DE1766759A1 - Atmungsanzeigegeraet - Google Patents

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN 17 ££7 CTQ

Patentanwalt 1/00/03

8000 MÜNCHEN 71 .\

Franz-Hals-Straße 21
Telefon 79 6213

^{m 2308} München, 10. Juli 1968

. Dr. H./sch

Beckman Instruments, Inc. 2500 Harbor Boulevard Pullerton, California • V. St. A. '

Atmungsanzeigegerät

Priorität: V.St.A.j 28. Juli 1967; - US-Serial-Nr. 656 805

Die Erfindung betrifft ein Anzeigegerät zur Anzeige physiologischer Tätigkeit undinsbesondere einen elektrischen Apparat, der kontinuierlich die physiologische Tätigkeit äk

eines lebenden Körpers, insbesondere eines menschlichen Körpers, anzeigt. ■

Die Anzeige der Atmung, des Blutdruckes, der Temperatur,

des Pulses, der Herzschlaggeschwindigkeit, und anderer physiologischer Erscheinungen kann dadurch durchgeführt werden, · daß verschiedene elektrische Wandler in die Nähe oder in Berührung mit dem Körper gebracht werden, dergestalt, daß

:^s' OUO Unterlagif» (Art 7 & I Ab«. 2 Nr. 1 Satz 3 de« Xndtrunfl«·*· «-4.9» 1967Ϊ

Beyeriidie Vereinibank MOndien 820993

'2-09-809/0-56-2

ein elektrisches Signal erzeugt wird, das sich ändert, wenn die physiologische Tätigkeit sich ändert. Beispielsweise sind als Atmungsanzeigegerät bereits verschiedene Instrumente konstruiert worden, z. B. ein Plethysmograph, ein Spirometer, ein Thermistor-Nasenöffnungsanzeigegerät, ein auf die Ausdehnung des Brustkorbes ansprechendes Meßgerät und ein Impedanz-Pneumograph. Im allgemeinen wird das elektrische Signal eines Wandlers aufgezeichnet und später analysiert, um zu versuchen, die verschiedenen Faktoren, die bei der physiologischen Tätigkeit betroffen sind, zu identifizieren und anzuzeigen.

Obwohl das Grundprinzip derartiger Apparate hinreichend einfach erscheint, gibt es doch eine große Anzahl komplizierender Faktoren, welche die Brauchbarkeit derartiger Anzeigegeräte beeinträchtigen. Jeder einzelne spezielle physiologische interessierende Vorgang bildet an und für ~ sich einen nicht vollständig verstandenen Vorgang, und ein elektrisches Signal, das man für die Zwecke der Anzeige zu verwenden versucht, braucht nicht mehr als ein indirektes Analogsignal für nur wenige der verschiedenen charakteristischen Funktionen der physiologischen Aktivität zu sein. Weiterhin wird das elektrische Signal das Produkt einer größeren Anzahl sich in dem Körper zusatzlieh zu dem interessierenden Vorgang abwickelnder Vorgänge

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sein und von der Selektivität des Wandlers abhängen und ferner beeinflußt sein durch äußere Signale verschiedener Quellen und Ursachen, sowohl innerhalb als auch außerhalb des Anzeigeapparates.

Bin Atmungsanzeigegerät mit einer Wandlervorrichtung zur Anzeige der physiologischen Aktivität eines lebenden Körpers, einschließlich des Atmungsvorganges, und zur Erzeugung eines entsprechend sich ändernden elektrischen Signals kennzeichnet sich gemäß der Erfindung durch einen auf den Atem ansprechenden Stromkreis mit Frequenz- und Amplitudendiskriminatormittein und durch Mittel zur Identifizierung des auf die Atmung zurückgehenden Signalanteils und zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals für jeden Atemzug und durch Mittel zur Peststellung der digitalen Ausgangssignale. Insbesondere sieht die Erfindung vor, daß die Fühlermittel ein integrierendes Tachometer und ein durch das Tachometer angetriebenes Meßinstrument aufweisen, welches die Atmungsgeschwindigkeit auf einer Durchschnittsgeschwindigkeiiöiasis anzeigt und gleichzeitig ein Alarmsignal auslöst, nach Maßgabe der bei dem letzten Vorgang verstrichenen Zeitspanne.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren dargestellt. Von den Figuren zeigen»

BM 2308 - 4 - .

Figur 1 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anzeigegerätes für physiologische Vorgänge;

Figur 2 angenäherte Kurvenformen, welche qualitabis tiv die Arbeitsweise eines erfindungsge-Figur 11 mäßen Gerätes veranschaulichen, nämlich:

Fig. 2 das Ausgangesignal des Breitbandverstärkers der Impedaiz-Pneumographenanordnung der Fig. 1;

Fig. 3 ein getrenntes Elektrokardiogrammsignal ;

, Figur 4 das Ausgangssignal des Demodulators im Ausgangskreis des Impedanz-Pneumographen;

Fig. 5 das Ausgangssignal des 0,2 ... 2 Hz Bandpaßverstärkers in dem Atemidentifizierungsstromkreis der Fig. 1}

Fig. 6 das Ausgangssignal des mit einstellbarem Schwellenwert arbeitenden Detektors vor der Differenzierung in dem Atemidentifizierungskreis der Fig. 1;

Fig. 7 ein Doppelwellendiagramm, das die Ausgangsimpulse eines monostabilen Generators in dem zur Identifizierung des Atemsignals vorgesehenen Teil des Stromkreises der Fig. 1 und das Ausgangssignal des von dem monostabilen Generator getriebenen integrierenden Tachometers wiedergibt;

Fig. 8 ein Sperrsignal, das als Eingangssignal für die Torstufe in dem einstellbaren Alarmstromkreis der Fig. 1 wirkt;

Fig. 9 das Signal an der "!"-Klemme des in dem einstellbaren Alarmstromkreis vorgesehenen Flip-Flops;

Fig. 10 das Eingangssignal der Sperr-Torstufe, das von dem monostabilen Impulsgenerator in der einstellbaren Alarmstufe der Fig. 1 geliefert wird; \

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Pig. 11 das Ausgangssignal der 5 ... 30 sek Alarmsteuerstufe in dem einstellbaren Alarmstromkreis der Fig· Ij

Figur 12 ein Prinzipschaltbild des 0,2 ... 2 Hz Bandpaßverstärkers in dem Atemidentifizierungssignalstromkreis der Fig. 1;

Figur 13 einen Wellenzug, der in gewissen Richtungen die Arbeitsweise des Bandpaßfilterverstärkers gemäß Fig. 2 erklärt j

Figur 14 eine Bandpaß-Durchlaßkurve des Bandpaßverstärkers ;

Figur 15 ein Schaltbild des mit einstellbarem Schwellenwert arbeitenden Detektors in dem Atemidentifizierungssignalstromkreis der Fig. Ij

Figur 16 eine Kurvenform, die die Arbeitsweise des

mit einstellbarem Schwellenwert arbeitenden Detektors veranschaulicht.

Das in Fig. 1 dargestellte Gerät zur Anzeige physiologischer Vorgänge besteht aus einem mit konstantem Strom arbeitenden Impedanz-Pneumographen 10, einem Atemsignalidentifizierungsstromkreis 12, einem Elektrodensignalanzeigestromkreis 14, einem einstellbaren Alarmstromkreis 16, einer Atemsignalidentifizierungslampe 18, einem integrierenden Tachometer 20 und einem zugehörigen Meßinstrument 22. Das Ausgangssignal des Impedanz-Pneumographen 10 wird über die Leitung zu dem Atemsignalidentifizierungsstromkreis 12 und zu dem Elektrodensignalanzeigestromkreis 14 geleitet. Der Blektrodensignalanzeigestromkreis 14 liefert sein Ausgangssignal über eine leitung 26 zu der einstellbaren Alarmstufe 16. Das Ausgangesignal dee Atemsignalidentifizierungsetrom-

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kreises wird über die Leitung 28 dem einstellbaren Alarrastromkreis 16 und der Atemsignalidentifizierungslampe 18 und dem integrierenden Tachometer 20 zugeführt. Daa integrierende Tachometer steuert ein Meßinstrument 22.

