DE1910384A1

DE1910384A1 - Verfahren und Anordnung zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Impulsen

Info

Publication number: DE1910384A1
Application number: DE19691910384
Authority: DE
Inventors: Jacques Max; Francis Merdrignac; Jules Ratahiry
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-03-01
Filing date: 1969-02-28
Publication date: 1969-10-02
Also published as: GB1255396A; FR1586844A; DE1910384B2; NL6903179A; LU58074A1; CH506072A; NL164145B; BE728493A; US3624497A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R. Beetz u. Dipl.- Ing. Lamprecht 1910384

HQndMn 22, Steliudorfstr. 10

410-14.327P . 28.2.1969

Commissariat a !'Energie Atomique, "Paris (Prankreich)

Verfahren und Anordnung zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Impulsen

Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen der Steigung des im wesentlichen linear zunehmenden Abschnitts von aufeinanderfolgenden Impulsen zum Gegenstand, die ein elektrisches Signal darstellt, das gegebenenfalls von einem starken Rausehen begleitet sein kann. Bine sehr wichtige, aber nicht die einzige Anwendungsmöglichkeit für die Erfindung besteht in der Untersuchung von für physiologische Parameter repräsentativen Signalen zwecks Gewinnung von deren wichtigsten Kenngrößen.

Bin bekanntes Verfahren zum Messen der Flankensteilheit eines elektrischen Signals, dessen Amplitude sich im wesentlichen zeitlinear ändert, besteht darin, daß man dieses Signal in einer geeigneten Schaltung ableitete Dieses Verfahren ist jedoch in der Praxis nicht mehr anwendbar, wenn die Flankensteilheit der zu untersuchenden Im-

2HO-(B 2715.3)Df-r (7) Q09Ö40/10U

pulse gering ist, d. h. wenn die Signalamplitude mit der Zeit nur langsam variiert und/oder wenn dem Nutzsignal ein erhebliches Rauschen überlagert i»t.

Die Erfindung zielt auf eine Grundkonzeption für ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Signalen ab, welche die Nachteile der bisher bekannten Verfahren weitgehend vermeiden und vor allem von den oben erwähnten Begrenzungen frei sind·

Zu diesem Zwecke sieht die Erfindung"ein Verfahren zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Impulsen, ψ die ein gegebenenfalls von einem starken Rauschen begleitetes Signal darstellt, vor, das darin besteht, daß man bei Eintriffen jedes dieser Impulse einen Sägezahn mit bekannter Steilheit auslöst und zur gleichen Zeit die Amplitude des Impulses durch die Amplitude des Sägezahnes teilt.

Weiterhin sieht die Erfindung eine Anordnung zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Impulsen unter Anwendung dieses Verfahrens vor, und schließlich besteht sie in noch weiteren Merkmalen, die mit Vorteil in Verbindung mit den oben erwähnten Merkmalen zum Einsatz kommen können, sich jedoch auch unabhängig davon anwenden lassen. Alle diese Merkmale lassen sich besser aus der nachstehen-™ den Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung ersehen, die einem besonderen Anwendungefall angepaßt ist und aus eiier Anordnung zum Untersuchen der nystaktischen Bewegungen des Augapfels besteht, selbstverständlich aber nur als Erläuterung, nicht aber als Einschränkung für die" "Erfindung zu werten ist. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnung Bezug genommen} in dieser sindι

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs eines nystaktischen Signals (Kurve A), des gleichen Signals

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nach seiner Zentrierung (Kurve B), des diesem Signal überlagerten Sägezahns (Kurve c) und des Quotienten aus diesen beiden Signalen (Kurve D);

Fig. 2 ein stark schematisiertes Blockschaltbild für eine Schaltung zur Gewinnung .des Quotienten aus den Signalsteilheiten;

Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine im Rahmen der

Schaltung von Fig. 2 einsetzbare Schaltung zur Gewinnung von ergänzenden Kenngrößen für das Signal;

Fig. h eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der zeitlichen Änderung der in der Schaltung von Fig. 3 auftretenden Signalei

Fig. 5 eine mögliche schaltungstechnische Ausführung für die in Fig. 2 schematisch angedeuteten S chaltungs teile, und

Fig. 6 eine der Fig. h ähnliche schematische Darstellung zur Veranschaulichung des zeitlichen Verlaufs der Signale, die in der Schaltung nach Fig. 5 erscheinen.

