-
Die
Erfindung betrifft ein physiologisches Sensorsystem zur Aufnahme
elektrischer Messsignale in einer die Aufnahme beeinträchtigenden
Umgebung, insbesondere in einem Magnetresonanzgerät, mit mehreren
Messelektroden sowie einer Signalverstärkereinrichtung, einer Leistungsversorgung und
einer Elektronikeinrichtung zur Signalkonvertierung und -übertragung
an ein externes Signalverarbeitungs- und/oder Steuergerät.
-
Ein
solches physiologisches Sensorsystem dient zur in situ Aufnahme
von physiologischen Messwerten beispielsweise während einer Untersuchung eines
Patienten mittels eines Magnetresonanzgeräts. Unter Verwendung eines
solchen Sensorsystems ist beispielsweise während der Untersuchung die
Aufnahme eines EKG möglich,
um kontinuierlich zum einen die Herztätigkeit erfassen zu können, zum
anderen kann durch die kontinuierliche Erfassung der Herzstellung
der Bildaufnahmebetrieb des Magnetresonanzgeräts gesteuert werden. Sollen die
Magnetresonanzbilder beispielsweise das Herz in einer bestimmten
Klappenstellung zeigen, so kann über
die EKG-Signale der Moment, in dem das Herz in der gewünschten
Klappenstellung ist, exakt erfasst werden, und die Bildaufnahme
hierüber
getriggert werden.
-
Ein
solches physiologisches Sensorsystem ist aus
US 5 782 241 und
US 6 052 614 bekannt. Bei diesem Sensorsystem
sind mehrere Messelektroden vorhanden, die unmittelbar auf die Haut
des Patienten aufgesetzt werden. Die Elektroden sind am unteren
Ende eines geschirmten Gehäuses
angeordnet, wobei in dem Gehäuse
ferner Hochfrequenzfiltereinrichtungen, denen jeweils eine Elektrode
zugeordnet ist, sowie eine Differenzverstärkereinheit, ein Tiefpassfilter,
ein elektrooptischer Wandler zur Wandlung der Messsignale in optische
Signale, die über eine optische
Datenleitung an eine externe Verarbeitungs- und Anzeigeeinrichtung
gegeben werden, sowie eine Leistungsquelle in Form einer Batterie
angeordnet ist. Sämtliche
für den
Aufnahme- und Vorverarbeitungsbetrieb der Messsignale relevanten
Elemente sind also gemeinsam in dem Gehäuse angeordnet, das auf den
Patienten aufzusetzen ist. Hieraus ergibt sich jedoch der Nachteil,
dass aufgrund der beachtlichen baulichen Größe und der gleichzeitigen Integration
der Messelektroden das Sensorsystem nahe am Herzen zu positionieren
ist. Damit besteht aber die Gefahr, dass dieses Sensorsystem sich
zumindest teilweise im Bildgebungsbereich befindet, also in dem
Bereich, von dem das Magnetresonanzbild aufgenommen werden soll.
Dieses wird hierdurch zumindest beeinträchtigt.
-
Aus
EP 0 173 130 ist eine Kernspin-Tomographieeinrichtung
bekannt, bei der mehrere am Patienten zu befestigende Elektroden
vorgesehen sind, die über
eine Kabelverbindung mit einem in einem separaten, extern und weitab
befindlichen Verstärker verbunden
sind. In dem Verstärker,
der über
ein separates Netzteil versorgt wird, ist ein Hochfrequenzfilter,
der eigentliche Verstärker,
ein Slew-Rate-Filter, und nachfolgend ein elektro-optischer Wandler
vorgesehen. In dem Verstärkergehäuse sind
sämtliche Elektronikkomponenten
beinhaltet. Da der Verstärker weitab
der Messelektroden angeordnet ist, ist eine Beeinflussung der Messsignalaufnahme
infolge starker Störeinkopplungen
durch magnetresonanzspezifischer Hochfrequenz- und Gradientenfelder
zu besorgen.
-
Aus
DE 33 27 731 A1 ist
eine Einrichtung zur Gewinnung eines EKG-Signals bei einem Kernspintomographen
bekannt, bei dem eine geschirmte Kabelverbindung verwendet wird,
die sich im Bereich außerhalb
einer Hochfrequenz-Kabine befindet und auf das Potential der Hochfrequenz-Abschirmung
gelegt ist, um Störungen
des Magnetresonanzbilds zu vermeiden.
-
Schließlich ist
aus
EP 0 487 441 B1 ein
Monitor zum Überwachen
von lebenswichtigen physiologischen Parametern eines Pa tienten während der Untersuchung
im Tunnelbereich eines Kernspinresonanz-Bildgeräts bekannt, bei dem am Patienten
anzuordnende Elektroden zur Aufnahme der Messsignale vorgesehen
sind, die über
Leitungsverbindungen mit dem entfernt dazu angeordneten Monitor
verbunden sind. Im Monitor, bei dem es sich um ein Standgerät handelt,
ist ein Steuerungskeyboard angeordnet sowie ein Displaypanel, über das
der Arzt oder Bediener mit dem Monitor kommuniziert. Im Gehäuse des
Monitors selbst sind eine Reihe verschiedener Module vorgesehen,
die die über
die Leitungsverbindung gelieferten Messsignale verarbeiten.
