DE2920965A1

DE2920965A1 - Herzueberwachungsgeraet

Info

Publication number: DE2920965A1
Application number: DE19792920965
Authority: DE
Inventors: Rolf Wilhelm Linden
Original assignee: Medtronic Inc
Current assignee: Medtronic Inc
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1979-05-23
Publication date: 1979-11-29
Also published as: GB2022839A; JPS54154181A; DE2920965C2; GB2022839B; FR2426446B1; FR2426446A1; CA1118843A; GB2090983A; GB2090983B; AU521201B2; AU4708179A; US4221223A

Description

Medtronic, Inc.

3055 Old Highway Eight, Minneapolis, Minn.55440 V.St.A.

HerzUberwachungsgerät

Die Erfindung betrifft ein tragbares HerzUberwachungsgerät und insbesondere eine Gerät, das vom Benutzer nach Art einer Armbanduhr am Handgelenk getragen werden kann. Dabei bildet die Rückseite des Gerätegehäuses eine Eingangselektrode, während eine von dem Gehäuse isolierte Elektrode an der Frontseite des Gerätes als zweite Elektrode dient, so daß ein EKG-Signal in Form einer Ableitung I erfaßt werden kann.

Es gibt eine Reihe von Geräten, die am Handgelenk des Benutzers getragen werden können und die die Herzschlagrate oder Pulszahl überwachen. Diese Geräte lassen sich in zwei Gruppen unterteilen. Bei der einen Gruppe wird die Pulszahl des Benutzers durch einen akustischen, optischen oder druckempfindlichen Wandler Überwacht. Im Falle der anderen Gruppe ist das Gerät an Hautelektroden angeschlossen, die am Körper ,des Benutzers

909848/0847

2920985

angebracht sind. Zur Bestimmung der Herzschlagrate wird das EKG-Signal überwacht. Die Erfindung befaßt sich mit Geräten der zuletzt genannten Art, d.h. Geräten, welche das EKG-Signal Überwachen und anhand dieses Signals die Herzschlagrate bestimmen.

Bei Geräten zur EKG-SignalUberwachung bestand immer das Problem, daß Drähte vorgesehen sein müssen, die von dem Gerät zu Elektroden reichen, die an einer zweckentsprechenden Stelle, im allgemeinen der Brust des Benutzers, angebracht sind, um das EKG-Signal abzuleiten. Diese Drähte und Elektroden stellen eine Hauptursache für Funktionsstörungen der Geräte dar. Mit den Drahtelektroden verbundene Probleme bestehen darin, daß sich die Elektroden verlagern, daß das zum Anbringen der Elektroden verwendete leitende Gelee austrocknet, wodurch dem Überwachungsgerät unzureichende oder extrem verrauschte Signale zugeführt werden, oder daß die Drähte selbst brechen. Ein Gerät, bei dem keine Drähte erforderlich sind, ist aus der DE-OS 27 36 751 bekannt. Es sind dort zwei Ausführungsformen gezeigt. Die erste Ausführungsform sieht für jedes der beiden Handgelenke des Benutzers ein Armband vor, beispielsweise ein handelsüblich verfügbares Expansionsband, wie es in Verbindung mit einer gewöhnlichen Armbanduhr verwendet wird. Wenn die Herzrate bestimmt werden soll, bringt der Benutzer die Bänder nur zusammen, um ein zwischen den beiden Armen erfaßtes EKG-Signal abzuleiten, d.h. ein EKG-Signal in der Form

909848/0847

einer Ableitung I. Bei der zweiten Ausführungsform faßt der Benutzer nur zwei Elektroden an den Seiten des Gehäuses. Diese Seitenelektroden sind gegenüber dem Band oder Gehäuse isoliert. Die beiden Seitenelektroden nehmen auf diese Weise, wenn über die Finger Druck aufgebracht wird, eine Ableitung I auf. Bei einem gewissen Prozentsatz der vorgesehenen Benutzer ergaben sich mit der vorstehend erläuterten Vorrichtung Probleme beim Ableiten der Signale wegen mangelhafter Signalaufnahme über die dort beschriebenen metallischen Aufnahmeelektroden. Außerdem ist die Anordnung der Seitenelektroden unpraktisch; es wäre günstiger, Elektroden auf der Stirnseite des Überwachungsgerätes vorzusehen.

Es ist auch bereits eine Herzsignalerfassungselektrode bekannt, die einen kapazitiven Eingang zur Aufnahme der elektrischen Hautsignale vorsieht. Solche kapazitiven Elektroden weisen ein metallisches Material auf, auf dem ein dielektrisches Material angeordnet ist; sie können mit~xfem Körper in physikalischen Kontakt gebracht werden. Bei einer solchen Anordnung wirkt der Körper als eine Kondensatorplatte, während der metallische Werkstoff die zweite Platte eines Kondensators bildet. Das EKG-Signal auf der Haut wird auf diese Weise auf den metallischen Werkstoff übertragen, von wo aus er leicht den elektrischen Schaltungsanordnungen zugeführt werden kann. Eine derartige Elektrode ist im einzelnen in dem Buch "Biomedical Electrode Technology Theory and Practice" herausge-

909848/0847

geben von Harry A. Miller und Donald C. Harrison, Academic Press, Inc., 1974 und insbesondere im Abschnitt 1 "Material Sciences", Chairman Allan Pinkerson, M.D. erläutert. Die in dieser Literaturstelle beschriebenen Elektroden sind zur dauerhaften Anbringung am Körper bestimmt, d.h., es handelt sich um Elektroden, wie sie im allgemeinen in Verbindung mit EKG-Maschinen und mit bekannten tragbaren EKG-Ratenüberwachungsgeräten von Armbanduhrgröße eingesetzt werden.

Andere Probleme, die bei bekannten Herzratenüberwachungsgeräten von Armbanduhrgröße auftreten, sind mit der der Verarbeitung der erfaßten Herzsignale dienenden Schaltungsanordnung verbunden. Typisch für Schaltungen solcher Geräte ist die aus der DE-OS 27 36 751 bekannte Schaltungsauslegung. Dabei wird die Anzahl der Impulse innerhalb eines definierten Zeitintervalls, beispielsweise 6 s, gezählt. Dann wird das Zehnfache des während des 6 s-Intervalls erreichten Zählwertes angezeigt, so daß der angezeigte Wert die Schläge pro min wiedergibt. Diese Art der Anzeige ist nur bis zur Zehnerstelle genau. Bei einem Benutzer mit einer Herzschlagrate von 77 Schlägen pro min kann daher ein Wert von 70 oder 80 angezeigt werden. Bei dieser Art von Schaltungsauslegung ist es ferner schwierig, eine zuvor vorhandene mittlere Rate mit neuen Daten ständig auf den neuesten Stand zu bringen, so daß eine mittlere Rate während einer Zeitperiode statt die Anzahl von Schlägen während eines Zeitintervalls von 6 s angezeigt wird.

