DK145114B - Hjertefrekvensmaaleapparat - Google Patents

Description

14511A

i o

Opfindelsen angår et hjertefrekvensmåleapparat af den i krav l's indledning angivne art. På dette område giver den nøjagtige måling af hjertefrekvensen mange problemer, da forstyrrelsessignaler, der f.eks. kan bestå af flerdelte sig-5 naler pr. hjerteslag eller støjforårsagede signaler, af måle- anlægget urigtigt kan betragtes som nyttesignaler, dvs. signaler, der hver især svarer til et hjerteslag. Ved mange anvendelser, f.eks. ved detektering og analyse af et fosters hjertefrekvens, frembringes der ofte støjsignaler ved ændring af 10 fosterets stilling eller ved moderens bevægelser.

Derved kan der ofte frembringes to eller endog tre signaler for hvert af fosterets hjerteslag. Dette forekommer frem for alt ved anvendelse af ultralyd som undersøgelsesmiddel til overvågning af hjertefrekvensén, da de udsendte ultra-15 lydbølger ikke blot reflekteres af den bevægede hjertevæg, men også af hjerteklapperne og andre bevægede flader i fosterets omgivelser.

Følgen af en af støjsignaler forfalsket hjertefrekvensmåling er en urigtig diagnose. Derved kan man i mange 20 tilfælde unødigt træffe vigtige foranstaltninger, medens be hovet for livsvigtige foranstaltninger i andre tilfælde ikke kan erkendes.

Et kendt hjertefrekvensmåleapparat, således som omtalt i en artikel af J.B.Cornwall og F.G.Tattam "An Instru-25 ment for Recording the Fetal Pulse Rate" i IEEE Transactions on Bio-Medical Engineering, Januar/April 1964, arbejder på følgende måde:

Tidsintervallerne mellem på hinanden følgende målesignaler fra undersøgelsesenheden omdannes til udlæsesigna-30 ler. I hvert tidsinterval mellem på hinanden følgende målesignaler dannes differensen mellem de udlæsesignaler, der svarer til det sidste henholdsvis det næst-sidste tidsinterval. Det udlæsesignal, der svarer til det til enhver tid sidste tidsinterval, anvendes kun som nyttesignal, dersom 35 forskellen mellem de på hinanden følgende udlæsesignaler er

2 U51U

o mindre end en forud bestemt værdi. I så fald afledes hjertefrekvensens øjebliksværdi fra nyttesignalet og lagres og optegnes. Dersom den dannede differens er større end den forud bestemte værdi, bliver der i et tidsrum med forud bestemt varig-5 hed ikke taget hensyn til de udlæsesignaler, der svarer til de til enhver tid sidste tidsintervaller, med henblik på at konstatere hjertefrekvensen. Under dette tidsrum optegnes det til enhver tid sidst oplagrede nyttesignal som hjertefrekvens .

10 I dette kendte hjertefrekvensmåleapparat, vil efter konstateringen af et forstyrrelsessignal - som i det omtalte eksempel erkendes som sådant ved sammenligning af det forudgående af to hjerteslag dannede udlæsesignal - det sidst tilvejebragte nyttesignal under et tidsrum af forud bestemt varig-15 hed blive optegnet som hjertefrekvens. Som følge heraf vil den information, der svarer til det ubestemte antal nyttesignaler, som optræder i det nævnte tidsrum, gå tabt, hvad der medfører . en forringelse af hjertefrekvensmålingens nøjagtighed.

Det er derfor opfindelsens formål at tilvejebringe et 20 hjertefrekvensmåleapparat, ved hvilket de ovenfor nævnte mang ler kan afhjælpes således, at hjertefrekvensen kan måles med forøget nøjagtighed.

Det angivne formål opnås ved et hjertefrekvensmåleapparat, som ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved den i krav 25 l's kendetegnende del angivne udformning og indretning. Ved denne udformning og indretning opnås, at der sker en sammenligning på grundlag af tre på hinanden følgende signaler - til forskel fra kun to ved den tidligere teknik - på en sådan måde, at apparatets evne til at skelne mellem ægte og falske signaler 30 er væsentligt forbedret.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et blokdiagram for et overvågningsapparat ifølge opfindelsen, 35

5 14511A

o fig. 2 kurveforløbet for en spænding, der frembringes i enheden 23 i fig. 1, fig. 3 et koblingsdiagram for enhederne henholdsvis 32 og 33 i fig. 1, og 5 fig. 4 en række typiske signalforløb i nogle punkter af det i fig. 1 viste apparat.

