplexe mit mehr oder weniger holperndem Rhythmus gewertet.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die sowohl bei Amplitudenschwankungen zu extrem hohen als auch zu abnorm niedrigen Werten mit gleichzeitig einhergehenden Verschiebungen im Frequenzinhalt dieser Anteile noch eine eindeutige Selektion interessierender von nicht interessierenden Signalanteilen an der Schwelle des Schwellendiskriminators zuläßt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schwellendiskriminator zur Versorgung einer Steuerschaltung für die Bedämpfung und Grenzfrequenzregelung der Filteranordnung ausgenutzt wird in dem Sinne, daß bei Amplitudenschwankungen zu extrem hohen Werten die Bedämpfung und gleichzeitig die Grenzfrequenz der Fiiteranordnung zu höheren Werten und im Falle von Amplitudenschwankungen zu abnorm niedrigen Werten die Bedämpfung und Grenzfrequenz der Filteranordnung zu niedrigeren Werten verschoben werden, und daß zwischen Filteranordnung und Schwellendiskriminator ein Abgriff für die eigentliche Auswerteschaltung vorgesehen ist.
Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung gewährleistet durch selbsttätige Bedämpfungsausgleichs- und gleichzeitige Frequenzbreiteregelung in Abhängigkeit von den Signalamplituden die Selektion interessierender Signalamplituden sowohl im Bereich extrem ίο hoher als auch im Bereich abnorm niedriger Amplitudenanteile. Insbesondere in der EKG-Verarbeitung ergibt sich somit z. B. die Möglichkeit, auch bei stark schwankenden R-Zackenamplituden diese Amplituder eindeutig von anderen nicht interessierenden Signalan· teilen, z.B. T- oder P-Wellen, zu selektieren unc aufgrund deren relativ regelmäßigen Anfallens auch klar als echte R-Zacken zu werten. Gleichzeitig ist abet auch die Möglichkeit gegeben, im Falle des Vorliegen« von Flimmerwellen (Gefahrenfall) die Amplituder dieser Wellen durchgehend zu erfassen und aufgrund des Kriteriums der hohen Anfallhäufigkeit bei gleichzeitiger Anfalldiskontinuität nunmehr eindeutig als Flimmerwellenamplituden zu diagnostizieren. Als Diagnostizierglied kann in sämtlichen Fällen ein weiterer Schwellendiskriminator mit einer Anzeigevorrichtung für Schwellwertüberschreitungen dienen, der bekanntermaßen Bestandteil der eigentlichen Auswerteschaltung in.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung jo ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eine« (exemplarisch auf die EKG-Verarbeitung abgestellten] Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der Vorrichtung nach der Figur werden die )5 EKG-Signale an den Eingang Egelegt. Von dort werder sie über die Eingangskapazität 1 sowie über ein erste; Vorverarbeitungsglied 2, das in üblicher Weise einer Vorverstärker aufweist, separat einem zweiten unc dritten Vorverarbeitungsglied 3 bzw. 4 zugeleitet. Da; zweite Vorverarbeitungsglied 3 umfaßt dabei einer üblichen aktiven Bandpaß mit den Eckfrequenzen vor z. B. 4 Hz und 23 Hz. Dieser Bandpaß ist demnach sowohl fur QRS-Nompiexe ais auch für F- und T-Weüei des EKG sowie für Flimmerwellen durchlässig. Da; dritte Vorverarbeitungsglied 4 hingegen enthält z. B. eir Differenzierglied mit nachgeschaltetem Zweiweggleich richter. Amplitudendiskriminator sowie monostabi ler Kippstufe. Fallen z. B. zusammen mit den EKG-Signalen Pacemakerimpulse an, so erkennt das Vorverar-■30 beitungsglied 4 diese aufgrund deren größeren Anstiegssteilheit bei mit den höchsten zu erw?-tenden Amplitudenwerten des EKG-Signals (den R-Zacken] vergleichbaren Amplitudenwerten, worauf über die monostabile Kippstufe am Ausgang 5 ein Ausgangsimpuls erzeugt wird. Dieser Ausgangsimpuls dient als Durchsteuerimpuls für einen am Eingang des Vorverarbeitungsgliedes 2 angeschalteten Feldeffekttransistor 7 der daraufhin zum Kurzschließen und damit zur Elimination des Pacemakerimpulses aus dem EKG in den leitenden Zustand gesteuert wird. Gleichzeitig mil dem Durchsteuerimpuls für den Transistor 7 wird am Ausgang 6 des Gliedes 4 noch ein Impuls zur Betätigung einer später noch näher zu beschreibenden Schwellenregelstufe 8 erzeugt