909848/0847

/14

Ein weiteres Merkmal, das bei bekannten Anordnungen fehlt, ist eine Schaltungsstufe zum selbsttätigen Ausschalten des Ratenüberwachungsgerätes, wenn während einer gewissen Zeitspanne keine Schläge erfaßt werden. Typischerweise muß der Monitor durch Drücken eines Schalters von Hand abgeschaltet werden. In vielen Fällen kann der Benutzer vergessen, den Schalter zum Abschalten des Gerätes zu betätigen. Das Gerät entnimmt daher der es speisenden Batterie weiterhin Strom. Dies bewirkt, daß die Batterie vorzeitig entladen wird. Das Gerät fällt aus, "bis eine neue Batterie eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung für ein Herzratenüberwachungsgerät mit einer Einrichtung zum Erfassen eines für einen Herzschlag kennzeichnenden Signals in Abhängigkeit von einem angelegten EKG-Signal und einer Einrichtung geschaffen, die in Abhängigkeit von der Rate der erfaßten Signale eine mit dieser Rate verknüpfte Spannung liefert. Des weiteren ist eine Integrationseinrichtung vorhanden, die die Spannung integriert und erste und zweite Steuersignale abgibt, wenn das integrierte Signal über einen ersten bzw. einen zweiten Wert ansteigt. Ferner ist eine Zähleinrichtung vorhanden, die von dem ersten Signal zurückgestellt wird, um von einem Anfangswert aus zu zählen und ein für die Herzrate kennzeichnendes Signal in Abhängigkeit von dem anstehenden Zählwert beim Auftreten des zweiten Signals zu liefern.

909848/0847

Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Ratenmonitor entsprechend der

Erfindung,

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung

der verschiedenen Komponenten des Gerätes nach Fig. 1 mit Ausnahme des Armbands,

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung

von bestimmten Komponenten der Anordnung nach Fig. 2, gesehen von der anderen Seite,

Fign. 4A, 4B im Querschnitt drei unterschiedli-

und 4C

ehe Ausführungsformen von Aufnahmeelektroden entlang der Linie 4-4 der Fig. 2, und

Fig. 5 ein schematisches elektrisches

Schaltbild des Ratenmonitors.

909848/0847

Fig. 1 zeigt einen am Handgelenk zu tragenden Pulszahl- oder Ratenmonitor 10 mit einem Gehäuse 12, das aus einem leitenden Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen kann. In das Gehäuse ist eine Frontplatte 14 eingesetzt, die beispielsweise aus Mineralglas gefertigt sein kann, das auf seiner Rückseite im Siebdruckverfahren eingefärbt ist. In die Frontplatte 14 ist eine Elektrode Io eingefügt, die im folgenden anhand der Fign. 4A, 4B und 4C näher erläutert wird. Außerdem befindet sich auf der Frontplatte 14 eine durchsichtige Öffnung für eine Anzeige 18, beispielsweise eine handelsübliche Flüssigkristallanzeige oder eine Leuchtdiodenanzeige. Das Gehäuse 12 nimmt ferner einen Ein-Aus-Schalter 20 auf, der gedrückt werden muß und durch Federkraft zurückgestellt wird, wenn der Monitor 10 eingeschaltet werden soll. Zu dem Pulszahlmonitor 10 gehört schließlich ein konventionelles Expansionsarmband 22, das ähnlich wie bei einer konventionellen Armbanduhr ausgebildet und angebracht ist. Das Armband hat die Aufgabe, das Gehäuse 12 mit dem Handgelenk in sicherem Kontakt zu halten, um ihm ein elektrisches Signal als Teil einer Ableitung I zuzuführen.

Bekanntlich handelt es sich bei der Ableitung I um ein EKG-Signal, das im wesentlichen horizontal am Herz abgenommen wird. Dieses Signal wird üblicherweise anhand der Differenz von Signalen abgeleitet, die zwischen den beiden Armen des Patienten aufgenommen werden. Üblicherweise werden die Signale

909848/0847

vom Bereich des Handgelenks abgeleitet; sie lassen sich jedoch auch an beliebigen anderen Zonen erfassen, beispielsweise den Schultern oder den Fingern. Bei dem Monitor 10 wird die Ableitung I zwischen dem Handgelenk des einen Armes und einem Finger des anderen Armes erfaßt, indem das Gehäuse 12 mittels des Armbands 22 mit dem Handgelenk des einen Arms in Kontakt gehalten wird, während der Benutzer einen Finger des anderen Arms mit der Elektrode Io in Kontakt bringt. Bei der Elektrode 16 handelt es sich um eine kapazitive Elektrode, die eine Schicht aus leitendem Werkstoff, beispielsweise Silber, und eine Schicht aus dielektrischem Werkstoff, beispielsweise dem Produkt Nr. 8289 der DuPont Company of Wilmington, Delaware, aufweist. Der dielektrische Werkstoff weist zur Außenseite des Monitors 10 und bedeckt den leitenden Werkstoff. Beide diese Werkstoffe können aus Festigkeitsgründen auf ein Keramiksubstrat aufgebracht sein. Eine elektrische Verbindung ist zwischen dem leitenden Werkstoff und den innerhalb des Gehäuses 12 sitzenden elektronischen Komponenten vorgesehen. Wenn ein Finger auf den dielektrischen Werkstoff der Aufnahmeelektrode 16 aufgelegt wird, wird ein Kondensator gebildet, wobei der Finger die eine Kondensatorplatte darstellt, während der leitende Werkstoff die zweite Kondensatorplatte ist. Die Spannung an der Hiiut des Fingers wird über den dielektrischen Werkstoff zu der anderen Platte des Kondensators und von dort zu den elektrischen Komponenten der Schaltung übertragen, wo die

9098 4 8/0847

292Q9S5

Herzrate bestimmt und über die Anzeige 18 wiedergegeben wird.

Die Fign. 2 und 3 zeigen Explosionsdarstellungen des Monitors 10. Das Gehäuse 12, das aus einem leitenden Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, bestehen kann, hat im wesentlichen die Form einer normalen Armbanduhr. Es weist eine Ausnehmung 24 auf, in die die Frontplatte 14 aus Mineralglas eingesetzt wird. Die Frontplatte 14 kann auf ihrer Rückseite im Siebdruckverfahren mit Farbe beschichtet sein, um ihr ein gefälliges Aussehen zu geben. Ein Bereich 26 der Frontplatte 14 bleibt jedoch durchsichtig, so daß die Anzeige 18 beobachtet werden kann. Außerdem ist in die Frontplatte 14 ein Bereich 28 eingeätzt, um die Elektrode 16 aufzunehmen. In dem geätzten Bereich 28 befindet sich ein durch die Frontplatte 14 hindurchführendes Loch 30, das die Herstellung eines elektrischen Kontakts zwischen der leitenden Schicht der Elektrode 16 und dem restlichen Teil der elektronischen Schaltungsanordnung gestattet. Die Elektrode 16 wird dann in den geätzten Bereich 28 der Frontplatte 14 eingebracht. Das Gehäuse 12 weist ferner ein mit dem Loch 30 ausgerichtetes Loch 29 und eine rechteckige Öffnung 25 auf, die mit dem durchsichtigen Bereich 26 fluchtet.

Außerdem ist der Ein-Aus-Schalter 20 an der einen Seite des Gehäuses 12 angeordnet. Es handelt sich dabei um einen als

909848/0847

Drucktaster ausgelegten Relais-Einschalter.

In den hinteren Teil des Gehäuses 12 ist ein Kunststoffteil 31 mit einer rechteckigen Öffnung 32 eingesetzt, die mit den Öffnungen 25 und 26 für das Anzeigeelement 18 ausgerichtet ist. Außerdem ist das Kunststoffteil 31 mit einem Loch 34 versehen, das mit den Löchern 29 und 30 fluchtet. In diese Löcher wird ein Anschlußteil 36 aus leitendem Gummi eingesetzt, das mit der leitenden Schicht der Elektrode 16 in Kontakt kommt.