Der Impedanz-Pneumograph arbeitet ala Wandler zur Anzeige der Impedanzänderungen, die sich am Brustkorb der zu messenden Person ergeben, und erzeugt entsprechend sich ändernde elektrische Signale. Zu dieser Anordnung gehören ein 50 kHz-Oszillator 30 und eine mit konstantem Strom arbeitende Treiberstufe 32 und zwei Silber-Silberöhlorid biologische Hautelektroden 34, 36, ein Breitbandverstärktr 38 und ein.Bandpaßfilter 40 mit einem Durchlaßbereich zwischen 12 ... 100 kHz und ein Demodulator 42.

Der Atemsignalidentifizierungsstromkreis 12 identifiziert die Atmung auf einer Atemzug-für-Atemzug-Basis und liefert eine Information sowohl hinsichtlich Volumen als auch hinsichtlich Frequenz. Dieser Stromkreis enthält ein 0,2 ...2 Hz-Bandpaßfilter mit Verstärker 44, einen mit einstellbarem Schwellenwert arbeitenden Detektor 46, eine Umkehrstufe 48 und einen Einzelimpulse liefernden Generator 50.

Der Slektrodenanzeigestromkreis 14 spricht auf Änderungen der Grundimpedanz oder Ruheimpedanz durch den Brustkorb

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hindurch anj solche Impedanzänderungen können sich ergeben, wenn eine Elektrode sich von dem Patienten löst. In diesem Stromkreis ist ein Trennverstärker und ein 0,2 Hz-Tiefpaßfilter 52 und ein mit einstellbarem Schwellenwert arbeitender Detektor 54 vorgesehen.

Der einstellbare Alarmstromkreis 16 spricht auf verschiedene Arten von Atmungsversagen und Versagen in der Anordnung und deren Wartung an. Darin sind ein Flip-Flop 56, ein 10 sek-Zeitschalter 58, im folgenden Adaptionszeitschalter genannt, eine Impulsverzögerungsvorrichtung 60, zwei Einzelimpulse liefernde Impulsgeneratoren 62, 64, eine Sperrtorstufe. 66, ein von 5 bis 30 sek einstellbares Z extschaltwerk 68, im folgenden Alarmzeitschaltwerk genannt, eine ODER-Stufe 70, ein dreifacher Handschalter 71 mit drei Klemmen 72, 74, 76, ein Niederfrequenzoszillator 78, eine zweite ODER-Stufe 80, ein Zeitverzögerungsrelais 82 mit einem normalerweise geöffneten Schalter 84, eine Apnea- (niedrige Atemgeschwindigkeit) Alarmlampe 86, eine Elektrodenalarmlampe 88, eine Alarmsirene 90 und eine dritte Sirenensignalstörungslampe 92 vorgesehen.

Die Verwendung eines mit konstantem Strom arbeitenden Impedanz-Pneumographen für.die Messung des periodischen Atmungsvolumens ist bekannt} es ist zu verweisen auf

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Α.ϊ¹. Paoela, "Impedance Pneumography", Übersicht über die Instrumententechnik, veröffentlicht in der Zeitschrift Medical Biological Engineering, 4:1-15, 1966. Bei dem Impedanz-Pneumographen 10 wird ein konstanter Trägerwechselstrom ohne Gleichstromkomponente durch den Oszillator 30 und die Treiberstufe 32 geliefert und an dem Brustkorb eines Patienten 94, beispielsweise eines frühgeborenen Kindes, unter Anwendung biologischer Hautelektroden 34, 36 angeschlossen. Die Elektroden werden direkt an die Haut angesetzt, wobei üblicherweise ein Gel als Übergangsschicht verwendet wird. Ein sehr geringer konstanter Wechselstrom, ζ, B. 100yuA, von der Frequenz von 50 kHz stellt sicher, daß eine Stimulierung des Herzschlages des Patienten nicht erfolgt bzw. daß der Patient unangenehmen Einwirkungen nicht unterliegt.

Da der Strom konstant ist, ist die Trägerwechselspannungan dem Patienten direkt proportional der Größe der Impedanz I ζI des Patienten. Die Änderungen Δ|ζ| der Impedanz des Patienten bewirken daher eine Modulation der Trägeramplitude während des normalen Atmungszyklus. Dementsprechend ändert sich das Spannungsgefälle zwischen den Elektroden entsprechend der Beziehung

E β Ι Δ|ζ

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wobei I den konstanten Strom und £^z| die Impedanzänderung der Brustkorbstrecke · des'Patienten infolge der Atmung bedeutet. Diese Beziehung bewirkt eine Amplitudenmodulation der Umhüllenden der Trägerwelle.

Im allgemeinen ist die Größe der Impedanzänderungen infolge der Atmung ungefähr 0,1 i» - 0,3 i° der Ge samt impedanz der Brustkorbstrecke, so daß die infolge der Atmung sich ergebende Modulation des Signals in der Amplitude verhältnismäßig klein ist und durch Bewegungsstörungen oder andere physiologische Effekte im Körper überdeckt werden kann. Beispielsweise bewirkt der pulsierende Blutfluß eine Änderung der Brustkorbimpedanz, die amplitudenmäßig gleich oder größer sein kann, besonders bei kleinen Kindern, die schwere Atmungsstörungen haben.

Diese Störeffekte können besonders dann schwerwiegend bei Kindern sein, bei denen ein Apnea-Anfall vorliegt, der begleitet ist von einer Abnahme der Herzfrequenz, so daß sich Frequenzen der Atmung und des mit dem Herzen eingekoppelten Lungenblutflusses überlappen. Kinder, insbesondere frühgeborene kleine Kinder mit Atmungsstörungen, haben innerhalb weiter Grenzen unterschiedliche Atmungs- und Herzperiodizitäten. So kann beispielsweise die Atmungsperiodizität eines normalen Kindes zwischen 30 - 60 Atmungen pro Minute schwanken, während die Herzperiodizität

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zwischen 90 - 180 Schlägen pro Minute schwankt. Atmungsperiodizitäten bis zu 120 Atemzüge pro Minute und mehr sind bei einem frühgeborenen Kind häufig, und die Herzschlagfrequenzen variieren in bezug auf den normalen Frequenzbereich sowohl nach oben als auch nach unten.

Zusätzlich zu nichtgewollten physiologischen Erscheinungen gibt es auch eine Reihe anderer Quellen für Störsignale.

Beispielsweise liegen hier Bewegungsartifakt-Erscheinungen

arti und Elektrokardiogrammsignale vor. Bewegungs/fakt-Erscheinungen sind tatsächliche oder scheinbare Änderungen der Brustkorbimpedanz, die sich infolge der Bewegung des Körpers ergeben und eine Amplitudenmodulation der !Trägerwelle mit

die einer momentanen Frequenz zur Folge haben,/im allgemeinen, jedoch nicht immer, höher als die Atmungsfrequenz ist. Schlagen auf eine Elektrode oder Stören der Elektrode-Haut-Zwischenschicht kann ein Modulationssignal erzeugen, das Komponenten verhältnismäßig hoher Amplitude und eine Frequenz aufweist, die gleich oder größer ist als das modulierende Signal, das durch die Atmung bewirkt wird. Das EKG-Signal andererseits ist nicht ein modulierendes Signal, sondern ein direkter additiver elektrischer Impuls, der durch die Elektroden aufgenommen wird.