Die am Ausgang des Vorverarbeitungsgliedes 3 anfallenden frequenzbeschnittenen EKG-Signale werden nun über ein Hochpaßfilter 9, das eine Längskapazität 10 sowie einen nachgeschalteten, aus einem

ohmschen Längswiderstand 11 sowie ohmschen Querwiderstand 12 mit parallel liegendem Feldeffekttransistor 13 bestehenden Spannungsteiler für die EKG-Signale aufweist, auf den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 14 gegeben. Der invertierende Eingang dieses Verstärkers 14 ist dabei über den Widerstand 15 einerseits mit Masse verbunden und andrerseits über den Widerstand 16 mit dem Verstärkerausgang gekoppelt. Die Widerstände sowie die Kapazität des Hochpaßfilters 9 sind insgesamt so dimensioniert, daß bei durchgeschalteten) Transistor 13 die untere Grenzfrequenz des Filters 9 bei maximalem Teilerverhältnis des Spannungsteilers (maximale Durchlaßbedämpfung des Filters) einen Maximalwert von ca. 8 Hz und bei gesperrtem Transistor 13 bei minimalem Teilerverhältnis des Spannungsteilers (minimale Durchlaßbedämpfung des Filters) einen Minimalwert von ca. 4 Hz aufweist.

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anfallenden Signale werden einerseits einem aus den Dioden 17 und 18, einem Vorschaltwiderstand 19 sowie einem Verstärker 20 mit den Beschaltungswiderständen 21,22, 23 gebildeten Doppelweggleichrichter zugeleitet sowie andererseits über einen Spannungsteiler 24, 25 auf einen Kondensator 26 gegeben. Der Verstärker 20 des Doppelweggleichrichters arbeitet bei positiven EKG-Signalen als nicht invertierender, bei negativen Signalen hingegen als invertierender Verstärker. Er bewirkt zudem über die an der Spannung + Uo anliegenden Widerstände 22, 23 eine Verschiebung der NJIinie der Verstärkerausgangssignale um einen konstanten Betrag in negativer Richtung. Der Betrag der Nullverschiebung ist dabei so gewählt, daß im Normalfall die R-Zacken der EKG-Signale am Ausgang des Doppelweggleichrichters bei leitendem Transistor 13 des Hochpaßfilters 9 noch über der positiven Schwelle (z.B. +1 Volt) eines ersten Schwellendiskriminators 27 sowie bei gesperrtem Transistor 13 auch noch über einer demgegenüber höheren Schwelle (z. B. + 4VoIt) eines zweiten Schwellendiskriminators 28 liegen.

Der erste Schwellendiskriminator 27 besteht im wesentlichen aus einer monostabilen Kippstufe, die jeweils beim Überschreiten ihrer Eingangsschwelle durch die EKG-Signale einen Ausgangsimpuls erzeugt. Der zweite Schwellendiskriminator 28 besteht aus einer Diode 29, einem Spannungsteiler 30, 31 sowie der Basis-Emitter-Strecke eines Transistors 32 einschließlich des an diesem Transistor emitterseitig angeschalteten, an der Spannung + Uo liegenden Spannungsteiler 33, 34 für die Emittervorspannung. Der Transistor 32 bildet außerdem zusammen mit einem weiteren Transistor 35 mit den Beschaltungswiderständen 36,37, 38 einen Regelspannungsverstärker. Dieser Regelspannungsverstärker erzeugt im Zusammenwirken mit dem bereits beschriebenen Kondensator 26 eine Steuerspannung (die zur besseren Signallinearisierung mit einem Teil der Ausgangsspannung des Verstärkers 14 beaufschlagt ist) am Feldeffekttransistor 13 des Hochpaßfilters 9, die den Transistor 13 in Abhängigkeit von den Signalamplituden am Eingang des Schwellendiskriminators 28 zu höheren oder zu niedrigeren Widerstandswerten steuert Die Abhängigkeit der Steuerung vom Eingangssignal des Schwellendiskriminators 28, das dem Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 entspricht, ergibt sich dabei wie folgt:

Liegt das EKG-Signal des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 unter der Schwelle des Schwellendiskriminators 28, so ist der Kondensator 26 über eine Ladevorrichtung — LO, 39 sowie 40 bis 43 (wobei das Element 39 einen Regelfeldeffekttransistor zur Arbeitspunktregelung des Feldeffekttransistors 13 im Hochpaßfilter 9 und die Elemente 41 bis 43 ohmschc Widerstände darstellen) auf einen negativen Spannungswert aufgeladen, der als Vorspannungssperrwert den Feldeffekttransistor 13 auf einem hohen Widerstandswert hält. Dieser Widerstandswert ist durch den Vorspannungssperrwert so gewählt, daß Flimmerwellen, die das Hochpaßfilter 9 passieren, am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 eine Amplitude aufweisen, die auf jeden Fall noch über der Schwelle des Schwellendiskriminators 27 liegt. Überschreitet hingeis gen das Ausgangssignal des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 die Schwelle des Schwellendiskriminators 28 (dieser Fall tritt mindestens jeweils mit dem Anfallen einer R-Zacke im EKG auf), so wird die Spannung des Spannungsteilers 33_; 34 pinsrhließlich der Srhlensenspannungen des Transistors 32 sowie der Diode 29 überschritten. Der Transistor 32 wird leitend und steuert entsprechend den Transistor 35 des Regelspannungsverstärkers in den leitenden Zustand. Der Kondensator 26 wird daraufhin rasch über die Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 35 zu positiveren Werten entladen, wodurch ebenso rasch der Feldeffekttransistor 13 im Hochpaßfilter 9 zu niedrigeren Widerstandswerten gesteuert wird. Durch die hierbei erfolgende Erhöhung der Durchlaßbedämpfung des Hochpaßfilters 9 werden nun die EKG-Signale am Ausgang des Doppelweggleichrichters sehr rasch soweit gedämpft, bis die R-Zacke den Schwellwert des Schwellendiskriminators 28 knapp unterläuft. Gleichzeitig mit der stärkeren Bedämpfung erfolgt eine Erhöhung der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 von ca. 4 Hz auf ca. 8 Hz.

Der Regelspannungsverstärker 32, 35 bis 38 steuert damit in Wirkverbindung mit dem Schwellendiskriminator 28 sowie dem Kondensator 26 und über den Feldeffekttransistor 13 im Hochpaßfilter 9 die Frequenzbreite und die Durchlaßbedämpfung des Filters i so, daß bei normalem EKG (auch bei stark schwankenden Amplituden) das gesamte bK-U aut solche werte gedämpft wird, daß die R-Zacken im wesentlichen auf Werte knapp unterhalb der Schwelle des Schwellendiskriminators 28 nivelliert werden. Durch die gleichzeitige Verschiebung der unteren Grenzfrequenz des Hochpaßfilters 9 in Richtung auf für die R-Zacke signifikante Frequenzwerte wird zudem noch der Amplitudenabstand zwischen R-Zacke und P- bzw. T-Welle vergrößert. Am Schwellendiskriminator 27 fallen demnach im wesentlichen nur eindeutig selektierte R-Zackenamplituden an und können damit aufgrund des regelmäßigen Überschreitens der Schwelle des Schwellendiskriminators 27 an einem Anzeige- bzw. Registriergerät 44 als echte R-Zacken registriert werden. Fallen hingegen am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 Flimmerwellen an, so wird deren Amplitude im Normalfall dauernd unter der Schwelle des Schwellendiskriminators 28 liegen (die Amplituden von Flimmerwellen betragen im Schnitt ein Drittel der R-Zackenamplitude im normalen EKG). Der Kondensator 26 wird demnach aufgrund des gesperrten Transistors 35 auf dem Vorspannungswert des Feldeffekttransistors 13 (Sperrspannungswert) gehalten. Der hohe Widerstandswert des Feldeffekttransistors 13 bewirkt, daß einerseits der Durchlaßbedämpfungswert des Hochpaßfilters 9 auf seinen Minimalwert abgesenkt und gleichzeitig die