Som vist i fig. 1 bestråler en til en generator 12 sluttet ultralydgiver 11 et foster 13, der befinder sig i moderens underliv. Ultralydbestrålingen kan ske ved hjælp af 10 kontinuerlige pulserende bølger. Selv om der i dette eksempel anvendes et ultralydundersøgelsesapparat, vil det af den efterfølgende beskrivelse fremgå for fagmanden, at opfindelsen også kan anvendes i forbindelse med akustiske eller elektriske apparater til undersøgelse af hjerteaktiviteten. En ultralyd-15 optager 14 afgiver elektriske signaler, der svarer til de fra fosteret 13 reflekterede ultralydbølger. Et blandertrin 15 er forbundet med ultralydoptageren 14 og generatoren 12. I blandertrinet 15 blandes de af ultralydoptageren 14 og af generatoren 12 afgivne signaler, så at dets udgang afgiver et signal med 20 Dopplerfrekvensen.

Som allerede nævnt har blandertrinet 15's udgangssignal lige som de signaler, der frembringes ved akustiske eller elektriske fremgangsmåder til undersøgelse af hjerteaktiviteten, en kompleks bølgeform, hvis frekvensspektrum indeholder et an-25 tal komposanter. Blandertrinet 15's udgangssignal bearbejdes i en normeringsenhed 16, der indeholder et båndpasfilter 17 og en bølgeformer 17'. Båndpasfilteret 17's gennemgangsområde ligger f.éks, mellem 100 og 400 Hz. Bølgefanneren 17' afgiver impulsnor-merede varigheder, f.eks. 180 ms, hvad der svarer til en hjerte-30 frekvens på ca. 5 1/2 hjerteslag/sekund. Båndpasfilterets ud gangssignal kan ved hjælp af en tonefrekvensforstærker overføres til en hovedtelefon eller til et registreringsapparat. Normeringsenheden 16 er forbundet med fire efter hinanden koblede monostabile multivibratorer 18, 19, 21 og 22. Af hvert 35 udgangssignal fra normeringsenheden trigges efter hinanden mul- tivibratorerne 18, 19, 21 hver især for et tidsrum på 5 ms og multivibratoren 22 for et tidsrum på 44,68 ms.

o 4 145114

En. med den monostabile multivibrator 22 forbundet funktionsgenerator 23 frembringer ved hjælp af en eksponentiel RC-spændingsafladning et tilnærmelsesvis hyperbolsk spændingsforløb, ved hvilket spændingen som vist i fig. 2, 5 på et sekund aftager fra en maksimalamplitude på 6 V til en værdi på f.eks. 0,6 V. Opladningen af kapaciteten i funktionsgeneratoren begynder ved modtagelsen af den forreste flanke af en af den monostabile multivibrator 22 frembragt impuls. Spændingen på kapaciteten holdes konstant på 6 V ind-10 til begyndelsen af sin afladning ved modtagelse af den bage ste flanke af den samme impuls. Funktionsgeneratoren 23 er udtænkt således, at hvert punkt, der ligger på den af denne frembragte hyperbolske spændingsforløbskurve, svarer til en bestemt hjertefrekvensværdi, der kan aflæses ved hvert hjertets slag^ En lignende funktion kan også udføres under anvendelse af en digital tæller. Ved modtagelsen af den forreste flanke af den næste impuls, der afgives af den monostabile multivibrator 22, repræsenterer den spænding over kapaciteten, som det eksponentielt affaldende spændingsforløb har ført til, en 20 hjertefrekvens, der bestemmes af tiden mellem to på hinanden følgende forflanker af de i den monostabile multivibrator 22 frembragte impulser.

Funktionsgeneratoren 23 er over afbrydere 24', 25' og 26' forbundet med tre efter hinanden koblede øjebliksvær-25 dilagre 24, 25 og 26. Øjebliksværdilageret 24 er også forbun det med en komparator 40 og over afbrydere 27', 28' og 29' forbundet med tre efter hinanden koblede øjebliksværdilagre 27, 28 og 29. Alle tre øjebliksværdilagre 27, 28 og 29 er over adskilte modstande forbundet med en udgangsenhed 31, der 30 er indrettet til dannelse og afgivelse af middelværdien af de i øjebliksværdilagrene 27, 28 og 29 lagrede signaler.