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Bei dem Impedanz-Pneumographen 10 gemäß Pig. 1 "bis 4 wird die amplitudenmodulierte 50 kHz-Trägerwelle gemäß Pig. 2 in dem Breitbandwechselstromverstärker 38 verstärkt und durch das 12...100 kHz-Bandpaßfilter 40 geleitet, um das EKG-Signal von dem modulierten Trägerwellensignal abzutrennen. Das EKG-Signal ist in Pig. 3 gezeigt. Die gefilterte Trägerwelle durchsetzt den Demodulator 42, der eine Gleichrichtung "bewirkt und die Signalspitzen der Trägerwelle gleichrichtet und so ein positives Signal erzeugt, das, wie es Pig. 4 zeigt, gemäß den tatsächlichen und scheinbaren Brustkorbimpedanzänderungen schwankt. Dieses Signal erscheint an der Ausgangsleitung 24 des Impedanz-Pneumographen und wird dem 0,2...2 Hz-Bandpaßfilter und Verstärker 44 in dem Atmungssignalidentifizierungsstromkreis 12 zugeführt.

Das 0,2...2 Hz-Bandpaßfilter und der Verstärker hat mehrere Erscheinungen zur Folge. Der Stromkreis selbst ist in Pig. 12 wiedergegeben und die Bandpaßcharakteristik in Pig. 14 dargestellt. Die Wirkungsweise des Stromkreises ergibt sich im wesentlichen aus den Wellenformen gemäß den Pig. 2, 4 und 5 und mehr im einzelnen durch die Wellenform gemäß Pig. 13, wobei zu beachten ist, daß es so viele mögliche Kombinationen des Zusammentreffens tatsächlicher Atmungserseheinungen und anderer physiologischer Erschei-

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nungen gibt, daß es sich nicht lohnt, sehr viele derartige Kurvenformen wiederzugeben.

Die vertikalen linien in den Wellenzügen der Fig. 2 bis 11 geben 10-Sekunden-Intervalle an, die die Betrachtung der Kurvenformen erleichtern. Es sind übliche Bezugszeichen verwendet, um gemeinsame Zeitpunkte in den Wellenzügen zu charakterisieren und die Identifizierung der Stromkreisoperationen zu erleichtern.

In Pig. 4 enthält das Ausgangssignal des Impedanz-Pneumographen, das im Ausgangskreis des Demodulators 42 auftritt, eine Gleichstromkomponente, die ein Maß für die Ruh-Impedanz IzI ist,und eine kleine Wechselstromkomponente, die die Impedanzänderung ^Js| wiedergibt. Die Ruh-Impedanz ist unterschiedlich für verschiedene Patienten. Die Gesamtimpedanz e· ändert sich aus verschiedenen Gründen langsam, beispielsweise weil sich das Elektroden-Gel mit der Zeit verschlechtert und daher eine Änderung der Impedanz des Zwischenraumes zwischen Elektrode und Haut auftritt. Ein typischer Wert für die Ruh-Impedanz ist 500 Ohm, was durch eine Gleichstromkomponente \z[ von 2 V charakterisiert wird. Die Impedanzänderung Δ(ζ( ist üblicherweise 1-2 Ohm, was einer Spannungsänderung von 4 - 8 mV entspricht, obwohl auch unter Umständen sich größere Werte mit maximal 10 Ohm entsprechend einer Spannungsänderung von 40 mV ergeben kö'n-

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Betrachtet man jetzt die Y/ellenformen der Pig. 2 "bis 5, so wird das elektrisch additiv wirkende EKG-Signal 100 in dein Impedanz-Pneumographen von dem modulierenden Signal 102, das durch tatsächliche oder scheinbare Änderungen der Brustkorbimpedanz bewirkt wird, getrennt. Das sich ergebende Signal 102 erkennt man in Fig. 4, und man sieht, daß von links nach rechts betrachtet in dem ersten 10-Sekunden-Intervall die Atmungen normal mit einer Frequenz von etwa 30 Atmungen pro Minute erfolgen und daß während des zweiten 10-Sekunden~Intervalls die Atmungen sich auf etwa 60 pro Minute erhöhen, wobei ein Bewegungsartifäkt 104 auftreten kann. In dem dritten 10-Sekunden-Intervall erfolgt eine starke Einatmung oder möglicherweise ein Bewegungs- . artifakt 106, worauf sich etwas einstellt, was aus Einatmungen zusätzlich zu Einatmungen 108, 110, ll]/besteht, nämlich ein Zustand, bei dem auf tiefes Einatmen nur geringes Ausatmen und dann wieder Einatmen erfolgt. In dem 10-Sekunden-Intervall nach einem starken Einatmen oder einem Bewegungsartifäkt 112 hört das Atmen scheinbar auf, obwohl die seichten Wellen 114, 116 von einer geringen Atßiungstätigkeit oder auch von dem zu den Lungen fließenden Blutfluß herrühren können. In dem fünften, sechsten und siebenten 10-Sekunden-Intervall erfolgen einzelne Atemzüge 118, 120, 122 oder Artifakterscheinungen, ohne daß dazwischen ein wesentliches Atmen stattfindet.

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Das 0,2...2 Hz-Bandpaßfilter und der Verstärker 44 nützen das Signal 102 aus und erzeugen das in Pig. 5 dargestellte Signal 124. In Pig. 5 ist die Verstärkung gegenüber Pig. 4 nicht dargestellt, obwohl tatsächlich ein Verstärkungsfaktor von mehr als 500 in bezug auf das Signal der Pig. 4 angewendet wird. Es ist ferner zu beachten, daß sämtliche Atmungssignale, auch die Signale 106 bis 111, die Spannungslinie Null durchschneiden.

Die allgemein in den Pig. 2 bis 5 dargestellte Wirkungsweise des Bandpaßfilters und des Verstärkers 44 ist genauer in den Kurvenformen der Pig. 13 dargestellt, wobei die obere Kurve 126 in Pig. 13 das Ausgangssignal des Demodulators 42 und die untere Kurve in Pig. 13 das Signal 128 des Ausgangskreises des Bandfilters und des Verstärkers 44 wiedergeben. Die Amplitude des oberen Wellenzuges 126 ist in bezug auf die Amplitude des unteren Wellenzuges stark übertrieben dargestellt, damit man besser den kurvenmäßigen Zusammenhang unter Vernachlässigung der Verstärkung übersehen kann. Die obere Wellenform 126 enthält eine sehr hohe Prequenzkomponente, ein Überbleibsel der 50 kHz-Trägerwelle. Während verschiedene Einatmungsvorgänge 130, 132, 133, 134 ausgeprägt sind, sind die entsprechenden Ausatmungsvorgänge nicht so stark ausgeprägt, und Impedanzänderungen durch die Einwirkung des Lungenblutflusses 136, 138, 140 erscheinen

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stark "betont. Die Einatmungen "bei 132 und 133 sind Einatmungen in eingeatmetem Zustand,und Artifaktsignale erscheinen bei 14-2 und 143.

In dem unteren Kurvenzug 128 tritt die 50 kHz-Frequenz nicht mehr auf, und sämtliche Einatmungen bewirken ein Durchsetzen der Nullinie,und die relativ hohen Frequenzen der auf den Lungenblutfluß zurückgehenden Signale sind gedämpft,und die Dauer der Einatmungs- und Ausatmungsweile ist begrenzt durch die niedrige 0,2 Hz-Planke auf einen Wert von 0,8 sek Periodendauer.

Das 0,2...2 Hz-Bandpaßfilter und der Verstärker haben eine größere Anzahl von Folgeerscheinungen. Das durchgelassene Frequenzband ist sehr schmal und gestattet nur solchentatsächlichen oder scheinbaren Änderungen der Brustkorbimpedanz ohne beträchtliche Dämpfung hindurchzugehen, die frequenzmäßig der Atemfrequenz sehr nahe liegen. Es findet daher eine selektive Verstärkung des Atmungssignals statt, wodurch eine genaue Bestimmungauf der Einatmungsseite für die Zwecke der Amplitudenbestimmung möglich ist.