untere Grenzfrequenz auch auf für Flimmerwcllcn signifikante Frequenzwerte (Absenkung der Grenzfrequenz bis auf 4 Hz) erweitert wird. Die Flimmerwellen können daher praktisch ungedämpft das Hochpaßfilter 9 passieren. Entsprechend liegen damit auch die ungedämpften Amplituden der Flimmerwellen am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 noch oberhalb der Schwelle des Schwellendiskriminators 27. Da die Flimmerwellen jetzt die Schwelle des Schwellendiskriminators 27 verhältnismäßig häufig überschreiten, der Anfall der Wellen jedoch im Gegensatz zu normalen QRS-Komplexen im EKG weitgehend diskontinuierlich ist, wird aufgrund des Kriteriums Anfallhäufigkeit bei gleichzeitiger Anfalldiskontinuität nunmehr das Vorliegen von Flimmerwellen eindeutig, z. B. durch das Registriergerät 45, erkannt und entsprechend daraufhin ein akustischer oder sonstiger Alarm (z. B. am Lautsprecher 46) ausgelöst.

Neben den beiden Schwellendiskriminatoren 27 und 28 ist am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 auch noch ein dritter Schwellendiskriminator 47 mit dem Transistor 48, dem Basiswiderstand 49 und der F.mitter-Zenerdiode 50 angeschaltet. Dieser Schwellendiskriminator 47 weist eine gegenüber den Schwellen der Diskriminatoren 27 und 28 sehr viel niedrigere, im negativen Bereich (z.B. bei -3VoIt) liegende Signalschwelle auf. Dem Schwellendiskriminator 47 ist ausgangsseitig über den Widerstand 51 ein Spannungsvervielfacher (Diodenpumpe) mit den Dioden 52 bis 55, den Kapazitäten 56 bis 59 sowie dem Lastwiderstand 60 nachgeschaltet. Der Ausgang dieses Spannungsvervielfachers wiederum ist über die Zenerdiode 61 sowie die Halbleiterdiode 62 unmittelbar an der Quelle des bereits vorher erwähnten, als Arbeitspunktregeltransistor für den Feldeffekttransistor 13 des Hochpaßfilters 9 dienenden Feldeffekttransistors 39 angekoppelt.

Der Schwellendiskriminator 47 dient zusammen mit dem Spannungsvervielfacher 52 bis 60 als Regelspannungsverstärker zur Austastung von den EKG-Signalen dauernd überlagerten höherfrequenten Störspannungen (z. B. Netzbrumm). Die Störaustastung funktioniert dabei wie folgt:

I ritt im bKU-Signal am Ausgang des Doppelweggleichrichters 17 bis 23 eine derartige Störspannung (z. B. Netzbrumm) auf, so wird die Amplitude dieser Störspannung des Schwellendiskriminators 47 ungleich häufiger überschreiten, als z. B. die R-Zacke des normalen EKG. Dementsprechend wird also innerhalb kurzer Zeit der Transistor 48 mehrfach vom leitenden in den sperrenden Zustand bzw. umgekehrt gesteuert. Mit jedem neuen Schaltvorgang des Transistors 48 tritt am Widerstand 51 ein Spannungshub auf, der auf den Spannungsvervielfacher in diesem Sinne wirkt, daß nach einigen Umschalttakten am Lastwiderstand 60 des Spannungsverviülfachers eine relativ hohe Spannung auftritt. Sobald diese Spannung die Zenerspannung der Zenerdiode 61 sowie die Schleusenspannung der Diode 62 übersteigt, wirkt sie über den Regeltransistor 39 auf den Feldeffekttransistor 13 in dem Sinne, daß dieser Transistor 13 soweit auf positivere Vorspannungswerte und damit zu niedrigeren Widerstandswerten gesteuert wird, bis die Amplitude der Störspannung unter die Schwelle des Schwellendiskriminators 47 gesteuert wird. Durch den Schwellendiskriminator 47 mit nachgeschaltetem Spannungsvervielfacher 52 bis 60

IS sowie den Arbeitspunkteinstelltransistor 39 für den Feldeffekttransistor 13 im Hochpaßfilter 9 wird somit das gesamte EKG-Signal von vornherein so klein gehalten (Anfangsbedämpfung), daß eine höherfrequente Störspannung der genannten Art (z. B. Netzbrumm) vom Schwellendiskriminator 27 nicht als Ereignis gewertet wird, wenn sie kontinuierlich auftritt.

