DE69530848T2

DE69530848T2 - Kontroll- und darstellungsgerät

Info

Publication number: DE69530848T2
Application number: DE69530848T
Authority: DE
Inventors: Thomas E. Mcewan
Original assignee: University of California
Current assignee: University of California
Priority date: 1994-08-09
Filing date: 1995-08-08
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2015-08-09
Also published as: EP0774918B1; CA2197063A1; EP0774918A1; CA2197063C; JPH10504976A; AU3490595A; JP3720053B2; US5766208A; EP0774918A4; WO1996004845A1; US5573012A; DE69530848D1; CN1155236A; CN1119119C; ATE240680T1

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Monitore bzw. Überwachungsvorrichtungen zum Erfassen, Überwachen und Messen der Bewegen von Herz, Lunge und anderen Körperorganen, Geweben und Elementen sowie zum Verarbeiten entsprechender biopotentieller Signale.
Stethoskope und akustische Monitore
Auf dem Gebiet der kardiopulmonaren Überwachung ist es allgemein üblich, mikrofonische, galvanische, Druck verwendende oder Dehnungsmessgeräte für die Aufnahme der Schläge bzw. Impulse kardiovaskulärer Organe einer lebenden Person oder eines lebenden Tiers aufzunehmen. Das Anfang des 19. Jahrhunderts von Laennec erfundene akustische Stethoskop zur Diagnose von Brustraumerkrankungen in lebenden Patienten durch Untersuchen der Beschaffenheit der durch verletztes Gewebe erzeugten Töne wird gegenwärtig sehr weitverbreitet eingesetzt, wobei sich das Stethoskop im Laufe des letzten Jahrhunderts praktisch nicht verändert hat.
Beispiele für bestehende kardiopulmonare Monitore und deren entsprechender Entwicklungstrend werden in den folgenden Bezugsdokumenten veranschaulicht:
Die meisten dieser Vorrichtungen arbeiten nach akustischen Prinzipien und verstärken grundsätzlich von Herz und Lunge erzeugte Töne.
Diese Überwachungsvorrichtungen leiden unter schwer wiegenden Nachteilen. Das akustische Spektrum dieser Vorrichtungen ist gering und liegt innerhalb des unteren Endes des Gehörspektrums, d. h. im Bereich von 100 Hz und darunter, so dass die Körpertöne nur schwer hörbar sind. Die Körperorgane und Körperteile weisen zwar erhebliche Bewegungen auf, wobei sie jedoch inhärent ruhig sind, und wobei die dadurch erzeugten Töne verhältnismäßig niedrig und schwach sind, wobei sie ferner keine signifikante akustische Signatur vorsehen.
In dem U.S. Patent US-A-4,248,244 an Chartinitski et al. wird ein Indikator zum Messen des Herzschlags offenbart, wobei das Anzeigegerät Elektroden zur Kopplung mit elektrischen Impulsen aufweist, die jedem Herzschlag entsprechen. Diese Elektroden sind mit einer Schaltung zur Erzeugung eines Bündels alternierender elektronischer Signale als Reaktion auf jeden bei jedem Herzschlag erzeugten elektrischen Impuls verbunden.
Benötigt wird somit eine nicht invasive Überwachungsvorrichtung bzw. ein Monitor zur Überwachung der Wandbewegung des Herzens, der Lunge und anderer Körperorgane, Gewebe oder Elemente sowie zum Verarbeiten entsprechender biopotentieller Signale. Der Monitor sollte mikrofone Effekte signifikant reduzieren oder vollständig beseitigen, und er sollte Bewegungen in einem Körper durch Bekleidung oder aus einer gewissen Entfernung detektieren können. Der Monitor sollte kostengünstig und durch Laien für die Gesundheitsvorsorge zuhause und bei Sportveranstaltungen bzw. Wettkämpfen leicht einsetzbar sein.
Ultraschallmonitore und Magnetresonanz
Ultraschallmonitore wurden zum Erfassen der Position und der Bewegung von Körperorganen entwickelt. Diese Monitore werden auch in Verbindung mit anderen bilddarstellenden Vorrichtungen verwendet, wie etwa kernmagnetischen bilddarstellenden (NMI)/ Kernresonanzsystemen (NMR) eingesetzt. Beispiele für bestehende Ultraschallmonitore und bilddarstellende Magnetresonanzsysteme sind:
Diese herkömmlichen Monitore bzw. Überwachungsvorrichtungen sind allgemein sperrig, teuer im Einkauf, beim Betrieb und in der Wartung, technisch komplex und können von Technikern betrieben werden, die nicht vom Fach sind. Zusätzlich breiten sich Ultraschallwellen nicht gut durch Knochen wie etwa die Rippen oder das Brustbein oder durch dicke Fettschichten aus, und wobei sie sich ferner nicht gut durch Luft ausbreiten, und wobei zwischen dem Sensor und der Brustwand ein Gleitmittel zur Abstimmung des Index erforderlich sein kann.
Technologie der optischen Abbildung
Art. 54(3) des europäischen Patentübereinkommens für internationale Anmeldungen WO-A-94/24579 und WO-A-94/27168 offenbaren entsprechend einen Ultrabreitband-Radarbewegungssensor und einen elektromagnetischen Detektor für verdeckte bzw. verborgene Objekte.
Das Patent US-A-4,991,585 offenbart einen nicht invasiven Respirations- und/oder Herzschlagmonitor.
Das U.S. Patent US-A-5,040,201 an Slump et al. beschreibt eine Technik zur Überwachung sich bewegender Objekte wie etwa des Herzens, wobei es sich dabei um ein Röntgenstrahl-Synchronisierungsverfahren zur bildlichen Darstellung des Herzens als Reaktion auf periodische Impulse handelt, die zu Zeitpunkten des Zeitraums erzeugt werden, bei denen eine bestimmte Position der Gefahr antizipiert wird.
Ein anderes optisches Abbildungsverfahren beschreibt das U.S. Patent US-A-5,321,501 an Swanson et al., mit einer optischen Abbildung eines Abtastwertes, wobei die longitudinale oder transversale Abtastung entweder durch Variation der relativen optischen Weglängen für einen optischen Weg vorgesehen wird, der zu der Abtastposition und einem Referenzreflektor führt, oder durch Variation eines optischen Merkmals der Leistung bzw. Ausgabe einer optischen Quelle.
Benötigt wird somit eine neue bilddarstellende und überwachende Vorrichtung, welche die bestehende Röntgenstrahltechnologie sowie andere Abbildungstechniken ersetzen oder in Verbindung mit dieser eingesetzt werden kann, wobei die Vorrichtung die Bewegung von Organen, Gewebe und anderen Strukturen sowie Fremdkörpern in einem Körper überwacht, die in den Körper eines Menschen oder eines Tiers eingebettet sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich gemäß dem gegenständlichen und anhängigen Anspruch 1 um einen Monitor zur Erfassung der Bewegung des Herzens und anderer Organe auf der Basis der Emission und der Erfassung sehr kurzer Spannungsimpulse. Ein Impuls-Echo-Radarmodus wird in einem sich wiederholenden Modus eingesetzt, wobei der Mittelwert einer großen Anzahl reflektierter Impulse vorgenommen wird, um eine Spannung zu erzeugen, die einen Audio-Oszillator moduliert, so dass ein Ton erzeugt wird, welcher der Herzbewegung entspricht. Bei der in diesem Monitor eingesetzten Antenne handelt es sich für gewöhnlich um zwei flache Kupferfolien, wodurch es ermöglicht wird, dass die Antenne in einem im Wesentlichen flachen Gehäuse vorgesehen werden kann. Der Monitor wandelt die erfasste Spannung in ein akustisches Signal um, und zwar sowohl mit Amplitudenmodulation und Doppler-Effekt. Ferner verwendet der Monitor eine doppelte Zeitkonstante zur Reduzierung der Effekte der Sensor-zu-Oberflächenbewegung insgesamt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Vorrichtung zum Erfassen und Überwachen der Herz- und Atmungsbewegung über Materialien, wie etwa Matratzenpolster. Der berührungsfreie Betriebsbereich kann größer sein als 30,48 cm (12 Zoll). Die Vorrichtung basiert ferner auf der Emission und der Erfassung sehr kurzer Spannungsimpulse in einem Impuls-Echo-Radarmodus. Aus einer großen Anzahl reflektierter Impulse wird ein Mittelwert gebildet, um eine Spannung zu erzeugen, die durch Reflexionen vom Herzen, von Arterien und der Lunge moduliert wird.
Aufgrund der verhältnismäßig einfachen Konstruktion können diese Monitore sehr kostengünstig produziert werden. Ferner kann die Schaltkreisanordnung in einen einzigen, kostengünstigen Siliziumchip auf der Basis eines 2 Mikron CMOS-Prozesses integriert werden. Die Antennen des Herz- und Atmungsmonitors werden aus einfachen Drähten gebildet, die in eine Matte, eine Matratze oder eine Rückenlehne gemeinsam mit der Schaltkreisanordnung eingebettet werden können, so dass eine kostengünstige Lebensüberwachungsvorrichtung vorgesehen wird, die also dazu dient, zu bestimmen, ob eine auf der Matte liegende oder auf einem Stuhl sitzende Person, noch am Leben ist, oder wenn sich die Lebenszeichen der Person geändert haben.