Die Niederfrequenzkante bei 0,2 Hz ist besonders kritisch· Man erhält eine Nullinie, die eine feste Bezugslinie für die Amplitudenfestiegung bildet und niederfrequente Ver-

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Schiebungen des scheinbaren oder tatsächlichen Ruh-Impedanzwertes des Patienten ausscheidet. Man erhält auf diese Weise eine Zeitkonstante, die den Nulldurchgang bestimmt und sicherstellt, daß große Impedanzänderungen, beispielsweise infolge eines tiefen Einatmens oder eines Bewegungsartifakts, in etwa 0,8 sek auf die Nullinie zurückgebracht werden, so daß unter Bezugnahme auf das Signal eine maximale Einatmungsund Ausatmungsdauer festgelegt wird, durch die u. a. die einzelnen Sinatmungsvorgänge im PalIe einer Einatmung bei eingeatmetem Zustand und damit die Einatmungsfrequenzinformation erhalten bleibt.

Die hochfrequente Kante des Bandpaßfilters bei 2 Hz dämpft sämtliche höheren Frequenzkomponenten vor der Verstärkung, und dadurch wird der Einfluß der Bewegungsartifaktvorgänge und des durch das Herz eingekoppelten Lungenblutflusses auf die Impedanzänderung δ(ζ( bei Frequenzen oberhalb 2 Hz unterdrückt.

In Fig. 12 umfassen das Bandpaßfilter und der Verstärker eine erste, eine Verstärkervorrichtung aufweisende Tiefpaßfilterstufe 146, auf die eine erste Hochpaßfilterstufe 148 folgt, welch letztere wiederum an einen gegengekoppelten Verstärker (operational amplifier) 150 angekoppelt ist. Die Ausgangsspannung dieses weiteren Verstärkers ist an

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eine weitere Tiefpaßfilterstufe 152 angekoppelt, auf die ein zweites Hochpaßfilter 154 folgt.

Die erste Tiefpaßfilterstufe 146 empfängt ihr Eingangssignal, das Pig. 13 entspricht, von dem Demodulator 42 des Impedanz-Pneumographen. Dieses Signal hat ungefähr_eine Größe von 2 V mit einer 4 m^-Viechaelütromkomponente, welch letztere die durch die Atmung bedingten Impödanaänderungen Δ\ζ[ bildet. Die erste Filterätufe enthält oinen hoohverstärkenden Transistor (hohes ρ ) Q-, , der sin hohes TOrwärtsstromübertragungsverhältnis aufweist» Der Transistor Q-, ist in einer Emitterfolgeschaltung geschaltet; und arbeitet als ein Trennverstärker der Verstärkung eine, einer hohen Eingangsimpedanz und einer niedrigen Ausgangsimpedana. Durch den Trennverstärker wird die erste Tiefpaßfilterstufe 146 zu einem aktiven Filter und arbeitet daher mit verachwindonden Zwischenschaltungoverlusten (insertion loss), was besonders deswegen von Wichtigkeit ist, v/eil das die Impedaasänderung A|z| repräsentierende i'Jignal aiamlich klein i3t. In dem liingangjkreij dor Ba;^;;iäoLökti?otiH d«s Ti-ansirjtors Q^ sind V/ider.'; bände E,, ;l,_} und eine Kapazität 0, in der Schaltungsweiijü oinen integrierenden iFe1;:,;werksü vorgesehen, die eine Dämpfung von. 6 Dezibel pro Oktave Abweichung von 2 Hz aufweisen* "Sino ausätalicliü 6 Deaibal pro

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Oktave Dämpfung wird erzielt durch die Emitter-Basis-Gegenkopplungsschleife über die Kapazität CL, den Widerstand R₂ und die Kapazität C₁, so daß·die erste Tiefpaßfilterstufe 146 bei 2 Hz eine gesamte Dämpfung (roll off) von 12 Dezibel pro Oktave ergibt.

Die erste Tiefpaßfilterstufe 146 dämpft daher in beträchtlichem Maß Frequenzen oberhalb 2 Hz vor der Verstärkung, während sich im wesentlichen eine verschwindende Übertragungsdämpfung für das Informationssignal ergibt, welches die Impedanz änderung Δ|ζ| darstellt.

Die erste Hochpaßfilteranordnung 148 ist ein einfaches Netzwerk, bestehend aus der Kapazität G. und dem Widerstand R, , die als differenzierende Schaltung angeordnet sind. Diese Filterstufe liefert 6 Dezibel pro Oktave Abweichung bei 0,2 Hz, und dadurch wird eine Gleichstromkomponente ausgeschaltet,und gleichzeitig werden niedrige Frequenzkomponenten unterdrückt, wie sie sich etwa ergeben könnten aus Schwankungen des Ruh-Impedanzwertes des Patienten.

Der Verstärker 150 ist ein üblicher Funktionsverstärker von einem Verstärkungsfaktor von 500 und mit einem Gegenkopplungszweig über einen Widerstand R₁-. Das Ausgangssignal des Verstärkers 154 ergibt sich an dem Widerstand Rg und ist null, wenn /\\z\ null ist.

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Das zweite Tiefpaßfilter 152 ist im -wesentlichen von gleicher Art wie das erste Tiefpaßfilter 146, wobei etwas andere Parameterwerte gewählt sind, so daß sich zusätzlich 12 Dezibel pro Oktave ab 4 Hz ergeben.

Frequenzkomponenten außerhalb des gewünschten Frequenzbandes, die den Verstärker erreichen, werden beträchtlich verstärkt. Außerdem können Schwankungen, bedingt durch Schwankungen der Betriebsspannungsquelle,und Kreisstörsignale verstärkt werden. Die weiteren Filterstufen 152, 154 dämpfen die verstärkten Signale, die außerhalb des gewünschten Frequenzbandes liegen. Die Kreisparameter der zweiten Filterstufen 152, 154 sind so gewählt, daß sich ein etwas breiteres Band von 0,1 - 4 Hz ergibt, welches das angestrebte Frequenzband der ersten Filterstufen zwischen 0,2 und 2 Hz eng umschließt.

Die Gesamtfiltercharakteristik des Bandpaßverstärkers ergibt sich aus Fig. 14, und in der nachfolgenden Tabelle I sind Dimensionierungsv/erte gegeben, wobei zu beachten ist, daß in der Schaltung gemäß Fig. 12 Gleichspannungen von +12 V und -12 V zur Anwendung gebracht werden.

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EM 2308 . ■■ - 20 -

Tabelle

: 330	ΚΑ-	C1 :	ο,	15^F	«1	: 2N3565
: 330	IC TL	C2 :	ο,	33/uF	«2	: 2H3565
ί 20	K-A-
- ' 4,	7 KfL	C4 :	120	JiF
: 20	K/L	C5 :	ο,	15/uF
: 100	Λ	°6 '·	ο,	33/uF
: 220	K/L	C7 :	23	yUF
: 220	K-TL

E₉ : 15
E₁₀ ϊ 4,7

G-emäß den Fig. 1, 6, 15 und 16 erhält der mit einstellbarem Schwellenwert arbeitende Detektor 46 als Eingangssignal das Ausgangssignal der 0,2...2 Hz-Bandpaßfilter- und Yerstärkeranordnung über die Leitung 160 zugeführt; der Zweck der Detektorstufe ist, numerisch die Atmung auf einer Atemzug-für-Atemzug-Basis festzustellen.