Die eingangs bereits erwähnte Schwellenregelstufe 8 besteht aus einem Transistor 63, einer Diode 64, den Widerständen 65 bis 68 sowie einer Eingangskapazität

69. Tritt aufgrund eines vom Vorverarbeitungsglied 4 erkannten Pacemakerimpulses im EKG-Signal ein (negativer) Spannungsimpuls am Ausgang 6 dieses Gliedes 4 auf, so wird der Kondensator 69 der Schwellenregelstufe über die Diode 64 auf einen negativen Wert umgeladen. Nach diesem Impuls entlädt sich der Kondensator 69 über die Basis-Emitterstrecke des Transistors 63. Der Transistor 63 wird hierdurch für eine gewisse Zeit, vorzugsweise für 250 Millisekunden, in den leitenden Zustand gesteuert. Dies bewirkt, daß für dieselbe Zeitdauer, d. h. für ebenfalls 250 Millisekunden, über die nunmehr als Spannungsteiler arbeitenden Widerstände 68 und 30 die Ansprechschwelle des Schwellendiskriminators 28 zu höheren Werten, vorzugsweise auf den doppelten Normalwert (von +4 Volt auf z.B. +8VoIt) verschoben wird. Diese kurzzeitige Schwellenanhebung jeweils nach Auftreten eines Pacemakerimpulses hat den Vorteil, daß unmittelbar nacn den Pacemakerimpuisen auftretende Her^akiiun»- spannungen mit einer Amplitude, die eigentlich größer ist als die Amplitude bei einer Eigenerregung, kurzzeitig erheblich entdämpft werden. Die Gefahr, daß eigenerregte Herzaktionen, die einer von Pacemakerimpuisen bewirkten Herzaktion nachfolgen, wegen langanhaltender starker Bedämpfung bei niedriger Schwelle des Schwellendiskriminators 28 (bei +4VoIt) verloren gehen, ist damit nicht mehr gegeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (20)

Patentansprüche;

1. Schaltungsanordnung ?um Erfassen von physiologischen elektrischen Meßsignalen, z, B. EKG, mit einer im Meßsjgnalweg liegenden, auf erwünschte Frequenzanteile der Signale abstimmbaren Filteranordnung, einem Schwellendiskriroinator für die Filterausgangssignale und mit einer Vorrichtung zur Regelung des Signalverstärkungsgrades im Sinne der Erzeugung konstanter Ausgangssignalamplitu- ι ο den, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellendiskriminator (28) zur Versorgung einer Steuerschaltung (11,12,13,26,35,36,37,38) für die Bedämpfung und Grenzfrequenzregelung der Fdteranordnung (9) ausgenutzt wird in dem Sinne, daß bei Amplitudenschwankungen zu extrem hohen Werten die Bedämpfung und gleichzeitig die Grenzfrequenz der Filteranordnung zu höheren Werten und im Falle von Amplitudenschwankungen zu abnorm niedrigen Werten die Bedämpfung und Grenzfrequenz der Filteranordnung zu niedrigeren Werten verschoben werden, und daß zwischen Fiiteranordnung (9) und Schwellendiskriminator (28) ein Abgriff für die eigentliche Auswerteschaltung (27,44,45,46) vorgesehen ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eigentliche Auswerteschaltung ihrerseits bekanntermaßen einen weiteren Schwelleiidisknminator (27) mit einer Anzeigevorrichtung für Schwellwertüberschreitungen umfaßt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) einen Bandpaß umfaßt, dessen untere Eckfrequenz bei beibehaltener oberer Eckfrequenz (z. B.