Eine potentielle Anwendung ist die Unterscheidung des Vorhandenseins von lebenden Personen oder Tieren von unbelebten Objekten in jeder Umgebung, wie etwa Personen, die unter Trümmern bzw. Schutt begraben oder einfach nicht sofort sichtbar sind. Bei derartigen Anwendungen kann die Bewegung insgesamt oder vorzugsweise die Atmung gemessen werden. Die Atmungsüberwachung sieht eine gute Unterscheidung zwischen lebendigen Personen (oder Tieren) und unbelebten Objekten vor, wenn sich letztere wackelnd bewegen, da das Wackeln für gewöhnlich in einem Zeitrahmen von zwei Sekunden oder darunter (über 0,5 Hz) auftritt, wohingegen die Atmung für gewöhnlich in einem Zeitmaßstab von über 2 Sekunden (unter 0,5 Hz) auftritt. Demgemäß kann der Monitor bei Dualbandfiltern zwischen der wackelnden Bewegung von unbelebten Objekten und der Atmung und der wackelnden bzw. schwingenden Bewegung lebendiger Kreaturen unterscheiden. Mögliche Verbesserungen der vorliegenden Monitore können unter anderem das Hinzufügen eines leistungsstarken Sender-/Schrittgenerators und einer Reflektorantenne für einen verbesserten Entfernungsbereich/Empfindlichkeit aufweisen. Diese Monitore wären somit nützlich zum Detektieren von Katastrophenopfern.
Der vorliegende Monitor detektiert nicht-akustisch die mechanische Bewegung eines oder mehrerer innerer Körperteile, wie etwa des Herzens, der Lunge, der Arterien, der Venen, den Herzschlag von Föten sowie der Stimmbänder, und der Monitor weist einen Impulsgenerator zur gleichzeitigen Eingabe einer Impulsfolge in einen Sendepfad und in einen Tastpfad ein. Die entlang des Sendepfads übermittelten Impulse steuern einen Impulsgenerator und sehen entsprechende Sendeimpulse vor, die einer Sendeantenne zugeführt werden.
Der Tastpfad weist einen Bereichsverzögerungsgenerator auf, der einen zeitgesteuerten Auftastimpuls erzeugt. Der zeitgesteuerte Auftastimpuls bewirkt, dass der Empfangspfad selektiv von den Körperteilen reflektierte und von einer Empfangsantenne empfangene Impulse leitet. Das Ausgabepotenzial des Monitors kann in ein Herzausstoßvolumen und ein Lungenausstoßvolumen getrennt werden, welche entsprechend die physikalische Bewegung des Herzens bzw. der Lunge anzeigen.
Die zeitgesteuerten Auftastimpulse des Monitors tasten eine Abtast-Halte-Schaltung entlang dem Empfangspfad. Der Monitor weist ferner eine doppelte Zeitkonstante auf, wodurch für große Signale im Verhältnis zu der Gesamtbewegung des Sensors im Verhältnis zu der Lungenbewegung eine schnelle Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante gegeben ist, und wobei für normale Signalebenen in Bezug auf die Herzbewegung eine deutlich langsamere Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante gegeben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Herzmonitors;
2 ein Zeitsteuerungsdiagramm des Monitors aus 1;
3 eine schematische Darstellung einer Antenne, die Bestandteil des Monitors aus 1 ist, und wobei ein Ausschnitt eines allgemein flachen Gehäuses dargestellt ist;
4 zwei Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme, welche die von dem Monitor aus 1 empfangenen Signale an zwei Positionen in der Nähe des Herzens darstellt;
5 vier Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme, welche die von dem Monitor aus 1 empfangenen Signale darstellt, und wobei diese Signalen entsprechen, die von verschiedenen Blutgefäßen reflektiert werden;
6 ein beispielhaftes Schaltdiagramm des Monitors aus 1;
7 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen kontaktfreien bzw. berührungslosen Herz-Lungen-Monitors;
8 eine schematische Darstellung einer Antenne, die Bestandteil des Monitors aus 7 ist, und wobei ein Ausschnitt eines allgemein flachen Gehäuses dargestellt ist;
9 zwei Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme, welche die von dem Monitor aus 7 empfangenen Signale darstellen, wobei das obere Diagramm das Herz- und Lungenverhalten darstellt, und wobei das untere Diagramm das Herzverhalten bei angehaltener Atmung darstellt;
10 ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Monitors unter Verwendung einer homodynen Schaltung;
11 ein beispielhaftes Schaltdiagramm des Monitors aus 10; und
12 einen Zeitsteuerungsgraphen unter Verwendung des Monitors aus 1 als Rachenmikrofon, das den gesprochen Worten "one thousand" entspricht und diese veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Der allgemeine Betrieb des Monitors basiert auf der Emission eines Impulses von einer Sendeantenne, wobei eine kurze Zeit gewartet und danach ein mit einer Empfangsantenne verbundenes Gatter geöffnet wird, um das Abtasten des reflektierten Impulses zu ermöglichen. Bei einer Anwendung, bei welcher der Monitor als Stethoskop verwendet wird, entspricht die Wartezeit etwa der Umlaufflugzeit bei Lichtgeschwindigkeit in Gewebe von einem Zoll, d. h. 2,54 cm. Bei einer anderen Anwendung, bei welcher der Monitor als berührungsloser Herz-Lungen-Monitor eingesetzt wird, entspricht die Wartezeit etwa der Umlaufflugzeit bei Lichtgeschwindigkeit in freiem Raum (oder in einer Kombination aus freiem Raum und einem Zoll Gewebe) von 30,48 cm (12 Zoll) oder darüber. Es konnte experimentell bestimmt werden, dass Atmung bei einer Entfernung von 335,28 cm (11 Fuß) bestimmt werden kann.
Der Ablauf wird mit einer Frequenz von 1 MHz wiederholt, so dass vor der Steuerung von Zubehöreinrichtungen eine Mittelwertbildung aus 10.000 Empfangsimpulsen möglich ist, wobei derartige Einrichtungen unter anderem akustische oder visuelle Anzeigen umfassen können. Die Mittelwertbildung auf hohem Niveau reduziert das abgetastete Signal begleitende Rauschstörungen in einem derartigen Ausmaß, dass Signale mit außerordentlich niedriger Amplitude erfasst werden können. Der wiederholte Betrieb führt ferner zu einer extremen Vereinfachung der gesamten Schaltung. Die mittelwertgebildeten Impulse sehen ein Spannungsniveau vor, das dem Radarreflexionsvermögen bei einer Entfernung entspricht, die durch die Verzögerung zwischen dem emittierten Impuls und dem Zeitpunkt des Auftastens oder dem Betrieb einer mit der Empfangsantenne zusammenwirkenden Abtastschaltung definiert ist. Dieser Prozess wird als "Bereichsabtastung" bzw. "Entfernungsabtastung" bezeichnet und sieht Tiefeninformationen über das abgetastete Organ, Gewebe, die abgetastete Membran oder Struktur vor.
Der Monitor kann das "Entfernungsgatter" (d. h. den gescannten Bereich abtasten, scannen oder bildlich darstellen, und er misst die Reflektivität auf einer vorbestimmten Tiefe. Während sich der Herzmuskel durch das Entfernungsgatter bewegt, ändert sich das Reflexionsvermögen innerhalb des Entfernungsgatters. Ein auf diesen Grundsätzen basierender Bewegungssensor wird in dem 1. November 1994 erteilten U.S. Patent U5-A-5,361,070 an Thomas E. McEwan mit dem Titel "Ultra-Wideband Radar Motion Sensor" offenbart. Das Gatter wird kennzeichnenderweise nur für eine Dauer offen gehalten, die der emittierten Impulsbreite entspricht. Die vorliegende Erfindung verwendet ferner einen Ultrabreitband-Empfänger, der in dem am 6. September 1994 an Thomas E. McEwan erteilten U.S. Patent US-A-5,345,471 mit dem Titel "Ultra-Wideband Receiver" beschrieben ist.
Die vorliegende Erfindung basiert somit auf dem Impuls-Echo-Radarprinzip der Taktung der Umlaufflugzeit eines elektromagnetischen Impulses. Der hierin verwendete Begriff Radarimpuls betrifft einen kurzen, abgestrahlten Impuls, der das lange sinuskurvenförmige Bündel ersetzt, das in der herkömmlichen Radartechnologie zum Einsatz kommt. Dem Impulsradar ist keine spezielle Frequenz zugeordnet, vielmehr stehlt das Frequenzspektrum hier im Verhältnis zu der Fourier-Transformation des Impulses. Die im freien Raum abgestrahlte Impuls stellt einen Sinushalbwellenimpuls mit einer Breite von etwa 200 ps dar. Die Antenne ist kennzeichnenderweise kürzer als eine halbe Wellenlänge der Komponente mit der höchsten Frequenz in dem Spannungsimpuls. Einer der wichtigen Vorteile des Impulsradars ist es, dass das Spektrum so niedrig wie möglich angeordnet ist, dort wo die Gewebedämpfung am geringsten ist. Zu den weiteren Vorteilen zählen die einfache Bauweise und die niedrigen Kosten.
Die Abbildung aus 1 veranschaulicht einen Monitor 1. Bei dieser speziellen Anwendung wird der Monitor 1 als Stethoskop verwendet. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass der Monitor 1 auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt werden kann.