Vor der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung dürfte es von Nutzen sein, kurz ins Gedächtnis zurückzurufen, wie sich die nystaktischen Bewegungen zusammensetzen und welches das Ziel ihrer Untersuchung ist.

Legt man einem Patienten, der einer periodischen Erregung im allgemeinen einer Pendelbewegung, die auf den Patienten von dem Sessel, in dem er sitzt, übertragen wird,

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ausgesetzt ist, Periobitalhautelektroden an, so erhält man ein sogenanntes nystaktisches Signal. Dieses Signal besteht aus aufeinanderfolgenden Impulsen, von denen jeder einen Abschnitt mit schwacher und für einen vorgegebenen Impuls im wesentlichen konstanter Steigung, die sogenannte langsame Phase, und eine Rückkehrphase mit starker Steigung aufweist. Die Polarität der nystaktischen Signale kehrt sich mit dem Drehsinn des Sessels, in dem der Patient sitzt, um· Einer Umkehr der Bewegung des Sessels entspricht das Auftreten einer Serie von Impulsen, und die erste langsame Phase ist die mit der schwächsten Steilheit» Während des Stillstandes des Sessels vor der Umkehr seines Drehsinns ^ beobachtet man eine von nennenswerten Impulsen freie Periode·

Die in Fig. 1 veranschaulichte Kurve A läßt eine erste Periode T_Q erkennen, in dem vier Impulse auftreten, die einer Drehung des Sessels in einer Richtung entsprechen) darauf folgen dann eine von kennzeichnenden Signalen freie Periode T₁ und schließlich eine Periode T_, die einer Drehung des Sessels mit umgekehrtem Drehsinn entspricht und Signale enthält, deren langsame Phasen in ihrer Neigung denen der Impulse in der Periode T_Q entgegengesetzt sind·

fe Die den nystaktischen Bewegungen des Augapfels entsprechenden aufgezeichneten Impulse bilden ein wesentliches Element für Vestibularuntersuchungen,, Die langsame Phase dieser Impulse ist diejenige, die der von dem Labyrinth kommenden und zu den Nervenzentren laufenden Erregung am getreuesten entspricht, während die rasch abklingende Rüokphase eine wesentlich kompliziertere Deutung verlangt. Es liegt auf der Hand, daß von den zugehörigen Parametern die charakteristischsten die mittlere Neigung der langsamen Phase über einen vorgegebenen Zeitabschnitt und die der Anzahl der nystaktischen Bewegungen entsprechende

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Anzahl der Impulse der einen und der anderen Polarität während eines vorgegebenen Zeitabschnitts sind.

Die im folgenden beschriebene Anordnung ist zur Durchführung der entsprechenden Untersuchungen bestimmte Man sieht auf den ersten Blick die Probleme, dia sich bei der Realisierung einer solchen Anordnung ergeben, die eine Extraktion dieser Parameter gestatten sollt

a) Das Signal enthält ein erhebliches Rauschen, was eine direkte Messung durch Differentiation unmöglich macht.

b) Es gibt Impulse beider Polaritäten, wobei bestimmte langsame Phasen eine Neigung haben können, die sich derjenigen der raschen Rückkehrphasen der Impulse der umgekehrten Polarität annähert, wodurch es Schaltungen bedarf, die eine Unterscheidung zwischen den langsamen Phasen und den rasch abklingenden Rückkehrphasen ermöglichen. Wie man weiter unten sieht, erfolgt diese Unterscheidung unter Ausnutzung der Tatsache, daß es zwischen zwei Impulsfolgen von entgegengesetzter Polarität Zeitintervalle gibt, in denen kein zu untersuchendes Signal auftritt.

Das Grundprinzip der Erfindung ist das folgende: Man bildet das Verhältnis zwischen der Amplitude der langsamen Phase der zu untersuchenden Impulse einerseits und der Amplitude eines zeitlinear anwachsenden Sägezahnes andererseits, wobei dieser Sägezahn durch die auf die langsame Phase eines Impulses folgende rasche Rückkehrphase auf den Wert Null oder zumindest einen sehr geringen Wert zurückgeführt wird. Die jeweiligen Amplituden werden durch elektrische Größen, im allgemeinen durch Spannungen, verkörpert.