-
Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein physiologisches Sensorsystem
anzugeben, das die Bildaufnahme weitestgehend nicht beeinflusst und
dennoch die möglichst
unverfälschte
Aufnahme der Messsignale ermöglicht.
-
Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem physiologischen Sensorsystem der eingangs
genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Messelektroden in oder an einem patientennah anzuordnenden
ersten geschirmten Gehäuse
und die Signalverstärkereinrichtung
in dem patientennah anzuordnenden ersten geschirmten Gehäuse und
die Leistungsversorgung und die Elektronikeinrichtung in einem patientennah
anzuordnenden zweiten geschirmten Gehäuse angeordnet sind, wobei
die Signalverstärkereinrichtung
mit der Elektronikeinrichtung und der Leistungsversorgung über eine
geschirmte und/oder gedrillte Kabelverbindung verbunden oder verbindbar
ist.
-
Das
erfindungsgemäße Sensorsystem
umfasst zwei geschirmte Gehäuse,
die nach Art eines Faraday'schen
Käfig aufgebaut
sind, und die die für die
Messwertaufnahme und -vorverarbeitung erforderlichen Komponenten
enthalten. Im ersten Gehäuse
sind lediglich die Messelektroden und die Signalverstärkereinrichtung
vorhanden. Dieses Gehäuse wird
direkt auf den Patienten aufgesetzt, im Falle der Aufnahme eines
EKG im herznahen Bereich. Da lediglich die Messelektroden – in der
Regel drei – und die
Signalverstärkereinrichtung
in diesem Gehäuse integ riert
sind, ist es sehr klein, weshalb es so positioniert werden kann,
dass eine exakte Messwertaufnahme möglich ist, es jedoch aufgrund
seiner Größe die Bildaufnahme
nicht wesentlich beeinflusst. Die aufgenommenen Messsignale werden über eine
geschirmte oder gedrillte Kabelverbindung an das zweite Gehäuse und
dort die Elektronikeinrichtung und die Leistungsversorgung gegeben. Über die
geschirmte oder gedrillte Kabelverbindung wird sichergestellt, dass
die analogen und verstärkten
Messsignale weitestgehend unbeeinflusst von den starken Magnetfeldern,
die im Betrieb eines Magnetresonanzgeräts anliegen, übertragen
werden können.
D. h., das Signal-Rausch-Verhältnis ändert sich
praktisch nicht. Das zweite Gehäuse
kann nun gänzlich abseits
des bildrelevanten Untersuchungsbereichs positioniert werden. Die
Länge der
Kabelverbindung sollte zweckmäßigerweise
im Bereich zwischen 20–30
cm liegen, kann aber auch größer sein.
-
Die
Signalverstärkereinrichtung
sollte zweckmäßigerweise
in unmittelbarer Nähe
zu den Messelektroden angeordnet sein, um die Störsignaleinkopplung so klein
wie möglich
zu halten. Sind mehrere Messelektroden im Gehäuse angeordnet, so kann diesen
eine gemeinsame Signalverstärkereinrichtung
zugeordnet sein. Alternativ kann auch für jede Messelektrode ein eigener
Verstärker
vorgesehen sein.
-
Neben
einer Systemkonfiguration mit einem ersten Gehäuse und einem zweiten Gehäuse ist
es auch möglich,
dass das System mehrere erste Gehäuse mit jeweils mehreren Messelektroden
und zugeordneter Signalverstärkereinrichtung
umfasst, wobei mit den Messelektroden je eines Gehäuses unterschiedliche
Messsignale aufnehmbar sind, und wobei jede Signalverstärkereinrichtung über eine
separate geschirmte oder gedrillte Kabelverbindung mit der gemeinsamen
Elektronikeinrichtung und der gemeinsamen Leistungsversorgung verbunden
oder verbindbar ist. Bei diesem multifunktionalen Sensorsystem kann
beispielsweise das erste Gehäuse
zur Aufnahme von EKG-Messsignalen und das andere erste Gehäuse zur
Aufnahme von EEG-Mess signalen dienen. Beide sind, da sie lediglich
die Elektroden und die C enthalten, sehr klein, die gemeinsame Signalaufbereitung
erfolgt in dem gemeinsamen zweiten Gehäuse.
