DE2215543B2 - Device for analyzing periodic sound signals of the circuit - Google Patents
Device for analyzing periodic sound signals of the circuitInfo
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Description
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Es ist bekannt (GB-PS 802 717 und 1 082 803), Kreislaufgeräusche in zeitlicher Abhängigkeit von einem periodischen Zustand im Körper, und zwar speziell von -bestimmten Zacken des EKG, zu registrieren. Eine solche Synchronisation ist bei höherfrequenten Signalen schwerlich möglich, denn wegen der Ungleichförmigkeit periodisch aufeinanderfolgender EKG- und Schallsignalzüge besteht immer die Gefahr, daß letztere um einen gewissen Betrag gegeneinander verschoben wiedergegeben werden. Diese Verschiebung kann bei höheren Schallfrequenzen mehrere Perioden ausmachen. Aber auch wenn man eine exakte Synchronisation voraussetzt, ist damit noch nicht viel gewonnen. Die Schwierigkeit beginnt nämlich erst bei der Auswertung solcher Geräuschsignale durch den Diagnostiker, insbesondere wenn es sich um höherfrequente Signale handelt. So bezweckt dann auch z. B. die bekannte Vorrichtung gemäß GB-PS ί 082 803 lediglich die Vermittlung einer groben Information über eine eventuell krankhafte Veränderung des Herzens. Eine genaue Diagnose ist damit nicht möglich, sondern es muß sich eine Untersuchung durch einen Herzspezialisten anschließen. It is known (GB-PS 802 717 and 1 082 803), circuit noises as a function of time on a periodic state in the body, specifically on - to register certain peaks of the EKG. Such synchronization is with higher frequency signals hardly possible because of the irregularity of periodically successive EKG and sound signal trains there is always the risk that the latter shifted against each other by a certain amount be reproduced. This shift can amount to several periods at higher sound frequencies. But even if you assume an exact synchronization, that does not mean that much is gained. The difficulty only begins when the diagnostician evaluates such noise signals, especially when it comes to higher-frequency signals. So then also z. B. the known device according to GB-PS ί 082 803 only the communication of rough information about a possibly abnormal change in heart. An exact diagnosis is not possible with it, but it has to be Follow up with an examination by a cardiac specialist.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen derart weiterzubilden, daß dem Untersuchenden die Information über die Kreislaufgeräusche in einer Form zur (>5 Verfügung gestellt wird, durch die die wesentlichen interessierenden Fakten klar herausgestellt werden ur>d daher leicht ausgewertet werden können.The invention specified in claim 1 is based on the object of the known devices in such a way to provide further training that the examiner receives the information about the circulatory noises in a form for (> 5 Is provided which clearly sets out the main facts of interest ur> d can therefore be easily evaluated.
Erfindungsgemäß werden die Schalisignale also aufberritet indem sie von nicht interessierendem Ballast .SKwSS Zunächst werden durch die Modulation die wenig infotrnativen Frequenzen der Schallsignale zugunsten von deren Amplitude aus dem aufgenommenen Signal beseitigt. Der verbleibende Kurvenzug laßt sich wegen seiner einfachen Form wesentlich leichter mit einem anderen Signal synchronisierer, als eine Kurve in der die Schalifrequenzen im einzelnen enthalten sind. Nach der Demodulation erfolgt die Mittelwertbildung durch die erst ein auswertbares stehendes Bild erzeugt wird, in welchem vereinzelte Störungen und kleine Abweichungen unterdrückt sind.According to the invention, the sound signals are thus displayed by removing ballast that is of no interest .SKwSS First, by modulation the little infotrnative frequencies of the sound signals eliminated in favor of their amplitude from the recorded signal. Let the remaining curve Because of its simple shape, it is much easier to synchronize with another signal than a curve in which the sound frequencies are contained in detail. The averaging takes place after the demodulation through which an evaluable still image is generated in which isolated disturbances and small deviations are suppressed.
Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterb.Idungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen beschrieben, ,,j »Advantageous embodiments or developments of the invention are described in the subclaims, "j"
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in connection with the drawing. In the drawing shows
F i g. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung,F i g. 1 is a block diagram of a device according to the invention,
F i g 2 eine Kurve der demoduherten Tone hoher Frequenz, die durch die Turbulenz in dem Kreislaufsy stern eines Erwachsenen mit einem normalen, gesunden Herzen gemäß der Erfindung erhalten werden,Fig. 2 is a graph of the demodulated high frequency tones caused by the turbulence in the circuit sy stern of an adult with a normal, healthy heart are obtained according to the invention,
F i g 3 eine Kurve, welche derjenigen der F ι g. 2 ähnelt für eine Person mit wenigstens einem Herzanfall.FIG. 3 is a curve which corresponds to that of FIG. 2 is similar for a person with at least one heart attack.
Fi g. 4 eine Kurve, die derjenigen der F ι g. 2 ähnelt, für eine Person mit einem verzögerten systohschen Rauschen bei einer idiopathischen, hypertrophen Subaorta-Stenose, Fi g. 4 shows a curve that corresponds to that of FIG. 2 resembles for a person with delayed systemic noise in idiopathic hypertrophic subaortic stenosis,
F i g. 5 eine Kurve der demoduherten Tone hoher Frequenz, die bei einem Herzzyklus und ohne eine synchrone Mittelwertbildung über wiederholte Herzzyklen erhalten wird, .F i g. Figure 5 is a graph of the demodulated high frequency tones produced with a cardiac cycle and without a synchronous one Averaging is obtained over repeated cardiac cycles,.
F i g. 6 eine Kurve eines Tones niedriger Frequenz einer normalen Person ohne Demodulation, wobei die Kurve durch synchronisierte Mittelwertbildung erhalten wurde.F i g. 6 is a graph of a low frequency tone of a normal person without demodulation, the Curve was obtained by synchronized averaging.
Gemäß F i g. 1 liegt ein Mikrophon 11 am Korper 12 der zu untersuchenden Person nahe der Quelle des zu erfassenden Geräusches an. Beispielsweise befindet Sich das Mikrophon bei Herzstörungen auf der Brust oberhalb des Herzens. Wenn eine stenotische Arterie untersucht werden soll, wird das Mikrophon so nahe wie möglich an die verstopfte Stelle herangebracht.According to FIG. 1 there is a microphone 11 on the body 12 the person to be examined close to the source of the noise to be detected. For example, is located In the case of heart disorders, the microphone is placed on the chest above the heart. When a stenotic artery is to be examined, the microphone is brought as close as possible to the clogged area.
Der erfaßte Ton wird in einem Vorverstärker 13 verstärkt und an ein Bandpaßfilter 14 übertragen, welches lediglich Frequenzen innerhalb des ausgewählten Tonfrequenzbereiches, beispielsweise von 800 bis 1200 Hz durchläßt. Der Frequenzbereich ist veränderbar, und die Grenzen sind nicht kritisch; ausgewählte Bandbereiche innerhalb eines allgemeinen Bereiches von 200 bis 20 00 Hz scheinen am vorteilhaftesten zu sein. Die Bandbereiche können ausgewählt werden, um die beste Unterscheidung zwischen einem Krankheitszustand und einem anderen zu erhalten.The detected sound is amplified in a preamplifier 13 and transmitted to a bandpass filter 14, which only frequencies within the selected audio frequency range, for example from 800 to 1200 Hz passes. The frequency range can be changed, and the limits are not critical; selected band areas within a general range of 200 up to 20 00 Hz seem to be most beneficial. The band areas can be chosen to be the best To obtain distinction between one disease condition and another.
Das ausgewählte Band von Tonfrequenzen wird in einem Verstärker 15 verstärkt und an einem Demodulator 16 abgegeben, welcher das Tonsignal gleichrichtet und filtert, um ein Ausgangssignal abzugeben, welches proportional dem laufenden Durchschnitt der Amplitude des Tones in dem ausgewählten Frequenzband ist. Diese Hüllkurve hat die in den Kurven F i g. 2 bis 4 dargestellte Form.The selected band of audio frequencies is amplified in an amplifier 15 and on a demodulator 16 output which rectifies and filters the audio signal to give an output signal which is proportional to the running average of the amplitude of the tone in the selected frequency band. This envelope curve has that shown in curves F i g. 2 to 4 shown shape.
