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Periodendauermeßvorrichtung
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Die Erfindung betrifft eine Periodendauermeßvorrichtung zur Messung
der Periode eines Biosignals (biologischen Signals), insbesondere eines den Herzschlag
eines Fötus angebenden oder darstellenden Signals.
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Eine bisherige Vorrichtung zur Messung der Periode eines Biosignals
stützt sich auf ein Korrelationssystem zur Ableltung einer Autokorrelationsfunktion
des Biosignals und zur Messung der Periode des Biosignals auf der Grundlage der
Autokorrelationsfunktion.
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Bei dieser bisherigen Meßv.orrichtung werden ein Biosignal während
einer geeigheten Abtastperiode abgegriffen oder abgetastet, die Autokorrelationsfunktion
des Biosignals anhand der Abtastdaten berechnet und die Spitzentwerte) des Biosignals
zur Ableitung der Periode anhand der berechneten Autokorrelationsfunktion erfaßt.
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Die Autokorrelationsfunktion zeigt die Ähnlichkeit oder Entsprechung
zwischen zwei Abschnitten der Biosignal-Wellenform zu zwei verschiedenen durch eine
bestimmte Zeit-Spanne voneinander getrennten Zeitpunkten an, d.h. sie stellt den
Grad der Ähnlichkeit oder Entsprechung der sich
wiederholenden Biosignal-Wellenform
dar. Wenn z.B. gemäß Fig. 1 ein Abschnitt M1, der ~sich mit einer bestimmten Periode
T wiederholt, längs der Zeitachse um eine der Periode T entsprechende Zeitspanne
verschoben wird, wird dieser Abschnitt M1 dem unmittelbar nachfolgenden Abschnitt
M2 mit größter Genauigkeit überlagert.
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Zur Erzielung oder Ableitung der Autokorrelationsfunktion vom Biosignal
läßt sich die Autokorrelationsfunktion A(#) anhand des Biosignals f(t), das eine
Funktion der Zeit t ist, wie folgt ausdrUcken:
In obiger Gleichung bedeuten: T = Periode des Biosignals und X = Zeitspanne bzw.
Intervall zwischen zwei durch eine bestimmte oder vorgegebene Zeitspanne voneinander
getrennte ten Zeitpunkten, wobei der frühere Zeitpunkt eine Bezugszeit in Verbindung
mit dem Biosignal darstellt. Mit anderen Worten: t ist eine Veränderliche, welche
dem Biosignal f(t) längs der Zeitachse eine Phasendifferenz aufprägt oder erteilt.
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Im folgenden ist anhand von Fig. 2 das bisherige Periodendauer-Meßverfahren
beschrieben, das sich für die Messung der Periodendauer eines Biosignals, speziell
eines den Herzschlag eines Fötus darstellenden und im folgenden als Herzschlagsignal
bezeichneten Signals auf die Korrelationsfunktion stützt.
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gemäß Fig. 2 wird eine Sonde 2 z.B. mit dem Unterleib eines weiblichen
Patienten in Berührung gebracht, um das fötale
Herzschlagsignal
zur Messung abzugreifen. Das abgegriffene Herzschlagsignal wird in einer Vorverarbeitungsschaitung
3 einer passenden Wellenformung unterworfen und dann in einer Abtastschaltung 4
mit einer vorbestimmten Abtastperiode abgetastet (sampled). Die dabei erhaltenen
Daten werden in einem aus mehreren Schieberegistern bestehenden Datenspeicher 6
abgespeichert. Bei der Eingabe jeder (neuen) Dateneinheit in den Datenspeicher 6
werden die zu diesem Zeitpunkt bereits gespeicherten Daten zum unmittelbar anschließenden
Register verschoben, so daß die Datenverschiebung sequentiell von einem Register
zum anderen erfolgt und die jeweils älteste Dateneinheit im letzten Register bei
jeder neuen Dateneingabe abgeworfen wird.
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Eine Multiplizierstufe 8 und eine Addierstufe 10 bilden eine Autokorrelationsfunktions-Rechensohaltung,
du#rch welche eine Autokorrelationsfunktion anhand der im Datenspeicher 6 gespeicherten
Daten berechnet werden kann. Ein Korrelationsspeicher 12 speichert das Rechenergebnis,
d.h.
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die berechnete Autokorrelationsfunktion, deren Berechnung auf der
Grundlage von Einfachprobenentnahme -zyklusteilungen (single sampling-cycle divisions)
erfolgt und für jede Dateneinheit x1, X2, X3 ... wie folgt vor sich geht: X1.Xs+1+A1
# A1, X1.Xs+2+A2 # A2, ..., X1.Xs+m+Am # Am. Die ergebnisse der einzelnen Rechenvorgänge
werden sequentiell im Korrelationsspeicher 12 abgespeichert. Durch Wiederholung
dieser Rechen- und Speicheroperationen für n Zyklen werden die die Autokorrelationsfunktion
bestimmenden Daten im Korrelationsspeicher 12 abgespeichert. Spitzenwerte (peaks),
welche die Periodizität der im Korrelationsspeicher 12 gespeicherten Autokorrelationsfunktion
darstellen, werden durch einen Spitzen(wert)-detektor 14 zur Ableitung der Periode(ndauer)
des Biosignals erfaßt.
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Bei dem beschriebenen, bisherigen Meßsystem ist jedoch die Anordnung
so getroffen, daß die Phasendifferenzveränderliche L in jedem einzelnen Abtastzyklus
variiert wird. Aus diesem Grund müssen im Korrelationsspeicher 12 die Ergebnisse
jeder- einzelnen Autokorrelationsfunktionsberechaung über den gesamten Datenbereich
hinweg gespeichert werden, welcher den Bereich überspannt, in welchem die #Veränderliche
rt in jedem Abtastzyklus variiert wird. Dies bedeutet, daß der Korrelationsspeicher
eine sehr große Speicherk2pazität besitzen muß. Darüber hinaus werden auch bei einer
Messung eines Signals einer sehr kurzen Periode die vorstehend beschriebenen Berechnungen
während einer Zeitspanne durchgeführt, welche dem Zwei- bis Dreifachen der Länge
der Periode entspricht, so daß ein großer Teil dieser Berechnungen im wesentlichen
bedeutungslos ist. Dieses Vorgehen verlangt einen -Korrelationsspeicher großer Speicherkapazität,
und es ist auch im Hinblick auf eine Echtzeitverarbeitung deshalb nachteilig, weil
eine große Zahl praktisch bedeutungsloser Berechnungen durchgeführt wird.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die- Ausschal-# tung
der vorstehend geschilderten Mängel durch Schaffung einer verbesserten Vorrichtung
zur Messung der-Periodendauer eines Biosignals, wobei diese Vorrichtung die Periodendauermessung
-mit einem Korrelationsspeicher kleinerer Speicherkapazität und mit einer Rechenzeitspanne
ermöglichen soll, die im größtmöglichen. Ausmaß verkürzt ist.