Benachbart dem Kunststoffteil 31 befindet sich ein Kunststoffteil 38, welches das Anzeigeelement 18 in einer rechteckigen Öffnung 39 hält, die mit den Öffnungen 25, 26 und 32 ausgerichtet ist. Ein elektrischer Kontakt wird von den Ausgangsanschlüssen der Anzeige 18 mit einem Komponententräger 40 über Ausnehmungen 42 und 44 im Kunststoffteil 38 mittels zweier Zebraanschlußteile 46 und 48 hergestellt. Derartige Anschlußteile sind bekannt. Sie bestehen aus einander abwechselnden leitenden und isolierenden Schichten, so daß für eine Verbindung in der in Fig. 2 senkrechten Richtung von Anschlüssen am unteren Ende des Anzeigeelements 18 zu entsprechenden Anschlüssen am Komponententräger 40 gesorgt wird. Außerdem ist ein mit den Löchern 29, 30 und 34 ausgerichtetes Loch 49 vorhanden, durch welches das Anschlußteil 36 aus leitendem Gummi hindurchreicht, um die leitende Schicht der Elektrode 16

909848/0847

mit einem Anschluß auf dem Komponententräger 40 elektrisch zu verbinden.

Der Komponententräger 40 kann ein keramisches Bauteil von zweckentsprechender Form sein, das hinter das Kunststoffteil 38 paßt und eine Reihe von elektrischen Komponenten aufnimmt, die in der Zeichnung nur schematisch angedeutet sind. Es versteht sich, daß die elektrischen Anschlüsse am Komponententräger 40 so angeordnet sein müssen, daß sie mit den Anschlüssen der Anzeige 18 ausgerichtet sind. Ferner muß ein Anschluß vorgesehen sein, der mit dem Anschlußteil 36 in Kontakt kommt. Auf der anderen Seite des Komponententrägers 40 befinden sich weitere Komponenten. Ein zusätzliches Kunststoffteil 50 legt sich gegen den Komponententräger 40 an. Zwei Batterien 52, 54 werden in einen Batteriehalter 55 eingesetzt, der mit zwei Löchern 56 und 58 versehen ist. Die Batterien 52 und 54 werden an den Komponententräger 40 über Anschlußteile 60 und 62 aus leitendem Gummi elektrisch angeschlossen, die in die Löcher 56 und 58 gesteckt werden. An der Rückseite des Gehäuses 12 befindet sich eine Platte 63 aus gut leitendem Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, um sämtliche Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 zu halten und den positiven Anschluß der Batterie 54 mit dem negativen Anschluß der Batterie 52 zu verbinden. Die derart angeschlossene Platte 63 liegt auf einem Bezugspotential, beispielsweise Masse; sie bildet eine der beiden Elektroden des Monitors 10.

909848/0847

292Q9S5

Die Fign. 4A, 4B und 4C zeigen drei unterschiedliche Ausführungsformen der Elektrode 16. Bei der Anordnung nach Fig. 4A ist ein Substrat 64 vorgesehen, das in einen metallischen Werkstoff, beispielsweise Silber, eingetaucht wurde und von einer leitenden Schicht 66, beispielsweise aus Palladium/Silber vollständig umschlossen ist. Eine Schicht 68 aus dielektrischem Werkstoff (beispielsweise dem Werkstoff 4520 der Electro-Science Laboratories, Inc.) ist auf die Oberseite der leitenden Schicht 66 durch herkömmliche Kathodenzerstäubung aufgebracht. Wenn ein Finger auf die Oberseite der Schicht 68 aufgelegt wird, wird ein Kondensator gebildet, wobei die leitende Schicht 66 die eine Kondensatorplatte und der Finger die andere Kondensatorplatte darstellen, während die Schicht 68 das Dielektrikum zwischen den beiden Platten ist. Die vom Herz kommenden und an der Haut des Fingers auftretenden elektrischen Signale werden über die dielektrische Schicht 68 auf die Schicht 66 übertragen.

Entsprechend Fig. 2 wird das Anschlußteil 36 gegen den Bodenabschnitt der leitenden Schicht 66 fest angedrückt, wenn die Platte 63 in das Gehäuse 12 eingepaßt wird. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung von der die eine Kondensatorplatte bildenden leitenden Schicht 66 zu dem übrigen Teil der elektrischen Schaltung auf dem Komponententräger 40 hergestellt. Diese Schaltung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.

909848/0847

2920365

Bei der Ausführungsform nach Fig. 4B ist ein Substrat 70 mit einem durchgehenden Loch 72 vorgesehen. Eine leitende Schicht 74, die aus Silber bestehen kann, befindet sich auf der Oberseite des Substrats 70 und füllt das Loch 72 aus. Eine Schicht 76 aus dielektrischem Werkstoff ist wiederum durch Kathodenzerstäubung auf die Oberseite der Schicht 74 aufgebracht. Die Funktionsweise der Elektrode nach Fig. 4B ist die --.gleiche wie diejenige nach Fig. 4A, mit der Ausnahme, daß das Anschlußteil 36 gegen die Unterseite des mit leitendem Silber ausgefüllten Loches 72 gepreßt wird.

In Fig. 4C ist eine dritte Ausführungsform der Elektrode 16 veranschaulicht. In diesem Fall ist ein Substrat 78 aus keramischem Werkstoff vorgesehen, an dem eine Schicht 80 aus leitendem Werkstoff, beispielsweise Silber, befestigt ist. Die Schicht 80 ist mindestens streifenförmig um die Seite herum fortgeführt, um einen Teil der Unterseite des Substrats 78 abzudecken. Das Substrat 78 wird dann so angeordnet, daß das Anschlußteil 36 mit der leitenden Schicht 80 in Kontakt kommt. Auf die Oberseite der Schicht 80 ist ein dielektrischer Werkstoff 82 der oben erläuterten Art aufgetragen. Die Funktionsweise der Ausführungsform nach Fig. 4C entspricht derjenigen der Anordnung nach Fig. 4A.

Fig. 5 zeigt ein schematisches Schaltbild der Schaltungsanordnung des Monitors 10. Die von der Fingerelektrode 16 und

909848/0847

2520965

dem Gehäuse 12 kommenden Eingangssignale gehen an Eingänge einer Vorverstärker- und Filterstufe 100, welche das bei etwa 0,5 mV liegende, aufgenommene Signal verstärkt und störende Muskelsignale und andere elektrische Rauschkomponenten ausfiltert, die möglicherweise dem erfaßten EKG-Signal überlagert sind. Die Stufe 100 umfaßt konventionelle Vorverstärker- und Filterschaltungen unter Verwendung von Operationsverstärkern mit zweckentsprechender Vorspannung und Rückkopplung. Die Vorspannungskreise können mittels eines auf eine Leitung 101 gegebenen negativen Spannungssignals in Sperrichtung vorgespannt werden, so daß die Stufe 100 praktisch keinen Strom zieht, während der Monitor 10 nicht benutzt wird.

Der Filterteil der Stufe 100 hat eine Mittenfrequenz von etwa 20 Hz und einen Verstärkungsfaktor für die Mittenfrequenz von ungefähr 3,6. Das Filter ist als Bandpaß ausgelegt, das Muskelartefakte oberhalb und unterhalb der Mittenfrequenz dämpft und Netzstörsignale (50 bzw. 60 Hz) unterdrückt.