Die demodulierten Tonfrequenzen werden an eine übliche synchronisierte Schaltung 17 zur Mittelwertbildung von Frequenzen oder an einen entsprechendenThe demodulated audio frequencies are sent to a conventional synchronized circuit 17 for averaging of frequencies or to a corresponding one
Rechner zur Mittelwertbildung zwecks Unterdrückung von Störfrequenzen übertragen. Der Synchronisierim-{.iils für den Mittelwertbildner 17 wird von einem herkömmlichen Elektrokardiographen 18 erhalten, der mit der untersuchten Person über drei Kleb-J-EKG-Elektroden 19 verbunden ist Das an den synchron arbeitenden Mittelwertbildner 17 vom EKG-Gerät abgegebene Synchronisiersignal wird bei der ansteigenden Ranke der R-Zacke des Herzzyklus abgeleitet Jedes in dem Rechner ermittelte demodulierte Tonsignal wird mit ic der R-Zacke synchronisiert und über eine geeignete Anzahl von Herzzyklen, beispielsweise 26 oder 27 Zyklen gemittelt, so daß eine saubere Hüllkurve zur Aufzeichnung durch ein Anzeigeinstrument 21 erhalten wird.Transfer computer for averaging for the purpose of suppressing interference frequencies. The Synchronisierim - {. Iils for the averaging 17 is obtained from a conventional electrocardiograph 18 which is connected to the examined person via three adhesive J-EKG electrodes 19 the ascending tendril of the R-wave of the cardiac cycle. Each demodulated tone signal determined in the computer is synchronized with ic of the R-wave and averaged over a suitable number of cardiac cycles, for example 2 6 or 2 7 cycles, so that a clean envelope curve for recording through an indicating instrument 21 is obtained.
Es versteht sich, daß die Erfindung auch in anderer Form realisiert werden kann; beispielsweise könnten die Tonfrequenzen mit anderen periodischen Vorgängen, wie Teilen des QRS-Komplexes, die von der Anstiegsflanke der R-Zacke verschieden sind, synchronisiert werden. Im Falle nicht zyklischer Tonschwankungen können periodisch veränderliche venöse Stromgeschwindigkeiten künstlich durch mechanische Einrichtungen erzeugt werden, welche repetierend die Vene zusammenziehen. Der synchrone Mittelwertbildner würde dann mit der mechanischen Einrichtung synchronisiert. It goes without saying that the invention can also be implemented in other forms; for example could the tone frequencies with other periodic processes, such as parts of the QRS complex caused by the rising edge of the R wave are different. In the case of non-cyclical tone fluctuations periodically changing venous flow velocities can be created artificially by mechanical devices which repeatedly contract the vein. The synchronous averaging system would then be synchronized with the mechanical device.
Der synchrone Mittelwertbildner kann mit analoger oder digitaler Mittelwertbildung realisiert werden.The synchronous averaging system can be implemented with analog or digital averaging.
In F i g. 2 ist eine Kurve dargestellt, die von einer Person mit einem normalen gesunden Herzen mittels des erfindungsgemäßen Apparates erhalten wurde. Die Töne wurden mit einem Mikrophon aufgenommen, das auf der Brust direkt über dem Herzen aufgesetzt wurde. Der Beginn der Aufzeichnung auf der linken Seite ist mit der frühen Anstiegsflanke der R-Zacke des Elektrokardiogramms der Person synchronisiert, und die ganze Kurve gibt einen Herzschlagzyklus wieder. Die Kurve stellt einen durch einen Rechner ermittelten Durchschnittswert von 27 aufeinanderfolgenden Herzschlagen dar.In Fig. Figure 2 shows a graph obtained from a person with a normal healthy heart using the apparatus of the invention. The sounds were recorded with a microphone placed on the chest just above the heart. The beginning of the recording on the left is synchronized with the early rising edge of the R wave of the subject's electrocardiogram, and the entire graph represents one heartbeat cycle. The curve represents an average value of 27 consecutive heartbeats determined by a computer.