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Diese Periodendauermeßvorrichtung soll dabei die einwandfreie Messung
der Periode bzw. Periodendauer durch Erfassung der echten Spitzenwerte, welche der
Periode eines Biosignals entsprechen, aus einer Vielzahl von-Spitzenwerten,
die
~von einer Autokorrelationsfunktion erhalten bzw abgeleitet werden, ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird, durch die in den beigefügten Patentansprüchen
gekennzeichneten Merkmale gelöst.
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Mit der Erfindung wird insbesondere eine Periodendauermeßvorrichtung
geschaffen 9 die eine Einrichtung zum Abnehmen eines ~Biosignals D eine Autokorrelationsfunktions-Rechen
einheit, zur Berechnung einer Autokorrelationsfunktion des Biosignals, eine Spitzen(wert)detektoreinheit
zur Erfassung eines Spitzenwerts anhand der Autokorrelationsfunktion und eine Perioden-Recheneinheit
zur Berechnung der Periode des Biosignals anhand der Position auf einer Korrelationsachse
aufweist an welcher ein Spitzenwert durch, die Spitzendetektoreinheit erfaßt wird,
wobei die Berechnung der Autokorrelationsfunktion während einer im wesentlichen
der Mindestgröße der Periode der Messung entsprechenden Zeitspanne fortgesetzt wird,
die mit, der Erfassung eines Spitzenwerts beginnt9 wobei bestätigt bzw.
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festgestellt wird, daß kein den erfaßten Spitzenwert über-.
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steigender Spitzenwert in der Zeitspanne vorliegt, welche der Mindestgröße
entspricht und welche mit der Erfassung des Spitzenwert3 beginnt, so daß hierdurch
festgestellt wird9 ~daß der betreffende Spitzenwert ein echter Spitzenwert ist.
Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird die durch die Gleichung
bestimmte -Autokorrelationsfunlftion für eine bestimmte Größe einer Veränderlichen
Z S welche dem Biosignal auf
der Zeitachse eine Phasendifferenz
erteilt oder aufprägt, in der Autokorrelationsfunktion-Recheneinheit für eine bestimmte
Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen X berechnet, und die bestimmte-Größe dieser
Veränderlichen X wird auf der Zeitachse entsprechend dem Verlauf der Abtastzyklen
(vor)verschoben, wobei die Autokorrelationsfunktions-Recheneinheit die Autokorrelationsfunktionen
nacheinander entsprechend den neuen bestimmten Größen der Phasendlfferenzoeränderlichen
berechnet und die berechnete Größe der Autokorrelationsfunktion im (betreffenden)
Speicher abgespeichert und mit der neuesten berechneten Größe einer Autokorrelationsfunktion
verglichen wird, um dadurch einen Spitzenwert zu bestimmen bzw. zu erfassen.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich
zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Biosignal-Wellenformdiagramm zur Erläuterung einer Periodendauermessung
mittels eines Autokorrelationssystems, Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild
des AuSbaus einer Periodendauermeßvorrichtung, die mit der bisherigen Periodendauermessung
arbeitet, Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise,
auf welche eine Autokorrelationsfunktion bei einer Periodendauermeßvorrichtung gemäß
der Erfindung berechnet wird,
Fig. 4 ein Wellenformdiagramm eines
fötalen Herzschlagsignals zur Erläuterung des Falls, in welchem das erfindungsgemäße
Periodendauermeßsignal auf die Messung der Periodendauer zwischen fötalen Herzschlägen
angewandt wird, Fig. 5 ein Wellenformdiagramm zur Erläuterung einer Vorrichtung,
welche die Autokorrelationsfunktionsberechnung während einer festen Zeitspanne nach
der Erfassung eines Spitzenwerts fortzusetzen vermag, um dabei zu bestimmen, ob
der erfaßte Spitzenwert ein echter Spitzenwert ist oder nicht, Fig. 6 ein vereinfachtes
Druckschaltbild des Aufbaus einer Periodendauermeßvorrichtung, auf welche die Erfindung
anwendbar ist, Fig. 7 ein Blockschaltbild zur Erläuterung des Speicherns und Abtastens
bzwe Abgreifens von Daten in einem Datenspeicher sowie des Auslesens und der späteren
Verarbeitung der Daten, Fig. 8 ein detailliertes Blockschaltbild des Aufbaus eines
Spitzendetektors, einer Spitzenwert-Prüfschaltung und einer Spitzenwert-Bestätigungsschaltung
bei der Periodendauermeßvorrichtung gemäß Fig. 6, und Fig. 9 ein Blockschaltbild
zur Erläuterung der Einzelheiten eines Bezugßpegelgenerators.
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Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
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Fig. 3 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Periodendauermeßvorrichtung
gemäß der Erfindung, und sie veranschaulicht das System zur Berechnung der Autokorrelationsfunktion
eines Biosignals.
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Wenn mit f(k) (mit k = 1, 2, 3 ..., n) die Daten bezeichnet werden,
die durch jeweilige Abgreif- bzw. hbtastvorgänge an einem Biosignal mit fester Abtastperiode
T5 erhalten werden, läßt die Autokorrelationsfunktion A(t).des Biosignals durch
folgende Gleichung (2) ausdrücken:
Darin bedeuten: #= eine Veränderliche, welche dem Biosignal auf der Zeitachse eine
Phasendifferenz aufprägt, n = Gesamtzahl der Multiplikationen oder Additionen in
einem Abtastzyklus und k = eine Abtast-Ordnungszahl. Bei Erweiterung von Gleichung
(2) erhalt man:
In Gleichung (3) bezieht sich der Ausdruck#f(1) auf die jüngsten bzw. neuesten Daten.
Gleichung (3) zeigt, daß die Autokorrelationsfunktion eines Biosignals durch Summieren
des Produkts f(k)f(k+t) insgesamt n-mal durch änderung von k gefunden wird, wobei
f(k)f(k+t) das Produkt der Abtastdaten f(k) und f(k+X) zu zwei Zeitpunkten darstellt,
die längs der Zeitachse durch die Phasendifferenzveränderliche t voneinander getrennt
sind.