Das Ausgangssignal der Vorverstärker- und Filterstufe 100 wird einem konventionellen Herzsignal-Meßverstärker 102 zugeführt. Es kann sich dabei um einen Verstärker handeln, wie er üblicherweise in einem Herzschrittmacher vorgesehen wird. Ein brauchbarer Verstärker ist beispielsweise aus der US-PS 4 059 116 bekannt. Neben der Verstärkung des Signals hat der

909848/0847

2320965

Meßverstärker 102 weitere Funktionen, beispielsweise das Unterdrücken von kontinuierlichen Sinussignalen. Der Ausgangsimpuls des Meßverstärkers 102 ist ein negativer, 2 ms breiter Impuls, der jedesmal dann auftritt, wenn ein QRS-Komplex des EKG-Signals erfaßt wird.

Nach Abgabe eines Ausgangsimpulses durch den Meßverstärker 102 macht sich der Meßverstärker 102 gegen die Aufnahme beliebiger anschließender Signale für eine Zeitspanne von etwa 300 ms unempfindlich. Dies ist ähnlich zu der Refraktärperiode, wie sie aus der Herzschrittmacher-Meßverstärkertechnik bekannt ist. Der Grund dafür ist, daß das EKG-Signal mehrere weitere dem QRS-Komplex folgende Komponenten enthält, die nicht als zusätzliche Herzschläge erfaßt werden sollen.

Der Ausgang des Meßverstärkers 102 ist mit der einen Seite eines Kondensators 104 verbunden, dessen andere Seite an die Kathode einer Zenerdiode 106 angeschlossen ist. Die Anode der Zenerdiode 106 steht mit dem Gatt eines N-Kanal-Feldeffekttransistors 108 in Verbindung. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 104 und der Diode 10ό ist an die eine Seite eines Widerstands 110 und die Kathode einer Diode 112 angeschlossen. Die andere Seite des Widerstandes 110 und die Anode der Diode 112 stehen gemeinsam mit einer die negative Spannung -V abgebenden Spannungsquelle in Verbindung.

909848/0847

Zwischen die Hauptelektroden des Transistors 108 ist ein Kondensator 114 geschaltet. Die eine Seite des Kondensators 114 liegt an einer Bezugsspannung, beispielsweise Masse, während die andere Seite des Kondensators 114 über eine Leitung 116 mit einem konstanten Strom i beaufschlagt wird, der von einer Konstantstromquelle 118 angeliefert wird. Bei der Konstantstromquelle 118 kann es sich um eine konventionelle, spannungsgesteuerte Konstantstromquelle handeln. Der Strom i kann 100 nA betragen; die Steuerspannung kann 1,2 V über der niedrigsten Batteriespannung -V liegen.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 108, dem Kondensator 114 und der Leitung 116 ist an die eine der Hauptelektroden eines N-Kanal-Feldeffekttransistors 120 angeschlossen. Die andere Hauptelektrode des Transistors 120 ist mit der einen Seite eines Kondensators 122 verbunden, dessen andere Seite an Masse liegt. Der Ausgang des Meßverstärkers 102 steht ferner über einen Inverter 124 und die Kathoden-Anoden-Strecke einer Zenerdiode 126 mit der Basis des Transistors 120 in Verbindung.

Zwischen der Zeit der Erfassung aufeinanderfolgender QRS-Komplexe des EKG-Signals lädt sich der Kondensator 114 auf; er speichert eine wachsende Spannung, weil ihm über die Leitung 116 der Strom i zugeführt wird. Wenn ein QRS-Komplex des EKG-Signals erfaßt wird, geht der Ausgang des Meßver-

909848/0847

292:0955

stärkers 102 von einer nahezu Massepotential betragenden Spannung auf eine Spannung, die ungefähr gleich -V ist. Wenn dies geschieht, wird der Transistor 120 durch das Ausgangssignal vom Meßverstärker 102 über den Inverter 124 und die Zenerdiode 126 leitend gemacht. Dieser Zustand dauert für die 2 ms an, während deren der Impuls vom Meßverstärker 102 angeliefert wird. Während dieser Zeitspanne wird die Spannung am Kondensator 114 über den Transistor 120 auf den Kondensator 122 gegeben. Nachdem dies mehrere Male erfolgt ist, entspricht die am Kondensator 122 anstehende Spannung dem Mittelwert der Herzschlagrate*

Während der 2 ms dauernden Zeitspanne, während deren am Ausgang des Operationsverstärkers 102 ein Impuls auftritt, lädt sich der Kondensator 104 über die Diode 112 auf, weil die vom Verstärker 102 abliegende Seite"des Kondensators 104 in Richtung auf -2V gezogen wurde. Nach dem Ende des Impulses vom Verstärker 102 reicht die Spannung an der vom Verstärker 102 abliegenden Seite des Kondensators 104 aus, um den Transistor 108 aufzusteuern. Dieser Zustand bleibt für etwa 2 ms erhalten; dies ist die von der Aufladung des Kondensators 104 über den Widerstand 110 bestimmte Zeitspanne. Während der Transistor 108 aufgesteuert ist, entlädt sich der Kondensator 114 über den Transistor 108 nach Masse. Nachdem der Transistor 108 durch ausreichendes Aufladen des Kondensators-104 gesperrt wird, beginnt der Transistor 114, sich aufgrund des über die Leitung

909848/0847

116 angelieferten Stroms i zu laden.

Die Verbindungsstelle zwischen dem Transistor 120 und dem Kondensator 122 ist an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 128 angeschlossen. Dem Operationsverstärker 128 wird außerdem über einen Widerstand 130 eine von der Spannungsversorgung angelieferte Vorspannung zugeführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 128 ist über eine Reihenschaltung von Kondensatoren 132 und 134 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 128 verbunden. Die Kondensatoren 132 und 134 sind entgegengesetzt gepolte, polarisierte Kondensatoren. Sie wirken gemeinsam wie ein einziger nichtpolarisierter Kondensator. Die Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 134 und dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 128 steht über einen Widerstand 136 mit Masse in Verbindung. Außerdem ist diese Verbindungsstelle über einen Widerstand 138 und die Hauptelektroden eines N-Kanal-Feldeffekttransistors 140 an die positive Spannung +V angeschlossen.

Der Operationsverstärker 128, die Kondensatoren 132, 134 und der Widerstand 136 bilden eine Integrationsschaltung. Das Ausgangssignal des Verstärkers 128 ist daher eine Sägezahnspannung, die dem Integral der am Kondensator 122 auftretenden Spannung entspricht.

909848/0847

Der Ausgang des Verstärkers 128 ist mit den nichtinvertierenden Eingängen von Operationsverstärkern 142 und 144 verbunden. Jedem der Verstärker 142, 144 wird über einen Widerstand 14ό bzw. 148 eine Vorspannung zugeführt. Der invertierende Eingang des Verstärkers 142 ist an eine niedrige Bezugsspannung -Vn angeschlossen, während der invertierende Eingang des Verstärkers 144 mit einer hohen Bezugsspannung +Vp beaufschlagt wird. Die Spannungen -V_n und +Vn werden von einer Bezugsspannungsquelle 150 angeliefert, die auch eine Steuerspannung an die Konstantstromquelle 118 über eine Leitung 151 gibt. Der relative Wert der Bezugsspannung -V_D ist

größer als die Spannung, die der Operationsverstärker 128 unmittelbar nach dem Zurückstellen abgibt. Außerdem.ist der relative Wert der Spannung +V_R kleiner als die maximale Amplitude, welche die vom Operationsverstärker 128 abgegebene Sägezahnspannung erreicht. Die zu der Konstantstromquelle 118 gehende Steuerspannung ist gleich und folgt der absoluten Differenz zwischen +Vp und -Vp.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 142 geht an den einen Eingang einer mit 2 Eingängen versehenen NAND-Schaltung 152. Das andere Signal für die NAND-Schaltung 152 ist ein Signal, das während des normalen Betriebs der Schaltung hoch liegt, das aber nach einem selbsttätigen Abschalten niedrig wird, um dadurch den Durchtritt von Signalen durch das Gatter 152 zu sperren. Das Ausgangssignal des Gatters 152 geht an den Haupt-

909848/0847

rückstelleingang MR eines dreiziffrigen BCD-Zählers 154. Wenn das Ausgangssignal des Gatters 152 auf logisch "0" oder einen niedrigen Pegel geht, wird der Zähler 154 entsperrt, so daß er die seinem Takteingang CLK zugeführten Impulse zählt.

Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 144 wird über einen Inverter 156 auf den Latch-Entsperreingang LE des Zählers 154 gegeben. Ein einziger negativer Impuls, der dem Latch-Entsperreingang des Zählers 154 zugeführt wird, bewirkt, daß Signale an den Ausgangsleitungen 158 des Zählers 154 erscheinen, welche den Zählwert des Zählers 154 zu dem Zeitpunkt darstellen, zu dem das Signal über den Inverter 156 auf den Latch-Entsperreingang gegangen ist. Die Signale auf den Leitungen 158 erscheinen weiter, bis ein neues Signal auf den Latch-Entsperreingang des Zählers 154 gegeben wird. Die Leitungen 158 sind mit entsprechenden Eingängen einer BCD/Siebensegment-Konverter- und Treiberstufe 160 verbunden, die ihrerseits über Leitungen 162 Signale auf eine Flüssigkristallanzeige 164 gibt. Auf diese Weise wird der Zählwert, der im Zähler 154 über das über den Inverter 156 gehende Signal festgehalten wurde, umgesetzt und von der Anzeige 164 wiedergegeben. Dieser Zählwert ist gleich der Herzschlagrate (gemessen in Schlägen pro min) der den Monitor 10 benutzenden Person.

Der Zähler 154 zählt weiter, nachdem an seinen Latch-Entsperreingang ein Signal angelegt wurde, bis ein voller Zählwert er-

909848/0847

232098S

reicht wird. Die Frequenz des die Taktsignale anliefernden Taktgebers, der Takteingang des Zählers 154 und der maximale Zählwert des Zählers 154 sind so gewählt, daß der Zähler 154 einen vollen Zählwert nach einer vorbestimmten Aktualisierungszeit erreicht, die etwa 2 s betragen kann» Beispielsweise kann die Frequenz des Taktsignals gleich 500 Hz sein, während der maximale Zählwert des Zählers 154 gleich 1000 sein kann. Wenn der Zähler 154 einen vollen Zählwert erreicht, erscheint ein Signal an seinem Überlaufausgang OF. Dieses Signal wird der Basis des Transistors 140 zugeführt und steuert diesen auf. Dadurch wird eine hohe Spannung an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 128 angelegt, was seinerseits bewirkt, daß dessen Ausgang niedrig geht» Wenn das Überlaufsignal verschwindet, wird der Transistor 140 gesperrt. Die Kondensatoren 132 und 134 beginnen sich zu laden, wodurch die Spannung an dem invertierenden Eingang des Verstärkers 128 steigt, so daß die Spannung am Ausgang des Verstärkers nach Art eines Sägezahns linear zuzunehmen beginnt.

Während der Zeitspanne, während deren die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 128 positiver als -V^ ist, liegt das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 142 hoch, so daß das Ausgangssignal des Gatters 152 niedrig ist. Während dieser Zeitspanne bleibt der Zähler 154 im Überlaufzustand, weil das überlauf ausgangssignal zusätzlich dem einen Eingang einer NOR-Schaltung 166 zugeführt wird. Dem anderen Eingang der NOR-Scholtung

909848/0847

- .28 -

166 geht das Ausgangssignal von einem Oszillator 148 zu, der Impulse τηαΐ einer Frequenz von 500 Hz abgibt, wenn er durch ein Signal an seinem Entsperreingang entsperrt wird. Das Ausgangssignal der NOR-Schaltung 166 wird über einen Inverter 170 dem Takteingang des Zählers 154 zugeführt, Wenn der Zähler 154 in den Überlaufzustand übergeht, wird die NOR-Schaltung 166 daran gehindert, die Oszillatorimpulse durchzulassen. Der Zähler 154 verharrt im Überlaufzustand, bis er durch ein hoch liegendes Signal zurückgestellt wird, das an den Hauptrückstelleingang geht.

Wenn die Spannung am Ausgang des Integrationsverstärkers unter den Wert -Vp absinkt, springt der Ausgang des Verstärkers 142 um, so daß das Ausgangssignal der NAND-Schaltung positiv wird. Dieser Übergang von niedrig nach hoch am Ausgang der NAND-Schaltung 152 bewirkt, daß der Zähler 154 auf einen niedrigen Zählwert zurückgestellt wird, so daß das Signal gw Oberlaufausgang des Zählers verschwindet. Dies beseitigt seinerseits die Sperrung des Gatters 166, Taktimpulse werden dem Zähler 154 wieder zugeführt. Der Zähler 154 kann jedoch nicht hoch zöihlen, well an seinem Rückstelleingang das hohe Signal anliegt. Wenn die Spannung am Ausgang des Integrailonsverstörkers 12S ober den Wert -V^ ansteigt, springt das Aiusgongssignal des Verstärkers 142 uro, s© daß das Äusgangsslgnol der NAND-Schaltung 152 niedrig wird. Dies beseitigt die Rockstellbedinigfüng am Zähler 154; der Zöbler beginnt hoch zu zählen.

909848/0847

2320865

Wenn das Ausgangssignal des Verstärkers 128 auf über +V_D

ti

ansteigt, springt der Ausgang des Verstärkers 144 ebenso wie der Ausgang des Inverters 156 um; der Latch-Entsperreingang des Zählers 154 bewirkt wieder, daß das Signal auf die Ausgangsleitungen 158 aufgeschaltet wird. Dies setzt sich fort, so daß auf den Ausgangsleitungen 158 nahezu alle 2 s ein neuer Herzschlagmeßwert erscheint.

Die Spannung am Kondensator 122 ist umgekehrt proportional der Häufigkeit, mit welcher die Herzschläge von dem Meßverstärker 102 erfaßt werden. Diese Spannung wirkt als Bezugseingangssignal für den Integrationsverstärker 128; ändert sich diese Spannung, ändert sich auch die Steigung der Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers 128. Je größer daher die Herzschlagrate ist, desto kleiner ist die Spannung am Kondensator 122 und desto kleiner ist xfie Steigung der Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers 128. Bei kleiner Steigung ist die Zeitspanne, die die Spannung benötigt, um von -Vp auf +Vp anzusteigen, länger. Damit steigt der Zählwert im Zähler 154 an, was charakteristisch für die erhöhte Herzschlagrate ist. Im Falle einer verminderten Herzschlagrate wird der zeitbestimmende Kondensator 114 länger geladen; er lädt sich damit auf einen höheren Wert auf. Infolgedessen nimmt die Spannung am Kondensator 122 einen größeren Wert an; die Steigung der Sägezahnspannung am Ausgang des Verstärkers 128 wird größer. Die Zeit, die die Spannung benötigt, um von

909848/0847

-Vq auf +V_n anzusteigen, ist daher kürzer. Der Zählwert im Zähler 154 ist entsprechend der verminderten Herzschlagrate kleiner.