Die erste Spitze ist die Hüllkurve der von sehr kurzen Turbulenzen herrührenden Töne, welche durch das Schließen und öffnen der verschiedenen Herzklappen verursacht werden, unmittelbar bevor die Ventrikel des Herzens beginnen, Blut in die Arterien zu pumpen. Die zweite Spitze ist die Hüllkurve der von den Turbulenzen herrührenden Töne, welche durch die Herzklappen verursacht werden, wenn die Ventrikel mit dem Pumpen aufhören und mit dem Füllen beginnen.The first peak is the envelope curve of the tones resulting from very brief turbulence, which are caused by the Closing and opening of the various heart valves are caused immediately before the ventricle of the The heart begins to pump blood into the arteries. The second peak is the envelope of the turbulence sound emanating from the heart valves when the ventricles start pumping stop and start filling.
Die Töne haben eine relativ hohe Frequenz und eine kleine Amplitude; sie fallen üblicherweise in den Bereich über 400 Hz. Diese Töne werden in der Regel nicht mit einem Stethoskop wahrgenommen, da sie über dem Bereich liegen, in dem ein Stethoskop empfindlich ist. Die gut definierte Kurve ergibt sich aus der Demodulation der Töne und der wiederholten Mittelwertbildung der durch die Modulation erhaltenen Hüllkurve. The tones have a relatively high frequency and a small amplitude; they usually fall within the range over 400 Hz. These tones are usually not perceived with a stethoscope as they are Be above the area a stethoscope is sensitive to. The well-defined curve results from the Demodulation of the tones and the repeated averaging of the envelope obtained by the modulation.
Die Kurve gemäß F i g. 3 wurde unter ähnlichen Arbeitsbedingungen erhalten, wie diejenigen der F i g. 2, mit der Ausnahme, daß eine Person mit einem verzögerten systolischen Geräusch in einer idiopathischen, übermäßigen Subaorton-Stenose untersucht wurde. Der Herzmuskel war nahe des Ausströmtraktes zu stark gewachsen. Der hochfrequente Ton beginnt graduell ungefähr zu der Zeit, in welcher das Herz anfängt. Blut zu pumpen und baut sich bis zu dem lautesten Punkt auf, unmittelbar bevor die Herzkammer-Kontraktion aufhört Daher bedingt diese leichte Vereinigung im Herzen ein beträchtliches Geräusch, welches klar definiert ist und sich zu einer verzögerten Spitze während des Systole aufbaut.The curve according to FIG. 3 was obtained under similar working conditions as those of FIGS. 2, except that a subject with a delayed systolic murmur in idiopathic excessive subaortic stenosis was examined. The heart muscle had grown too much near the outflow tract. The high-pitched sound gradually begins around the time the heart begins. Blood pumping and builds up to the loudest point just before the ventricular contraction ceases. Therefore, this slight merger in the heart causes a substantial noise which is well defined and which builds up into a delayed peak during systole.
Die Kurve der F i g. 4 wurde von einer Person erhalten, welche wenigstens eine koronare Verstopfung hatte. Die Hüllkurve der Töne während des Schließens der Mitral- und Aortaklappen ist sichtbar, obwohl diese beiden Spitzen nicht so ausgeprägt sind wie diejenigen der F i g. 2. Zusätzlich erscheinen zwei kleinere Spitzen zwischen den beiden Klappentönen. Diese beiden Turbulenzgeräusche wurden sehr wahrscheinlich durch die in den Herzarterien zurückgebliebene Beschädigung verursachtThe curve of FIG. 4 was obtained from a person who had at least one coronary obstruction. The envelope of the tones during the closing of the mitral and aortic valves is visible, although this both peaks are not as pronounced as those in FIG. 2. In addition, two smaller peaks appear between the two flap tones. These two turbulence noises were very likely caused by the causes damage left in the cardiac arteries
An Hand dieser Kurven ist aufgezeigt, wie das erfindungsgemäße Gerät vorteilhaft zur Diagnose verschiedener Arten von Herzkrankheiten dienen kann. Diese Störungen der Herzfunktion können während Routineuntersuchungen festgestellt werden, bevor eine ernsthafte Schädigung erfolgt.These curves show how the inventive Device can be used advantageously for diagnosing various types of heart disease. These Disturbances in heart function can be detected during routine exams before a serious damage ensued.