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Insbesondere sei anhand von Fig. 3 angenommen, daß mehrere Dateneinheiten
mittels AbgreiS- oder Abtastoperationen gewonnen werden, die in Zeitabständen entsprechend
der Abtastperiode T5 auf der Zeitachse durchgeführt werden, und daß die Phasendifferenz-Veränderliche
L durch m vorgegeben ist. Zur Berechnung der Autokorrelationsfunktion A(m) werden
zwei durch m gegeneinander verschobene Abtastdateneinheiten, Wie f(i) und f(m+1),
f(2) und f(m+2) f(n) und f(m+n) ..., zur Lieferung der Produkte f(1')f(m+1), f(2)f(m+2)
... f(n)f(m+n) miteinander multipliziert. Diese Produkte werden dann für die n Abtastoperationen
im Abtaktzyklus zur Lieferung der Autokorrelationsfunktion A(m) miteinander addiert.
Das erfindungsgemäß angewandte System berechnet eine Autokorrelationsfu##tion für
eine bestimmte Größe der Veränderlichen b 9 welche dem Biosignal auf der Zeitachse
die Phasendifferenz erteilt bzw. aufprägt, innerhalb eines Abtastzyklus des Biosignals,
und es ändert die Größe e der Phasendifferenz-Veränderlichen Z längs der Zeitachse
in Ütbereinstimmung mit dem Vorgang der Abtastzyklen, um dann eine Autokorrelationsfunktion
zu berechnen, die jedem Abtastzyklus entspricht. Die Ergebnisse der jeweils neuesten
oder letzten Autokorrelationsfunktions-Berechnung werden im Speicher abgespeichert,
so daß Signalspitzen und Signalperiodendauer bestimmt werden können.
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Die vorstehende Arbeitsweise ist im folgenden beispielhaft anhand
eines Falls erläutert, in welchem die Erfindung auf die Periodendauermessung eines
fötalen Herzschlags angewandt ist.
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Die Periode bzw. Periodendauer eines fötalen Herzschlags liegt im
Bereich von etwa 300 bis 1500 ms. Zur Berechnung
einer Autokorrelationsfunktion
über den Bereich der gesamten Periodendauer des Herzschlagsignals ist es daher nötig,
die Autokorrelationsfunktion durch Änderung der Periodendauer der Messung von einer
Mindestgröße von 300 ms auf eine Größe von 1500 ms zu#ermitteln. Mit anderen Worten:
die Phasendifferenz-Veränderliche Z muß gemäß Gleichung (2) über den Bereich von
300/es bis 1500/es geändert werden Da die Autokorrelationsfunktion einen größten
Spitzenwert innerhalb dieses Bereichs besitzt, kann dann, wenn die Phasendifferenz-Veränderliche
U auf die Herzschlagperiode T oder auf eine Zeitperiode entsprechend einem ganzzahligen
Mehrfachen der Periode T eingestellt wird, die echte Periode des Herzschlagsignals
bestimmt werden, wenn der Spitzenwert entsprechend der Periode X erfaßt wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Periodendauermeßvorrichtung erfolgt die
Berechnung der Autokorrelationsfunktion bei jedem, als Einzelteilung (single division)
dienenden Abtastzyklus. Normalerweise beträgt die kürzeste Periodendauer eines fötalen
Herzschlagsignals etwa 300 ms. Wie sich aus den folgenden Erläuterungen noch näher
er#gibt, beginnt die Berechnung der Autokorrelationsfunktion mit der kleinstmöglichen
Größe der Meßperiode, nämlich 300 ms, um die Meßergebnisse während einer Zeitspanne
abzuleiten, welche.
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der Periodendauer äquivalent ist. Dies bedeutet, daß im ersten Abtast-
bzw. Abgreifzyklus die Autokorrelationsfunktion zunächst für das Intervall von 300
ms ermittelt wird, welches der Mindestgröße der fötalen Herzschlagperiodendauer
entspricht. In diesem Fall wird die Phasendifferenz-Veränderliche t anhand von #
I DOO/TS ermittelt, so daß die Veränderliche -~t= 60 beträgt, wenn die Abtastperiode
Ts
auf 5 ms festgelegt ist. Bei einer Abtastperiode Es von ms msbeträgt somit die für
eine Berechnung der Abtastdaten zur Verfügung stehende Zeit etwa 5 ms. Demzufolge
werden n Abtastoperationen unter den Bedingungen t = 60 und Abtastperiode T5 = 5
ms durchgeführt, und die Autokorrelationsfunktion A(60) wird für bzw. zu t= 60 ermittelt.
Diese Ermittlung der Autokorrelationsfunktion A(60) erfolgt nach dem in Fig. 3 dargestellten
Verfahren zur Bestimmung der Autokorrelationsfunktion A(#).
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Die vorstehend beschriebenen Vorgänge sind im folgenden anhand von
Fig. 4, die ein llerzschlagsignal veranschaulicht, näher erläutert. Die Abtastung
erfolgt bis zu einer Gesamtzahl von n Abtastungen in Zeitabständen bzw. Intervallen
von 5 ms entsprechend der Abtastperiode T5 (d.h. in Intervallen, die durch Ts =
5 ms bestimmt werden). Die bei jedem Abtastvorgang erhaltenen Dateneinheiten f(1),#f(2),
f(3), f(4) ... f(n) werden im Speicher abgespeichert. Sodann werden zwei Dateneinheiten
f(k) und f(k+60), die zu verschiedenen, durch die Phasendifferenz-Veränderliche
L = 50 zueinander verschobenen Abtastzeiten erhalten werden, miteinander multipliziert,
und eine Reihe dieser Produkte, wie f(1)f(1+60), f(2)f(2+60) ..., wird zur Lieferung
der Gesamtsumme der Produkte addiert. Auf diese Weise kann die Autokorrelationsfunktion
A(60) für den Fall ermittelt werden, daß die Phasendifferenz-Veränderliche # auf
60.eingestellt ist. Die Größe A(60) gibt den Grad der Periodizität in Verbindung
mit t = 60 (d.h. für eine Periode von 300 ms) an. Die Größe A(60) wird zu Vergleichszwecken
im Speicher abgespeichert, bis die Autokorrelationsfunktion im nächsten Abtastzyklus
abgeleitet worden ist.