Ein Rauschgenerator 9 moduliert den Impulsfolgefrequenz/Impulsfolgeintervall-Generator 10 (PRF/PRI-Generator), so dass eine Impulsfolgefrequenz mit durchschnittlich 1 MHz und einer Zufallsschwankung von 1–10% um etwa 1 MHz erzeugt wird, d. h. ein PRF-Zittern von 1–10%. Das Zittern (Dithering) erweitet das Emissionsspektrum von der Antenne T, so dass mögliche Interferenzen für andere Spektrumnutzer reduziert werden, und wobei das Zittern ferner die Abtastungen extern interferierender Signale randomisiert, die an der Empfangsantenne R auftreten, die von der Empfangsabtasteinrichtung 26 aufgenommen werden. Die empfangenen Signale an der Antenne R werden abgetastet und aus ihnen wird ein Mittelwert gebildet, wobei die randomisierten Abtastwerte einen Mittelwert von Null ergeben, wobei die Interferenzen von anderen Quellen wie etwa Hochfrequenzsendern im Wesentlichen eliminiert werden. Die gewünschten Echos bleiben von dem Dithering bzw. Zittern unberührt, da sie zu einem festen Zeitpunkt kurz nachdem sie gesendet wurden empfangen werden und nicht von dem genauen Zeitpunkt des Auftretens des nächsten Wiederholungsintervalls betroffen sind. Das Dithering sieht eine Spektrumkompatibilität mit herkömmlichen Hochfrequenznutzern vor und ermöglicht den Einsatz einer Mehrzahl von Impulsüberwachungseinrichtungen, die dicht aneinander angeordnet sind. Die Abtastwahrscheinlichkeit für die von anderen Impulssystemen emittierten kurzen Impulse ist sowohl willkürlich als auch außerordentlich gering, und wobei die Wahrscheinlichkeit des sequentiellen Abtastens von ausreichend Impulsen von einem anderen Impulssystem für die Konstruktion eines zusammenhängenden, detektierbaren Signals außerordentlich gering ist.
Impulse von einem 1 MHz Impulsfolgefrequenz/Impulsfolgeintervall-Generator 10 (PRF/PRI-Generator) werden in zwei parallele Pfade bzw. Wege eingegeben, und zwar in einen Sendepfad 12 und einen Tastpfad 14. In dem Sendepfad 12 steuert der PRF/PRI-Generator 10 einen Impulsgenerator 16, der einen 5V-Sendeimpuls mit einer Impulsbreite von 200 ps vorsieht, welcher der Sendeantenne (T) 18 zugeführt wird.
Die Empfangsantenne (R) 20 nimmt den von einer abgetasteten Probe reflektierten Impuls auf und führt diesen einer Abtast-Halte-Schaltung 26 (S/H) zu, die durch einen Auftastimpuls von dem Tastpfad 14 getastet wird. Die abgetastete Einrichtung kann ein Körperorgan darstellen, darunter unter anderem das Herz 22 hinter einer Brustwand 24, ein Fötus, die Eierstöcke, die Stimmbänder, ein Knochen, ein Blutgerinnsel (Hämatom), das Gehirn, das Rückenmark, Muskeln, die Prostata, die Schilddrüse. Zur einfacheren Veranschaulichung wird das Objekt durch das Herz 22 beispielhaft dargestellt. Der Auftastimpuls wird um ungefähr 2 ns von dem Zeitpunkt verzögert, zu dem die Sendeantenne 18 den Impuls abstrahlt. Impulse von dem PRF/PRI-Generator 10, die in den Sendepfad 12 eingegeben werden, werden gleichzeitig in den Tastpfad 14 eingegeben, wo sie durch einen Bereichsverzögerungsgenerator 30 gefolgt von einem Impulsgenerator 32 verlaufen, der einen Auftastimpuls von 200 ps zur Steuerung eines Tastschalters 34 erzeugt.
Der Bereich bzw. die Entfernung des Verzögerungsgenerators 30 wird verstellbar so geregelt, dass die Tiefenempfindlichkeit oder das Tastgatter des Monitors 1 gesteuert wird. In dem vorliegenden Beispiel wird der Impuls um etwa 2 ns verzögert, so dass der Bereich des Monitors 1 etwa 2,54 cm bis 5,08 cm (1 Zoll bis 2 Zoll) in Gewebe entspricht. Der Auftastimpuls schließt den Schalter 34, so dass reflektierte Impulse von dem Bereichsgatter entlang eines Empfangspfads 15 in die Abtast-Halte-Schaltung (S/H) 26 eingegeben werden.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die S/H-Schaltung 26 einen mit der Erde verbundenen Kondensator 28 auf. Dadurch werden Reflexionen oder fehlende Reflexionen, die in 2,54 cm bis 5,08 cm (1 bis 2 Zoll) von der Antenne 20 auftreten, abgetastet. Die Größe des Kondensators 28 in der Abtast-Halte-Schaltung 26 ist ausreichend groß, so dass er durch jede Abtastung nur teilweise geladen wird, und wobei ungefähr 10.000 Abtastungen erforderlich sind, damit die Schaltung ein Gleichgewicht mit dem Empfangsantennensignal erreicht. Bei einer beispielhaften Konstruktion liegt der Kondensator 28 im Bereich von 100 Picofarad. Das Produkt der Impedanz der Empfangsantenne 20 und der Kapazität des Kondensators 28 ergibt eine Zeitkonstante, die deutlich größer ist als die Breite des Auftastimpulses, so dass zum Laden des Kondensators 28 zahlreiche Impulse erforderlich sind.
Das Zeitsteuerungsverhältnis ist in der Abbildung aus 2 dargestellt. Die vier Wellenformen sind über ein Impulswiederholintervall (PRI) dargestellt. Ein Impuls mit einer Breite von 200 ps wird von der Sendeantenne 18 abgestrahlt. Der reflektierte Impuls von der Empfangsantenne 20 fällt mit dem Auftastimpuls zusammen. Jeder empfangene Impuls erzeugt eine inkrementale Spannungsänderung ΔV an dem Kondensator der S/H-Schaltung 26. Die Kondensatorspannung ist die Ausgabe der Mittelwert bildenden S/H-Schaltung 26. Das Inkrement ΔV = 1/N der insgesamt empfangenen Impulse, wobei N die Anzahl der Abtastungen darstellt, aus denen ein Mittelwert gebildet worden ist, wobei diese Anzahl kennzeichnenderweise 10.000 entspricht, wobei N aber auch einen anderen Wert annehmen kann..
Die Rauschspannung an der Abtast-Halte-Schaltung 26 wird durch einen Faktor reduziert, der im Verhältnis zu der Quadratwurzel der Anzahl der Abtastungen steht, für die ein Mittelwert gebildet worden ist, wobei die Zahl in diesem Fall 100 entspricht, und durch einen Faktor, der im Verhältnis zu der effektiven Zeitkonstante der Mittelbildungsschaltung im Verhältnis zu dem PRF des Systems und der momentanen Bandbreite der Abtasteinrichtung steht – ein Faktor, der von der abgetasteten Datenbeschaffenheit der Abtast-Halte-Schaltung 26 stammt. Im Vergleich zu einer Schaltung mit einer Bandbreite von 2 GHz, d. h. der Bandbreite des abgestrahlten Impulses, wird eine Rauschreduzierung von über 60 dB erreicht.
Die Abtast-Halte-Ausgabe wird einem Spannungs-Summierelement oder einem Summierer 36 zugeführt, der Hintergrundreflexionen subtrahiert, wie dies hierin beschrieben ist. Die Ausgabe des Summierers 36 wird durch einen Verstärker (A) 38 verstärkt, der kennzeichnenderweise eine Verstärkung von 60 dB mit einem Gleichstrom-Durchlassbereich bis 16 Hz aufweist. Die Ausgabe eines Rechteckimpulsgenerators oder Oszillators 39 wird durch einen Multiplizierer 37 mit der wechselstromgekoppelten Amplitude der Spannung von dem Verstärker 38 multipliziert und durch die Änderungsrate des Signals von dem Verstärker 38 frequenzmoduliert, wodurch ein Doppler-Effekt erzeugt wird, der im Verhältnis zu der Geschwindigkeit der Herzmuskelbewegung steht. Die Ausgabe des Verstärkers 38 wird einem Bandpassfilter 44 (20–5000 Hz) zugeführt, und von dort an einen Auswahlschalter 45, der die akustische Detektierung der Abtastbewegung ermöglicht, wie etwa des Herzschlags.
Ein Tiefpassfilter 46 lässt Frequenzen von weniger als 20 Hz durch und ist mit dem Ausgang des Verstärkers 38 verbunden. Die Änderungsrate wird von einer Unterscheidungsschaltung (40) abgeleitet, die in einer vereinfachten Konstruktion aus einer RC-Schaltung gebildet werden kann, die einen Kondensator 40C umfasst, kennzeichnenderweise im Bereich von 1 Mikrofarad, und einen Parallelwiderstand 40R, kennzeichnenderweise im Bereich von 10 Kiloohm. Ein Tiefpassfilter 41 wird dazu verwendet, die resultierenden Oberschwingungen am Ausgang des Multiplizierers 37 abzuschwächen, um einen angenehmen akustischen Ton über eine Hörmuschel, einen Lautsprecher oder einen Kopfhörer 42 zu erzeugen.