23 Hz) in Abhängigkeit von Arr'jlitudenschwankungen zwischen einem Minimalwert (z. B. 4 Hz) und einem Maximalwert (z. B. 8 Hz) verschiebbar ist

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) in der Bedämpfung in Abhängigkeit von Amplitudenschwankungen zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert veränderbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Maximal- und Minimalwert der Bedämpfung durch die Filteranordnung (9) so aufeinander abgestimmt sind, daß die Signalamplitude der mit Maximalwert bedämpften extrem hohen Signalanteile im wesentlichen der Signalamplitude der mit Minimalwert bedämpften abnorm niedrigen Signalanteile entspricht. so

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Steuerspannungserzeuger (26,35,36,37,38) außerhalb und ein Einstellglied (11 bis 13) für Bedämpfung und Grenzfrequenzregelung innerhalb der Filteranordnung (9) umfaßt und daß der Steuerspannungserzeuger während des Auftretens von Signalamplituden, die die Schwelle (z. B. +4 V) des Schwellendiskriminators (28) überschreiten, ein Steuersignal erzeugt zur Steuerung des Einstellgliedes in dem Sinne, daß die schwellenüberschreitende Signalamplitude bei gleichzeitiger Anhebung der Filtergrenzfrequenz (in Richtung auf

z. B. 8 Hz) unter die Schwelle des Schwellendiskriminators (28) gedämpft wird, und daß er beim ^ Auftreten von Signalamplituden, die die Schwelle extrem unterschreiten, ein Steuersignal erzeugt, das das Einstellglied (11 bis 13) so steuert, daß die extrem schwellwertunterschreitende Signalamplitude bei gleichzeitiger Absenkung der Filterfrequenz (in Richtung auf z, B, 4 Hz) in Richtung auf die Schwelle (•f-4 Hz) des Schwellendiskriminators (28) bis zu einem unmittelbar unter der Schwelle liegenden Amplitudenwert entdämpft wird,

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied (11 bis 13) innerhalb der Ftlteranordnung (9) zur Veränderung von Bedämpfung sowie Grenzfrequenz ein Spannungsteiler mit einem spannungsgesteuerten veränderbaren Widerstand (13) ist

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der spannungsgesteuerte veränderbare Widerstand (13) so im Spannungsteiler eingebaut ist, daß eine Absenkung seines Widerstandswertes eine Vergrößerung des Teilerverhältnisses am Spannungsteiler bei gleichzeitiger Erhöhung der unteren Grenzfrequenz und entsprechend eine Vergrößerung seines Widerstandswertes eine Verringerung des Teilerverhältnisses am Spannungsteiler bei gleichzeitiger Absenkung der unteren Grenzfrequenz der als Bandpaß ausgebildeten Filteranordnung (9) bewirkt

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteranordnung (9) aus einem kapazitive^ Längsglied (10) mit nachgeschaltetem ohmschen Längs- und Querwiderstand (U, 12) als Spannungsteiler besteht, wobei dem ohmschen Querwiderstand (12) zusätzlich ein Feldeffekttransistor (13) als spannungsgesteuerter veränderbarer Widerstand parallel geschaltet ist

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung für den Feldeffekttransistor (13) einen an der Steuerelektrode des Transistors angeschalteten Kondensator (26) und eine Entladevorrichtung (35 bis 38) umfaßt, welcher Kondensator bei Signalen unterhalb der Schwelle (z. B. +4 V) des Schwellendiskriminators (28) auf einen den Transistu; auf einem hohen Widerstandswert haltenden Vorspannungswert, z. B. auf die Transistor-Sperrspannung, aufgeladen ist und bei Signalen oberhalb der Schwelle durch die Entladevorrichtung zu zunehmenden Durchsteuerspannungswerten für den Transistor entladen wird.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladevorrichtung aus einem Regelspannungsverstärker mit wenigstens einem Transistor (35) besteht, welcher Transistor in den leitenden Zustand gesteuert wird, wenn das elektrische Signal die Schwelle des Schwellendiskriminators (28) überschreitet und der den Kondensator (26) so weit über seine Kollektor-Emitterstrecke entlädt, bis das Signal wieder unter die Schwelle absinkt.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladung' des Kondensators (26) mit einer gegenüber der Aufladung sehr viel kleineren Zeitkonstanten erfolgt.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelspannungsverstärker einen Eingangstransistor (32) aufweist, der einerseits zusammen mit einem emitterseitigen Spannungsteiler (33, 34) für die Emittervorspannung sowie einem basisseitigen Spannungsteiler (30,31) mit Sperrdiode (29) für das elektrische Signal den Signalschwellendiskriminator (28) bildet und andererseits auch Schalttransistor zur Durchschal-

tung des Entladetransistors (35) für den Kondensator (26) bei einer Überschreitung der Signalschwelle ist,