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Sodann erfolgt die Berechnung für den zweiten Abtastzyklus, in welchem
die Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen um "1" auf A(61) verschoben bzw. erhöht
ist. Mit anderen Worten: im zweiten Abtastzyklus wird die Autokorrelationsfunktion
für eine Periode von 305 ms berechnet. Die Berechnung der Autokorrelationsfunktion
A(61) erfolgt im wesentlichen auf dieselbe Weise wie im Fall der Autokorrelationsfunktion
A(60), so daß diese Berechnung nicht im einzelnen erläutert zu werden braucht. Die
mittels der Berechnung für die Periode von 305 ms gewonnene Autokorrelationsfunktion
A(61) wird mit der vorher berechneten und im Speicher abgespeicherten Autokorrelationsfunktion
A (60) für die Periode von 300 ms verglichen. Die beschriebene Vorrichtung berechnet
somit eine Autokorrelationsfunktion für eine bestimmte Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
X in einem Abtastzyklus, speichert im Speicher ausschließlich das Ergebnis dieser
Berechnung und vergleicht sodann dieses Ergebnis mit dem Ergebnis einer Autokorrelationsfunktions-Berechnung
für eine Phasendifferenz-Veränderliche, deren Größe im nächsten Abtastzyklus um
einen Zählschritt erhöht ist. Infolgedessen braucht nur das Rechenergebnis des jeweils
letzten Zyklus im Speicher abgespeichert zu werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht somit eine Verringerung
der erforderlichen Speicherkapazität des Korrelationsspeichers im Vergleich zur
bisherigen Vorrichtung, bei welchem der Korrelationsspeicher die Ergebnisse aller
Autokorrelationsfunktions-Berechnungen für die gesamte Datenmasse erfordert, welche
den Bereich überspannt, in welchem die Phasendifferenz-Veränderliche t in jedem
Abtastzyklus variiert wird.
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Zur Erfassung der Signal spitzen wird erfindungsgemäß die vorher berechnete
und für den vorhergehenden Abtastzyklus gespeicherte Größe mit der für den nächsten
Abtastzyklus berechneten Größe verglichen. Die Signal spitzen werden sodann durch
Wiederholung dieses Vergleichs und Prüfung der Zustandsänderung erfaßt. Wenn eine
Zustandsänderung von einem größeren Wert auf einen kleineren Wert zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Abtastzyklen vorhanden ist, wird hierdurch die Erfassung eines
Spitzenwerts im ersten der beiden Zyklen angezeigt. Bei der Durchführung der Spitzen
werterfassungsoperation erfolgt der Vergleich ausschließlich mit der unmittelbar
vorher berechneten Größe, wie dies oben beschrieben ist0 Es ist jedoch offensichtlich
auch möglich, Rechengrößen für verschiedene Zyklen zu speichern und einen Vergleich
zwischen diesen Größen anzustellen, falls dies gewünscht ist.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform kann wegen der Herabsetzung
der erforderlichen Speicherkapazität sowie der Herabsetzung der Zahl von Rechenvorgängen
ein Mikroprozessor angewandt werden. Auf diese Weise lassen sich äuBerst genaue
Autokorrelstionsfüflktions-Berechnungen sowie eine genaue Systeinsteuerung erzielen.
Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß bei der beschriebenen Operation in unvorteilhafter
Weise nicht nur ein eigentlicher (echter) Spitzenwert entsprechend der Signalperiode
erfaßt wird, sondern auch andere Spitzenwerte erfaßt werden, die im allgemeinen
in der Nähe des eigentlichen Spitzenwerts vorhanden sein können. Zur Messung der
Periodendauer mit hoher Genauigkeit müssen daher Einrichtungen zur Erfassung des
eigentlichen bzw. echten Spitzenwerts, welcher der Signalperiode entspricht,
aus
den verschiedenen, möglicherweise vorhandenen Spitzenwerten vorgesehen sein.
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Für die Bestimmung, ob ein erfaßter Spitzenwert möglicherweise ein
echter Spitzenwert ist, sind zwei Schritte erforderlich. Zum ersten wird eine Pegelprüfoperation
auf der Grundlage eines vorbestimmten, als Schwellenwert dienenden Mindestpegels
durchgeführt, und zweitens wird nach der Erfassung eines Spitzenwerts die Autokorrelationsfunktions-Berechnung
während einer Zeitspanne fortgesetzt, welche der kleinsten Meßperiode entspricht,
um dadurch zu bestätigen, daß kein den erfaßten Spitzenwert übersteigender Spitzenwert
innerhalb des Intervalls vorhanden ist, in welchem die Berechnung fortgesetzt wurde.
Diese beiden Arbeitsschritte ermöglichen die Erfassung eines echten Spitzenwert
5.
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Die Pegelprüfoperation umfaßt die Schritte der Bestimmung des Schwellenwerts
eines Pegels, der für die Entscheidung, ob ein Spitzenwert das Potential eines echten
Spitzenwerts besitzt, herangezogen wird, sowie einer anschließenden Emtscheidung
oder Prüfung, ob der Pegel eines Spitzenwerts den Schwellenwert übersteigt, wodurch
bestimmt wird, ob der erfaßte#Spitzenwert, der das Potential eines echten Spitzenwerts
besitzt, tatsächlich als echter Spitzenwert angesehen werden kann.
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Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Schwellenwert auf
die Hälfte der Größe eines bei einer unmittelbar vorhergehenden Messung verwendeten
Spitzenwerts bzw. auf die Hälfte der Größe des letzten echten Spitzenwerts eingestellt,
wobei
nur ein Spitzenwert, dessen Pegel den vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, als
Spitzenwert mit dem Potential eines echten Spitzenwerts bewertet wird.
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Der Schwellenwert braucht nicht notwendigerweise auf die Hälfte der
Größe des letzten echten Spitzenwerts eingestellt zu sein, sondern kann einer optimalen
Größe entsprechen, die in Abhängigkeit vom Zustand des Signals zum betreffenden
Zeitpunkt gewählt wird. Obgleich im allgemeinen die Spitzengröße eines echten, die
Periodendauer des Signals anzeigenden Spitzenwerts durch Größe und Wellenform des
Signals beeinflußt wird, stellen Stör- bzw.
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Rauschsignale ein besonderes Problem dar. Genauer gesagt: je nie#driger
das Störsignal ist, umtso größer und eindeutiger stellen sich die echten Spitzenwerte
dar, während die echten Spitzenwerte um#so kleiner erscheinen, je größer das Störsignal
ist. Tatsächlich kann die Größe eines echten Spitzenwerts bei Vorliegen beträchtlicher
Störsignale sogar kleiner sein als ein falscher Spitzenwert in der Nähe eines echten
Spitzenwerts, wenn wenig Störsignal vorhanden ist.
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Aus dem eben genannten Grund muß der Schwellenwert unter Berücksichtigung
der Signalbedingungen oder -zustände.eingestellt werden, die während der Spitzenwerterfassung
vorliegen. Bei der beschriebenen Ausführungsform wird zusätzlichzur erläuterten
Pegelprüfung die Autokorrelationsfunktions-Berechnung nach der Erfassung eines Spitzenwerts
während einer festen Zeitspanne fortgesetzt, und es wird eine Prüfung zur Bestimmung
7 ob innerhalb des festen Intervalls ein Spitzenwert mit einer größeren Größe als
derjenigen des erfaßten Spitzenwerts vorliegt, durchgeführt.