Die biopotentiellen Signale an dem Ausgang des Verstärkers 38 und des Multiplizierers 37 sind zwar als Eingabe in den Bandpassfilter 44 und den Tiefpassfilter sowie entsprechend den Kopfhörer 42 veranschaulicht, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass diese biopotentiellen Signale alternativ oder gleichzeitig mit einem Computer oder anderen Vorrichtungen oder Systemen 43 verbunden werden können, zu denen unter anderem eine visuelle Anzeige zum Vorsehen visueller Anzeigen zählt, und/oder um diese Vorrichtungen oder Systeme zu steuern bzw. in Verbindung mit diesen zu arbeiten. Wenn eine visuelle Anzeige verwendet wird, würde diese eine Anordnung von Lumineszenzdioden (LEDs) aufweisen, die sequentiell im Verhältnis zu der angelegten Spannung aufleuchten, wobei dabei eine lineare Beziehung zu der Reflexionsstärke des von dem Herzen 22 reflektierten Impulses steht.
Der Rechteckimpulsgenerator 39 spricht merklich auf einem Niveau an, das ungefähr 1 Mikrovolt entspricht, die an der Empfangsantenne 20 auftreten. Da systematische Fehler in der Abtast-Halte-Schaltung 26, dem Summierer 36 und dem Verstärker 38 deutlich im zweistelligen Millivoltbereich liegen können, müssen diese Fehler durch Subtraktion entfernt werden, um geringfügige Änderungen zu detektieren, wie etwa eine Änderung von 1 Mikrovolt, die durch eine kleine Arterie verursacht wird. Zusätzlich tragen Oberflächenreflexionen von der Brustwand 24 zu der Fehlerspannung bei, welche subtrahiert werden müssen.
Zu diesem Zweck führt der Integrator 48 in dem Rückkopplungsweg 50 des Verstärkers 38 eine Folgesteuerung der Ausgabe des Verstärkers 38 durch, bis ein Gleichgewicht erreicht worden ist, so dass dafür gesorgt wird, dass die Ausgabe des Verstärkers 38 einer dem Integrator 48 zugeführten Bezugsspannung entspricht. Da Integratoren eine besonders hohe Gleichstromverstärkung aufweisen, wird die Spannungsdifferenz zwischen dem Ausgang des Verstärkers 38 und der Bezugsspannung auf einen zu vernachlässigenden Wert reduziert. Der Integrator 48 in dem Rückkopplungsweg 50 des Verstärkers 38 entspricht einem Differentiator in dem Vorwärtsweg, d.h. der Verstärker verhält sich als wäre er wechselstromgekoppelt. Der Vorteil des Einsatzes des Integrators 48 ist es, dass er dem Monitor Vormagnetisierungsstrom zuführt, Fehler in dem Verstärker 38 subtrahiert und eine einfache Implementierung einer doppelten Zeitkonstante ermöglicht.
Das Ansprechverhalten der Verstärker-/Integratorschaltung insgesamt ist derart, dass für große Signale im Verhältnis zu der Sensorbewegung insgesamt im Verhältnis zu der Brust des Patienten eine schnelle Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante existiert, und wobei für normale Signalebenen im Verhältnis zu der Herzbewegung eine deutlich langsamere Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante gegeben ist, die eine treue Wiedergabe der Herzbewegung ermöglicht. Die doppelte Zeitkonstante wird über eine doppelte Zeitkonstantenschaltung 51 vorgesehen, die aus zwei Dioden 52, 53 gebildet wird, nebengeschlossen durch einen Widerstand 54. Kennzeichnenderweise liegt der Widerstand 54 im Bereich von 1 Megaohm, und bei den Dioden 52, 53 handelt es sich um übliche Computerdioden wie etwa 1N4148.
Obwohl dies grafisch nicht veranschaulicht ist, wird hiermit festgestellt, dass eine geeignete lineare Translations- oder Übersetzungsstufe oder ein anderer Mechanismus mit dem Monitor 1 verbunden werden kann, um diesen entweder transversal oder lateral im Verhältnis zu dem Abtastobjekt (d.h. dem Herzen 22) zu bewegen, um eine zweidimensionale oder mehrdimensionale Abtastung vorzusehen. Ein ähnlicher Mechanismus kann vorgesehen werden, um den Monitor 1 in die andere transversale oder laterale Richtung zu bewegen, um die mehrdimensionale Abtastung des Abtastobjekts vorzusehen.
Die Abbildung aus 3 zeigt die Geometrie der Antennen 18, 20. Wie dies in der Draufsicht schematisch dargestellt ist, sind die Sendeantenne (T) 18 und die Empfangsantenne (R) 20 als allgemein rechteckige Schaltantennen aus Kupferfolie veranschaulicht, deren seitliche Abmessung zwischen 0,635 cm und 2,54 cm (1/4 bis 1 Zoll) liegt. Die Antennen 18, 20 werden aus einem dielektrischen Haltesubstrat 55A einer Schaltplatte 55 ausgebildet und mit einer Grundebenenplatte 55B aus Metall, wie etwa aus Kupfer verbunden. In dem veranschaulichten Beispiel entspricht die Breite W der Schaltlatte 55 etwa 5,08 cm (2 Zoll), während die Länge L etwa 10,16 cm (4 Zoll) entspricht. Die Antennen 18, 20 befinden sich in einem allgemein flachen und dünnen Gehäuse 55H mit einer Dicke D von etwa 1,905 cm (0,75 Zoll).
Ein elektromagnetisches Feld entwickelt sich zwischen der Grundebenenplatte 55B und den Antennen 18, 20, so dass ein Breitbandmonopol gebildet wird, der gut mit einem Material mit einer hohen Dielektrizitätskonstante gekoppelt werden kann, wie etwa der Brust. Die Antennen 18, 20 dienen zur Nahbereichsüberwachung und sind für die Ausbreitung der Wellen in dem Körper bemessen der eine höhere Dielektrizitätskonstante als Luft aufweist. Folglich wird bei der Konstruktion des Entfernungsgatters oder bei der "Entferungstastung" des Monitors 1 die langsamere Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen durch die Körpergewebe im Verhältnis zu Luft berücksichtigt. Diesbezüglich entspricht die Ausbreitungsimpedanz in freiem Raum Z_o (Raum)
wobei μ_o die Permeabilität von Vakuum und ε_o die Dielektrizitätskonstante von Vakuum darstellen. Die Ausbreitungsimpedanz in einem Material (z. B. Muskel- oder Körpergewebe) mit ε_r = 40 entspricht:
Die Muskelausbreitungsimpedanz entspricht 60 Ohm, und die Ausbreitungsimpedanz von Blut (ε_r = 60) ist gleich 49 Ohm. Der Impedanzunterschied bewirkt eine unterschiedliche Reflexionsstärke zwischen dem Herzmuskel und dessen Blut.
Bei einer eindimensionalen Analogie zu der Ausbreitung entlang einer Übertragungsleitung, die mit der Zeitbereichsreflektometrie (TDR-Verfahren) gleichgesetzt werden kann, werden Reflexionen von dem Herzmuskel gleich den Reflexionen von einer Unterbrechung der Übertragungsleitung. Der Reflexionskoeffizient Γ, der als (Y – 1)/(Y + 1) definiert ist, mit Y = Z(Herz)/Z(Blut), kann angewandt werden, um zu bestimmen, welcher Anteil des abgestrahlten Impulses zurückgeführt wird. Zum Beispiel weist ein Herzmuskel mit ε_r = 40 eine Reflexionsgröße von 9,9% im Verhältnis zu Blut auf. Somit entspricht die Differenz der Reflexionsgröße zwischen dem Vorhandensein und dem Fehlen des Herzmuskels 9,9%.
Bei einer bestimmten Anwendung, bei der ein metallisches Objekt, wie etwa die Zuleitung 22L (in der Abbildung aus 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt) eines Herzschrittmachers in dem Herz 22 vorgesehen ist, oder beim Einsatz eines mechanischen Ventils 22V (das in der Abbildung aus 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist), wäre die Reflexion sehr hoch, wie etwa bei einem metallischen Objekt bei 1,0, da das Metall leicht von Körpergewebe unterschieden werden kann und eine mehrfach höhere Reflexionsstärke aufweist. Selbst wenn das metallische Objekt einen deutlich kleineren Querschnitt aufweist, wie dies bei der Zuleitung 22L der Fall sein kann, lässt es sich in der Praxis leicht erkennen, solang die Polarisierungen des Drahts und der Monitorantenne übereinstimmen – was im Falle der Zuleitung 22L und in Bezug auf die vertikale Ausrichtung des Monitors 1 allgemein der Fall ist.
Die vorliegende Erfindung überwindet die schwere Einschränkung als Folge einer veränderlichen Reflexionsstärke von der ersten Oberfläche der Brustwand 24. Das Problem der Änderung der Reflexionsstärke der ersten Oberfläche wird durch Abstrahlen eines Impulses bewirkt, der ein Nachschwingen bzw. Nachhallen aufweist, einen häufig auftretenden Effekt, wenn Impulse durch eine Antenne gestrahlt werden. Was zeitlich später gestrahlt wird, fällt in das Abtastgatter, wenn es von Objekten oder Gewebe reflektiert wird, die dichter an dem vorgesehenen Bereichsgatter 54 angeordnet sind, d.h. es existiert ein verschobenes Bereichsgatter. Demgemäß werden Nachhallkomponenten von der vorderen Oberfläche der vorderen Oberfläche der Brustwand 24 reflektiert und fallen gleichzeitig in die Reflexionen von dem Herz 22. Tatsächlich können diese Reflexionen der vorderen Oberfläche die gewünschten Reflexionen überschreiten.