-
Besonders
zweckmäßig ist
es, wenn die Signalverstärkereinrichtung
bei zur Aufnahme von EKG-Messsignalen vorgesehenen Messelektroden allein
zum Verstärken
der Messsignale ausgebildet ist. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass
die Verstärkereinrichtung
auch zum Bilden von ableitungsspezifischen Differenzsignalen ausgebildet
ist. Im Rahmen einer EKG-Messung,
die den Extremitätenableitungen
nach Einthoven entspricht, werden drei Messelektroden verwendet,
die in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet sind. Eine erste
Messelektrode zeigt zum linken Arm, eine zweite zum rechten Arm
und eine dritte zum linken Bein. Als EKG-Messsignale werden jeweils
Differenzsignale zwischen zwei Messelektroden aufgenommen. Jedes
Differenzsignal entspricht einer Ableitung, wobei insgesamt drei
Ableitungen möglich
sind, nämlich
das erste Differenzsignal der Messelektroden „linker Arm – rechter
Arm", das zweite
Differenzsignal „linkes
Bein – rechter
Arm" und das dritte
Differenzsignal „linkes Bein – linker
Arm". Aus verarbeitungstechnischen Gründen ist
es zweckmäßig, wenn
diese Differenzbildung bereits seitens der Verstärkereinrichtung erfolgt. Zur
Verstärkung
und/oder Differenzsignalbildung werden zweckmäßigerweise Operationsverstärker verwendet.
-
Die
Elektronikeinrichtung selbst weist zweckmäßigerweise ein Signalkonvertierungsmodul
und ein Signalübertragungsmodul
auf, die beide mit der Leistungsversorgung gekoppelt sind. Unter
dem Begriff „Modul" wird hier ganz allgemein
eine möglichst kleindimensionierte
Schaltungsanordnung verstanden, die entweder der Signalkonvertierung
oder der Signalübertragung
dient. Sämtliche
hierfür
erforderlichen Elemente können
auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein. Da es natürlich auch
ein Ziel ist, das zweite Gehäuse
möglichst
klein zu dimensionieren, ist eine gemeinsame Integration der Module zweckmäßig.
-
Das
Signalkonvertierungsmodul sollte zweckmäßigerweise wenigstens ein Filter
und wenigstens eine Wandlereinheit aufweisen. Als Wandler kann ein
Analog-Digital-Wandler oder ein Spannungs-Frequenz-Wandler verwendet
werden.
-
Sind
mehrere Messsignaleingänge
am zweiten Gehäuse
bzw. an der Elektronikeinrichtung vorgesehen, so ist es zweckmäßig, wenn
für jeden Messsignaleingang
ein separates Filter vorgesehen ist, wobei die Filter über einen
Multiplexer mit dem Wandler verbunden sind. Ein Filter ist zweckmäßigerweise
für jeden
Messsignaleingang vorgesehen, egal welcher Art die gelieferten Messsignale
sind, d. h., ob es sich beispielsweise um EKG- oder um EEG-Messsignale
handelt, die gemeinsam im Multiplexbetrieb erfasst und ausgelesen
werden können.
Der Betrieb des Multiplexers ist zweckmäßigerweise über eine Steuereinrichtung
von extern steuerbar, so dass von außen über ein externes Signalverarbeitungs- und/oder
Steuerungsgerät
die Signalaufnahme gesteuert werden kann.
-
Die
Leistungsversorgung kann eine Batterie oder einen Akkumulator aufweisen,
dem ein über eine
externes Magnetfeld betätigbarer
Schalter zugeordnet ist. Diese Ausgestaltung ist insoweit zweckmäßig, als
beim Betrieb des Magnetresonanzgeräts ein hinreichendes Magnetfeld
anliegt, so dass der Schalter betätigt und der Versorgungskreis
geschlossen wird. Sobald das Sensorsystem dem Magnetresonanzgerät entnommen
ist, öffnet
sich der Schalter wieder, die Leistungsversorgung ist also nicht
kontinuierlich zugeschalten.
-
Alternativ
dazu kann die Leistungsversorgung auch eine oder mehrere Solarzellen
enthalten, die mit über
eine Faseroptik zuführbarem
Licht, insbesondere Laserlicht bestrahlbar ist. Eine dritte Erfindungsalternative
sieht vor, dass die Leistungsversorgung eine oder mehrere Solarzellen
enthält,
die mit über
einen an der Gehäuseaußenseite
angeordneten, Umgebungslicht einfangenden Fluoreszenzkollektor zuführbarem
Licht bestrahlt wird. Bei einem solchen Fluoreszenzkollektor handelt
es sich um ein Plattenmaterial aus Plexiglas, in das Fluoreszein
und andere Fluorophore einpolymerisiert sind. Dieser Kollektor sammelt
auftreffendes diffuses Umgebungslicht, das an seiner Stirnseite
konzentriert und über
einen schmalen Bereich austritt. Dieses konzentrierte Licht trifft
erfindungsgemäß auf die
Solarzellengestalt, die dann ihrerseits Energie erzeugt.
-
Eine
vierte Erfindungsalternative sieht schließlich vor, dass die Leistungsversorgung
wenigstens einen Kondensator enthält, der mit an der Gehäuseaußenseite
angeordneten Spulen, die beim Anlegen eines externen Wechselmagnetfelds
eine Spannung liefern, verbunden ist. Bei dieser Erfindungsausgestaltung
macht man sich das beim Betrieb des Magnetresonanzgeräts ohnehin
anliegende Magnetfeld zunutze, indem gehäuseaußenseitig Spulen angeordnet
sind, in denen magnetfeldbedingt eine Wechselspannung induziert
wird, die nach Gleichrichtung zum Aufladen eines Kondensators dient,
der dann die einzelnen Systemelemente mit Leistung versorgt.