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Wie erwähnt, enthalten die von einer Autokorrelationsfunktion erhaltenen
Spitzenwerte neben dem echten Spitzenwert entsprechend der Signalperiode zahlreiche,
diesem benachbarte Spitzenwerte. Für die genaue Bestimmung der Periodendauer muß
der echte Spitzenwert unter den verschiedenen Spitzenwerten erfaßt werden. Da die
anderen Spitzenwerte dem echten Spitzenwert im allgemeinen eng benachbart sind,
kann die Erfassung dieser Spitzenwerte als echter Spitzenwert dadurch verhindert
werden, daß die Berechnung der Autokorrelationsfunktion für ein festes Intervall
nach der Erfassung eines Spitzenwerts verlängert und dann geprüft wird, ob innerhalb
des festen Intervalls ein den erfaßten Spitzenwert übersteigender Spitzenwert vorhanden
ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß es ausreicht, das feste Intervall mit einer
Größe entsprechend der Mindestmeßperiode zu wählen. Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird somit bei jedesmaligem Erfassen eines Spitzenwerts die Berechnung der Autokorrelationsfunktion
während eines Intervalls verlängert bzw. fortgesetzt, das im wesentlichen der Mindestgröße
der Meßperiode, nämlich 300 ms, entspricht.
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Die vorstehenden Vorgänge sind im folgenden anhand von Fig. 5 erläutert.
Wenn angenommen wird, daß ein Spitzenwert P1 zu einem Zeitpunkt t11 (augenblicklicher
Zeitpunkt) erfaßt wird, wird die Berechnung der Autokorrelationsfunktion über 300
ms nach dem Zeitpunkt tell, nämlich bis zum Zeitpunkt t12 fortgesetzt. Gemäß Fig.
5 wird im 300 ms-Intervall zwischen den Zeitpunkten t11 und t12 ein den Spitzenwert
Pl übersteigender Spitzenwert P2 zum Zeitpunkt t21 festgestellt. Unter diesen Bedingungen
wird der Spit zenwert P1 verworfen bzw. abgeworfen, und die Autokorrelationsfunktions-Berechnung
wird, ausgehend vom neuen Spitzenwert
P2, über weitere 300 ms,
nämlich bis zum Zeitpunkt t22 fortgesetzt. Der Spitzenwert P2 wird als echter Spitzenwert
bewertet, wenn in diesem zuletzt genannten Intervall von 300 ms kein den Spitzenwert
P2 übersteigender Spitzen-' wert angetroffen wird. Gemäß Fig. 5 tritt innerhalb
des 300 ms-Intervalls zwischen dem Zeitpunkt t12 der Erfassung des Spitzenwerts
P2 und dem Zeitpunkt t22 zu einem bestimmten Zeitpunkt t31 ein Spitz-enwert -P3
auf, der jedoch eine kleinere Amplitude besitzt als der Spitzenwert P2. Dieser Spitzenwert
P3 wird dabei jedoch nicht als möglicher echter Spitzenwert erfaßt. Der zum Zeitpunkt
t21 erfaßte Spitzenwert P2 wird somit nach Ablauf der Periode von 300 ms zwischen
dem Zeitpunkt t21 und dem Zeitpunkt t22 als echter Spitzenwert bewertet, Zu diesem
Zeitpunkt werden die Berechnung der Autokorrelationsfunktion beendet und die Periodendauer
berechnet. Die Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen Z des auf diese Weise ermittelten
echten Spitzenwerts entspricht dieser Periodendauer. Wenn die Datenabtastperiode
mit T5 vorausgesetzt wird, läßt sich die Periodendauer T nach der Berechnungsformel
T = Sx T5 bestimmen. Die nächste Periodenmessung geht wiederum aus von Ç = 60 (entsprechend
der Periode von 300 #s) j wobei sie auf dieselbe Weise abläuft.
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Auf die beschriebene Weise kann somit die richtige Periodendauer des
Biosignals gemessen werden.
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Im Hinblick auf die beschriebenen Gegebenheiten ist die Tatsache,
daß die Autokorrelationsfunktion von 300 ms auf der Autokorrelationsachse ausgeht
und an einem der Biosignalperiodendauer T + 300 ms äquivalenten Punkt endet, bezüglich
der Erfassung des echten Spitzenwerts und
(der Bestimmung) des
Zeitpunkts, zu welchem die Meßergebnisse als Ausgangssignal geliefert werden, von
größter Bedeutung.
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Bezüglich der Erfassung eines echten Spitzenwerts kann zunächst ein
solcher nicht unterhalb der kürzestmöglichen Periode des gemessenen Biosignals vorhanden
sein und ein echter Spitzenwert kann auch nicht in einem Intervall ininnerhalb der
kürzesten Periodendauer vorhanden sein. Die auf beschriebene Weise bestätigten-bzw.
bewerteten Spitzenwerte sind daher solche, die in keinem Fall Spitzenwerte einer
Periodendauer angeben können, welche das Doppelte der tatsächlichen Periodendauer
beträgt.
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Bezüglich der Ausgabe zeitsteuerung bzw. der Ausgabezeit der Meßergebnisse
besteht die Wirkung der beschriebenen Anordnung darin, daß die Meßergebnisse in
Synchronismus mit der tatsächlichen Periodendauer des Biosignals geliefert werden
können. Insbesondere beginnt die Periodendauermessung mit (einer Dauer von) 500
ms, was die kürzeste mögliche Periodendauer darstellt. Andererseits sind 300 ins,
entsprechend der kürzesten Periodendauer, als Bestätigungsintervall für den echten
5pitzenwert gewählt, so daß die Meßergebnisse demzufolge innerhalb einer Zeitspanne
geliefert werden können, welche der echten Periodendauer des Biosignals äquivalent
ist. Wenn die echte Periodendauer beispielsweise 500 ms beträgt, werden die Meßergebnisse
alle 500 ms ausgegeben. Bei einer Änderung der Periodendauer ändern sich die Ausgabeintervalle
entsprechend. Dies beruht darauf, daß die Autokorrelationsfunktions-Berechnung mit
Echtzeit auf der Korrelationsachse vor sich geht, wenn das Intervall dieser Berechnung
mit der Datenabtastperiode
koinzidiert, nämlich deshalb, weil
die Korrelationsberechnung für eine Zeitspanne von der kürzesten Periodendauer des
Biosignals bis zu einem Zeitpunkt, der durch die Summe aus der kürzesten Periodendauer
und der tatsächlichen Periodendauer vorgegeben wird, innerhalb einer der tatsächlichen
Periodendauer des Biosignals äquivalenten Zeit e#rfolgt.