Mit anderen Worten ausgedrückt nimmt man also die Berechnung einer Größe x(t) vor, die definiert ist durch den Ausdruckt

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at + b (t)

in dem a die zu bestimmende tatsächliche Steilheit, b das dem Nutzsignal überlagerte Rauschen und die Summe a't + k den als Eichmaß für die Steilheit dienenden Sägezahn repräsentieren, wobei die Konstante k dazu da ist, zu verhindern, daß der Bruch in dem Ausdruck (1) für t = O einen unbestimmten Wert annimmt und klein genug ist, daß sie gegenüber a't schon für Werte von t, die nur einen kleinen Bruchteil, beispielsweise 1/1O der Dauer einer nystaktischen Bewegung ausmachen, vernachlässigt werden kann.

Sobald die Konstante k vernachlässigbar gegenüber a't wird, kann man den Ausdruck (i) folgendermaßen schreiben:

wobei der zweite Term sehr klein ist gegenüber dem ersten Terra β

Die Division läßt sich selbstverständlich stetig oder punktweise in analoger Form oder nach entsprechender Kodierung auch digital vornehmen.

Die in Figo 2 veranschaulichte erfindungsgemäße Anordnung kann man sich aus einer Schaltung für die Extraktion der Parameter und aus einer Inhibitorschaltung aufgebaut denken, die beide im folgenden näher beschrieben werden·

Das entweder unmittelbar an den Elektroden abgenommene oder in einer bekannten Anordnung vorbehandelte Signal wird dem Eingang beider Schaltungen bei 10 zugeführt. Die Inhi-

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bitorschaltung setzt sich aus zwei identischen Kanälen 12 und 12' zusammen, von denen jeder mit t Impulsen einer Polarität beaufschlagt wird; so weist beispielsweise der Kanal 12 eine Stufe 14 zum Ableiten der raschen Rückkehr der positiven Impulse auf, die mit einem Inhibitoreingang 16 versehen ist, über den bei Anlage einer Spannung der Ausgang 18 der Ableitstufe 14 gesperrt wird. Von dem Ausgang 18 aus wird eine Impulsformerstufe 20 gespeist, die einerseits mit einem Eingang einer ODER-Schaltung 22, deren Aufgabe weiter unten erläutert ist, und andererseits mit einer Auslöseschaltung 2k für die Messung verbunden ist. Die Auslöseschaltung 2k hat eine komplexe Struktur und muß so aufgebaut sein, daß sie:

a) bei Anlage eines ersten Impulses an ihrem Eingang an einem Ausgang 26 die Abgabe einer Rechteckspannung mit einer Dauer L von beispielsweise einer Sekunde, die sich über einen durch den Pfeil 28 schematisch angedeuteten Eingang von einer Bedienungsperson einstellen läßt, veranlaßt, nicht aber das Auftreten des Signales an einem zweiten mit dem Eingang i6' der Ableitstufe 14' verbundenenen zweiten Ausgang JO zur Folge hat, und

b) bei Auftreten eines von dem ersten Eingangsimpuls durch eine den Wert C unterschreitende Zeitdauer getrennten, d. h. vor dem Ende der Rechteckspannung an dem Ausgang 26 eintreffenden, zweiten Eingangsimpulses an ihrem Eingang die Rechteckspannung an dem Ausgang 26 um eine der Größe L gleiche Dauer verlängert und am Ausgang 30 die Abgabe einer Rechteckspannung mit einer der um den Wert t vergrößerten Zeitspanne, die den ersten nystaktischen Impuls von dem letzten nystaktischen Impuls trennt, gleichen Zeitdauer veranlaßt, wobei diese letztere Rechteckspannung als Inhibitorsignal für die Ableitstufe Ik* dient, welche die negativen Impulse auswählt.

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Für die Bauweise der Auslöseschaltung Zh für die Messung gibt es selbstverständlich, mehrere Möglichkeiten. So kann man sich beispielsweise der in Fig. 5 schematisch, angedeuteten Schaltung bedienen, die eine monostabile Stufe 80, die über eine Torschaltung 82 mit einem Feldeffekttransistor, dessen Steuerelektrode an den Ausgang der Impuls formers tufe 20 angeschlossen ist und zwei Ausgänge 26 und 27 speist, eine an den Ausgang 27 der monostabilen Stufe 80 angeschlossene Verstärker- und Impulsformers tufe 8*4-, eine mit dem Ausgang 27 der monostabilen S&ufe 80 verbundene Auslöseschaltung 86 für positive Signale, eine an den Ausgang der Auslöseschaltung 86 angeschlossene Verstärkerfc und Impulsformerstufe 88 und eine logische Speicherstufe aufweist, deren beide Eingänge mit Torschaltungen 89 am Ausgang der Verstärker- und Impulsformerstufe 84 und 91 am Ausgang der Verstärker- und Impulsformerstufe 88 verbunden sind und die den Ausgang 30 der Auslöseschaltung 24 speist·