-
Als
besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn den Solarzellen
wenigstens ein Speicherkondensator mit einer Speicherkapazität ≥ 1 F zugeordnet
ist, der im Betrieb Leistung bereitstellt. Dieser Speicherkondensator,
der in der Fachwelt auch als „Ultra
Cap" oder „Gold Cap" bekannt ist, besitzt
eine relativ hohe Kapazität,
kann also hinreichend viel Leistung speichern, die er dann im Betrieb
abgibt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Systemelemente auch
dann mit Spannung versorgt werden, wenn die von den Solarzellen
oder dem wenigstens einen mit den Spulen verbundenen Kondensator
gelieferte Leistung nicht ausreicht. Der Speicherkondensator ist
zweckmäßigerweise
in einer externen Ladestation wieder aufladbar. Bei der Verwendung
von Solarzellen würde
die Lade station möglichst
energiereiches Licht erzeugen, um eine kurze Ladezeit zu gewährleisten.
-
Das
Signalübertragungsmodul
kann nach einer ersten Erfindungsausgestaltung ein Funkübertragungsmodul
sein, mit welchem die aufgenommenen, verstärkten und anschließend konvertierten
Messsignale drahtlos an die externe Verarbeitungseinrichtung übertragen
werden.
-
Eine
Alternative sieht dem gegenüber
vor, dass das Signalübertragungsmodul
ein Infrarotübertragungsmodul
mit mindestens einer Infrarotübertragungsdiode
mit zugeordneter aus dem Gehäuse aber
nicht zum Empfänger
führender,
optischer Leitung ist, wobei zweckmäßigerweise mehrere Dioden, insbesondere
drei vorgesehen sein können,
denen jeweils eine optische Leitung zugeordnet ist.
-
Nach
einer dritten Erfindungsausgestaltung kann das Signalübertragungsmodul
ein faseroptisches Übertragungsmodul
mit mindestens einer Übertragungsdiode
mit zugeordneter Faseroptikleitung sein. Eine vierte Ausführungsalternative
schlägt schließlich vor,
dass das Signalübertragungsmodul ein
Ultraschallwellenmodul mit mindestens einem Ultraschallwandler ist.
-
Wie
bereits ausgeführt,
ist es zweckmäßig, wenn
der Multiplexer von außen
steuerbar ist. Zu diesem Zweck kann am Signalübertragungsmodul ein Eingang
für die
externe Steuerleitung vorgesehen sein, wobei die Steuersignale über interne
Steuerleitungen vom Signalübertragungsmodul
an das Signalkonvertierungsmodul, gegebenenfalls über die
Leistungsversorgung durchgeschleift werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn
der am Signalübertragungsmodul
vorgesehenen internen Steuerleitung ein optischer Empfänger zugeordnet
ist, der die über
die optische Steuerleitung gegebenen optischen Steuersignale in
elektrische Steuersignale umsetzt. Eine zweite Alternative sieht
vor, dass bei einer Ausgestaltung des Signalübertra gungsmoduls als Ultraschallwellenmodul
die Ultraschallsignalleitung zur Übertragung auch der Steuersignale
dient, sie wird also gleichzeitig als Hin- und Rückleitung eingesetzt. Die Steuersignale
werden von dem Ultraschallwandler in elektrische Steuersignale umgesetzt,
die dann über
die interne Steuerleitung weitergegeben werden.
-
Wie
beschrieben, ist es beim erfindungsgemäßen Sensorsystem möglich, mehrere
erste Gehäuse
zur Aufnahme unterschiedlicher elektrischer Messsignale vorzusehen.