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Fig. 6 veranschaulicht in vereinfachter Form den Aufbau einer Periodendauermeßvorrichtung
zur Durchführung der anhand der Fig. 5 bis 5 beschriebenen Periodendauermessung.
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Gemäß Fig. 6 wird ein Wandler zur Erfassung des fötalen Herzschlagsignals
zsB. am Unterleib W eines weiblichen Patienten angesetzt. Mit dem Wandler 22 ist
über eine Vorverarbeitungsschaltung 23 eine Abtastschaltung 24 verbunden. Das vom
Wandler 22 abgegriffene Herzschlagsignal wird nach einer zweckmäßigen Wellenformung
in der Vorverarbei#ungschaltung 23 durch die Abtastschaltung 24 ,mit einer vorbestimmten
Abtastperiode abgetastet bzw. abgegriffen und gleichzeitig einer Analog/Digital-
bzw. A/D-Umwandlung unterworfen. Die Abtastschaltung 24 gibt somit das Herzschlagsignal
als Digitalsignal ab. Ein an die Abtastscha]tung 24 angeschlossener Datenspeicher
26 speichert die von ersterer gelieferten Abtastdaten. Der aus einer Anzahl von
Schieberegister bestehende Datenspeicher 26 arbeitet wie folgt: Bei der Eingabe
jeder neuen Dateneinheit in den Datenspeic#her werden die bisher bereits darin gespeicherten
Dateneinheiten Byte für Byte verschoben, wobei die jeweils älteste Dateneinheit
bei Eingabe einer neuen Dateneinheit abgeworfen wird. An den Datenspeicher 26 ist
eine Multiplizierstufe 28 angeschlossen,
der eine Addierstufe nachgescha#tet
ist. Der Datenspeicher 26 (Schieberegister) umfaßt ein 1-Byte-(8-Bit)-Parallelregister,
das die Abtastdate:i ~in digitaler Form einzuschieben vermag. Er ist dabei so ausgelegt,
daß willkürliche Positionsdaten, die auf einer Signalleitung ad vorgegeben werden,
aus ihm ausgelesen werden können.
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Im Datenspeicher 26 ist ein Randomsp-~icher (RAM) mit Lese- und Einschreibfähigkeit
sowie iiit einem Regler dafür vorgesehen.
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Die Multiplizierstufe 28 und die Add,erstufe 30 bilden eine Rechenschaltung
zur Berechnung der Autokorrelationsfunktion. Diese Schaltung berechnet die Autokorrelationsfunktion
eines Biosignals, nämlich des fötalen Herzschlagsignals, gemäß Gleichung (3) auf
der Grundlage der im Datenspeicher 26 gespeicherten Daten. Die Berechnung einer
Autokorrelationsfunktion erfolgt dabei in Verbindung mit einer Phasendifferenz-Veränderlichen
X einer gewissen Größe in Jedem Abtastzyklus. Hierbei werden zwei Dateneinheiten,die
zwei durch die Phasendifferenz-Veränderliche.
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Y voneinander getrennte Positionen auf der Zeitachse darstellen, durch
eine Regel- bzw. Steuerschaltung 42 auf noch näher zu erläuternde Weise erzeugt,
wobei die beiden Dateneinheiten in zwei Adressen des-Speicherabschnitts des Datenspeichers
26 gespeichert werden (die diese Speicherplätze bezeichnenden Adressen sind in Block
26 gemäß Fig. 7 durch die schraffierten Flächen dargestellt). Zur Berechnung der
Autokorrelationsfunktion werden die beiden gespeicherten Dateneinheiten multipliziertaund
unddas Produkt wird in einen in der Addierstufe 30 angeordneten Akkumulator eingegeben.
Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, beträgt die Zahl der Multiplikationsoperationen
für eine Phasendifferenz-Veränderliche t gemäß
Gleichung (3) n,
so daß die Zahl der Additionen n beträgt; Bei Durchfülrung von n Additionen wird
effektiv die Phasendifferenz-VerEnderliche t als Größe berechnet, welche das n-fache
der Autokorrelationsfunktion beträgt8 Da jedoch n konstant ist, sind die berechneten
Daten gemäß Gleichung (3) der Autokorrelationsfunktion proportional, so daß effeKtiv
(auf diese Weise) die Autokorrelationsfunktion berechnet wird.
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An die Addierstufe 30 ist ein Spitzen(wert)detektor 32 angeschlos#en,
der eine kleine Zahl von Daten zu spei, chern und eine Vergleichsoperetion durchzuführen
vermag, Ein Eingangssignal zum Spitzendetektor 32 ist die Größe der Autokorrelationsfunktion,
die durch die Rechenschaltung aus der Multiplizierstufe 28 und der Addierstufe 30
berechnet worden ist. Wie noch näher erläutert werden wird, speichert der Spitzendetektor
32 die vorher berechnete Größe fer Autokorrelationsfunktion für einen Abtastzyklus,
und er vergleichtdiese Größe mit der neuWingehenden, berechneten Größe der Autokorrelationsfunktion
für den nächsten Åbtastzyklus. Der Spitzendetektor speichert sodann die neuWingegangene
Rechengröße ab, wenn diese größer ist als die vorher gespeicherte Rechengröße. Da
der Spitzendet#ktor 32 nur die Rechengröße der Autokorrelationsfunktion fur den
jeweils letzten Abtastzyklus sowie die zu diesem Zeitpunkt vorliegende Größe der
Phasendifferenz-Veränderlichen # zu speichern vermag, kommt er mit einer kleinen
Speicherkapazität aus. Die Speicherrechengröße für Einen Abtastzyklus wird somit
durch einen Komparator mit cer Rechengröße der Autokorrelationsfunktion für den
nächst#n Abtastzyklus verglichen, so daß die Größen änderung ir den beiden Abtastzyklen
ermittelt werden kann.
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Wenn das Ergebnis der Vergleichs operation einen Ubergang von einem
höheren auf einen niedrigen Wert anzeigt, wird hierdurch das Vorhandensein eines
Spitzenwert im ersten der beiden Abtastzyklen angegeben. Der Spitzendetektor 32
führt einen Vergleich zwischen einem Spitzenwert-Meßsignal und einem Bezugspegel
durch. Für die Festlegung des Bezugspegels kann ein Pegel benutzt werden, der -
wie erwähnt - z.B. die Hälfte des vorher gemessenen echten Spitzenwerts beträgt.
