Digitale verwerking van een plethysmogram-signaal t.b.v. het "Servo-Anaesthesie-projekt"

MASTER

Digitale verwerking van een plethysmogram-signaal t.b.v. het "Servo-Anaesthesie-projekt"

Moonen, W.M.C.

Award date:

1976

Link to publication

Disclaimer

This document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Student theses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the document as presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the required minimum study period may vary in duration.

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.

• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.

• You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

EINDHOVEN

Groep Meten en Regelen

DIGITALE VERWERKING VAN EEN PLETHYSMOGHAM-SIGNAAL T.B.V.

BET IlSERVO-ANAESTHESIE-PROJEKT"

Door W.M.C.Moonen

Rapport van het afstudeerwerk

uitgevoerd van juni 1975 tot aug. 1976

i1 opdracht van Prof. dr. ire J.E.W.Beneken onder lejding van ire F.F.Jorritsma

As a part of the research of an eventual automatisation in anaesthesia, the signals from the patients are recorded by an analog taperecorder. By way of the interface of a hybrid computer the signals are loaded into the digital computer.

The total number of signal~ i~ larger than the number of

tracks of the recorder. Therefor the low-frequent signals are multiplexed. In the computer we mU3t split up these signals again.

The second part of this report describes datareduction of the plethysmogram. The beat-to-beat-values of amplitude and frequency are calculated in the computer. Here we take into considiration the amplitudevariations synchronous with

respiration. During the calculation of the beat-to-beat- values the influence of the di~rotic waves is eliminated.

Every time we check the calculated values in respect of our expec ta tions.

At the end a trend-analysis is described. The trend of a signal tells us how much the signal is rising or falling.

Firs~ ~he trend is calculated in short-time-intervals (5 sec).

The results of this method were unusable. Later the trend is calcuJated by taking weight averages of the derivates.

Sam~nvatting.

Ten behoeve van een onderzoek naar een eventuele automatise- ring van de anaesthesie, worden in de kliniek de patienten- signal en op een analoge recorder opgenomen. Deze signalen worden via de interface van een hybride machine in een digi-

tale computer gevoerd. Omdat het aantal signalen grater is dan het aar! tal sporen van de recorder, worden de laag--frekwen"

te signal en gemultiplext. In de computer worden deze gemu1- tiplextp signalen weer van elkaar gescheiden.

Het cweede deel van het verslag beschrijft de verwerking van een signaal (he t pIe thysmogram). In de c ornlm tel' worden de

slag-op-slag-waarden van de amplitude en de c,yclustijd bepaald.

Hierbij wordt rekening gehouden met het schommelen van het signaal, synchroon met de ademhaling. Tevens wardt gezorgd dat de storende invloed van de di~rote golf niet in de slag-op- slag-waarden voorkomt. Telkens wordt bekeken of de berekende waarde van de amplitude en de cyclustijd past in het verwach-

tingspatroon.

Tenslotte wordt er een trendonderzoek beschreven. Het bepalen van dE trend van een signaal is nagaan hoe sterk het signaal aan het stijgen of aan het dalen is. Aanvankelijk is de trend bepaald door telkens de afgeleide naar de tijd de berekenen over kleine tijdsintervallen. Omdat de op deze wijze bereken- de curve geen duidelijke aanwijzing gaf over het verloop van he t 3ignaal, is la tel' de trend berekend dc' een gewogen gemid···

delde van de afgeleide te bepalen met behulp van een grote v,:egfaktor.

Inhoudso12gave .

I. Inleiding.

1.1 Het doel van het onderzoek.

1.2 Motivatie voor de automatisering.

I.} De opzet van het projekt.

II. Probleemstelling.

III. Het verwerven van de signalen.

111.1 De registratie in de kliniek.

111.2 De multiplexer.

IV.

v.

VI.

VII.

VIII.

Het i~voeren van de signalen in de computer.

IV.l

De koppeling van de recorder aan de computer

IV.2

De eerste bewerkingen aan de signalen.

Het splitsen van gemultiplexte signalen.

Methoden voor circulatieonderzoek.

Het plethysmogram.

VII.l

De keuze van het plethysmograMsignaal.

VII.2 De vorm van het fotoelektrisch plethysmogram.

VII.}

De verwerking van het signaal.

w~

.4

Het bepalen van de slag-op-slag-waarden.

VII.5

De trend-analyse.

Diskussie.

1i terattlur . Appendix.

I. =:nleiding.

Dit rapport is een samenvatting van het afstudeerwerk, dat in het kader van het "Servo-Anaesthesie-projekt" is verricht in de vakgroep Meten en Regelen van de afdeling Elektrotechniek.

In dit onderzoek participeren:

- de Technische Hogeschool te Eindhoven (vakgroep ER).

- de Rijks~nversiteitte Leiden (afdeling Anaesthesiologie).

- de Univereiteit van Amsterdam (afd. Experimentele Anaesthesiologie).

- het Medisch Fysisch Instituut TNO te Utrecht.

Het Praeventiefonds verleent subsidie ten behoeve van het on- derzoek, terwijl de N.V.Philips beademings-, monitor- en

registratieapparatuur in bruikleen heeft gegeven.