Um die Mulitfunktionalität des
Sensorsystems noch weiter zu erhöhen,
hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
wenn am zweiten Gehäuse
wenigstens noch ein weiteres Sensorelement, das nicht-elektrische
Messinformationen aufnimmt, angeschlossen oder anschließbar ist,
wobei die Elektronikeinrichtung entsprechende Mittel zum Wandeln der
nicht-elektrischen Messinformationen in elektrische Messsignale
aufweist. Als ein weiteres Sensorelement kann ein optisches Sensorelement,
insbesondere ein Fingerring vorgesehen sein, der beispielsweise
um den Finger eines Patienten gelegt wird und mittels Durchleuchtung
und Absorptionsmessung den peripheren Puls des Patienten misst. Dieses
optische Sensorelement liefert optische Messinformationen, die über eine
faseroptische Leitung an die Elektronikeinrichtung geführt werden,
wo ein optoelektronischer Wandler zum Wandeln in elektrische Messsignale
vorgesehen ist. Alternativ kann das wenigstens eine weitere Sensorelement
ein pneumatisches Sensorelement, insbesondere ein flexibler Brustring
sein, der um die Brust des Patienten gelegt wird und mittels dem
die Atemtätigkeit messbar
ist. Dieser Brustring hat ein komprimierbares Luftvolumen, das über eine
Druckleitung mit einem Drucksensor in die Elektronikeinrichtung
gekoppelt ist. Da sich atmungsbedingt das Luftvolumen und damit
der Druck ändert,
liegt am Drucksensor ein sich kontinuierlich ändernder Druck an, der in entsprechende
elektrische Messsignale gewandelt werden kann.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine
Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems,
-
2 eine
Prinzipdarstellung des ersten geschirmten Gehäuses mit der Signalverstärkereinrichtung,
dargestellt in Form der Schaltungsanordnung,
-
3 eine
zweite Ausführungsform
des ersten Gehäuses
mit Signalverstärkereinrichtung
und
-
4 eine
dritte Ausführungsform
des ersten Gehäuses,
-
5 eine
Prinzipskizze des Signalkonvertierungsmoduls im zweiten geschirmten
Gehäuse
gemäß einer
ersten Ausführungsform
-
6 eine
Darstellung des Signalkonvertierungsmoduls einer zweiten Ausführungsform,
-
7 eine
Darstellung des Signalkonvertierungsmoduls einer dritten Ausführungsform,
-
8 eine
Darstellung der Leistungsversorgungseinrichtung im zweiten geschirmten
Gehäuse gemäß einer
ersten Ausführungsform,
-
9 eine
Darstellung des Leistungsversorgungsmoduls im zweiten Gehäuse gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
-
10 eine
Darstellung des Leistungsversorgungsmoduls des zweiten Gehäuses gemäß einer
dritten Ausführungsform,
-
11 eine
Darstellung des Leistungsversorgungsmoduls in einer vierten Ausführungsform
im zweiten Gehäuse,
-
12 eine
Darstellung des Signalübertragungsmoduls
des zweiten geschirmten Gehäuses gemäß einer
ersten Ausführungsform,
-
13 eine
Darstellung des Signalübertragungsmoduls
des zweiten Gehäuses
einer zweiten Ausführungsform,
-
14 eine
Darstellung des Signalübertragungsmoduls
des zweiten Gehäuses
einer dritten Ausführungsform,
und
-
15 eine
Darstellung des Signalübertragungsmoduls
einer vierten Ausführungsform.
-
1 zeigt
ein erfindungsgemäßes physiologisches
Sensorsystem 1 in Form einer Prinzipdarstellung. Das Sensorsystem
umfasst ein erstes Gehäuse 2,
an dem im gezeigten Beispiel drei Elektroden 3, 4, 5 angeordnet
sind, die beispielsweise zur Aufnahme eines EKG ausgebildet sind.
Im ersten Gehäuse 2 ist
ferner eine Signalverstärkereinrichtung 6 angeordnet,
die die über
die Elektroden 3, 4, 5 gelieferten Signale
verstärkt. Über eine
geschirmte oder gedrillte Kabelverbindung 7 werden die
Messsignale an ein Signalkonvertierungsmodul 8, das in
einem zweiten geschirmten Gehäuse 9 angeordnet
ist, gegeben. Dort werden die Signale konvertiert und anschließend über ein
Signalübertragungsmodul 10 an ein
externes Signalverarbeitungs- und/oder Steuerungsgerät 11 gegeben.
Im zweiten Gehäuse 9 ist ferner
eine Leistungsversorgung 12 angeordnet, die das gesamte
Sensorsystem mit Leistung versorgt.
-
Wie 1 ferner
zeigt, ist ein zweites erstes Gehäuse 13 vorgesehen,
an dem im gezeigten Beispiel ebenfalls zwei Elektroden 14, 15 angeordnet sind.
Diese sind beispielsweise zur Aufnahme von EEG-Messsignalen ausgebildet.
Selbstver ständlich können auch
mehr als zwei Elektroden vorgesehen sein. Auch in diesem erstem
geschirmten Gehäuse 13 ist
eine Signalverstärkereinrichtung 16 angeordnet,
die die Signale vor Ort, also unmittelbar am Messort verstärkt. Über eine
geschirmte oder gedrillte Kabelverbindung 17 werden auch
diese Messsignale an das Signalkonvertierungsmodul 8 gegeben und
entsprechend aufbereitet.
-
Weiterhin
ist am zweiten geschirmten Gehäuse 8 ein
weiteres Sensorelement 18 angeschlossen, bei dem es sich
im gezeigten Ausführungsbeispiel
um einen flexiblen Brustring handelt, über den die Atmung des Patienten
aufgenommen werden kann. Dieser umfasst ein komprimierbares Luftvolumen 19,
das beim Heben und Senken des Brustkorbs entsprechend komprimiert
oder gedehnt wird. Über eine
pneumatische Verbindungsleitung 20 wird der sich ändernde
Druck auf einen entsprechenden Sensor im Signalkonvertierungsmodul 8 gegebenen,
worauf nachfolgend noch eingegangen wird. Weiterhin ist ein zweites
Sensorelement 21 in Form eines Fingerrings am zweiten Gehäuse 9 angeschlossen,
mittels welchem der periphere Puls des Patienten durch IR-Absorption
des Blutes gemessen werden kann. Die aufgenommenen nicht-elektrischen
Messinformationen (auch bei den mittels des Sensorelements 18 aufgenommenen
Informationen handelt es sich um nicht-elektrische Messinformationen)
werden hier über
faseroptische Leitungen 22 an ein entsprechendes Sensorelement
im Signalkonvertierungsmodul 8 gegeben.