Wenn der erfaßte Spitzenwert den Bezugspegel übersteigt, und wenn bestätigt wird,
daß kein den erfaßten Spitzenwert übersteigender Spitzenwert innerhalb eines festen
Zeitintervalls von dem Zeitpunkt vorliegt, zu welchem der erfaßte Spitzenwert den
Bezugspegel übersteigt (wobei das feste Intervall bei dieser Ausführungsform 300
ms beträgt), entscheidet der Spitzendetektor 32, daß der erfaßte'Spi,tzenwert ein
echter Spitzenwert ist, um daraufhin ein Meßsignal für einen echten Spitzenwert
abzugeben.
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An den Spitzendetektor 32 ist eine Perioden-Rechenschaltung 38 angeschlossen,
die bei Eingang-des Meßsignals für den echten Spitzenwert vom Spitzendetektor 32
die Periode bzw. Periodendauer auf der Grundlage der Größe der Phasendif£erenz-Veränderlichen
in der Autokorrelationsfunktion zum Zeitpunkt der Ableitung des Spitzenwerts berechn#et,
wobei diese Größe in einem im Spitzendetektor vorgesehenen Register aufrechterhalten
wird.
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Mit der Perioden-Rechenschaltung 38 ist eine Herzfrequenz-Rechenschaltung
40 verbunden, welche die Zahl der Herzschläge auf der Grundlage der durch die Perioden-Rechenschaltung.
38 berechneten Periodendauer berechnet.
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Die Herzfrequenz-Rechenschaltung 40 ist mit einer Steuerschaltung
42 verbunden, an die eine Anzeigevorrichtung 44, etwa eine Anordnung aus lichtemittierenden
Dioden, angeschlossen ist. Die Anzeigevorrichtung 44 zeigt die Zahl der Herzschläge
im Herzscblagsignal auf der Grundlage des von der Herzfrequenz-Rechenschaltung 40
über die Steuerschaltung 42 gelieferten Signals an. Es kann vorkommen, daß das von
der Herzfrequenz-Rechenschaltung 40 gelieferte Signal eine Stör- bzw. Rauschkomponente
enthält oder die Sonde für die Herzschlagabtastung verrutscht. In diesen Fällen
verhindert die Steuerschaltung 42 die Eingabe des Signals von der Herzfrequenz-Rechenschaltung
40 in die Anzeigevorrichtung 44', so daß eine fehlerhafte Herzschlagzahl nicht dargestellt
wird.-Die Steuerschaltung 42 vermag weiterhin Taktsignale zur Abtastschaltung 24
zu liefern, um dadurch die Zeitpunkte der durch die Abtastschaltung durchgeführten
Abtastoperation zu steuern. Außerdem liefert die Steuerschal tung der Multiplizierstufe
28 bei jedem Abtastvorgang ein Signal, welches die Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
angibt. Diese Größe erhöht sich fortlaufend im Verlauf der Abtastzyklen, ausgehend
von einem Zeitpunkt, welcher im wesentlichen der Mindestgröße der Herzschlagsignalperiodendauer
entspricht. Die Multiplizierstufe~28 vermag aus dem Datenspeicher 26 zwei durch
die Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen voneinander getrennte, durch das Signal
der Steuerschaltung 42 bezeichnete Dateneinheiten auszulesen und deren Produkt zu
bestimmen, Die Steuerschaltung 42 liefert ein Zeitsteuersignal zur Addierstufe 30,
die daraufhin auf der Grundlage dieses Zeitsteuersignals die Ergebnisse der von
der Multiplizierstufe 28
durchgeführten Rechenergebnisse zusammenaddiert.
Mit anderen Worten: die Multiplizierstufe 38 und die Addierstufe 30 lesen unter
der Steuerung der Steuerschaltung 42 Daten aus dem Datenspeicher aus und berechnen
die Autokorrelationsfunktion im wesentlichen gemäß Gleichung (3).
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An die Steuerschaltung 42 ist ein Bezugspegeldetektor 46 angeschlossen,
der nach Maßgabe eines von der Steuerschaltung in einem zweckmäßigen Intervall gelieferten
ZeitsteuersignalS den optimalen Bezugspegel (Null-Pegel) zur Hinzufügung eines positiven
oder negativen Vorzeichens zu den Abtastdaten festzustellen und ein den optimalen
Bezugspegel anhebende Signal zur Abtastschaltung 24 zu liefern vermag. Bei der Hinzufügung
der Vorzeichen zu den Daten ist die Periodizität der Autokorrelationsfunktion um-o
zuverlässiger, je ausgeglichener die Polarität der Daten ist. Der Bezugspegeld.etektor
46 ist vorgesehen, um für diesen Zweck die optimale Größe zu ermitteln. Insbesondere
ermittelt der Detektor 46 die-optimale Größe des Bezugspegels durch Feststellung
der größten und der kleinsten Größe bzw. des Mittelwerts der Datenwerte während
der Abtastung.
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Der Spitzendetektor 32 besitzt den Aufbau gemäß Fig. 8.