Die Lösung dieses Problems wird durch Strahlen einer bestimmten Wellenform mit Halbsinuskurvenform und ohne Nachschwingen erreicht. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel emittiert der Monitor 1 somit einen Impuls mit der gewünschten Wellenform. Dies kann durch die zweckmäßige Konstruktion der Sendeantenne 18 erreicht werden, wobei die Abmessungen im Verhältnis zu einer 1/4 Wellenlänge kurz ist, wie sie durch eine Sinushalbwelle definiert ist. Wenn die Wellenform Nachschwingen oder Komponenten aufweist, die von einem sauberen Sinushalbwellenimpuls abweichen, so weist das Ansprechverhalten des sich durch das Bereichsgatter 54 bewegenden Herzmuskels mehrere Impulse auf, die wirksam die wahrgenommene Herzfrequenz multiplizieren. Demgemäß dürfen die Sendeantenne 18 und die Empfangsantenne 20 nicht nachschwingen, so dass beide durch einen Widerstand abgeschlossen werden und eine geringere Dimension als 1/4 Wellenlänge aufweisen.
Die Abbildung aus 4 veranschaulicht zwei Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme, welche die von dem Monitor 1 aus 1 empfangenen Signale an zwei Positionen in der Nähe des Herzens darstellt. Die Abbildung aus 5 veranschaulicht vier Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme, welche die von dem Monitor 1 empfangenen Signale darstellt sowie entsprechende Signale, die von der linken Halsschlagader, dem linken Handgelenk, der linken Oberarmschlagader und der linken Oberschenkelarterie reflektiert werden.
Die Zeitsteuerung des Bereichsgatters kann zwischen den beiden Bereichsgattern 54 und 54A alterniert werden (teilweise in der Abbildung aus 1 durch eine gestrichelte Linie dargestellt). Die entsprechende Erfassungsspannung kann an zwei separaten S/H-Schaltungen gespeichert werden, wie dies in dem U.S. Patent US-A-5,361,070 mit dem Titel "UltraWideband Radar Motion Sensor" veranschaulicht wird.
Der Betrieb des zweiten Bereichsgatters 54A ist dem Betrieb des ersten Bereichsgatters 54 ähnlich, und jedes Bereichsgatter 54, 54A kann unabhängig geregelt und eingestellt werden. Folglich kann die Reflektivität von den unabhängigen Bereichsgattern 54 und 54A unabhängig voneinander oder in Verbindung miteinander verarbeitet werden. Wenn das erste Bereichsgatter 54 zum Beispiel so eingestellt wird, dass es die vordere Wand 22F des Herzens 22 detektiert, und das zweite Bereichsgatter 54A so eingestellt wird, dass es die hintere Wand 22R des Herzens 22 detektiert, so können signifikante und wertvolle Informationen gesammelt werden, die sich auf den Kontraktions- und Expansionszyklus des Herzens 22 beziehen.
Der Einsatz von doppelten Bereichsgattern 54 und 54A führt zu einem "Stereoeffekt", wobei der Zuhörer mit scharfer Wahrnehmung zwischen den vorderen und hinteren Wänden des Herzens 22 platziert wird. Zusätzliche Bereichsgatter können eingesetzt werden.
Die Abbildung aus 6 zeigt ein Schaltungsausführungsbeispiel des Monitors 1. Der 2 MHz PRF/PRI-Generator 10 und der Rauschgenerator 9 werden gemeinsam aus zwei in Reihe geschalteten Invertern (I1) 60, 61 gebildet; ein Kondensator 62 ist zwischen den Ausgang des Inverters 61 und den Eingang des Inverters 60 verbunden, und ein Parallelwiderstand 63 ist zwischen den Ausgang und den Eingang des Inverters 60 verbunden. Auf den PRF/PRI-Generator 10 folgt ein Puffer, der einen Inverter (I1) 64 umfasst, und mit einem Impulsbreitenbegrenzer 65, der einen Kondensator 66 und einen Parallelwiderstand 67 umfasst. Die Impulse verlaufen zu dem Impulsgenerator 16, der aus einem Transistor Q1 = BFW92. gebildet wird, dessen Kollektor über den Widerstand R_T mit der Sendeantenne 18 verbunden ist. Die Impulse von dem PRF/PRI-Generator 10 folgen ferner einem zweiten Weg durch den Bereichsverzögerungsgenerator 30, der aus einem Stellwiderstand R_X, einer Streukapazität und einer Eingangskapazität eines Puffergatters (I1) gebildet wird. Der verzögerte Impuls wird in den Impulsgenerator 32 eingegeben, der aus einem weiteren Transistor Q2 = BFW92 gebildet wird, der einen Auftastimpuls erzeugt.
Die reflektierten Signale werden von der Empfangsantenne 20 aufgenommen und in den Kondensator 28 der S/H-Schaltung eingegeben, der durch den Auftastimpuls über eine Schottky-Diode Dl = MBD701 getastet wird. Die Ausgabe der S/H-Schaltung 26 wird in den Verstärker (I2) 38 eingegeben. Der Eingang 36 des Verstärkers 38 dient als Summierer für die Ausgabe der S/H-Schaltung 26. Die Ausgabe des Verstärkers 38 stellt das gemessene Biopotenzial dar und kann durch verschiedene Einrichtungen und/oder Instrumente genutzt, verarbeitet oder mit diesen verbunden werden, wie etwa dem Kopfhörer 42 ( 1). In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gilt I1 = 74HCO4, I2 = TLC274. Ferner strahlt der sich ausbreitende Impuls leicht über einen Luftzwischenraum oder Material (wie etwa Muskeln, Blut, etc.) mehrerer Zentimeter.
Der Ausgang des Verstärkers 38 ist mit einer Verstärkungsschaltung 70 verbunden, um den Verstärker 38 zusätzlich zu verstärken. Die Verstärkungsschaltung 70 weist einen Operationsverstärker 71 auf, der über einen Widerstand 72 mit dem Ausgang des Verstärkers 38 verbunden ist, und der durch einen parallel verbundenen Kondensator 73 und einen Widerstand 74 nebengeschlossen wird.
Der Ausgang des Verstärkers 71 ist mit einem Schwellenwertdetektornetz 75 verbunden, um festzustellen, ob die Monitorausgangsleistung vorbestimmte obere und untere Schwellenwerte übersteigt. Das Schwellenwertdetektornetz 75 umfasst allgemein zwei Komparatoren oder Operationsverstärker 76, 77 (I3 = TLC274), deren Ausgänge über zwei Dioden 78, 79 und einen Widerstand 80 mit einem Schalter 81 (Q3) verknüpft sind. Wenn im Betrieb der obere oder der untere Schwellenwert überschritten wird, steuert der entsprechende Operationsverstärker 76 oder 77 den Schalter 81 in einen leitfähigen Zustand. Der Ausgang des Schalters 81 kann daraufhin dazu verwendet werden, eine Alarm- oder eine andere geeignete Schaltung zu steuern. Wen der Monitor in Verbindung mit oder als Teil eines Herzschrittmachers verwendet wird, wird der Ausgang des Schalters 81 über einen entsprechenden Widerstand 82 gemessen, um eine gewünschte Anzeige vorzusehen, wie etwa eine Aktivitätserkennung, um den Betrieb einzuleiten oder zu sperren. Die Empfindlichkeit des Schwellenwertdetektornetzes 75 kann durch ein Potentiometer 84 geregelt werden, um die Amplitude des den Operationsverstärkern 76, 77 zugeführten Signals zu regeln.
Ein Spannungsgleichrichternetz 86 ist mit dem PRF/PRI-Generator 10 verbunden, um –3 Volt verschiedenen Komponenten des Monitors zuzuführen, wie etwa dem Verstärker 71. Das Spannungsgleichrichternetz 86 weist allgemein zwei parallele Inverter (I1) 87, 88 für die Zufuhr einer Rechteckwellenspannung von 0 bis 5 V auf. Zwei Dioden 89, 90 sind über einen Kondensator 91 mit dem Ausgang der Inverter 87, 88 verbunden. Ein Parallelkondensator 92 ist mit der Diode 90 verbunden, so dass das Spannungsgleichrichternetz 86 die Rechteckwellenspannung gleichrichtet und Pegel verschiebt, um eine dauerhafte Ausgangsspannung von –3V zu erzeugen. Ein Ausgangswiderstand 93 ist mit dem Ausgang der Verstärkungsschaltung 70 verbunden, um eine übermäßige Stromentnahme zu verhindern. Die Werte vieler in den Schaltdiagrammen aus den 6 und 11 dargestellten Komponenten sind in den oben genannten U.S. Patenten US-A-5,345,471 und US-A-5,361,070 identifiziert.
Die Abbildung aus 7 veranschaulicht einen weiteren Monitor 100, der allgemein auf ähnliche Art und Weise arbeitet wie der Monitor 1 aus 1, wobei der Monitor zur Ferndetektierung der Herz- und Atembewegung durch Materialien wie ein Matratzenpolster oder eine Stuhlrückenlehne modifiziert worden ist. Die Antennen des Monitors 100 wurden so modifiziert, dass sie einen größeren Abtastbereich ermöglichen. Die akustische Ausgabe wurde weggelassen, wobei der Fachmann diese Funktion optional hinzufügen kann. Eine Bereichsregelung ist vorgesehen und kann so eingestellt werden, dass die Atmung in einer Entfernung von etwa 182,88 cm (6 Fuß) erfasst wird. Übereinstimmende Bezugsziffern aus den Abbildungen der 1 und 7 bezeichnen identische Komponenten mit identischen Funktionen.