Die in Figo 5 veranschaulichte monostabile Stufe 80 besteht aus zwei Transistoren 92 und 94, wobei der Kollektor des Transistors 92 über einen Kondensator 96 mit der Basis des Transistors 94 verbunden ist· Sobald dieser monostabilen Stufe 80 ein.einziger Impuls zugeführt wird, erzeugt sie eine Rechteckspannung mit der Dauer (, _o

Im Ruhezustand ist der Transistor 94. leitend und der Transistor 92 gesperrt. Der erste von der Impulsformerstufe 20 abgegebene Impuls sperrt den Transistor 94 und macht den Transistor 92 leitend, indem er an die Basis des Transistors 9h die positive Spannung einer Spannungsquelle +P anlegte Der Kollektor des Transistors 92 geht dann von der negativen Spannung -P auf die Spannung Null über.

Der zweite Impuls führt zur erneuten Anlage der Spannung +P an die Basis des Transistors 94 und lädt den Kon-

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densator 96 auf die Spannung P auf. Der Ladestrom für den Kondensator 96 fließt über den Widerstand 98, der den Kollektor des Transistors 92 mit der negativen Spannungsquelle -P verbindet. Dieser Strom erzeugt an dem Ausgang 27 einen positiven Spannungspik und hat die Verlängerung der von der monostabilen Stufe 80 abgegebenen Rechteckspannung um die Zeitdauer *C zur Folge«,

Der gleiche Vorgang spielt sich bei weiteren Impulsen ab, die in einem Zeitpunkt eintreffen, der weniger als die Zeitdauer C nach dem Eintreffen des jeweils vorhergehenden Impulses liegt. An dem Ausgang 26 der Auslöseschaltung 2k erhält man eine Rechteckwelle von der Polarität der an dem Ausgang 27 auftretenden Rechteckwelle entgegengesetzter Polarität und ohne Spannungspiks, wie dies der oben gegebenen Definition gut entspricht.

Die Verstärker- und Impulsformerstufe 8k ihrerseits gibt eine Rechteckspannung ab, deren Polarität der Polarität der an dem Ausgang 27 auftretenden Rechteckspannung gleich ist und die ebenfalls frei ist von Spannungspiksο

Die Auslöseschaltung 86 arbeitet folgendermaßen:

Solange das an dem Ausgang 27 anliegende Signal negativ oder Null ist, bleiben ihr erster Transistor 100 gesperrt und ihr zweiter Transistor 102 leitend» Der Ausgang der Auslöseschaltung 86 liegt dann auf einem Potential in der Nähe von Null. Sobald an den Ausgang 27 *in positiver Spannungspik eintrifft, wird der Transistor 100 leitend und zieht den Ausgang der Auslöseschaltung 86 auf ein positives Potential in der Nähe des Wertes +P. Die Verstärker- und Impulsformerstufe 88 kehrt die Polarität der so erhaltenen Impulse u. Die logische Speicherstufe 90 erhält von dem Ausgang 89 der Verstärker- und Impulsformerstufe 84 ein Auslösesignal für ihr Kippen in Form einer

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positiven Rechteckspannung zugeführt. Sobald dieser Impuls vorliegt, wird in der Speicherstufe 9° die Abgabe des ersten Impulses an dem Ausgang 91 gespeichert. Sobald die an dem Ausgang 89 der Verstärker- und Impulsformerstufe 84 abgegebene Rechteckspannung zu Ende ist, wird die Speicherstufe 90 auf Null zurückgestellt.