Der Vorteil der synchronisierten Schaltung zur Mittelwertbildung über eine relativ große Anzahl von Perioden hinweg, geht aus F i g. 5 hervor. F i g. 5 zeigt die demodulierten Geräuschfrequenzen zwischen 800 und 1200 Hz einer Person während einer einzigen Herzperiode. Obgleich ein relativ kräftiges Signal beim Beginn der Meßvorgänge auftritt, sind keine Spitzenwerte klar ausgeprägt und es ist auf Grund des unübersichtlichen Kurvenverlaufs sehr wenig nutzvolle Information von der An enthalten, welche bei einer Mittelwertbildung aus vielen Einzelereignissen gewonnen wird. In der Tat hat die Person ein Geräusch, welches eine Geräuschspitze zwischen den Mitral- und Aortaklappenspitzen erzeugt und welches klar wurde, wenn 27 Vorgänge synchron ausgemittelt werden.The advantage of the synchronized circuit for averaging over a relatively large number of periods is evident from FIG. 5 emerges. F i g. Figure 5 shows the demodulated noise frequencies between 800 and 1200 Hz of a person during a single cardiac period. Although a relatively strong signal occurs at the beginning of the measurement process, no peak values are clearly pronounced and, due to the confusing course of the curve, there is very little useful information of the type obtained from averaging many individual events. Indeed, the person has a sound which creates a peak of noise between the mitral and aortic valve tips and which became clear when 2 7 events were averaged out synchronously.
Es ist schließlich nicht erforderlich, daß eine reguläre periodische Herzgeschwindigkeit vorherrscht, da das Meßgeräusch mit der R-Zacke synchronisiert ist, welche ihrerseits in irregulären Zeitabständen auftreten kann.After all, it is not necessary that a regular periodic heart rate prevail, since that Measurement noise is synchronized with the R wave, which in turn occur at irregular time intervals can.
Die Erfindung ist sehr nützlich bei der Diagnose von Fehlern in der Herzscheidewand, in den Kranzarterien, bei künstlichen Klappen, bei der Stenose und dem Zurückschlagen der Klappen, der Stenose herzferner Blutgefäße, einschließlich der Venen, und bei Arterienerweiterungen und Nebenschlüssen. Auch können bei Verwendung von Manschetten unü teilweisen Abklemmungen Blutdrücke gemessen werden und es kann eine schnelle Diagnose von Herzmuskelinfarkten vorgenommen werden, indem die Tonresonanzen beobachtet werden. Auch ist eine quantitative Messung der Blutgeschwindigkeit und der räumlichen Ausdehnungen biologischer Gebilde möglich und Phonokardiogramme können besser dargestellt werden.The invention is very useful in diagnosing defects in the cardiac septum, coronary arteries, in artificial valves, in the stenosis and the recoil of the valves, the stenosis further away from the heart Blood vessels, including veins, and in artery widening and bypassing. Also can when using cuffs and partial clamps, blood pressures can be measured and it can A quick diagnosis of myocardial infarction can be made by observing the sound resonances will. There is also a quantitative measurement of blood velocity and spatial dimensions biological structures possible and phonocardiograms can be displayed better.
In einigen Fällen werden die Tonsignale in dem synchronisierten Mittelwertbildner ohne Demodulation erhalten, wobei der Demodulator 16 fortgelassen wird, um nützliche Information über die niederfrequenten Töne selbst unterhalb des hörbaren Frequenzbereiches zu erhalten. Eine Kurve dieser Art von einer gesunden Person ist in F i g. 6 dargestellt.In some cases the audio signals are synchronized in the Averaging unit obtained without demodulation, the demodulator 16 being omitted, for useful information about the low frequency sounds even below the audible frequency range to obtain. A curve of this kind from a healthy person is shown in FIG. 6 shown.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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