Der allgemeine Betrieb des Monitors 100 basiert ferner auf der Emission eines Impulses von einer Sendeantenne, wobei eine kurze Zeit gewartet wird, bevor ein mit einer Empfangsantenne verbundenes Gatter geöffnet wird, um das Abtasten des reflektierten Impulses zu ermöglichen. Wenn der Monitor jedoch als berührungsloser Herz-Lungen-Monitor verwendet wird, entspricht die Wartezeit 30,48 cm (12 Zoll) oder mehr der Umlaufflugzeit bei Lichtgeschwindigkeit in freiem Raum (oder in einer Kombination aus freiem Raum und einem Zoll Gewebe).
In dem Sendepfad 112 steuert der PRF/PRI-Generator 10 einen Impulsgenerator 116, der einen 5 V Sinushalbwellen-Sendeimpuls mit einer Breite von 200 ps vorsieht, der einer Sendeantenne (T) 118 zugeführt wird. Die elektrische Länge der Sendeantenne 118 wird im Verhältnis zu dem spektralen Inhalt der Sinushalbwelle kurz festgelegt, um ein Nachschwingen zu verhindern.
Eine Empfangsantenne (R) 120 nimmt den von einem Körperorgan reflektierten Impuls auf, wie etwa einer Lunge 122 (mit entsprechenden vorderen und hinteren Wänden 122F bzw. 122R) und einem Herz 22 hinter einer Brustwand oder einem Objekt wie etwa einem Stuhl 124, und wobei die Antenne den Impuls einer Abtast-Halte-Schaltung (S/H) 26 zuführt, die durch einen Auftastimpuls von einem Tastpfad 114 getastet wird. Der Auftastimpuls wird um ungefähr 3 ns von dem Zeitpunkt verzögert, an dem die Sendeantenne 118 den Impuls abstrahlt. Dadurch werden Reflexionen abgetastet, die etwa 30,48 cm (12 Zoll) entfernt von den Antennen 118 und 120 auftrete4n. Impulse von dem PRF/PRI-Generator 10, die in den Sendepfad 112 eingegeben werden, werden gleichzeitig in den Tastpfad 114 eingegeben, wo sie durch einen Bereichsverzögerungsgenerator 130 verlaufen, gefolgt von einem Impulsgenerator 132, der einen 200 ps breiten Auftastimpuls zur Steuerung eines Tastschalters 34 erzeugt. Die in der Abbildung aus 2 veranschaulichten Zeitsteuerungsverhältnisse gelten auch für den Monitor 100.
In dem Empfangspfad 115 wird die Ausgabe des Summierungselements 36 durch den Verstärker 38 verstärkt, kennzeichnenderweise 70 dB über einen Durchlassbereich von 0,05 bis 10 Hz und optional entsprechend den Herz- und Lungen-Bandpassfiltern 141, 142 zugeführt.
Die Abbildung aus 8 ist eine schematische Darstellung einer Antenne 118, 120, die einen Teil des Monitors 100 aus 7 bildet, und wobei ein Ausschnitt eines allgemein flachen und dünnen Gehäuses 155H dargestellt ist. Die Antenne 118, 120 ist eine gerade Dipolantenne, die alternativ gefaltet werden kann, mit einem Sendeelement 118 und einem Empfangselement 120, die jeweils die Abmessungen 1,27 cm × 5,08 cm (0,5 Zoll × 2 Zoll) aufweisen und länger sein können. Die Antenne kann elektromagnetische Wellen innerhalb des 2 GHZ-Bands in Übereinstimmung mit den FCC-Anforderungen abstrahlen.
Die Antenne ist unabhängig und muss nicht mit einer Grundebene 155B gekoppelt werden. Die Grundebene 155B hält die Monitor-Schaltkreisanordnung. Die Antennenelemente 118 und 120 können teleskopisch ausgefahren oder eingezogen werden, um die Aufbewahrung, den Transport und auch die Änderung der effektiven Länge der Antennenelemente zu erleichtern. Die Antennenelemente 118, 120 können für verschiedene Anwendungen mit verschiedenen Markierungen entlang ihrer Längen versehen werden, wie etwa den Markierungspunkten P. Der Markierungspunkt P wird zum Beispiel für Anwendungen bei Kindern etwa an der Hälfte der voll ausgezogenen Länge der Antennenelemente 118, 120 platziert.
Wenn die Wellenform Nachschwingungen oder Komponenten aufweist, die von einem sauberen Sinushalbwellenimpuls abweichen, würde die Reaktion des Herzmuskels oder der Lungenbegrenzung, die sich durch das Bereichsgatter 54 bewegen, mehrere Impulse aufweisen, wobei die wahrgenommene Herzfrequenz effektiv multipliziert wird. Demgemäß werden das Sendeantennenelement 118 und das Empfangsantennenelement 120 dadurch frei von Nachschwingungen gestaltet, dass sie durch entsprechende Widerstände R_T und R_R mit einem Widerstand abschließen, wie dies in der Abbildung aus 6 veranschaulicht ist.
Folglich entspricht die reine T-R-Reaktion einem sauberen Sinushalbwellenimpuls.
Die exakte oder optimale Bereichsverzögerung 54 und/oder 54A kann durch die folgenden Gleichungen bestimmt werden
Bereichsgatter = 1/2 [Flugzeit(Luft) + Flugzeit(Gewebe)

wobei C die Fluggeschwindigkeit bezeichnet, und wobei er die Dielektrizitätskonstante des Gewebes darstellt.
Die Zeitsteuerung des Bereichsgatters 54 kann eine Reihe von Bereichen abtasten, um den effektiven Reaktionsbereich zu erweitern. Bei einem ansonsten auf 12 Zoll optimierten Bereichsgatter funktioniert die Herz-Lungen-Detektion von 0 bis 30,48 cm (0 bis 12 Zoll), während die Lungendetektion von 0 bis 45,72 cm (0 bis 18 Zoll) funktioniert. Der Herz-Bandpassfilter 141 und der Lungen-Bandpassfilter 142 (7) filtern selektiv das Signal an dem Ausgang des Verstärkers 38, um die Lungenbewegung von der Herzbewegung zu trennen und zu identifizieren. Kennzeichnenderweise variiert die Herzfrequenz zwischen 40 Schlägen oder weniger pro Minute und 180 Schlägen pro Minute, während die Atemfrequenz zwischen 2 und 20 Atemzügen pro Minute variiert. Abhängig von den gewünschten Anwendungen können jedoch auch andere Bereiche ausgewählt werden. Das Schaltdiagramm des Monitors 100 entspricht grundsätzlich dem Schaltdiagramm des Monitors 1, dargestellt in 6, so dass der Monitorausgang an dem Ausgang des Verstärkers 38 mit den beiden Bandpassfiltern 141 und 142 verbunden ist.
Die Abbildung aus 9 veranschaulicht zwei Zeitsteuerungsverlaufsdiagramme (A) und (B), welche die von dem Monitor 100 empfangenen Signale darstellen. Das obere Diagramm (A) stellt eine kombinierte Herz- und Lungenreaktion dar, und das untere Diagramm (B) stellt das Herzverhalten bei angehaltener Atmung dar. Die Daten für beide Diagramme wurden bei einer Entfernung der Brustwand 124 von dem Monitor 100 von etwa 30,48 cm (12 Zoll) gewonnen. Bei den Daten handelt es sich um die Spannung oder das Biopotenzial an dem Ausgang des Verstärkers 38.
Die Abbildung aus 10 zeigt ein Blockdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Monitors 200 unter Verwendung einer homodynen Schaltung. Die homodyne Schaltung wird in der PCT Patentanmeldung mit dem Titel "Electromagnetic Hidden Object Detektor", WO-A-94/27168, eingereicht am 9. Mai 1994 von Thomas E. McEwan, beschrieben.
Der Monitor 200 weist allgemein einen Wechselstrom gekoppelten Verstärker in dem Empfangspfad auf, der es verhindert, dass Gleichstromsignale aus der mittelbildenden Abtast-Halte-Schaltung zu dem Monitorausgang verlaufen. Der Wechselstrom gekoppelte Verstärker filtert die Gleichstrom-Verzerrungsverschiebungen in der S/H-Schaltung 26 heraus. Die Sendeimpulse werden einer Wechselstrommodulation unterzogen, und diese Wechselstrommodulation wird daraufhin synchron in dem Empfänger gleichgerichtet (homodyne Technik), wodurch der Einsatz des Wechselstrom gekoppelten Verstärkers in dem Empfänger ermöglicht wird.
Zusammengefasst wurden die Monitore 1 und 100 für den homodynen Betrieb modifiziert. Die homodyne Technik umfasst die Modulation eines Signals von einem PRF-Generator vor der Strahlung und Detektierung mit einem ungedämpften Signal (CW-Signal). Der Empfangsverstärker arbeitet danach mit einem Durchlassbereich, der auf dem CW-Signal zentriert und somit Wechselstrom gekoppelt wird. Nach der Verstärkung wird das Signal unter Verwendung des gleichen CW-Signals synchron detektiert.