-
2 zeigt
als Prinzipskizze in vergrößerter Darstellung
das erste Gehäuse 2 mit
einer Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform. Im gezeigten Beispiel
sind die Elektroden 3, 4, 5 dargestellt,
wobei auch mehrere Elektroden angeschlossen werden können, die
hier bis zum Bezugszeichen n durchnummeriert sind. Jeder Elektrode 3, 4, 5,
..., n ist ein Operationsverstärker 23 zugeordnet,
der zum Verstärken
der Messsignale dient. Die verstärkten Messsignale
werden an entsprechende Signalausgänge 24 gegebenen,
die dort mit Ch1, Ch2,
..., Chn gekennzeichnet sind. Gezeigt sind
ferner die Eingänge 25 für die Versorgungsspannung.
-
Eine
zweite Ausführungsform
eines ersten Gehäuses
mit Signalverstärkereinrichtung
ist in 3 gezeigt. Am Gehäuse 2 sind wiederum
drei Elektroden 3, 4, 5 vorgesehen, denen
auch hier jeweils ein Operationsverstärker 23 nachgeschaltet
ist. Die Signalverstärkereinrichtung
gemäß 3 umfasst
jedoch neben den Operationsverstärkern 23 weitere
Operationsverstärker 26,
die mit den Operationsverstärkern 23 derart
verschaltet sind, dass ein ableitungsspezifisches Differenzsignal über die
Ausgänge 24 ausgegeben
wird. Insgesamt sind aufgrund der Ausrichtung der drei Elektroden 3, 4, 5 drei
Ableitungen möglich,
nämlich „linker
Arm – rechter
Arm", „linkes
Bein – rechter
Arm" und „linkes
Bein – linker Arm". Es werden also
im Gegensatz zur Ausführungsform
nach 2, wo die verstärkten Ist-Signale ausgegeben
werden, hier bereits die vorverarbeiteten Differenzsignale ausgegeben.
Die Ausgabe bzw. Übertragung
erfolgt jeweils über
die geschirmte Kabelverbindung.
-
Schließlich zeigt 4 eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
eines ersten Gehäuses 2.
An diesem Gehäuse 2 sind
in diesem Fall nicht fest, sondern über kurze Kabelverbindungen beweglich
drei Elektroden 3, 4, 5 angeordnet, die
auf den Patienten aufgeklebt und je nach gewünschter Ableitung positioniert
werden können.
Die Elektroden 3 und 4 dienen zur Messsignalaufnahme,
die Elektrode 5 liegt an Masse und dient als Referenz.
Ersichtlich ist, dass auch hier jeder Elektrode 3, 4 ein
Operationsverstärker 23 sowie
ein gemeinsamer zweiter Operationsverstärker 26 zur Differenzsignalbildung nachgeschalten.
Da hier nur ein Signal zwischen den beiden Elektroden 3, 4 ermittelt
wird, ist hier nur ein Signalausgang 24 vorgesehen.
-
5 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel des
Signalkonvertierungsmoduls 27, das im zweiten geschirmten
Gehäuse 9 ange ordnet
ist. An den Eingängen 28 liegen
die über
die Ausgänge 24 gelieferten
verstärkten
Signale oder die Differenzsignale an, die Ausgänge 29 dienen zum
Durchschleifen der Versorgungsspannung.
-
Jedem
der Eingänge
28 ist
im gezeigten Beispiel ein Filter
30, im gezeigten Beispiel
zweckmäßigerweise
ein Slewrate-Filter (z.B. gemäß Patent
EP 0 173 130 ) nachgeschalten,
um die Signale vom Rauschen zu filtern. Über einen Wandler
31,
bei dem es sich um einen Analog-Digital-Wandler oder einen Spannungs-Frequenz-Wandler
handeln kann, werden die analogen Signale in digitale gewandelt,
die über
den seriellen Ausgang
32 an ein nachfolgendes Modul ausgegeben
werden. Die unterschiedlichen Eingänge werden über einen Multiplexer 33 im
Multiplexbetrieb angesteuert, wobei der Multiplexer
33 über eine
Steuerleitung 34 vom Bediener angesteuert werden kann, so dass auf
Wunsch beliebige Signale ausgelesen werden können.
-
5 zeigt
ferner die Eingänge 35, 36,
an denen die Signalleitungen der weiteren Sensorelemente 18 bzw. 21 anliegen.