Der Verlauf der an verschiedenen Stellen.der in Fig. veranschaulichten Auslöseschaltung 24 auftretenden Signale ist in Fig. 6 wiedergegeben. Die Kurve J veranschaulicht dabei die Signale an dem Ausgang 20, und die Kurve K xeigt die Impulse, die jedesmal, wenn ein Impuls der Kurve J um eine geringere Zeitspanne als die Zeitdauer £. nach dem vorangehenden Impuls erscheint, an den Ausgang 27 der monostabilen Stufe 80 abgegeben werden, und die negative Spannung, die ab einer Zeitspanne £ nach dem letzten Impuls auftritt. Die Kurven L, M und N veranschaulichen die Spannungen an den Ausgängen 26, 98 und 91> und man erkennt an der Kurve M einen (in Schraffur dargestellten) Zeitabschnitt, während dessen die logische Speicherstufe 90 zum Kippen gebracht wird und auf den eine Rückstellung auf Null folgt. Die Kurve 0 schließlich veranschaulicht die Spannung- an dem Ausgang 30» wobei das schraffierte Gebiet dor Inhibitionsperiode für den Kanal 12* entspricht»

" Die Arbeitsweise der Xnhibltorschaltung läßt sich aus

Fig. 2 erkennen* Der erste Impuls »lass* Xiapulssaarie, der von dem letzten Impuls der vorangegangenen Impulsserie durch ein die Größe £ übersteigendes dSaitimtarvall getrennt ist, erscheint dann, wenn «iner dar baidssi Kauiäi© 12 oder 1*2* nicht inhibiert ist. Bae» wird vom. einem dar baidosi Kanäle 12 oder 12^f ohne die Gefahr eines F®Silors ausgewählt, denn er beginnt immer mit einer langsamem Phase. Miaasät man einen positiven Impuls an, so arscliaint an u&m Aissgaaig 2o eine Rechteckspannung. Trifft schon n&ch Vorstreichen einer die Größe L unterschreitenden Zeitdauer ein awaifcar

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ein, so veranlaßt er das Auftreten einer Rechteckspannung an dem Ausgang 30 und die Sperrung der Ableitstufe 14·j der Kanal 12' bleibt auf diese Weise während der ganzen Folge positiver Impulse gesperrt.

Die Zeitspanne C ist selbstverständlich so zu wählen, daß sie geringer ist als die Periode T in Fig. 1; eine Zeitspanne in der Größenordnung einer Sekunde führt im allgemeinen zu zufriedenstellenden Ergebnissen.

Die Schaltung zur Bestimmung der Flankensteilheit setzt sich aus einer Zentrierstufe 32, einem Sägezahngenerator 3^- zum Erzeugen von Sägezähnen mit bekannter und gegebenenfalls regelbarer Steilheit a¹, einem analogen Teiler 36 und logischen Steuerschaltungen zusammen. Der Sägezahngenerator 3^ wird durch die ODER-Schaltung 22 getriggert und sperrt, sobald seine Speisung unterbrochen wird. Die Rückflanke der Impulse führt also mit anderen Worten zu einer Verschiebung der Sägezähne (Kurve C in Fig. 1). Zu beachten ist, daß die Sägezähne von einer geringfügig positiven Spannung k (vgl. Gleichung (i)) ausgehen. Der Sägezahngenerator 3^ kann aus irgendeiner üblichen Schaltung bestehen; insbesondere läßt sich ein Sägezahngenerator, der unter dem Namen "boot strap" bekannten Bauart verwenden, bei der als Unterbrecher ein Feldeffekttransistor benutzt wird, der normalerweise gesperrt ist. Eine Beschreibung einer solchen Schaltung findet sich in zahlreichen Druckschriften,.und es bedarf daher hier keines näheren Eingehens auf ihren Aufbau.

Die Zentrierstufe 32 wird unmittelbar von dem Eingang 10 her gespeist, und ihre Ausgangsspannung wird auf den Wert Null verschoben, wenn ihr an ihrem Steuereingang ein auf jede rasche Rückkehrphase folgendes Signal zugeführt wird. Dieses Signal wird in folgender Weise gewonnen (Fig. 2): Die ODER-Schaltung 22 für die Triggerung der

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Sägezähne und eine zweite ODER-Schaltung 29, die an die Ausgänge 26 und 26' angeschlossen ist und daher solange eine Spannung führt, wie eine der Auslöseschaltungen 24 oder 24' eine inhibierende Rechteckwelle abgibt, sind mit den Eingängen einer UND-Schaltung 4o verbunden. Diese UND-Schaltung 40 gibt bei Beginn jedes nystaktischen Impulses einer Serie auf den Eingang 38 der Zentrieretufe 32 einen Schiebeimpuls·

Die Ausgangeimpulse der Zentrierstufe 32 (Kurve B in Fig. 1), deren Form mit der der Ursprungsimpulse identisch, aber auf einen nach Null verschobenen Ursprung bezogen ist, ψ werden einem der Eingänge des Teilers 36 zugeführt* Der andere Eingang des Teilers 36 wird mit den Sägezähnen (Kurve C in Fig. 1) von dem Sägezahngenerator 3k gespeist.