Der Monitor 200 weist einen Homodynoszillator 202 auf, der kennzeichnenderweise mit mehreren kHz (in dem vorliegenden Beispiel 2 kHz) arbeitet, sowie einen PRF-Generator 204 (ähnlich dem in der Abbildung aus 1 dargestellten PRF- Generator 10), der allgemein im Bereich zwischen 1 MHz und mehreren MHz (in dem vorliegenden Beispiel 2 MHz) arbeitet. Das homodyne Signal kann alternativ eine willkürliche Impulsfolge mit einer Mittenfrequenz im Bereich von mehreren kHz und einem Nulldurchschnitt darstellen.
Die Signale von dem Homodynoszillator 202 und dem PRF-Generator 204 werden in einen Stufen- oder Impulsgenerator 206 eingegeben, wobei der Homodynoszillator 202 eine Amplitudenmodulation des durch den Impulsgenerator 206 erzeugten Stufensignals vornimmt, wobei der Impulsgenerator dadurch auf der gewünschten homodynen Frequenz von z. B. 2 kHz ein- und ausgeschaltet wird. Somit weist das von dem Impulsgenerator 206 ausgegebene und von der Sendeantenne 218 übermittelte Signal periodische Impulspakete mit einer Frequenz von 2 kHz auf, so dass jeder Impuls kennzeichnenderweise Bündel (wie etwa 1.000 Impulse) auf einer Frequenz von 2 MHz mit einem Bündelintervall von 0,5 ms umfasst.
Wenn die Impulse über die Sendeantenne 218 übermittelt werden, werden sie von den Wänden eines sich bewegenden Objekts wie zum Beispiel eines Herzens (oder einer Lunge) 22 zum Empfang durch die Empfangsantenne 220 übermittelt. Die von dem Herz 22 reflektierten Signale werden aus einer Folge periodischer Impulse gebildet, die den übermittelten Paketen entspricht und eine Frequenz von 2 kHz aufweist. An der Empfangsantenne 220 wird die Amplitude der 2 kHz Hülle ins Verhältnis zu der Reflexion von dem Herz 22 gesetzt.
In einem Ausführungsbeispiel des Monitors 200 ist es wünschenswert, die Hülle von 2 kHz ins Verhältnis zu einem vorbestimmten Referenzwert des Integrators 48 zu setzen, so dass der Monitor 200 grundsätzlich ähnlich wie die Monitore 1, 100 arbeiten kann. Zu diesem Zweck führt eine Empfänger-Abtast-Halte-Schaltung 26 eine Mittelbildung der 2 MHz Bündel (Impulse) über eine Dauer von etwa 0,1 ms durch, so dass nur die 2 kHz Homodynfrequenz an dem Abtast-Halte-Kondensator verbleibt. Die homodyne Frequenz wird durch einen Wechselstrom gekoppelten Verstärker 229 verstärkt und danach gleichzeitig durch einen synchronen Gleichrichter 230A in einen Gleichstromwert gleichgerichtet.
Der synchrone Gleichrichter 230A weist einen Kondensator 230C und einen Gleichrichterschalter 2305 auf. Der Gleichrichterschalter 2305 weist einen gesättigten Transistor auf, und der Kondensator 230C liegt kennzeichnenderweise im Bereich von 0,01 Mikrofarad und wird dazu verwendet, den Wert der Spannung an der Ausgangsseite des Gleichrichterschalters oder Transistors 2305 zu halten, wenn letzterer durch den Homodynoszillator 202 in den leitenden Zustand gebracht wird.
Der Vorteil des Wechselstromverstärkers 229 ist es, dass die Gleichstrom-Vorspannungswerte des Monitors, d.h. die Gleichstrom-Vorspannungswerte an der Abtast-Halte-Schaltung 26 nicht durchgelassen werden (d. h. sie werden herausgefiltert). Diese Gleichstrom-Vorspannungswerte schwanken mit Stromversorgungsschwankungen sowie abhängig von dem in die Nähe der Empfangsantenne 220 gebrachten Material. Der gleichgerichtete Gleichstromwert an dem Ausgang des synchronen Gleichrichters 230A stellt die reflektierten Impulse von dem Herz 22 dar, und der folgende Betrieb des Monitors 200 entspricht dem der Monitore 1, 100.
Im Betrieb schließt sich der Gleichrichterschalter 2305 während einer Hälfte des Zyklus des Homodynoszillators und lädt den Kondensator 230C während dieser Zyklushälfte. Während der ergänzenden (d. h. der verbleibenden) Zyklushälfte des Zyklus des Homodynoszillators ist der Schalter 2305 offen, und der Gleichrichter 230A detektiert keine Signale von dem Homodynoszillator 202. Als Folge dessen stellt das dem Kondensator 230C zugeführte durchschnittliche Signale die Spitzenamplitude des Signals (Rechteckwelle) an dem Ausgang des Wechselstrom gekoppelten Verstärkers 29 dar, wodurch eine Gleichstromspannung erzeugt wird, die dem Reflexionssignal von dem Herzen 22 und nicht von der Gleichstromspannung der Abtast-Halte-Schaltung 26 entspricht.
Die an dem Kondensator 230C entwickelte Gleichstromspannung stellt die Summe der von dem Herzen 22 reflektierten gewünschten Signale sowie der unerwünschten Reflexionen von verschiedenen Quellen dar, einschließlich dem Monitorgehäuse und direkter Antennen-zu-Antennen-Kopplungen. Es wird bewirkt, dass die Ausgabe des Gleichstrom gekoppelten Verstärkers 38 mit der Gleichstrom-Bezugsspannung übereinstimmt.
Die Abbildung aus 11 zeigt ein beispielhaftes Schaltdiagramm des Monitors 200 aus 10. Der Monitor weist einen Homodynoszillator 202 auf, der kennzeichnenderweise zwei CMOS-Inverter 150, 151 umfasst. Die Ausgänge des Homodynoszillators 202 sind mit dem Impulsgenerator 206 und des synchronen Gleichrichters 230A verbunden.
Der Empfangspfad der Schaltung des Monitors 200 entspricht allgemein dem der Monitore 1 und 100 und weist den Wechselstrom gekoppelten Verstärker 229 und den synchronen Gleichrichter 230A auf. Der Wechselstrom gekoppelte Verstärker 229 ist zwischen die mittelbildende Abtast-Halte-Schaltung 26 und den synchronen Gleichrichter 230A geschaltet, der mit dem Summierer 36 verbunden ist. Der Wechselstrom gekoppelte Verstärker 229 weist zwei CMOS-Inverter MC14069UB von Motorola auf, die als Verstärker in einem linearen Modus verwendet werden. Der synchrone Gleichrichter 230A weist einen bipolaren Transistor auf, wie z. B. einen Transistor 2N2222 von National Semiconductor, der durch den Homodynoszillator 202 ein- oder ausgeschaltet wird.
Der Gleichstrom gekoppelte Verstärker 38 weist zwei Inverter MC14069UB von Motorola auf, die in dem linearen Modus als Verstärker verwendet werden. In ähnlicher Weise weist der Integrator 48 einen Inverter MC14069UB auf. Die Ausgabe des Gleichstromverstärkers wird nach Bedarf verarbeitet. Während die Schaltungen aus den offenbarten Ausführungsbeispielen als diskrete Komponenten beschrieben worden sind, können diese Schaltungen alternativ auch kleiner gestaltet werden, indem die Komponenten auf einer integrierten Schaltung oder einem Chip integriert werden.
Die Monitore 1, 100 und 200 können auch in verschiedenen Anwendungen als Mikrofone verwendet werden. Die Abbildung aus 12 zeigt zum Beispiel einen Zeitsteuerungsgraphen, der den Einsatz des Monitors 1 als Rachenmikrofon veranschaulicht, der den gesprochen Worten "one thousand" entspricht und diese grafisch veranschaulicht. Die Monitore 100 und 200 können ebenfalls für den Einsatz als Rachenmikrofone angepasst werden. Im Betrieb wird das Rachenmikrofon über dem Bereich des Adamsapfels oder in der unmittelbaren Umgebung positioniert, um die Bewegung der Stimmbänder zu überwachen und zu messen. Bei einer Konstruktion des Rachenmikrofons weist der Verstärker 38 aus 1 einen Bandbreitenbereich von 20 Hz bis 3 KHz auf, und die Monitorausgabe kann ohne spannungsgeregelten Oszillator verwendet werden, um akustische Töne vorzusehen.
Eine weitere exemplarische Anwendung des Rachenmikrofons betrifft die Identifikation von Läsionen oder anderen Anomalitäten im Bereich der Stimmbänder durch akustische Erregung dieses Bereichs. Eine akustische Erregung wird von dem Mund aus in Richtung des Rachens ausgeübt, wobei das Rachenmikrofon zum Aufzeichnen des resultierenden Ansprechverhaltens verwendet wird. Eine Läsion oder eine Anomalität würde eine außergewöhnliche Resonanz bzw. ein außergewöhnliches Ansprechverhalten erzeugen, das von dem Rachenmikrofon detektiert und gemessen werden würde. In ähnlicher Weise kann das Trommelfell erregt und die entsprechende Schwingungsreaktion von dem Mikrofon detektiert und zu verschiedenen diagnostischen Zwecken aufgezeichnet werden.