Durch geeignete Auswahl der Bemessungswerte für den Widerstand 136, die Kondensatoren 114, 132 und 134, die Spannungen +V„ und -Vn sowie die Frequenz fo des Oszillators 168 kann die Herzschlagrate in Schlagen pro min für eine Zeitdauer Τς. zwischen aufeinanderfolgenden Herzschlägen entsprechend der folgenden Umwandlungsformel unmittelbar wiedergegeben werden:

Zählwert =

1 fo - R₁₃. -C₁₁₄- (C₁₃₂ +C₁₃₄) · (+V_R-(-V_R)) 1^LL*HfU±Β!L

^TSA ^Lc ' ^C132 ' ^C134

Bezüglich der vorstehenden Formel ist zu berücksichtigen, daß die Steuerspannung, die von der als Spannungsregler ausgelegten Bezugsspannungsquelle 150 über die Leitung 151 angelegt wird, um den Strom i der Stromquelle 118 zu regeln, gleich der absoluten Differenz zwischen +Vp und -V_R ist und dieser Differenz folgt. Bei der Auswahl der Variablen wird daher der Ausdruck (+V_R-(-V_R)) an Stelle der Steuerspannung für i verwendet .

Bei der Anwendung dieser Gleichung sollte der Widerstand 136 so beschaffen sein, daß er sich während des Fertigungsprozesses von etwa 250 k/l. bis auf einen Sollwert von etwa 413 kjTL trimmen läßt, um andere variable Schaltungsparameter zu korn-

909848/0847

peiriisieremi. Der Wert voia 413 kjfi, fUx dem Widersterad 136 geht davoia <a(Uis, daß Fo gleich 5©© Mx ist, die KcjndeinscitiDrera 3 34, 132 wnd 134 jeweils eimern Wert von ©,22 auf !habein,, (+V₁₃-C-IZdI) gleich 1,2 Y ist Mind I 1(0© wA beträgt.

Der Mberlöufausgaing vom Ziähler 154 wird (außerdem dem Takteiragaiag C von zwei dreistufigen Schieberegistern 172 und 174 zugeführt. Beide Schieberegister 172 und 374 weisen feriner eijnein Dateneingong D, einen IRückstelleiingang R und einen Ausgang Q auf. Jedesjnol wenn dem- Takteingang eines der Schieberegister 172, 174 ein Signal zugehtj wird das am Dateneingang erscheinende Signal in der ersten Steife des Schieberegisters gespeichert. Das zuvor in der erstem Stufe befindliche Signal wird in der zweiten Stufe gespeichert- Das zuvor in der zweiten Stufe eingespeicherte Signal wird in der dritten Stufe gespeichert und erscheint als Ausgangssignal am Ausgang ¹Q des Schieberegisters-

Das Ausgangssignal Q des Schieberegisters 174 geht an den Dateneingang D des Schieberegisters 172 und läßt ferner Spannung an die BCD/Siebensegment-Konverter- und Treiberstufe 160 gehen-Bis der Ausgang Q des Schieberegisters 174 hoch geht, kann kein Signal angezeigt werden, weil der Konverter- und Treiberstufe 160 keine Speisespannung zugeführt wird. Das Ausgangssignal Q des Schieberegisters 172 geht an den Rücksteileiiagang des Schieberegisters T74 und außerdem über einen Invexier 176 an- den ei-

909848/0847

nen Eingang einer mit zwei Eingängen versehenen NAND-Schaltung 178. Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 wird dem einen Eingang einer zwei Eingänge aufweisenden NAND-Schaliung 180 zugeführt, deren Ausgang zurück zum anderen Eingang der NAND-Schaltung 178 geht. Dem anderen Eingang der NAND-Schaltung 180 wird ein niedriges Signal oder logisch "0" von einem Inverter 182 jedesmal dann zugeführt, wenn der Schalter 20 des Ratenmonitors 10 kurzzeitig gedrückt wird. Dadurch geht ein hohes Signal oder logisch "1" an den Eingang des Inverters 182.

Die derart miteinander verbundenen NAND-Schaltungen 178 und 180 bilden eine konventionelle Setz-Rückstell-Latchschaltung, die immer dann gesetzt wird, wenn ein niedriges Signal vom Inverter 182 an das Gatter 180 angelegt wird, so daß der Ausgang des Gatters 180 hoch geht, während der Ausgang des Gatters 178 niedrig geht. Das niedrige Ausgangssignal vom Gatter 178 wird zum Eingang der NAND-Schaltung 180 zurückgeführt, um diese im hoch liegenden Zustand zu halten. Wenn ein niedriges Signal vom Ausgang des Inverters 176 angeliefert wird, weil der Ausgang Q des Schieberegisters 172 hoch geht, wird der Ausgang der NAND-Schaltung 178 hoch getrieben, so daß der Eingang der NAND-Schaltung 180 nieder geht. Dadurch wird seinerseits der Ausgang der NAND-Schaltung 178 hoch gehalten.

909848/0847

Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 dient der Steuerung der Vorspannung der Verstärker 128, 142 und 144. Für diesen Zweck wird das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 über die betreffenden Widerstände 130, 146 und 148 geleitet. Wenn das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 niedrig geht, können die Verstärker 128, 142 und 144 arbeiten. Geht das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 hoch, werden die Vorspannungsglieder innerhalb der Verstärker 128, 142 und 144 in Sperrrichtung vorgespannt, so daß die Verstärker 128, 142 und 144 gesperrt werden und nur noch einen vernachlässigbaren Strom ziehen. Auf diese Weise wird Energie gespart, wenn der Ratenmonitor nicht benutzt wird. Außerdem wird das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 178 auf die Leitung 101 gegeben, um die Operationsverstärker in der Vorverstärker- und Filterstufe 100 auf die gleiche Weise zu sperren, wie dies für die Verstärker 128, 142 und 144 erläutert ist.

Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 wird der NAND-Schal tung 152 als zweites Eingangssignal zugeführt; es entsperrt die NAND-Schaltung 152, so daß diese Signale für das Rückstel len des Zählers 154 durchläßt. Wenn die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 abgeschaltet wird, geht das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 nieder, was zur Folge hat, daß das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 152 hoch springt, wodurch der Zähler 154 zurückgestellt wird.

909848/08A7

Das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 wird ferner dem Dateneingang des Schieberegisters 174 sowie dem einen Eingang einer NAND-Schaltung 184 zugeführt. Das andere Eirgangssignal der NAND-Schaltung 184 ist der am Ausgang des Meßverstärkers 102 auftretende Impuls. Solange daher die Schaltung mit Strom beschickt wird, d.h. die NAND-Schaltung 180 gesetzt ist und ein hoch liegendes Ausgangssignal abgibt, liegt das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 184 jedesmal hoch, wenn ein Impuls erfaßt wird. Dadurch werden sämtliche Stufen des Schieberegisters 172 zurückgestellt. Außerdem wird das Ausgangssignal der NAND-Schaltung 180 dem Entsperreingang des Oszillators 168 zugeführt, so daß der Oszillator über die NOR-Schaltung 166 und den Inverter 170 Impulse auf den Zähler 154 geben kann.