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Kondensator (26) sowie Feldeffekttransistor (13) in der Filteranordnung (9) über einen Arbeitspunktregeltransistor (39), vorzugsweise ebenfalls Feldeffekttransistor, zur Variation der Kondensator-Vorspannungswerte iür den hohen Transistorwiderstand an einem Vorspannungserzeuger angeschaltet sind.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Arbeitspunktregeltransistor (39) ein vom elektrischen Signal beaufschlagter Frequenz-Spannungswandler (52 bis 60) vorgeschaltet ist, der die Anfallhäufigkeit von signifikanten Amplitudenwerten im elektrischen Meßsignal erfaßt und eine der Anfallhäufigkeit entsprechende Ausgangsspannung erzeugt, und daß der Regeltransistor (39) in Abhängigkeit von dieser Ausgangsspannung den Feldeffekttransistor (13) der Filteranordnung (9) so lange in Richtung niedrigerer Widerstandswerte steuert, bis die Anfallhäufigkeit der signifikanten Amplitudenwerte am Frcquenz-Spannungswandler einen bestimmten Minimalwert unterschreitet.

!6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen des Anfallens der signifikanten Signalwerte dem Frequenz-Spannungswandler (56 bis 60) ein dritter Schwellendiskriminator (47) vorgeschaltet ist, dessen Schwelle auf die signifikanten Signalwerte eingestellt ist.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelle des dritten Schwellendiskriminators (47) auf einen solchen signifikanten Wert eingestellt ist, der im Bereich der zu erwartenden höchsten Amplitude einer gegebenenfalls dem eigentlichen elektrischen Signal überlagerten, kontinuierlich anfallenden Störspannung, z. B. Netzbrumm, liegt.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Schwellendiskriminator (47) einen Transistor (48) als Schwellenschalter aufweist, der jeweils in den leitenden Zustand gesteuert wird, wenn die Transistoreingangsspannung die Schleusenspannung des Transistors einschließlich der Zenerspannung einer im Emitterkreis des Transistors liegenden Zencrdiode (50) überschreitet

19. Schaltungsanordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Transistor (48) über einen Kollektorwiderstand (51) ein aus Serienkapazitäten (57 bis 59) sowie Paralleldioden (52 bis 55) bestehender Spannungsvervielfacher (Diodenpumpe) als Frequenz-Spannungswandler nachgeschaltet ist, der an einem Ausgangswiderstand (60) eine mit dem Schalttakt des Schwellentransistors (48) ansteigende Spannung erzeugt.

20. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Spannungsvervielfacher (52 bis 60) über eine Diodcnschaltung (61, 62), vorzugsweise Zenerdiode mit gegenpoliger normaler Halbleiterdiode, an der Quelle des Regeltransistors (39) angeschaltet ist, und daß der Regeltransistorden Feldeffekttransistor (13) des Hochpaßfilters (9) zu höheren Widerstandswerten steuert so langt;, wie das Ausgangssignal des

Spannungsvervielfachers die Schleusenspannung der PiodenschaltiMg überschreitet,

21, Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, insbesondere mm Erfassen und Verarbeiten von EKG-Signajen, dadurch gekennzeichnet, daß am Meßsignalweg vor der Filteranordnung (9) ein Meßglied (4) eingeschaltet ist, das das Vorliegen von kurzen, aber sehr hohen Reizimpulsen, insbesondere Pacemakerünpulsen im EKG, erfaßt und daraufhin über einen Schwellenregler (8) die Schwelle des die Bedämpfung und Grenzfrequenz der Filteranordnung (9) beeinflussenden Schwellendiskriminators (28) für eine vorgebbare Zeitdauer (z. B. 250 ms) auf einen gegenüber dem Normalwert (z. B. + 4 V) höheren Wert (z. B. +8 V) anhebt