Gemäß Fig. 15 besteht der Detektor aus drei Transistoren Qx, Qa t Qc und einer Diode 162 und ferner einem Wähl-

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schalter 164. Das Iransistorpaar Q.,, 'Q. ist ein komplemen täres Darlington-Transistorpaar zur Erzielung eines hohen IPaktors/) . Die Stromkreisparameter sind in Tabelle II wiedergegeben:

Tabelle II

R₁₁ : * 6,8 KA.

: 100

12 *

6,2 K-TL

10 11 270 24 10

K-TL

ΚΛbis 14,6 KXi-

ZfL

KiV

fl*

G_g : 0,1 -,

Q, ϊ 23ST4-25O und

⁰ 2N3565

Q₄ : 2N3646 in ■ komplementärer fassung

i 2H3638A

Diode : Silicium

Im Betrieb wird der obere Auslösepunkt K™ etwa bei 0,6 V gewählt, und zwar durch Einstellung des Spannungsteilerverhältnisses der Widerstände R-]* und R₁^. R-^ besteht aus einer Mehrzahl Widerstände, die zwischen der negativen
Spannungsquelle und dem von Hand betätigbaren Schalter 164 angeordnet sind. Daher kann durch Betätigen des Schalters der obere Auslösepunkt E^ als Schwellenwert eingestellt

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werden. Nimmt man an, daß an der Basiselektrode von Q, die Spannung Null liegt und daß E^ (0,6 V) an der Basiselektrode des Transistors Q, liegt, so ist der.Transistor Q, gesperrt, und der Transistor Q. ist stromleitend. Infolge des Spannungsgefälles an dem Widerstand R₁₂* ^{an den} &i^e Basiselektrode des Transistors Q₅ angeschaltet ist, ist der Transistor Q₁-eingeschaltet und die Spannung an der Kathode der Diode 162 ist etwa 12 Y, so daß die Diode rückwärts vorgespannt und daher nicht stromleitend ist. Die Kapazität Og und der Widerstand R,~ zwischen der Kathode der Diode 162 und der Ausgangsleitung 166 wirken als Differenzierschaltung für die in 3?ig. 6 wiedergegebenen Rechteckjtfellen, welche an der Kathode der Diode auftreten.

Wenn das Signal auf der Leitung 160, die zu der Basiselektrode des Transistors Q, führt, ungefähr den Viert Sg^, d. h. 0,6 V erreicht, so wird der Transistor Q, eingeschaltet, und da kein strombegrenzender Widerstand in seinem Kollektorkreis vorgesehen ist, ergibt sich ein Kurzschluß des Transistors Q,, wodurch der Strom von der Spannungsquelle durch den Transistor Q, und den Emitterwiderstand R₁₁ fließt. Es wird der Transistor Q^ abgeschaltet, und mit abnehmendem Strom durch den Widerstand R₁₂ wird der mit dem Widerstand R₁₂ verbundene Transistor Q,- gesperrt, und die Spannung an der Kathode der Diode 162 nimmt schnell einen negativen

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Wert von -12 V an. In Anbetracht der .Tatsache, daß an der Basiselektrode des Transistors Q. noch die positive Spannung von 0,6 V liegt, wird die Diode 162 'stromführend-und erzeugt an ihrer Anode einen Spannungsabfall, der sich auf die Basiselektrode des Transistors Q. über den Efebenschlußkondensator Cg auswirkt und eine schnelle Abschaltung des Transistors Q, und damit des Transistors Qc bewirkt. Der ^ negative Spannungssprung an der Kathode der Diode 162 wird durch die Widerstands-Kapazitäts-Kombination R-j~, Cq differenziert, und es ergibt sich ein negativ gerichteter Impuls auf der Ausgangsleitung 166, die zu der Umkehrstufe 48 führt. Dieser Impuls wird umgekehrt und dient dem Zweck, einen einen Einzelimpuls erzeugenden Generator 50 anzustoßen, dessen Ausgangssignal in Fig. 7 dargestellt ist.

Venn die Diode 162 stromführend ist, so ist die Spannung-an * _λ der Basiselektrode des Transistors Q, nicht weiterhin die durch die Spannungsteiler H-,,, H-,. bestimmte Spannung, sondern ist eine etwas niedrigere positive Spannung, bestimmt durch das Netzwerk R-^» ^15> %6' ^un<3· ^{so ex}S'ⁱ-¹°^ sich eine Spannung E-^p von ungefähr 0,4 V, die als untere Äuslösespannung zu bezeichnen ist, an der Basiselektrode des Transistors Q,. Der Unterschied zwischen der oberen Auslösespannung und der unteren Auslösespannung ist im wesentlichen bestimmt durch den Itfert von E-,r, Je größer der ¥ert

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dieses Widerstandes ist, umso stärker liegen diese beiden Auslösespannungen beieinander.

Wenn das Signal an der Eingangsleitung 160 unter die untere Aus löse spannung E-^p fällt, wird der Transistor Q, abgeschaltet, und die Transistoren Q^ und Q₁- werden eingeschaltet, so daß sich wiederum an der Kathode der Diode 162 eine Spannung von 12 7 ergibt und ein positiver Impuls an der Ausgangsleitung 166 der Spannungsumkehrstufe.

Man hat mit sehr starken Schwankungen in der Tiefe des Atemvorganges und in dem Rhythmus der Atemzüge zu rechnen. Ein tiefer Atemzug hat eine Stromform größerer Breite zur Folge. Indem man den Schalter 164 in dem Detektor 46 gemäß Fig. 15 einstellen kann, ist es möglich, sehr geringe Atemzüge und auch tiefe Atemzüge festzustellen oder, falls erwünscht, nur tiefe Atemzüge einer bestimmten wählbaren Größe.

Betrachtet man die Fig. 5, 6 und 7, so sieht man, daß die Einstellung des oberen Auslösepunktes des Detektors 46 entsprechend der linie 168 in Fig. 5 aufeinanderfolgende Spannung sübergänge von +12 V nach -12 V bei dem Überschneiden des genannten Schwellenspannungswertes mit der Einatmungsseite des auf das Atmen zurückgehenden Signals zur Folge hat, so daß der Einzelimpulse auslösende Generator 50 an-

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gestoßen -wird und zu diesen Zeitpunkten, wie Fig. 7 zeigt, Impulse vorgegebener Bandbreite abgibt. Die Impulse vorgegebener Bandbreite dieses Impulsgenerators liefern die Information^iinsichtlich der Atmungsfrequenz an das integrierende Tachometer. Diese Frequenzinformation wird durch, die Einstellung des oberen Auslösepunktes, d. h, durch die Ein- ^k stellung des Schalters 164·, in dem Sinne beeinflußt, daß, je höher die Auslösepunkte gewählt werden, umso mehr • schwache Atemzüge unberücksichtigt bleiben.Betrachtet man beispielsweise Fig. 5, so erkennt man, daß die Signalspitze 170 unberücksichtigt bleibt, was in Fig. 6 ein entsprechend breites Signal 170 zur Folge hat. Da nur Atemzüge einer bestimmten Kindestgröße imstande sind, einen bestimmten eingestellten Schwellenwert zu überschreiten, so ist die gemessene Atmungsfrequenz im Zusammenhang mit der Einstellung a des Wählschalters 164 ein Maß für das minimale Atmungsvolumen und die minimale Atmungsvolumenströmung.