Øjebliksværdilagrene 24 og 25 er endvidere forbundet med en komparator 32. Øjebliksværdilagrene 25 og 26 er for deres vedkommende forbundet med en komparator 33. Kompa-35 ratorerne 32 og 33 tjener til udlæsning af de modtagne sig naler, idet de afgiver et udgangssignal, når forskelln mellem 1451 1å o 5 deres indgangsspænding er større end en på forhånd givet tilladelig grænseværdi. Fig. 3 viser et eksempel på koblingen af en sådan komparator, hvor det ønskede udlæsningskriterium kan indstilles ved hjælp af indstillelige mod-5 stande 34 og 35. Spændingen på indgangene 36 og 37 til den ne kobling, her kaldet henholdsvis V36 og V37, kan f.eks. afgives af øjebliksværdilagrene henholdsvis 24 og 25. Disse indgangsspændinger lægges over modstandene 34 og 35 på en operationsforstærker 38's indgange. Er forskellen mellem 10 indgangsspændingerne V36 og V37 større end en på forhånd givet tilladelig grænseværdi -dV, optræder en udgangsspænding fra forstærkeren 38 over en belastningsmodstand 41. Er spændingen V36 større end V37 + ^V, leder transistoren 39, medens transistoren 42 leder, hvis V36 er større 15 end V37 - Δν. I det foreliggende eksempel kan der f.eks. an vendes en grænseværdi - Δν, der svarer til en forskel på *Ή - 20 hjerteslag pr. minut mellem to efter hinanden affølte hj ertefrekvensværdier.

Af fig. 1 ses det, at de to komparatorer 32 og 33 20 er forbundet med en IKKE ELLER-port 43, der spærres af ud gangssignalet fra en eller begge komparatorer. IKKE ELLER--porten 43 er forbundet med en portkobling 44, der også er forbundet med den monostabile multivibrator 22 således, at portkoblingen 44 kun slipper dens udgangssignal igennem i 25 fravær af et udgangssignal fra IKKE ELLER-porten 43, dvs., når komparatorerne 32 og 33 ikke giver noget udgangssignal. Udgangssignalet fra portkoblingen 44 styrer arbejdsaf-bryderen 27' ved indgangen til øjebliksværdilageret 27.

Den tredje komparator 40, der er forbundet med øje-30 bliksværdilagrene 24 og 25, er også koblet til IKKE ELLER- -porten 43 for at spærre denne, når spændingsforskellen mellem komparatorens indgange er mindre end en på forhånd givet grænseværdi. Som ved komparatorerne 32, 33 kan denne på forhånd givne grænseværdi svare til en forskel på - 20 35 hjerteslag pr. minut mellem to efter hinanden affølte hjer- 6 145114 o tefrekvensværdier. Spærringen af IKKE ELLER-porten 43 kan ske ved en jording af dens udgang ved hjælp af en af kom-paratoren 40 styret arbejdskontakt 40'.

Afbryderne 28' og 29' styres af udgangssignalerne 5 fra de monostabile multivibratorer henholdsvis 19 og 18.

IKKE ELLER-porten 43 er også koblet til en hvileafbryder 45, der i hviletilstand jorder en vekselstrømskilde, f.eks. en over en modstand 46 lagt netspænding. Åbnes afbryderen 45 imidlertid, føres vekselspændingen over en kapacitet 47 10 og over udgangsenheden 31 til en registreringsenhed eller lignende visningsenhed.

Som vist i fig. 1 og 4 bearbejder normeringsenheden 16 de af blandertrinet afgivne signaler således, at der ved dens udgang agives impulser af normeret varighed, f.eks.

15 180 ms, som vist i fig. 4-a. Den forreste flanke af disse impulser trigger den monostabile multivibrator 18, der derved som vist i fig. 4-b afgiver en 5 ms impuls, hvis bageste flanke som vist i fig. 4-c på udgangen fra den monostabile multivibrator 19 frembringer en anden 5 ms impuls, hvis bage-20 ste flanke som vist i fig. 4-d frembringer en tredje 5 ms impuls på udgangen fra den monostabile multivibrator 21.

Den bageste flanke af den på udgangen af den monostabile multivibrator 21 afgivne 5 ms impuls trigger den monostabile multivibrator 22, der derved afgiver en 44,68 ms impuls, 25 hvis forreste flanke bestemmer begyndelsen af opladningen af kapaciteten i funktionsgeneratoren 23 til 6V, hvorefter denne spænding holdes på denne værdi, medens impulsen på 44,68 ms varer. Den bageste flanke af den af den monostabile multivibrator 22 afgivne impuls bestemmer begyndelsen 30 af afladningen af funktionsgeneratoren 23's kapacitet, der derpå aflades efter den i fig. 2 viste hyperbolske spændingsforløbskurve.