Die faseroptischen Leitungen 22 übertragen ihre Signale auf
einen optoelektronischen Wandler 37, der die optischen
Signale in elektrische Messsignale wandelt, wobei der optoelektronische
Konverter 37 wiederum mit dem Multiplexer 33 verbunden
ist. Die Drucksignale, die über
die Druckleitung 20 zugeführt werden, werden auf einen Drucksensor 38 gegeben,
der ebenfalls elektrische Signale ausgibt und der auch mit dem Multiplexer 33 verbunden
ist. In 5 sind ferner noch die entsprechenden
Eingänge 39 für die durchgeschleifte
Versorgungsspannung dargestellt.
-
Eine
zweite Erfindungsalternative des Signalkonvertierungsmoduls zeigt 6.
Der Aufbau entspricht insoweit dem Signalkonvertierungsmodul 27,
jedoch zeigt das Signalkonvertierungsmodul 40 gemäß 6 eine
dem Multiplexer 33 zugeordnete Dekodiereinrichtung 41,
die den Multiplexer derart steu ert, dass die richtigen Differenzsignale
der gewünschten
Ableitung ausgegeben werden. Während das
Signalkonvertierungsmodul 27 mit dem ersten Gehäuse gemäß 2 kombiniert
werden kann, kann das Signalkonvertierungsmodul 40 mit
dem ersten Gehäuse
gemäß 3 kombiniert
werden.
-
Ein
Signalkonvertierungsmodul 41, das mit dem ersten Gehäuse gemäß 4 kombiniert
werden kann, zeigt 7. Da hier lediglich ein Eingangskanal 28 vorhanden
ist, kann dieses Signal direkt ohne Zwischenschaltung eines Multiplexers
auf den Wandler 31 gegeben werden, der ebenfalls über eine Steuerleitung 34 gesteuert
werden kann.
-
8 zeigt
eine Leistungsversorgung 42 einer ersten Ausführungsform,
die im zweiten geschirmten Gehäuse 9 angeordnet
ist. Über
entsprechende Ein- und Ausgänge 43, 44 bzw. 45, 46 werden
die gewandelten seriellen Daten über
eine Datenleitung 47 bzw. die Steuersignale über die
Steuersignalleitung 34 durch dieses Leistungsversorgungsmodul
durchgeschleift. Da dieses Modul lediglich der Leistungsversorgung
dient, findet hier keine Signalbearbeitung statt.
-
Die
Leistungsversorgung 42 umfasst eine Batterie 48,
die über
einen über
ein externes Magnetfeld betätigbaren
Schalter 49, zweckmäßigerweise einen
Reed-Schalter zu- oder abgeschalten werden kann. Das bedeutet, dass
die Leistungsversorgung dann, wenn der Patient in dem Magnetresonanzgerät ist und
dies eingeschalten wird, automatisch über das externe Magnetfeld
zugeschalten wird, und wenn der Patient aus dem Gerät gefahren
wird, entsprechend abgeschaltet wird. Der Batterie 48 ist
ferner ein DC-DC-Konverter 50 mit entsprechender zugeordneter
Schaltungsanordnung zugeordnet, wobei die zugeschaltete Schaltungsanordnung
u. a. zur Mittelspannungserzeugung für die Operationsverstärker vorgesehen
ist, wobei die Mittelspannung zu Symmetriezwecken dient. Der DC-DC-
Spannungskonverter selbst macht aus der ungeregelten Spannung der
Batterie eine geregelte Spannung. Die zu regelnde Spannung erhält der Konverter über einen
Kondensator 51, der über
die Batterie 48 aufgeladen wird und eine geglättete Spannung
zur Verfügung
stellt.
-
9 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Leistungsversorgung 52. Der Aufbau entspricht im
wesentlichen der Leistungsversorgung gemäß 8, jedoch
sind hier zur Spannungserzeugung mehrere Solarzellen 53 vorgesehen,
die mit Licht, bevorzugt Laserlicht, bestrahlt werden, das über eine faseroptische
Leitung 54 von außen
zugeführt
wird. Die von den Zellen 53 erzeugte Spannung lädt wiederum
einen Kondensator 51 auf, dessen Spannung über einen
nachgeschalteten DC-DC-Konverter 50 auf
eine konstante Spannung konvertiert wird.
-
Ein
dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Leistungsversorgung 55 zeigt 10. Auch
hier sind mehrere Solarzellen 53 vorgesehen, wobei diese
in diesem Ausführungsbeispiel
mit Licht bestrahlt werden, das über
einen Fluoreszenzkollektor 56, der an der Außenseite
des geschirmten zweiten Gehäuses 9 angeordnet
ist, gesammelt und konzentriert wird. Auch hier wird ein Kondensator 51 über die
Solarzellenspannung aufgeladen. Der prinzipielle Aufbau entspricht
dem der Leistungsversorgungen gemäß 8 und 9.