Als solcher Teiler 36 lassen sich verschiedene Bauarten von analogen Teilern verwenden. So kann man beispielsweise eine Schaltung einsetzen, die einen Rechenverstärker aufweist, dessen Gegenkopplung^schleife aus einem Multiplikator zur Modulation der Amplitude und der Dauer besteht; das zu untersuchende Signal wird dann dem Multiplikator zugeführt, während die Sägezähne an einen auf dem Potential Null gehaltenen Eingang angelegt werden. Auf diese Weise erreicht man für die Division ohne weiteres eine Ge- w nauigkeit in der Größenordnung von 1 %₀

Die in Fig. 2 veranschaulichte Anordnung weist am Ausgang des Teilers 36 einen Verstärker kZ auf, der ein analoges Registrierwerk 46 speist, das außerdem von dem Ausgang der UND-Schaltung 4θ her gespeist wird» Auf diese Weise führt man für die Triggerung des Verstärkers 42 eine Verzögerung gegenüber dem Auftreten des zugehörigen Sägezahns ein, und daher tritt die Rechteckspannung am Ausgang des Verstärkers 42 (Kurve D in Fig. 1) erst auf, wenn die Zeit verstrichen ist, für die die für die Steilheits-

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messung getroffene Näherung nicht erfüllt ist. Dieser Zeitablauf wird in der Kurve D in Form eines Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Rechteckspannungen sichtbar.

Das Registrierwerk 46 kann von der üblichen Bauart mit Galvanometer sein· Die Steilheit jedes Impulses äußert sich dann in Form einer Rechteckspannung mit einer die Dauer einer nystaktischen Bewegung geringfügig unterscheidenden Dauer und einer Amplitude und einer Polarität, die Größe und Vorzeichen der Steilheit angeben₀

Zu der in Fig. 2 veranschaulichten Grundschaltung kann man weitere Schaltungsteile hinzufügen, die unmittelbar den Mittelwert für die Steilheit der langsamen Phase der nystaktischen Bewegung angeben, wobei die Mittelwertberechnung entweder über eine bestimmte Anzahl nystaktischer Bewegungen oder über ein vorgegebenes Zeitintervall, beispielsweise über eine halbe Schwingungsperiode für den Sessel, in dem der Patient sitzt, und zu der ein und dieselbe Polarität der nystaktischen Bewegungen gehört, erfolgt. Zu diesem Zwecke kann man sich einer in Fig. 3 veranschaulichten Schaltung bedienen, deren Eingang 48 dann mit dem Ausgang des Verstärkers 42 zu verbinden ist.

Das Prinzip für die Bestimmung des Steilheitsmittelwertes ist das folgende: Die von dem Verstärker 42 gelieferten Rechteckspannungen.werden in Rechteckimpulse von vorgegebener und konstanter Dauer und der Steilheit proportionaler Amplitude umgewandelt und einem analogen Teiler mit Speicher zugeführt, in dem nach Aufsummierung der Amplituden der Speicherinhalt durch die Anzahl der Rechteckwellen, d. h. durch die Anzahl der nystaktischen Bewegungen, geteilt wird.

Die in Fig· 3 veranschaulichte Schaltung weist eine reine Verzögerungsleitung 50 auf, die von dem Eingang 48

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her gespeist wird. Eine von dem Zeitpunkt t_Q bis zu dem Zeitpunkt t₁ (s. Kurve E in Fig. 4) an dem Eingang 48 anliegende Rechteckspannung wird daher ohne Änderung ihrer Amplitude um ein Zeitintervall Δ t von beispielsweise 100 ms (Kurve F in Fig. 4) verzögert. Außerdem werden die Rechteckwellen einem Steuerkanal mit einer Ableitstufe 52 zugeführt, die für jede Rückflanke einer Rechteckwelle (zum Zeitpunkt t.j) eine Steuerspitze abgibt. Diese Steuerspitze triggert einen Monovibrator 54, der ein rechteckförmiges Steuersignal mit einer das Zeitintervall Δ t erheblich unterschreitenden Dauer Cf t erzeugt. Eine von der Verzögerungsleitung 50 gespeiste und von dem Monovibrator 54 gesteuerte Extra-" hierstufe 56 liefert an ihrem Ausgang 58 ein Rechtecksignal mit der Dauer Q t und einer der Amplitude der am Eingang der Verzögerungsleitung 50 anliegenden Rechteckspannung proportionalen Amplitude (Kurve H in Fig. 4). Die Extrahierstufe 56 besteht mit Vorteil aus einem linearen Tor mit einem eingangsseitigen Feldeffekttransistor mit hoher Eingangsimpedanz.