På denne måde forårsager hver af de af normeringsenheden 16 afgivne impulser, der angiveligt svarer til et 35 hjerteslag, afgivelsen af en impuls, der foranlediger op- 7 1451 14 o ladningen af funktionsgeneratorens kapacitet, gennem den monostabile multivibrator 22. I løbet af 5 ms, umiddelbart før den monostabile multivibrator 22 atter trigges, lukker den monostabile multivibrator 21 Imidlertid afbryderen 24', 5 hvorved funktionsgeneratoren 23 afgiver et signal til øje bliksværdilageret 24. Dette signal er en spænding, hvis værdi er proportional med den hjertefrekvensværdi, der bestemmes af mellemrummet mellem to efter hinanden følgende impulser fra normeringsenheden 16. På lignende måde sluttes 10 afbryderne henholdsvis 26' og 25' ved de monostabile multi- vibratorer 18's og 19's trigning forbigående efter hinanden således, at øjebliksværdilagrene 26 og 25 kan modtage de i øjebliksværdilagrene henholdsvis 25 og 24 lagrede signaler. De i øjebliksværdilagrene 24 og 25 eksisterende signaler sam-15 menlignes i komparatoren 32. På samme måde bliver de i øje bliksværdilagrene 26 og 25 eksisterende signaler sammenlignet i komparatoren 33. Når spændingsforskellen ved indgangene til hver af komparatorerne 32, 33 og 40 ikke overskrider den på forhånd givne grænseværdi -Δν, giver de tre kompa-20 ratorer intet udgangssignal til IKKE ELLER-porten 43, se fig. 4-f. IKKE ELLER-porten 43's udgang forbliver således i en tilstand, ved hvilken portkoblingen 44 lader den af den monostabile multivibrator 22 afgivne impuls passere, for at styre lukningen af afbryderen 27'. Når spændingsforskel-25 len ved indgangen til komparatoren 40 ikke overskrider den på forhånd givne tilladelige grænseværdi, jordes forbindelsen mellem IKKE ELLER-porten 43 og portkoblingen 44, hvorved lukningen af afbryderen 27' og overføring af den sidste impuls fra den monostabile multivibrator 22 sikres uafhæng-30 igt af udgangssignalerne fra komparatorerne 32 og 33. Ved .

lukningen af afbryderen 27' overføres signalet fra øjebliksværdilageret 24 til øjebliksværdilageret 27. Under den næste cyklus overføres signalet efter trigning af den monostabile multivibrator 19 fra øjebliksværdilageret 27 til 35 8 145114 o øjebliksværdilageret 28. Under den næste cyklus igen overføres signalet fra øjebliksværdilage-ret 28 efter trigning af den monostabile multivibrator 18 på lignende måde til øjebliksværdilageret 29. De 5 i øjebliksværdilagrene 27, 28 og 29 lagrede signaler fø res over disses udgangsmodstande til en udgangsenhed 31, hvori de tre signalers middelværdi dannes. Visningen af den opnåede middelværdi kan f.eks. ske ved hjælp af en arkskriver eller et digital- eller analogvoltmeter.

10 Mr f.eks. spændingsdifferensen ved indgangen til komparatoren 32 for en af den monostabile multivibrator 22 afgiven impuls overskrider den på forhånd givne tilladelige grænseværdi -Δν, spærrer dette udgangssignal, der er vist i fig. 4-g, IKKE ELLER-porten 43, hvis udgangssignal er 15 vist i fig. 4-h. Derved sker det, at portkoblingen 44 hin drer styringen af afbryderen 27' ved hjælp af den af mul-tivibratoren 22 afgivne impuls. Afbryderen 27' forbliver således åben, og signalet fra øjebliksværdilageret 24 kan ikke overføres, da kanparatoren 32's udgangssignal angiver lagring af 20 et muligvis ugyldigt signal i øjebliksværdilageret 24. Ved denne afbrydelse af dataoverføringen til øjebliksværdilageret 27 ved forekomsten af et ugyldigt signal, bliver den sidste gyldige hjertefrekvensværdi i øjebliksværdilageret 27 bibeholdt i dette og overført til det næste øje-25 bliksværdilager 28.

For at angive den kendsgerning, at det nyligt indløbne signal ikke har opfyldt det på forhånd givne udlæsningskriterium, og at hjertefrekvensens middelværdi følgelig er tilvejebragt ved hjælp af kun to i stedet for tre 30 efter hinanden affølte hjertefrekvensværdier, bevirker spær ringen af IKKE ELLER-porten 43 også åbning af hvilekontakten 45. Derved bliver spændingen af den over modstanden 46 sluttede vekselstrømskilde, der normalt er jordet, over kondensatoren 47 lagt på indgangen til udgangsenheden 31. Den 35 yderligere anordning muliggør overføring af en del af vek- 145114 9 o selspændingen til udgangsenhedens udgang, hvorved skrivervisningen påvirkes for at synliggøre forekomsten af et ugyldigt signal. Derved vises de forudgående hjertefrekvensværdier for iagttageren, hvorhos der sker en angi-5 velse af, at det sidst indgående signal ikke har opfyldt udlæsningskriteriet, og at der foreligger en vanskelighed.