Die vorstehend erläuterten Schaltungskomponenten verhindern eine Anzeige, 6 s nachdem der Schalter 20 gedrückt wurde und Signale am Eingang des Verstärkers 102 zu erscheinen beginnen. Wenn der Schalter 20 geschlossen wird, geht der Ausgang der NAND-Schalter 180 hoch. Der Zähler 154 beginnt zu zählen; ungefähr 2 s später erscheint das erste Signal am Überlaufausgang des Zählers. Dadurch wird der hohe Wert, der zu diesem Zeitpunkt am Dateneingang des Schieberegisters 174 erscheint, in die erste Stufe geschoben. Außerdem wird ein niedriger Wert in die erste Stufe des Schieberegisters 172 geschoben. Nach 2 s erscheint ein zweites Überlaufsignal; hohe Werte werden sowohl in die erste als auch in die zweite Stufe des Schiebe-

909848/0847

registers 174 geschoben. Nach der dritten Zeitspanne von 2 s befinden sich in allen drei Stufen des Schieberegisters 174 hohe Werte. Der Ausgang Q des Schieberegisters 174 nimmt einen hohen Wert an. Dadurch geht eine Entsperrspannung an die Konverter- und Treiberstufe 160; außerdem wird das Gatter 152 entsperrt, so daß es Rückstellsignale zum Zähler 154 durchläßt. Diese anfängliche Zeitdauer von 6 s ist notwendig, damit sich der Kondensator 122 auf der Spannung stabilisieren kann, auf welche der Kondensator 114 aufgeladen ist, und damit er den betreffenden Wert beibehält.

Wenn der Benutzer des Gerätes aus irgendeinem Grund den Finger von der Elektrode 16 nimmt, werden über die Vorverstärker- und Filterstufe 100 keine Herzschläge mehr angelegt und von dem Meßverstärker 102 erfaßt. Während der Zeitspanne, während deren Herzschläge ständig ermittelt wurden, wurde das Schieberegister 172 durch das Ausgangssignal vom Gatter 184 ständig zurückgesetzt; sein Ausgang Q erreichte niemals einen hoch liegenden Zustand. Wird jedoch kein Herzsignal mehr angelegt, beginnt das Schieberegister 172 hoch liegende Werte durchzuschieben. 6 s später geht sein Ausgang Q hoch. Das betreffende Signal wird vom Inverter 176 invertiert. Die aus den Flip-Flops 178 und 180 bestehende Latch-Schaltung wird zurückgestellt. Der Ausgang der NAND-Schaltung 178 geht hoch, während der Ausgang der NAND-Schaltuilg 180 nieder geht. Bei hoch liegendem Ausgang der NAND-Schaltung 178 wird die Vorspannung abgeschaltet; die Verstärker und die übrigen Schal-

909848/0847

tungsteile beginnen sich abzuschalten. Wenn das Schieberegister 172 hoch geht, wird ferner das Schieberegister 174 zurückgestellt. Die Spannungsversorgung der Konverter- und Treiberstufe 160 wird abgeschaltet.

Es ist ferner eine Batterieüberwachungsschaltung 186 vorgesehen, welche die Batteriespannung überwacht und dem Benutzer ein Signal gibt, wenn die Batterie auszufallen beginnt. Die Batterieüberwachungsschaltung 186 weist zusätzlich exklusive ODER-Schaltungen 188 und 190 auf, von denen jede zwei Eingänge und einen Ausgang hat. Mit dem einen Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 188 ist der Ausgang des Meßverstärkers verbunden, während an dem anderen Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 188 die negative Batteriespannung -V anliegt. Der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 188 ist mit einem Kondensator 192 und einem Widerstand 194 verbunden, an dem die negative Batteriespannung -V anliegt. Die Verbindungsstelle von Kondensator 192 und Widerstand 194 ist ar\ den einen Eingang der exklusiven ODER-Schaltung 190 angeschlossen. Außerdem ist der Ausgang der Batterieüberwachungsschaltung 186 an den gleichen Eingang der ODER-Schaltung 190 angekoppelt. Die Batterieüberwachungsschaltung 186 sorgt für einen offenen Stromkreis, solange die Batteriespannung über einem geeigneten Wert liegt. Wenn die Batteriespannung unter diesen vorbestimmten Wert abfällt, gibt die Batterieüberwachungsschaltung ein hohes Signal ab. Der andere Eingang des Gatters 190 ist mit dem Rückseiten-Elektroden-Ausgang der Konverter- und

909848/0847

2320965

Treiberstufe 140 und dem Rückseiten-Elektroden-Eingang der Anzeige 164 verbunden. Der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190 ist an den Doppelpunkteingang der Anzeige 164 angeschlossen. Wenn der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190 hoch liegt, verschwindet der Doppelpunkt; wenn dieser Ausgang niedrig liegt, wird der Doppelpunkt nicht unterdrückt.

Die exklusive ODER-Schaltung 188, der Kondensator 192 und der Widerstand 194 bilden einen monostabilen Multivibrator, der jedesmal dann ein Impulssignal erzeugt, wenn ein Signal vom Meßverstärker 102 empfangen wird'. Dieses Signal wird durch die exklusive ODER-Schaltung 190 geschickt. Weil der Rückseiten-Elektroden-Ausgang der Konverter- und.Treiberstufe 160 niedrig liegt, wird der Doppelpunkt jedesmal dann zum Blinken veranlaßt, wenn ein Herzschlag erfaßt wird. Das Blinken des Doppelpunkts zeigt dem Benutzer an, daß die Batterie eine für einen einwandfreien Betrieb ausreichende Spannung abgibt.

Wenn die Batterieüberwachungsschaltung eine zu niedrige Spannung erfaßt, wird der von der Batterieüberwachungsschaltung 186 zu der exklusiven ODER-Schaltung 190 führende Eingang hoch getrieben, so daß der Ausgang der exklusiven ODER-Schaltung 190 außer Phase mit dem anderen Eingang ist. Dadurch wird der Doppelpunkt kontinuierlich wiedergegeben. Dies zeigt dem Benutzer an, daß die Batterie ausgetauscht werden sollte.

909848/0847

2320965

Bei der oben beschriebenen Schaltungsanordnung wurden die folgenden Werte bzw. Komponenten verwendet:

Kondensator 104: 0,001 uF Diode 106: MZC 5,1AlO Transistor 108: 2N4338 Widerstand 110: 2 M/L Diode 112: IN914 Kondensator 114: 0,22 uF Transistor 120: 2N4338 Kondensator 122: 0,47 pF Inverter 124: MCC14572E Diode 120: MZC 5.IAlO Verstärker 128: ICL8023C Widerstand 130: 20 USL Kondensator 132: 0,22 jjF Kondensator 134: 0,22 jjF

Widerstand 136: etwa 250 k_fL (trimmbar für Frequenzumwandlung )

Widerstand 138: 10 Κ-Π-Transistor 140: 2N4338 Verstärker 142: ICL8023C Verstärker 144: ICL8023C Widerstand 146: 1 MXL Widerstand 148: 1 M-A-NAND-Schaltu ng 152: MCC1401IB Zähler 154: MCC14553B Inverter 156: MCC14572 Konverter- und Treiberstufe 160: DF411 Anzeige 164: MCL154 NOR-Schaltung 166: MCC14572 Inverter 170: MCC14572 Schieberegister 172: MCC14015B

909848/0847

Schieberegister 174: MCC14015B Inverter 176: MC14572 NAND-Schaltung 178: MCC1401IB NAND-Schaltung 180: MCC14011B Inverter 182: MCC14572 NAND-Schaltung 184: MCC14011B ODER-Schaltung 188: MCC14070B ODER-Schaltung 190: MCC14070B Kondensator 192: 0,033 pF Widerstand 194: 20 ΜΛ +V: 1,5 V -V: -1,5 V +V_R: + 0,3 V