Der Ausgang 58 der Extrahierstufe 56 ist mit einem Integrator 60 verbunden, der die Amplitude der abgegebenen Impulse aufsummiert und an seinem Ausgang 62 eine der Summ® der Steilheiten ab der durch Anlage eines Impulses an seinen Eingang 63 vorgenommenen vorangehenden Rückstellung auf Null proportionale Spannung abgibt.

Zu der in Fig. 3 veranschaulichten Anordnung gehört weiterhin eine Zähleinrichtung für die nystaktischen Bewegungen, die aus einem Zähler 64 besteht, für den im allgemeinen eine dreidekadige Ausführung genügt und der durch für jeweils eine nystaktische Bewegung repräsentative Piks gespeist wird. Beispielsweise kann man den Zähler 64 über den Ausgang der Ableitstufe 52 speisen. Der Zähler 64 kann von irgendeiner üblichen Bauart sein, also beispielsweise aua Kippstufen bestehen. Das digitale Ausgangs signal des

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Zählers 64 wird einem Digital-Analog-Wandler 66 augeführt, der eine der Anzahl der nystaktischen Bewegtingen proportionale Spannung abgibt.

Mit Hilfe eines analogen Teilers 68 erhält man dann zu Zeitpunkten, die sich durch Anlegen eines Anzeigebefehls an einen Eingang 7^ dieses Teilers 68 festlegen lassen, den Quotienten aus der für die Summe der Steilheiten repräsentativen und an dem Ausgang 6Z anliegenden Spannung einerseits und der für die Anzahl der nystaktischen Bewegungen repräsentatxven Spannung andererseits und hat so an dem Ausgang 70 den Mittelwert für die Steilheiten, den man in ein Registrierwerk 72 eingeben kann.

Auf die Registrierung, die mit Empfang des Anzeigebefehls an dem Eingang "Jh des Teilers 68 vorgenommen wird, folgt ein Rückstellbefehl für die Rückstellung des Integrators 60 und des Zählers 6h auf den Wert Null, wie dies in Fig. 3 durch die strichpunktierten Linien 63 angedeutet ist.

Die Anzahl der nystaktischen Bewegung läßt sich gleichzeitig mit dem Mittelwert der Steilheiten in das Registrierwerk 72 einbringen, indem man einfach gleichzeitig die Ausgangsspannung des Wandlers 66 eingibt. Dazu kann man sich eines üblichen Registrierwerks mit zwei Kanälen der Bauart mit Galvanometer bedienen] dann erhält das eine der Galvanometer die an dem Eingang 70 anliegende und für den Steilheitsmittelwert repräsentative Spannung zugeführt, und das andere Galvanometer wird mit einer von dem Wandler 66 herkommenden, der Anzahl der nystaktischen Bewegungen proportionalen Spannung gespeist.

Die Anordnung nach Fig. 2 und 3 läßt sich noch weiter vervollständigen durch eine Zählschaltung, die eine Bestimmung der Anzahl der nystaktischen Bewegungen nach rechts und

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nach, links während jeder Oszillationsperiode d©s Pendelsessels ermöglicht, in dem der Patient sitzt« Dieses³ Fara·= meter ist mitunter für die korrekte Auswertung des Nystagmus von Interesse.

Eine solche Zähl schaltung kann, sehr einfaeh sein. Ein Beispiel dafür ist in Fig. 3 in gestrichelten Linien veranschaulicht· Dieses Beispiel weist anseliließend an den Ausgang der Ableitstufe ^Z eine Weiche 78 auf _g welche die Ausgangsimpulse der Ableitstufe 52 je nach, ihrem. Vorzeichen auf den einen oder den anderen -von swei KasaH·=· lan 76 und 76· lenkt, von denen jeder einesn Zähler entMUt«, ψ Daneben sind auch andere Lösungen möglichf so kann man siam Beispiel einen einzelnen Zähler verwenden, auf den ein Pufferspeieher folgt, der nach jeder Zählung für ein vorgegebenes Vorzeichen die in dem Zähler gespeicherten Ergebnisse aufnimmt und diesen für die nächste Zählung freigibt« In allen Fällen läßt sich die Anzeige digital unter Steuerung nach einem mit dem Ausdrucken des in dem Zähler enthaltenen Ergebnisses kombinierten Programm oder in analoger Form mit Hilfe eines Digital-Analog-Wandlers vornehmen, wobei die Ergebnisaufzeichnung dann nicht mehr in Form gedruckter Zahlen, sondern in Form einer graphischen Darstellung erfolgte

" Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die oben

beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen beschränkt, die lediglich als Ausführungsbeispiele für die Erfindung anzusehen sind, und es versteht sich von selbst, daß sich der Bereich der Erfindung auf alle möglichen Varianten für Teile der beschriebenen Anordnungen oder diese Anordnungen insgesamt erstreckt, die im Äquivalenzbereich verbleiben, sowie auf alle Anwendungsmöglichkeiten, die eine solche Anordnung für die Verarbeitung von physiologischen Signalen finden kann.

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Claims

Patentansprüche

\1.JVerfahren zum Messen der Flankensteilheit von elektrischen Impulsen_s die ein gegebenenfalls von einem starken Hauschen begleitetes Signal darstellt, dadurch gekennzeichnet , daß man bei Eintreffen jedes dieser Impulse einen Sägezahn mit bekannter Steilheit auslöst und zur gleichen Zeit die Amplitude d©s Impulses durch die Amplitude des Sägezahnes teilt.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Aufbereitung eines Signals aus einer Impuls folge, der en Einzelimpulse alle die gleiche Polarität aufweisen und jeweils aus einer Vorderflanke mit zu messender, im wesentlichen konstanter Steilheit und einer rasch abfallenden Rückflanke bestehen, die Impulse ableitet und bei jedem Auftreten eines von der Rückflanke erzeugten Piks einen Sägezahn auslöst.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Aufbereitung zweier Folgen aus durch impulsfreie Pausen voneinander getrennten Impulsen entgegengesetzter Polarität zur Vermeidung einer Verwechslung zwischen der Vorderflanke eines Impulses und der Rückflanke eines Impulses entgegengesetzter Polarität die Auswertung aller Impulse von vorgegebener Polarität während einer vorgebbaren die impulsfreie Pause unterschreitenden Zeitdauer nach jeder Rückflanke von entgegengesetzter Polarität unterbindet.

k. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Sägezahngenerator (3*0 zum Erzeugen von Sägezähnen mit bekannter und konstanter Steilheit, durch eine Einrichtung zum

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Auslösen des Sägezahngeraerators als Reaktion auf das scheinen eines zu untersuchenden Impulses und durch einen analogen Teiler (36), dem der zu untersuchende Impuls und der von dem Sägezahngenerator (34) erzeugte Sägszahn zugeführt werden.

5· Anordnung nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch eine mit dem Eingangssignal gespeiste Ableitstufe (i4)₉ deren Ausgang mit dem Steuereingang des Sägesahngenerators (3*0 verbunden ist und diesen bei Auftreten einer rasch abklingenden Rückflanke des Eingangsimpulses freigibt.

6. Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei unterschiedliche, jeweils auf Eingangsimpulse einer Polarität ansprechende Ableitstufen (i4 und 14'), deren Ausgänge mit dem Steuereingang des Sägezahngenerators (34) verbunden sind und diesen bei Auftreten einer rasch abklingenden Rückflanke des Eingangsimpulses freigeben.

7« Anordnung nach Anspx-uch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Ableitstufe (i4 oder 1-4·) ein© Auslösestufe (24 bzw. 24') gekoppelt ist, die der jeweils anderen Ableitstufe während einer vorgegebenen, das zwei Eingangsimpulse entgegengesetzter Polarität voneinander trennende Zeitintervall unterschreitenden Zeitdauer nach der Abgabe eines einer rasch abklingenden Rückflanke eines Eingangsimpulses entsprechenden Piks durch die erste Ableitstufe ein Sperrsignal zuführt.

8« Anordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch «eine in die zu dem analogen Teiler (36) führende Übertragungsleitung für die Eingangsimpulse ©ingeschaltete Sückstellstufe (32) für die Rückführung der Ausgangslinie der Eingangsimpulse auf Null.

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