Det fremgår af ovenstående beskrivelse, at kompa-ratorerne 32, 33 foruden komparatoren 40 kræver mindst tre efter hinanden følgende signaler inden for det ovenfor nævnte 10 udlæsningskriteriums tolerance, før et indgangssignal kan overføres til øjebliksværdilageret 27. Selv om en sådan opbygning giver temmelig pålidelige resultater, er det fordelagtigt at anvende en yderligere komparator 40, der sammenligner det nyeste indgående signal i øjebliksværdilageret 15 24 med det sidste gyldige signal i øjebliksværdilageret 27.

Når spændingsdifferensen ved indgangen til komparatoren 40 ved denne sammenligning overskrider den på forhånd givne grænseværdi, tillades dannelsen af IKKE ELLER-porten 43's udgangssignal på sædvanlig måde, dvs., når den på forhånd 20 givne grænseværdi for spændingsforskellen overskrides på indgangene til den ene eller begge komparatorerne 32, 33.

IKKE ELLER-porten 431 s således dannede signal spærrer portkoblingen 44 og hindrer derved overføring af den nyeste information til øjebliksværdilageret 27, og bevirker an-25 givelse af modtagelsen af ugyldige signaler ved hjælp af en skriver og/eller et akustisk eller optisk alarmapparat.

Når derimod sammenligningen i komparatoren 40 viser opfyldelse af udlæsningskriteriet, dvs., at forskellen mellem den nyeste information i øjebliksværdilageret 24 og den 30 sidste gyldige information i øjebliksværdilageret 27 lig ger inden for den på forhånd givne tolerance, spærres IKKE ELLER-porten 43's funktion, så at informationen i øjebliksværdilageret 24, uafhængigt af om udlæsningskriteriet i komparatorerne 32, 33 opfyldes eller ej, kan overføres til 35 øjebliksværdilageret 27.

10 145114 o

Fordelen ved inddragelsen af en komparator 40 ligger altså i, at den muliggør den direkte overføring af den nyeste gyldige information til øjebliksværdilageret 27.

I modsat fald finder denne overføring først sted, når den 5 ugyldige information har forladt øjebliksværdilagrene 25 og 26, hvad der kræver i det mindste en periode, der strækker sig over tre hjerteslag. Den yderligere komparator 40 gør det endvidere muligt at formindske antallet af visninger, der angiver modtagelsen af et ugyldigt signal.

Claims (2)

1. Hjertefrekvensmåleapparat af den art, der omfatter a) et føleorgan (14) til at frembringe første elektriske sig- 5 naler indeholdende ægte information svarende til hjertets slagaktivitet samt falsk information, hvilke første elektriske signaler omfatter signal-impulser svarende til de enkelte hjerteslag, samt andre elektriske signaler svarende til tidsintervallerne mellem signal-impulserne, 10 b) register-organer (24, 25, 26) til oplagring af de andre elektriske signaler, c) skelne-organer (32, 33), der er forbundet med føleorganet (14) og indrettet til at skelne mellem ægte information og falske signaler ved at sammenligne de andre elektriske sig- 15 naler svarende til på hinanden følgende intervaller mellem hjerteslagene i overensstemmelse med et forud bestemt kriterium, samt d) en af skelne-organerne (32, 33) styret portkreds (44), der er indrettet til at lade de andre elektriske signaler inde- 20 holdende ægte information passere til en udgangsenhed (31) og til at forhindre de andre elektriske signaler indeholdende falsk information i at nå hen til udgangsenheden (31), kendetegnet ved, e) at register-organerne (24, 25, 26) og skelne-organerne 25 (32, 33) er således indrettet, at i hver målefase sammen lignes tre på hinanden følgende af de nævnte andre elektriske signaler parvis med hinanden, og f) at portkredsen (44) er indrettet til at frembringe et udgangssignal, når begge forskelle mellem de sammenlignede 30 signaler er mindre end en forud bestemt værdi.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved yderligere skelne-organer (40), der er indrettet til som et yderligere kriterium under hver målefase at sammenligne det tredje af de på hinanden følgende signaler, som tilføres de 35 første skelne-organer (32, 33), med det pågældende sidste af