-V_R: - 0,9 V

9098A8/08A7

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-ING. GERHARD SCHWAN

ELFENSTRASSE31 · D-8000 MÜNCHEN 83

2320965

Ansprüche

l.j Schaltungsanordnung für einen Herzratenmonitor, gekennv..

zeichnet durch eine Einrichtung (12, 16, 100, 102) zum Erfassen eines für einen Herzschlag kennzeichnenden Signals in Abhängigkeit von einem zugeführten EKG-Signal, einen Wandler (104 bis 122), der in Abhängigkeit von der Rate der erfaßten Signale eine mit dieser Rate verknüpft'e Spannung liefert, einen diese Spannung integrierenden Integrator (128, 132, 134, 136, 142, 144), der erste und zweite Steuersignale abgibt, wenn das integrierte Signal über einen ersten bzw. einen zweiten Wert ansteigt, sowie ,einen mittels des ersten Signals zurückstellbaren Zähler (154), der aufgrund des ersten Signals von einem Anfangswert zu zählen b~eginnt und bei Auftreten des zweiten Signals ein mit dem im Zähler stehenden Zählwert verknüpftes Signal abgibt, das kennzeichnend für die Herzrate ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (154) auf einen vorbestimmten Zählwert über dem Zählwert weiterzählt, der in dem Zähler zum Zeitpunkt der Anlieferung des zweiten Steuersignals steht, und

909848/0847

FERNSPRECHER: 089/6011039 · KABEL: ELECTJUCPATENT MÜNCHEN

daß eine Rückstellstufe (140) vorgesehen ist, die den Integrator (128, 132, 134, 130, 142, 144) zurückstellt, wenn der Zähler (154) den vorbestimmten Zählwert erreicht
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Taktgeber (168) zur Lieferung von durch den Zähler (154) zu zählenden Taktsignalen konstanter Frequenz sowie eine Sperrstufe (166) zur Sperrung der Anlieferung der Taktsignale, nachdem der Zähler (154) den vorbestimmten Zählwert erreicht hat.
4. .Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlieferung der Taktsignale fortdauert, bis der Integrator (128, 132, 134, 136, 142, 144) das erste Steuersignal abgibt.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die mit der Herzrate verknüpfte Spannung liefernde Wandler (104 bis 122) einen mit einer erfaßten Rate aufladbaren ersten Kondensator (114), einen zweiten Kondensator (122), einen Schalter (120) zum Überführen der auf dem ersten Kondensator (114) stehenden Spannung zu dem zweiten Kondensator (122) bei jedem Erfassen eines Herzschlags sowie eine Entladestufe (108) zum Entladen des ersten Kondensators (114) nach jedem Erfassen eines Herzschlags aufweist.

909848/0847
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (128, 132, 134, 136, 142, 144) mit der von dem zweiten Kondensator (122) gespeicherten Spannung als der mit der Rate verknüpften Spannung beaufschlagt ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des ersten Kondensators (114) eine einen konstanten Strom liefernde Konstantstromquelle (118) vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator (128, 132, 134, 13(S, 142, 144) einen Verstärker (128) mit einem invertierenden und einem nichtinvertierenden Eingang sowie mit einem Ausgang aufweist, daß zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang ein dritter Kondensator (132, 134) geschaltet ist, daß zwischen dem invertierenden Eingang und einem Bezugspotentialpunkt ein Widerstand (136) liegt, daß die eine Seite des zweiten Kondensators (122) an den nichtinvertierenden Eingang angeschlossen ist und daß die andere Seite des zweiten Kondensators (122) mit dem Bezugspötentialpunkt verbunden ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Zähler (154) durchgeführte Erfassung

9 09 848/08 47

292096S

der Herzschlagrate unmittelbar proportional der konstanten Frequenz, dem Wert des Widerstands (136), der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Signal sowie der Kapazität des ersten und dritten Kondensators (114, 132, 134) und umgekehrt proportional dem konstanten Strom und der Ist-Zeit zwischen erfaßten Herzschlägen ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand (136) als Trimmwiderstand ausgebildet ist.
11. Schaltungsanordnung für einen Herzratenmonitor, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12, 14, 100, 102) zum Erfassen eines für einen Herzschlag kennzeichnenden Signals in Abhängigkeit von einem zugefUhrten EKG-Signal, einen eine Folge von Taktsignalen mit konstanter Frequenz anliefernden Taktgeber (148), einen Zähler (154) zum Aus-

. zählen der Taktsignale von einem anfänglichen Rückstellzählwert zu einem vorbestimmten höheren Zählwert, eine auf die erfaßten Herzschläge ansprechende Steuerstufe (160) zur Abgabe eines Steuersignals an den Zähler (154), mittels dessen ein mit der Herzschlagrate verknüpfter, im Zähler stehender Zählwert festhaltbar ist, der kleiner als der vorbestimmte Zählwert ist, ein Schieberegister (174) das, wenn der Zähler (154) den vorbestimmten Zähl-

909848/0847

wert erreicht, in Abhängigkeit von ihm zugeführten Sig nalen einen angelegten Datenwert durch das Schieberegister hindurch zu seinem Ausgang schiebt, und eine Anzeigestufe (1ό4) mit Daten- und Entsperreingängen zur Anzeige einer
Zahl, die mit den an die Wiedergabeeingänge angelegten Signalen verknüpft ist, bei Beaufschlagung des Entsperrein- gqngs mit einem Signal, wobei der festgehaltene Zählwert
des Zählers (154) auf den Dateneingang der Anzeige (164)
gebbar ist und der Ausgang des Schieberegisters (174) mit
dem Entsperreingang der Anzeige (164) verbunden ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen bei Benutzung des Monitors (10) zu schließenden
Schalter (20) und eine bei Schließen des Schalters (20)
setzbare Latchstufe (178, 180), wobei der durch das Schie beregister (174) übertragene Datenwert davon abhängt,

ob die Latchstufe (178, 180) gesetzt ist.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Setzen der Latchstufe (178, 180) abhängige Datenwert bei Durchlaufen des Schieberegisters (174)
die Anzeige (164) entsperrt.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch Setzen der Latchstufe (178, 180) die Steuerstufe (160) entsperrbar ist.

909848/0847
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch ein zweites mehrstufiges Schieberegister (172) mit Daten-, Takt- und Rückstelleingängen sowie einem Ausgang, durch das hindurch der an dem Dateneingang anliegende Datenwert bei jedem Anlegen eines Signals an den Takteingang verschiebbar ist und dessen Stufen bei jedem Anlegen eines Signals an den Rückstelleingang rückstellbar sind, sowie durch ein Gatter (184) zur Beaufschlagung des Rückstelleingangs des zweiten Schieberegisters (172) bei gesetzter Latchstufe (178, 180) und damit zusammenfallender Erfassung eines Herzschlages, wobei der Ausgang des ersten Schieberegisters (174) mit dem Dateneingang des zweiten Schieberegisters (172) verbunden ist, an den Takteingang Signale jedesmal anlegbar sind, wenn der Zähler (154) den vorbestimmten Zählwert erreicht, und der Ausgang des zweiten Schieberegisters (172) derart angeschlossen ist, daß die Latchstufe (178, 18C) jedesmal zurückgestellt wird, wenn der seinem Dateneingang zugeführte Datenwert als der Wert an dem Ausgang erscheint.
16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schieberegister (174) einen Rüccstelleingang aufweist, der mit dem Ausgang des zweiten Schieberegisters (172) verbunden ist.

909848/0847