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Dabei besitzt ein Speicher 52 zwei Speichereinheiten, von denen die
eine für die Speicherung der Größe der Autokorrelationsfunktion und die andere für
die Speicherung der Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen dient. Der Speicher
52 speichert unter der Steuerung eines Einschreibsignals von einem Komparator 54
die durch die Addierstufe berechnete ~Größe der Autokorrelationsfunktion sowie die
von der Steuerschaltung 42 gelieferte Größe der
Phasendifferenz-Veränderlichen~
Der Komparator 54 vermag die von der Addierstufe 30 gelieferte, neuberechnete Größe
der Autokorrelationsfunktion sowie die neueste, größte berechnete Größe der Autokorrelationsfunktion,
die vorher im Speicher 52 gespeichert worden war, miteinander zu vergleichen und
das Einschreibsignal zum Speicher 52 zu liefern, wenn die neuberechnete Größe der
Autokorrelationsfunktion die größere der beiden Größen darstellt, wobei der Inhalt
des Speichers 52 durch die neuberechnete Größe der Autokorrelationsfunktion sowie
die von der Steuerschaltung 42 gelieferte Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
ersetzt wird. Wenn sich die Größe der Autokorrelationsfunktion bei Wiederholung
der genannten Vergleichsoperation von einer sich erhöhenden auf eine sich verringernde
Größe indert, bestimmt der Komparator 54, daß ein Spitzenwert festgestellt worden
ist, um daraufhin ein Signal abzugeben. Die in den Speicher 52 eingegebene berechnete
Größe der Autokorrelationsfunktion wird zu einem Komparator 56 zur Prüfung des Spitzenwerts
geleitet. Der Komparator 56 vergleicht diese Größe mit einem von einem Bezugspegelgenerator
58 gelieferten Bezugspegel. Dieser Generator 58 wird durch das Ausgangszeitsteuersignal
eines Zählers 60 zum Zeitpunkt der Erfassung des vorhergehenden echten Spitzenwerts
gesetzt, so daß er einen Pegel speichert, der z.8. der Hälfte der Größe des in der
vorhergehenden Messung bestimmten echten -Spitzenwerts entspricht. Diesen Pegel
liefert der Bezugspegelgenerator als Bezugspegel. Die Ableitung der Hälfte der Größe
eines echten Spitzenwerts erfolgt auf die in Fig. 9 dargestellte Weise Insbesondere
geschieht dies durch Verschieben der Ausgangsdaten vom Speicher 52 um 1 Bit zur
Seite des niedrigstwertigen Bits und Ankopplung
der Daten an den
Komparator 56, der einen Größenkomparator darstellt. Wenn das Vergleichsergebnis
derart ist, daß die im Speicher 52 gespeicherte berechnete Größe der Autokorrelationsfunktion
einen den Bezugspegel übersteigenden Pegel besitzt, liefert der Komparator 56 ein
Signal. Ein UND-Glied 60 nimmt das logische Produkt der Ausgangssignale der Komparatoren
54 und 56 ab. Ein Übergang im positiven Sinne im Ausgangssignal des UND-Glieds 60
bewirkt ein Rückstellen des Zählers 62 und ein Setzen der Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
t, die im Speicher 52 gespeichert worden wahr, in einem Register 64. Wenn die vom
Zähler 62 gezählten Taktimpulse zu einer Zahl auflaufen die einer festen Zeitspanne
von z.B. 300 ms entspricht, gibt der Zähler ein Signal ab. Dieses Ausgangssignal
des Zählers 62 zeigt an, daß ein -echter Spitzenwert erfaßt worden ist, so daß die
im Register 64 gesetzte Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen t zur Perioden-Rechenschaltung
38 geliefert wird. Letztere berechnet die Periodendauer durch Abnahme des Produkts
aus der Veränderlichen L und der von der Steuerschaltung 42 auf der Signalleitung
SP' zugeführter Abtastperiode. Wenn beispielsweise die Abtastperiode 5 ms und die
Veränderliche # 60 ms betragen, wird die Periode zu 300 ms berechnet. Die so ermittelte
Periode wird zur Merzfrequenz-Rechenschaltung 40 Xbertragen, welche die Zahl der
Herzschläge während einer Dauer von 1 min durch Dividieren der Periode -(ms) durch
60 x 103 (ins) ermittelt. Die auf diese Weise ermittelte-Herzschlagzahl bzw. Herzfreciuenz
wird dann der Steuerschaltung 42 eingegeben und unter deren Steuerung auf der Anzeigevorrichtung
44 wiedergegeben.
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Auf die vorstehend beschriebene Weise werden somit Spitzenwerte-erfaßt
und geprüft, um die Abnahme von echten bzw.
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gültigen' Spitzenwerten zu gewShrleisten.
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Erfindungsgemäß erfolgt somit die Messung einer Biosigna1-Periodendauer
in der Weise, daß eine Autokorrelationsfunktion für eine bestimmte Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
U in einem Abtastzyklus des Biosignals berechnet wird, die Größe der Phasendifferenz-Veränderlichen
auf der Zeitachse in Übereinstimmung mit dem Ablauf der, Abtastzyklen geändert wird,
eine Autokorrelationsfunktion in jedem Abtastzyklus berechnet wird, lediglich das
Ergebnis-der Autokorrelations-Berechnung für den ersten Zyklus von zwei aufeinanderfolgenden
Abtastzyklen gespeichert wird, dieses Ergebnis mit dem Ergebnis der Autokorrelationsfunktions-Berechnung
für den folgenden Zyklus verglichen wird und ein Spitzenwert anhand der Erhöhung
und Verringerung--im Vergleichsergebnis festgestellt bzw. bestimmt wird, wodurch
die Periodendauer des Biosignals gemessen wird. Diese Anordnung ermöglicht eine
beträchtliche Verkleinerung-der Speicherkapazität für die Ergebnisse.# der Autokorrelationsfunktions-Berechnungen
sowie die Unterdrückung von, bedeutungslosen Autokorrelationsfunktions-Berechnungen
über lange Zeitspannen hinweg, die das Zwei-oder Dreifache der eigentlichen Biosignal-Periodendauer
betragen können, so daß die Daten ungefähr auf Echtzeitbasis verarbeitet werden
können.
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Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung kann weiterhin die richtige
Periodendauer in der Weise bestimmt werden, daß die AutokorrelationsSunktions-Berechnung
im wesentlichen mit einer Mindestgröße der Periodendauer der Biosignalmessung
beginnt,
diese Messung während.einer Zeitspanne nach der Erfassung eines Spitzenwerts fortgesetzt
wird, welche dieser Mindestgröße entspricht, und bestätigt wird, daß in diesem Intervall
entsprechend der Mindestgröße, gemessen vom Punkt der ersten Spitzenwerterfassung,
kein den ersten bzw. anfänglichen Spitzenwert übersteigender Spitzenwert vorhanden
ist, so daß der erste bzw. anfängliche Spitzenwert als echter oder gültiger-Spitzenwert
bestimmt wird. Auf diese Weise kann zuverlässig ausschließlich ein echter Spitzenwert
erfasst werden, welcher die eigentliche bzw, echte Periode des Biosignals:abgibt,
so daß die richtige Periodendauer gemessen werden kann. Da weiterhin der Bereich
der Autokorrelationsfunktions-Berechnung auf einen Bereich beschränkt ist, der sich
praktisch von der genannten Mindestgröße bis zu einem Größenbereich erstreckt, welcher
durch die Summe aus der tatsäChlichen Biosignal-Periodendauer und dem Bestätigüngsintervall
(wie der Mindestgröße) dargestellt wird, ermöglicht die Erfindung eine Unterdrückung
von bedeutungslosen Berechnungen und eine Datenverarbeitung auf Echtzeitbasis. Außerdem
können die Meßergebnisse zu einem Zeitpunkt bzw. in einem Zeitintervall geliefert
werden, der bzw. das der Periodendauer des gemessenen Signals äquivalent ist.
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Selbstverständlich sind dem Fachmann, verschiedene Änderungen und
Abwandlungen der vorstehend offenbarten Erfindung möglich, ohne daß vom Rahmen der
Erfindung abgewichen wird.