In Fig. 7 ist das Ausgangssignal des integrierenden Tacho-

an
meters, das/das Meßinstrument 22 geliefert wird, durch die gemittelte Kurve 172 wiedergegeben* Das integrierende Tachometer hat eine Ansprechzeit von 40 sek, was bedeutet, daß, " beginnend mit einer verschwindenden Atmungsfrequenz und mit einer Stufenfunktion von 30 Atmungen pro Minute, es ungefähr

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40 sek erfordern würde, daß das integrierende Tachometer einen Gleichstromwert annimmt, der 30 Atmungen pro Minute entspricht. Das Ausgangssignal des integrierenden Tachometers bildet eine Atmungsfrequenzinformation, die über eine beträchtliche Zeitspanne integriert ist, wobei die eine konstante Impulsbreite aufweisenden Impulse des Generators 50 zur Ausnutzung gelangen. Das Tachometer reicht indessen nicht aus, um ein Aufhören der Atmung oder eine sehr niedrige Atmungsfrequenz festzustellen und entsprechend ein Alarmsystem zu betätigen, weil die benutzte Zeitkonstante zu groß ist. Beachtet man, daß ein frühgeborenes Kind seine Atmungsfrequenz während einer bestimmten Zeitspanne sehr stark ändern kann, so muß das integrierende Tachometer, um seine Punktionen zu erfüllen, kurzzeitige Änderungen der Frequenz außer acht lassen, was zur Folge hat, daß bei einem vollständigen Aufhören der Atmung (Apnea Neonatorum) oder einer gefährlich niedrigen Atmungsfrequenz ein den Mediziner warnendes Warnsignal in gewissen Fällen zu spät kommen würde. Während also die Anordnung unter . gewissen Bedingungen befriedigend arbeiten würde, wäre das Gerät trotzdem nicht hinreichend anpassungsfähig, und es wäre nicht geeignet, den Bedürfnissen eines Warnsignals bei neugeborenen Kindern mit den verschiedenen Atmungsproblemen, insbesondere Apnea, Rechnung zu tragen.

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Man erkennt aus Fig.. 16, daß der mit einstellbarem Schwellenwert arbeitende Detektor jeden Atemzug feststellt, der durch, eine verhältnismäßig flache Signalform173 auf dem verhältnismäßig steilen und medizinisch bedeutsamen Einatmungskurventeil des Atmungszyklus wiedergegeben ist. Es ergibt sich indessen eine beträchtliche Trägheit, einstellbar durch die Wahl des Widerstandes R-,,- in Fig. 15, so daß nicht wiederum ein Einatmungszyklus registriert wird, bevor während der Ausatmung an der Ausatmungsseite der Atmungskurve ein bestimmtes unteres Niveau wieder erreicht wird. Dadurch werden andere Signale, beispielsweise das ■dargestellte Signal 174, bedingt durch ein Blutflußsignal des zu den Lungen fließenden Blutes, daran gehindert, wiederum den Detektor 46 auszulösen und als Atemzug gezählt zu werden. Die auftretende Trägheit· ist daher beabsichtigt und entspricht bei dem beschriebenen Apparat ungefähr 0,2 T zur Verhinderung einer mehrfachen Auslösung des Detektors..

In "Mg. 16 ist ein Signal 175 wiedergegeben, das ein starkes lungenblutflußsignal während einer Apnea-Störung oder einer Verringerung der Herzschlagtätigkeit, bei der der Kerzschlagrhythmus trotzdem zwischen 0,2 Hz und 2 Hz des Bandfilterverstärkers 44 liegt, zeigt·. Das dem Detektor 46 zugeführte Eingangssignal erscheint gemäß Pig. 16 in einem

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Maßstab von ungefähr 2 V pro Ohm Änderung der Brustkorbimpedanz -ä-e-s· Δ(^ζ( ·■ Signale, bedingt durch den Lungenblutkreislauf, können eine positive Signalspitze von 0,25 Ohm oder 0,5 Ohm von Spitze zu Spitze haben. Um eine Auswahl gegenüber derartigen Signalen zu haben, wird die Schwellenwerteinstellung des unteren Auslösepunktes durch die Schalteranordnung 164 des Detektors 46 zu 0,6 V, also auf ein nicht unbeträchtlich höheres Signal, gewählt. Es findet daher die Unterscheidung in dem Atmungssignal-Unterscheidungsstromkreis sowohl auf einer Frequenzbasis als auch auf einer Amplitudenbasis statt.

Es ist aus Fig. 1 zu erkennen, daß durch die auf die Atemzüge ansprechende lampe und das Meßinstrument 22 des integrierenden Tachometers 20 für den Arzt eine ständige Atmung süberwachung sowohl durch ein Lichtsignal, und zwar Atemzug für ,Atemzug, als auch durch das Meßinstrument im Hinblick auf die mittlere Atmungsfrequenz erzielt ist. Die Verhältnisse liegen aber so, daß eine ständige

durch einen Arzt o. ä.

Überwachung des Patienten/nicht immer wünschenswert oder möglich ist. Daher ist ein Alarmstromkreis 16 vorgesehen, der ebenfalls Ausgangssignale von dem Sinzelimpulse erzeugenden Generator 50 des Atmungssignalidenti-

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fizierüngsstromkreises/erhält, dergestalt, daß auch in Abwesenheit der medizinischen Überwachungsperson eine Überwachung des Patienten stattfindet.

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In dem einstellbaren Alarmstromkreis 16 ist die wichtigste Vorrichtung das zwischen 5 -.30 sek einstellbare Alarmzeitschaltwerk 68. Diese Vorrichtung ist eine an sich bekannte Vorrichtung, die wählbare Einstellungen zwischen 5 und 30 sek gestattet und, sofern nicht eine Rückstellung durch einen Impuls erfolgt, das eingestellte Zeitintervall mißt und an der Ausgangskiemme 180 eine Gleichspannung liefert. Diese Gleichspannung ist ein Anzeichen dafür, daß die Zeitdauer zwischen Atmungen, die eingestellte Zeitdauer übersehreitet, und es wird dann die für den Apnea-Zustand

(niedrige Atmungsgeschwindigkeit) maßgebliche Alarmlampe aufleuchten
86/und, über die ODER-Stufe 70 und die Ruhekontaktstrecke 82, welche einen Mederfrequenzgenerator 78 über die ODER-Stufe 80 steuert, ein Sirenensignal der Vfarnsirene 90 erzeugt, um die Aufmerksamkeit der medizinischen Überwachungsperson zu erregen.

Im allgemeinen wird die Überwachungsperson sofort eintreffen und von Hand einen Ausschalter 71 betätigen, der das Sirenensignal abstellt und die Spannung über die Kontaktstrecke an die Lampe 92 legt, um weiterhin die Überwachungsperson optisch zu warnen. Wenn jedoch nicht innerhalb 30 sek die Überwachungsperson eintrifft, so wird das langsam ansprechende und schnell abfallende Relais·82 die Kontaktstrecke schließen und eine konstante Gleichspannung über die

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ODBR-Stufe 80 der Sirene 90 zuführen, damit ein konstantes lautes Warnsignal erzeugt wird. Das Relais 82 bleibt durch den Haltestromkreis 182 weiter erregt, auch dann, wenn mehrere Atmungen oder Bewegungsartifakte auftreten und das auf 5-30 sek einstellbare Zeitschaltwerk 68 wieder rückstellen, damit sichergestellt ist, daß eine medizinische Überwachungsperson anwesend ist, nachdem der konstante Alarm ausgelöst wurde. Nachdem die Überwachungsperson eingetroffen ist und durch Betätigung des Schalters 171 die Alarmanlage stillgelegt hat, löst das Relais 82 schnell die Kontaktstrecke 84 und unterbricht damit den Haltestromkreis.