Der vorliegende Monitor/das Mikrofon kann alternativ in Verbindung mit mechanischen oder akustischen Reizquellen verwendet werden. Wenn zum Beispiel ein akustischer Strahl auf einen tumorösen Bereich fokussiert wird, kann der Tumor mit einem vorbestimmten Frequenzverhaltens mit den jeweiligen bestimmten Eigenschaften in Resonanz treten. Der Monitor/das Mikrofon kann die Resonanzbewegung detektieren und die Identifikation der Art und der Position des Tumors unterstützen. Darüber hinaus kann der Monitor/das Mikrofon zur Bestimmung der Knochenleitung verwendet werden. Eine akustische oder mechanische Reizquelle wird an einem Ende des betreffenden Knochens vorgesehen, und der Monitor/das Mikrofon wird an verschiedenen Positionen entlang der Länge des Knochens positioniert, um die Reizausbreitung durch den Knochen zu messen und zu detektieren. Risse oder ähnliche Anomalitäten können analoge oder unregelmäßige Töne oder Indikationen erzeugen.
Der Monitor/das Mikrofon kann dazu verwendet werden, innere Geräusche der Lunge abzuhören, anomale Geräusche oder andere Bewegungen zu detektieren, die für Symptome kennzeichnend sind, die bestimmten Krankheiten oder Erkrankungen zugeordnet werden. Der Monitor/das Mikrofon kann auch zum Identifizieren eines Bruchs in einer implantierten Herzklappe aus Metall oder ähnlichen Objekten verwendet werden. Zum Beispiel kann der Monitor/das Mikrofon Brüche in einer mechanischen Herzklappe identifizieren, indem Änderungen der Radarreflektivität (d.h. des Radardquerschnitts oder RCS) der Klappe detektiert werden, wenn der Defekt oder der Riss einen unterbrochenen elektrischen Kontakt erzeugt.
Zu einen beispielhaften Anwendungen zählen unter anderem: (1) Herzschrittmacher, wobei die Monitore und deren Abwandlungen implantiert werden, um die Herzwandbewegung zu erfassen, und wobei sie als oder in Verbindung mit herkömmlichen Grundsätzen und Technologien für Herzschrittmacher verwendet werden; und (2) Telemetrie; (3) Durchleuchtung; (5) Ausrüstungen zur Überwachung von Föten; (5) Detektore für Objekte innerhalb des Körpers; (6) plötzlicher Kindstod; (7) Elektrokardiografie (EKG); (8) Echokardiografie, (9) Monitore und Verfahren zur bildlichen Darstellung, zum Messen und zum Abtasten, wobei die Monitore auch als Ersatz für oder in Verbindung mit herkömmlichen Systemen eingesetzt werden können, wie etwa von Ultraschallgeräten, NMR oder NMI zur Abbildung verschiedener Organe, Elemente oder Gewebe, wozu unter anderem die folgenden zählen: die Gebärmutter, Föten, Eierstücke, Knochen, Blutgerinnsel, Gerhin, Rückenmark, Muskeln, Prostata und Schilddrüse; (10) Monitore zum Screening von Knochenbrüchen; (11) Verbesserungen im Bereich Mammografie; (12) innere Führungs- oder Abtastvorrichtungen, die in röhrenförmige oder andere Strukturen eingeführt werden können, wie etwa Blutgefäße, den Bronchialbaum der Lunge, den Magen-Darm-Trakt, den Urogenitalapparat unter Verwendung eines Angioskops, eines Endoskops oder eines Katheters.

Claims

Monitor zur Erfassung der Bewegung eines oder mehrerer Körperteile, wobei der Monitor dadurch gekennzeichnet ist, dass er folgendes umfasst: (a) einen Impulsgenerator (10, 204) zur gleichzeitigen Eingabe einer Folge von Impulsen in einen Sendepfad (12, 112) und einen Tastpfad (14, 114); (b) wobei die genannten entlang des genannten Sendepfads (12, 112) übermittelten Impulse einen Impulsgenerator (16, 116, 206) steuern, um entsprechende Sendeimpulse vorzusehen, die einer Sendeantenne (T) zugeführt werden; (c) wobei der genannte Tastpfad (14, 114) einen Bereichsverzögerungsgenerator (30) zur Erzeugung zeitgesteuerter Auftastimpulse aufweist; (d) einen Empfangspfad (20), der eine Empfangsantenne (R) aufweist; (e) wobei die genannten zeitgesteuerten Auftastimpulse bewirken, dass der Empfangspfad (20, 120, 220) selektiv Impulse leitet, die von Körperteilen reflektiert und von der genannten Empfangsantenne (R) empfangen werden; wobei die Körperteile ein Herz und eine Lunge aufweisen; und wobei der Monitor ein Ausgabepotenzial vorsieht, das der physikalischen Bewegung des Herzens und der Lunge entspricht, und wobei das genannte Ausgabepotenzial in ein Herzausstoßvolumen, das die physikalische Bewegung des Herzens anzeigt, und ein Lungenausstoßvolumen, das die physikalische Bewegung der Lunge anzeigt, getrennt werden kann.
Monitor nach Anspruch 1, ferner mit einem Bandpassfilter (141) zum Trennen des genannten Ausgabepotenzials in das genannte Herzausstoßvolumen.
Monitor nach Anspruch 1, ferner mit einem Bandpassfilter (142) zum Trennen des genannten Ausgabepotenzials in das genannte Lungenausstoßvolumen.
Monitor nach Anspruch 1, wobei der genannte Empfangspfad (20, 120, 220) ferner eine Abtast-Halte-Schaltung (26) aufweist, die durch die genannten Auftastimpulse aus dem genannten Tastpfad getastet wird.
Monitor nach Anspruch 4, wobei ein Auftastimpuls ab dem Zeitpunkt, zu dem die genannte Sendeantenne (T) einen Sendeimpuls abstrahlt, um ungefähr 2 ns verzögert wird, und wobei der genannte Tastpfad (14, 114) ferner einen Impulsgenerator (32, 132, 232) aufweist, der einen Auftastimpuls von 200 ps zum Tasten der genannten Abtast-Halte-Schaltung erzeugt.
Monitor nach Anspruch 1, wobei die genannten zeitgesteuerten Auftastimpulse den Auftastbereich des Monitors bestimmen.
Monitor nach Anspruch 6, wobei der genannte Empfangspfad (20, 120, 220) ferner eine Abtast-Halte-Schaltung (26) aufweist, die durch die genannten Auftastimpulse aus dem genannten Tastpfad getastet wird, und wobei die genannte Abtast-Halte-Schaltung die Impuls entlang dem Empfangspfad mindestens 1000 mal abtastet.
Monitor nach Anspruch 6, wobei der genannte Empfangspfad (20, 120, 220) ferner eine Summierung des Elements (36) aufweist, wodurch Hintergrundreflexionen subtrahiert werden, und mit einem Verstärker (38) zur Verstärkung der Ausgabe des genannten Summierungselements (36).
Monitor nach Anspruch 8, wobei der Monitor ferner einen Audio-Oszillator (39) aufweist, dessen Ausgabe mit der Ausgabe des genannten Verstärkers (38) multipliziert wird, und wobei die Ausgabe des genannten Audio-Oszillators (39) durch die Änderungsrate des Signals von dem genannten Verstärker frequenzmoduliert wird, so dass ein Doppler-Effekt erzeugt wird, der im Verhältnis zu der Bewegungsgeschwindigkeit der genannten Körperteile steht.
Monitor nach Anspruch 9, wobei der genannte Empfangspfad (20) ferner eine Unterscheidungsschaltung (40) aufweist, um die Wechselrate des Signals von dem genannten Verstärker(38) abzuleiten.
Monitor nach Anspruch 8, wobei der genannte Empfangspfad (20, 120, 220) ferner einen Rückkopplungspfad aufweist, der einen Integrator (48) umfasst, der die Ausgabe des genannten Verstärkers (38) folgesteuert, bis ein Gleichgewicht erreicht worden ist, so dass dafür gesorgt wird, dass die Ausgabe des genannten Verstärkers (38) einer dem genannten Integrator (48) zugeführten Bezugsspannung entspricht.
Monitor nach Anspruch 8, wobei der Monitor ferner eine doppelte Zeitkonstantenschaltung (51) aufweist, so dass für große Signale im Verhältnis zu einer groben Sensorbewegung im Verhältnis zu der Lungenbewegung eine schnelle Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante vorgesehen ist, und wobei für normale Signalwerte im Verhältnis zu der Herzbewegung eine deutlich langsamere Wechselstromkopplungs-Zeitkonstante vorgesehen ist.
Monitor nach Anspruch 12, wobei die genannte doppelte Zeitkonstantenschaltung zwei entgegengesetzt ausgerichtete Dioden (52, 53) aufweist, die durch einen Widerstand (54) nebengeschlossen werden.
Monitor nach Anspruch 1, wobei die genannten zeitgesteuerten Auftastimpulse mindestens ein erstes und ein zweites Bereichsgatter bestimmen.
Monitor nach Anspruch 1, wobei der genannte Sendepfad (12) ferner einen Homodynoszillator (202) aufweist, der homodyne Signale erzeugt.
Monitor nach Anspruch 15, wobei die genannten homodynen Signale dem genannten Impulsgenerator (206) zugeführt werden, um den genannten Impulsgenerator (206) mit einer vorbestimmten homodynen Frequenz selektiv EIN und AUS zu schalten. M 8016