Zusätzlich
ist hier jedoch ein Speicherkondensator 57 zugeordnet,
der eine hohe Kapazität
von ≥ 1 F
aufweist, und der vor dem Einsatz des Sensorsystems in einer externen Ladestation
aufgeladen werden kann, zusätzlich aber
im Betrieb durch die Solarzellen aufgeladen wird. Über diesen
Hochleistungskondensator wird sichergestellt, dass der Kondensator 51 stets
geladen ist, selbst wenn – aus
welchem Grund auch immer – die
Solarzellenspannung ausfällt
oder zu gering ist. Derartige Kondensatoren sind im Handel unter
dem Namen „Ultra-Cap" oder „Gold Cap" bekannt.
-
Eine
vierte Ausführungsform
einer Leistungsversorgung 58 zeigt 11. Hier
werden die Kondensatoren 57 und 51 über zwei
oder mehrere an der Gehäuseaußenseite
angeordnete Induktionsspulen 59 mit Spannung versorgt.
In die Spulen 59 wird vom anliegenden Magnetfeld des Magnetresonanzgeräts im Betrieb
eine Spannung induziert, die zum Aufladen der Kondensatoren 57 und 51 dient.
-
Es
ist noch darauf hinzuweisen, dass die Ein- und Ausgänge, wie
sie bezüglich 8 beschrieben sind,
auch bei den einzelnen Leistungsversorgungen gemäß 9–11 vorgesehen
sind. Ferner sind entsprechende Spannungsausgänge 60 zu beiden Seiten
der jeweiligen Leistungsversorgung vorgesehen, um die entsprechenden
an die jeweilige Leistungsversorgung angeschlossenen Module zu versorgen.
-
12 zeigt
eine erste Ausführungsform
eines Signalübertragungsmoduls 61,
das im zweiten geschirmten Gehäuse 9 angeordnet
ist. Dieses Signalübertragungsmodul
ist als Funkübertragungsmodul
ausgebildet und umfasst eine zentrale Sende-Empfänger-Einheit 62,
der über
die Signalleitung 47 die eingehenden seriellen Daten gegeben
werden. Über
die Signalleitung 34 werden die von extern gegebenen Steuersignale
zum jeweils nachfolgenden Modul, z. B. einem der in den 8–11 gezeigten
Leistungsversorgungsmodule gegeben. Die Sende-Empfänger-Einheit 62 ist über geeignete
Tiefpass- und Hochpassfilter 63, 64 mit einer
RF-Antenne 65 gekoppelt, über die die aufgenommenen Messsignale
an das externe Signalverarbeitungs- und/oder Steuerungsgerät 11 gegeben
werden. Entsprechend können über die
RF-Antenne 65 natürlich auch
externe Steuersignale empfangen werden, die über die Steuersignalleitung 34 weitergegeben
werden.
-
Eine
zweite Ausführungsform
ist in 13 dargestellt. Das dort gezeigte
Signalübertragungsmodul 66 ist
als Infrarot-Übertragungsmodul
ausgebildet und umfasst drei Infrarot-Übertragungsdioden 67,
von denen jeweils eine einem spezifischen Elektrodensignal zugeordnet
ist. Den Infrarot-Übertragungsdioden 67 ist
jeweils eine optische Leitung 68 zugeordnet, in die die
Infrarotsignale eingekoppelt werden und über die die Signale an das
externe Signalverarbeitungs- und/oder
Steuerungsgerät 11 übertragen
werden.
-
13 zeigt
ferner eine weitere Möglichkeit, wie
Steuersignale an das Sensorsystem 1 übertragen werden können. Gezeigt
ist eine optische Leitung 72, über die Steuersignale, z. B.
IR-Signale auf einen Empfangssensor 73, z. B. einen IR-Fototransistor gegeben
werden, wo die optischen Signale in entsprechende elektrische Steuersignale
gewandelt werden, die dann über
die Steuersignalleitung 34 weitergegeben werden können.
-
14 zeigt
eine dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Signalübertragungsmoduls 69.
Dieses ist als faseroptisches Übertragungsmodul ausgebildet
und umfasst lediglich eine Übertragungsdiode 70,
der eine Faseroptikleitung 71 zugeordnet ist.
-
Eine
letzte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Signalübertragungsmoduls 74 zeigt 15.
Die seriellen Messsignale werden hier auf einen Oszillator 75 gegeben,
der einen ersten Ultraschallwandler 76 ansteuert, und über den
die elektrischen Messsignale in akustische Signale gewandelt werden.
Diese akustischen Signale werden über eine Schallsignalleitung 77 weitergeführt, die
mit einer Schallsignalleitung 78 gekoppelt ist, die die
Signale an das externe Signalverarbeitungs- und/oder Steuerungsgerät weiterleitet,
wo die Signale wiederum gewandelt und weiterverarbeitet werden. Über diese Leitung 78 können auch
entsprechende akustischen Steuersignale zugeführt werden, die über einen
zweiten Ast der Schallwellenleitung 77 auf einen zweiten Ultraschall-Wandler 79 gegeben
werden können,
wo die Schallwellen wiederum in elektrische Signale gewandelt werden. Über einen
Ultraschalldetektor 80 werden die gewandelten Signal dann
an die Steuersignalleitung 34 gegeben.