Medizinisches Überwachungspersonal besteht aus außerordentlich gewissenhaften Menschen, aber die Möglichkeit eines menschlichen Versagens und die mit einer ständigen Überwachung des Patienten verbundenen Schwierigkeiten machen die Einstellungseigenschaften des Alarmsystems äußerst wertvoll. Dies ergibt sich insbesondere daraus, daß Krankenschwestern und medizinisches Personal in bezug auf die Handhabung elektrischer Apparate als ungeschult anzusehen sind und wenig Kenntnisse haben, die verwickelten Vorgänge in einem Apparat bei dessen Bedienung zu übersehen. Wenn beispielsweise, eine Krankenschwester nicht ständig durch Alarme gestört .sein will, so wird sie wahrscheinlich den einstellbaren Alarmzeitgeber 68 auf -eine Einstellung von 30 sek

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einstellen. Bei einem kleinen Kind könnte dies zur Folge haben, daß das Kind ständig im Apnea-Zustand verbleibt, ohne daß Alarm gegeben wird, wenn entsprechend die Einstellung des Schwellenwertdetektors 46 getroffen wurde und wenn bestimmte Bewegungsartifakte oder geringe Atmungen stattfanden oder nicht stattfanden während mehrerer aufeinanderfolgender 30 sek>Zeitintervalle, so daß diese w Zeitintervalle geeignet waren, eine Rückstellung des Zeitschaltwerkes 68 zu bewirken. Bewegungsartifakte, die während der Alarmzeitperiode auftreten, können die Alarmvorrichtung rückstellen und in einem falschen, alarmfreien Zustand resultieren. Die Sicherungen der einstellbaren Alarmvorrichtung sichern gegen diese beiden Probleme.

Der Alarmstromkreis 16 umfaßt eine Flip-Plop-Stufe 56, das einstellbare Zeitschaltwerk 58, die beiden Einzelimpulse . 4ä liefernden Generatoren 62, 64, die Impulsverzögerungsvorrichtung 60 und die Sperrtorstufe 66. Der Flip-Flop 56 wird eingeschaltet und wieder rückgeschaltet durch die Impulse des Einzelimpulse liefernden Generators 50, der in dem Atmungssignalidentifizierungsstromkreis vorgesehen ist. Wenn der Flip-rFlop 56 sich in seinem gelöschten Zustand befindet, wird der Einzelimpulse erzeugende Generator 62 angestoßen, und wenn die Sperrtorstufe 66 nicht gesperrt ist, wird das

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AlarmzeitSchaltwerk 68 rückgestellt. Dies hat zur Folge, daß zwei und nicht ein Atemzug oder Bewegungsartifakt in jedem Zeitintervall, das in dem Alarmzeitschaltwerk 68 eingestellt ist, auftreten müssen, um es zurückzustellen, bevor seine eingestellte Zeitspanne zur Erzeugung eines Gleichspannungsausgangssignals auf der Leitung 180 verstrichen ist.

Es kann indessen durchaus vorkommen, daß zwei Bewegungsartifakte oder auf den Fluß des lungenblutes zurückgehende Signale während aufeinanderfolgender 30 sek-Intervalle oder während kürzerer Intervalle, auf die das Zeitschaltwerk 68 eingestellt ist, auftreten. Dieses Problem wird durch das Zeitschaltwerk 58 gelöst.

Das Zeitschaltwerk 58 ist ein mit fest eingestellter Zeitspanne von 10 sek arbeitendes Zeitschaltwerk, das, falls während eines 10 sek-Intervalls es nicht rückgestellt wird, auf seiner Ausgangsleitung 184 einen Impuls erzeugt. Dieser Impuls bewirkt eine Rückstellung des Flip-Flops 56 über die Verzögerungsvorrichtung 60, nachdem bereits die Sperrtorstufe 66 durch den Impuls des Einzelimpulse liefernden Impulsgenerators 64 gesperrt wurde, so daß also diese Rückstellung des Flip-Flops 56 keine Rückstellung der Zeitschaltvorrichtung 68 bewirkt. Das Zeitschaltwerk 58 stellt

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sicher, daß in jedem 10 sek-Intervall ein festgestelltes Signal fallen muß, und wenn dies nicht der Fall ist, daß zwei zusätzliche durch den Detektor festgestellte Signale in einem nachfolgenden 10 sek-Intervall vorliegen müssen, um eine Rückstellung des Alarmzeitschaltwerkes 68 zu "bewirken. Wenn beispielsweise das Alarmzeitschaltwerk 68 auf eine Zeitspanne von 30 sek eingestellt ist, stellt die zusätzliche Zeitschaltvorrichtung 58 sicher, daß die Zeitschal tvorrichtung 68 nicht rückgestellt wird und daher weiterläuft, um am Ende der Zeitspanne ein Alarmsignal zu erzeugen, sofern das durch den Detektor erzeugte Wellensignal (feststellbarer Atmungsvorgang) eine Frequenz von weniger als sechs pro Minute hat.

Aus den Pig. 7 - 11 erkennt man, daß das von dem Detektor erzeugte Signal 111 einen Abfall des Signals des Flip-Flops 56 in Pig. 9 zur Folge hat und sich daher eine positive Spannung im Ausgangskreis des Flip-Flops und die Erzeugung eines Impulses des Einzelimpulse liefernden Generators 62 in Fig. 10 ergibt, so daß eine Rückstellung des ZeitSchaltwerkes 68 erfolgt. Das vom Detektor erzeugte Signal 112 bewirkt eine Einstellung des Flip-Flops 56 in den erregten Zustand, was nicht weiter von Belang ist, obwohl das genannte Signal eine Rückstellung des zusätzlichen Zeitschalt-

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Werkes 58 bewirkt. Zwischen diesem Äugenblick und dem Auftreten des Signals 118 in Pig. 7 liegt eine Zeitspanne von mehr als 10 sek, und daher wird der Flip-Flop 56 rückgestellt durch den Zeitablauf des Zeitschaltwerkes 58, das den Einzelimpulse liefernden Generator 64 auslöst zur Erzeugung eines Sperrimpulses 186 in Fig. 8 für die Sperrtorstufe 66 und über die Verzögerungsstufe 60 den Flip-Flop 56 rückstellt, wie in Fig. 9 bei 188 angedeutet ist. Unmittelbar danach bewirkt das Signal 118 eine Einstellung des Flip-Flops 56 in den Erregungszustand. Mehr als 10 sek liegen jedoch zwischen den vom Detektor erzeugten Signalen 118 und 120, und daher wird ein zweiter Sperrimpuls 190 erzeugt, so daß die Rückstellung des Flip-Flops in den Ruhezustand im Zeitpunkt 192 keinen Rückstellimpuls an das Alarmschaltwerk 68 zur Folge hat, wie in Fig. 10 durch das Fehlen eines entsprechend bezeichneten Impulses angedeutet ist. In Anbetracht des 10 sek überschreitenden Zeitintervalls zwischen den Signalen 120 und 122 tritt derselbe Sperrimpuls im Zeitpunkt 194 auf und stellt, wie bei 196 angegeben ist, den Flip-Flop 56 in seinen Ruhezustand zurück, so daß die Zuführung eines Rückstellimpulses an das Alarmzeitschaltwerk 68 verhindert wird.

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Von dem letzten. Rückstellimpuls des Alarmzeitschaltwerkes 68, nämlich dem Impuls 111 in Pig. 10, verstreicht das der Einstellung des Alarmzeitschaltwerkes 68 entsprechende Zeit intervall T. Wie in Pig. Il dargestellt ist, beträgt dieses Zeitintervall 30 sek und ihr Verstreichen bewirkt das Auftreten einer Gleichspannung auf der Ausgangsleitung 180, wie bei 198 in Fig. 11 angegeben ist, und damit das Anschalten einer Apnea-Alarmlampe 86 und das Auftreten des pulsierenden Signals der Sirene 90.

Wenn die Atmung unterbleibt, so ist die Abgabe eines Sirenensignals wichtig, wenn die durch das einstellbare Alarmzeitschaltwerk 68 bestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Jede Verzögerung, die durch ein Artifaktsignal infolge der Rückstellung des Zeitschaltwerkes 68 durch den Einzelimpulse erzeugenden Generator 50 auftreten könnte, könnte sich tödlich auswirken. Aus diesem Grunde ist unter Anwendung des zusätzlichen ZeitSchaltwerkes 58 die Alarmstufe 16 so ausgebildet, daß sie zwei Impulse in einem 10 sek-Intervall nach einer Anfangsperiode von 10 sek ohne Atemzug feststellen muß, um eine Rückstellung des Zeitschaltwerkes 68 und damit eine Verzögerung des Sirenensignals zu bewirken. Um eine größere Sicherheit für das Wiederauftreten der Atmung nach Verstreichen der 10 sek-Anfangsperioae des Zeitschaltwerkes zu haben, kann ein Schalter

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vorgesehen sein, der eine zusätzliche Flip-Plop-Stufe oder mehrere derartige Flip-Flop-Stufen in Kaskade mit dem Flip-Flop 56 schaltet, um dadurch eine Vergrößerung der Kodulzahl des Zählwerkes von zwei auf vier oder mehr als vier zu bewirken, so daß eine entsprechend größere Anzahl Impulse in einem 10 sek-Intervall von dem Einzelimpulse liefernden Generator 50 aufgenommen werden müssen, damit eine Rückstellung des Zeitschaltwerkes 68 erfolgt. Es kann das Zählwerk auch während nachfolgender 10 sek-Intervalle umgeschaltet werden. Andererseits kann die Modulzahl des Zählwerkes, nämlich des Flip-Flops 56, nach den ersten 10 sek erhalten "bleiben, und es können Mittel vorgesehen sein, die zur Erzielung des gleichen Effektes die Schaltperiode des Zeitschalters 58 herabsetzen. Dies kann beispielsweise durch einen Schalter erfolgen, der am Ende der ersten 10 sek-Periode die Periodendauer des Zeitschaltwerkes 58 auf 5 sek umschaltet oder statt des Zeitschaltwerkes 58 ein anderes Zeitschaltwerk entsprechender Zeitdauer einschaltet. Nach Verstreichen dieser kürzeren Zeitspanne kann dann die Periodendauer des zusätzlichen Zeitschaltwerkes 58 weiter verkürzt werden.

Der Elektrodenzustandsanzeige/stromkreis 14 stellt verhältnismäßig langsame Schwankungen in der scheinbaren Ruhe-

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Impedanz fest, die von irgendeinem Versagen dejj Xeßapparates oder von einem anderen urunde herruhreii lcömiim, obwohl im allgemeinen hiei'be L die biologischen Hau\;eloktro~ den betroffen sind. Beispielowöise kann durch äiv Hand des Kindes oder eine Bewegung des Korpers des XitKlea ale Blektrode abgelöst oder in solchem Haß ν-sr schoben werden, daß die ^ sich ergebende Imp ed an?, (ld a Lrusckorbes beträchtlich vergrößert wird,

In dem Elektrodenüberwachungsstromkreis 14 beseitigt; der 0,2 Hz-Tiefpaßfilter 52 und Verstärker sämtliche hohen Frequenakomponenten der Impedanzänderung, und es findet eine Auswahl der Niederfrequenz änderungen deu G-leiohspanrmngsgt'unclniveaus des Signals des Impedanz-Pneumographen. statt, Der Detektor 54 ist so einstellbar, daß eine Einstellung auf die Ruhe-Impedanz des betreffenden Patienten erfolgen kann, da sich ™ Unterschiede des RuheimpedanKwertes bei verschiedenen Patienten ergeben. Der Detektor 54 kann so oingostellt werden, daß er vorgegebene Werte der Paihe imped ana, die rail; normalerweise auftretenden Änderungen darnelbon nicht ^örträ-jLich sind, feststellt und dann ο in Ausgangsaignal auf -lor Ijeitung 26 erzeugt, die zu der lilektrod^nwarnlainpo Ho in dem Alaraiotrornkreia 16 führt und ggt;» auch au der ODiili-.Hufu 70 yur Auslösung eines Sirenena1arm&.

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\ϊβΏΐί eine AlarmabgalDe erfolgt, so kann die medizinische Überwachungsperson bei ihrem Eintreffen feststellen, ob die Atmungsalarmsignallampe 86 oder die Slektrodensignalalarmlampe 88 angesprochen hat. Die medizinische Überwachungsperson weiß daher, ob ein Fehler im Atmungsvorgang oder ein Fehler in dem Meßgerät aufgetreten ist. Wenn beide Alarmlampen gezündet sind, so können beide Fehler vorliegen,

Patentansprüche

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Claims (5)

1. München, 12. März 1970 Dr. H./P./sch

   Aktenzeichen P 17 66 759.5-35
   Beckman Instruments, Inc.

   Neue Patentansprüche

   I₀ Atmungswarngerät, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et , daß eine Wandlervorrichtung (10) zur Erzeugung eines ersten elektrischen Signals als Funktion der Atemtätigkeit eines lebenden Körpers, ein mit der Wandlerstufe (10) verbundener Atemsignalidentifizierungsstromkreis (12) zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals als Funktion der Atemcharakteristiken des ersten elektrischen Signals und Anzeigemittel (16) zur Anzeige des zweiten elektrischen Signals unter ersten ausgewählten Bedingungen der Atemaktivität vorgesehen sind und daß die Anzeigemittel (16) einen anpaßbaren Zeitschalter (58) zur Änderung der Ansprechbarkeit der Anzeigemittel (16) zur Anzeige eines zweiten elektrischen Signals unter zweiten gewählten Bedingungen der Atemaktivität aufweisen.
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ ei c h η e t , daß die Anzeigemittel (16) ein einstellbares Zeitschaltwerk (68) aufweisen, das auf den anpaßbaren Zeitschalter (58) zur Aktivierung eines Alarmsystems unter den ersten und zweiten ausgewählten Bedingungen der Atemaktivität anspricht, bestimmt durch das einstellbare Zeitschaltwerk (68) und durch den einstellbaren Zeitschalter

   -ja Unterlagen (Art.7ä

   193

   Bayerische vereirfsbin¹

   BM 2308 - ^ -
3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der anpaßbare Zeitschalter (58) Mittel (66) zur Unterbrechung des einstellbaren Zeitschaltwerkes (68) aufweist.
4. 4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechermittel ein Unterbrecherglied (66) mit Eingangs-, Ausgangs- und Steuerklemmen aufweisen und daß die Ausgangsklemme mit dem einstellbaren Zeitschaltwerk (68) verbunden ist, daß ein Zähler mit Eingangs-, lösch- und Ausgangsklemme vorgesehen ist, der ein Signal an seiner Ausgangsklemme als Funktion der Zählung einer vorbestimmten Anzahl von ausgewählten Ereignissen des zweiten elektrischen Signals, das am Eingang des Zählers liegt, liefert, und daß die Ausgangsklemme des Zählers mit der Eingangsklemme des Unterbrechergliedes (66) verbunden ist, durch das das Zählerausgangssignal das einstellbare Zeitschaltwerk

   (68) löscht, und daß der anpaßbare Zeitschalter (58) Ein- und Ausgangsklemmen aufweist und auf das zweite an seiner Eingangsklemme liegende elektrische Signal anspricht, daß die Ausgangsklemme des anpaßbaren Zeitschalters (58) mit der Steuerklemme des Unterbrechergliedes (66) und der Zählerlöschklemme zur Unterbrechung des Gliedes und Löschung des Zählers unter zweiten ausgewählten Bedingungen der Atemaktivität verbunden ist.
5. 5. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Atemsignalidentifizierungsstromkreis (12) einen einstellbaren Amplitudendiskriminator (4-6)

   zur Erzeugung eines zweiten elektrischen Signals aufweist für den Fall, daß das erste elektrische Signal eine vorgegebene Größe überschreitet.

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   Le e rs e ι te