1.1 Het doel van het onderz~§~~

Het doel van het projekt is nagaan of het mogelijk is om de anaesthesie tijdens een operatie geheel of gedeeltelijk te automatiseren. Tevens wordt er sterk rekening mee gehouden dat cr resultaten van het onderzoek gebruikt kunnen gaan wor- den in de post-operatieve patientbewaking.

1.2 Motivatie voor de automatisering.

Het gebruik van de computer tijdens de anaesthesie heeft als voordeel d~t meer signalen vaker bekeken kunnen worden. Tevena zal de anaesthesist verlost worden van een ~ \ntal routinehan- delingen. Dit zal de bewaking ten goede komen, met name tij- dLns langdurige operaties.

Veranderingen in de toestand van de patient kunnen via een trenddetectie gesignaleerd worden. Willen we dit in een vroeg stadium laten gebeuren, dan moet er gebruik gemaakt worden van een microcomputer. Ten gevolge van voorgaande punten is het misschien mogelijk om de toediening van pharmaca te beperken,

terwijl de patient tach een goede narkose krijgt toegediend.

1.3 De opzet van het projekt.

Het onderzoek is te splitsen in 2 delen.

a. De regeltechniek.

Met bellulp van een wiskundig model. ingebou.wd in een com- puter. wordt getracht een regelalgorithme te ontweTpen, dat een proces in een optimale toestandkan brengen en kan houden. De optimale toestand moet door de anaesthesist ge- definieerd worden. Het voordeel van deze aanpak ten op- zichte van de meeste automatiseringen is dat met behulp van het wiskundig model een voorspelling van de volgende toestand wordt gemaakt. Met de gegeven optimale toestand kan de regelaar dan de sturing uitrekenen. Een ander voor- derl is dat het wiskundig model met behulp van schattings-

technieken is aangepast aan deze patient op dit ogenblik.

b. De signaalverwerving en de signaalverwerking.

Om later over te kunnen stappen van theorie naar praktijk, wordt onderzocht hoe de toestand van een patient zo exact mogeli;jk benchreven kan worden. HieTtoe bp.hoort het opbou- wen van een registratiesysteem in de kliniek. Tevans moet in overleg met de medici bepaald worden welke signalen of

2ignaaldelen bruikbaar zijn voor de automatische regaling.

De afstudeerwerkzaamheden richten zich op punt b. van het on- derzoek, met name het verwerken van de signalen tot concrete informatie over de patient en eventueel het geven van ideeen of het leveren van een bijdrage ten behoeve van de opbouw ven de registratieopstelling.

II. Probleemstelling.

Centraal in het hele onderzoek staat de gezondheidstoestand van de patient, met name het geven van de anaesthesie aan de patient tijdens een chirurgische ingreep.

De toestand van de patient kan men beschrijven met behulp van een aantal variabelen, zoalsbloeddruk, concentratie van de ademhalingsgassen, temperatuur, enz. Met behulp van deze variabelen kan een vektorruimte opgebouwd worden (Lit. 1).

In de anaesthesie moet er voor gezorgd worden dat de toe- standsvektor van de patient binnen een door de anaesthesist voorgeschreven gebied blijft. Om dit ook tijdens een 8.utorna-

tisch gestuurde anaesthesie te kunnen verwezenlijken, is het nodig om inzicht te krijgen in al of niet bestaande verbanderl tussen de verschillende variabelen. Tevens is het nodig een zo volledeig mogelijk pakket variabelen ter beschikking te hebben. Om te onderzoeken uit welke variabelen dit pakket moet bestaan en om enig inzicht te krijgen in de werkwijze van de anaesthesist en tevens ervaring op te doen in "patient··>

mordtor:ne", zijn in de kliniek een aantal registraties gemaak tijdens een chirurgische ingreep. Hierbij werden de van de patient afgeleide signalen en de handelingen van de anaesthe- sist met behulp van een recorder opgenomen (Hfdst Ill).

Via een gesproken commentaar of met behulp van een logboek werd aangegeven wanneer en waarom bepaalde handelingen werden verr~t.cht (bijv. op tijdsindikatie of omdat eeL bepaalde groot- heid te veel begon af te wijken). Voor het'sturerr van de

anaesthesie mosten de patientengegevens in geschikte vorm

besch~.kbaar zijn. De juiste informatie moet uit een signaal gehaald worden en de trend van deze informatie moet op elk ogenblik bekend zijn.

Het afstudeerwerk omvat het halen van de juiste informatie uit de signalen door middel van datareduktie en het opsporen en verwijderen van invloeden ten gevolge van storingen (bijv. dia-

thermiestoringen). Hiervoor is het noodzakelijk de signalen goed te kennen. Voor het onderzoek worden de signalen met bp- hulp van een x-t-schrijver op papier gezet. Aan de hand van deze uitgeschreven signalen en het commentaarsignaal (of het logboek) kan worden nagegaan hoe de patient reageert op be- paalde handelingen van de anaesthesist. Tevens kan er b~Keken

worden of er een verband bestaat tussen de verschillende sig- nalen. Om de signal en te kunnen verwerken, moeten ze ingevoerd worden in de computer (Hfdst IV). Het tot stand brengen van een koppeling tussen de recorder en de computer is een wezen- lijk deel van het afstudeerwerk, evenals het splitsen van een serie gemultiplexte signalen met behulp van de computer (Hfdst V). Het multiplexen van meerdere signalen op een kanaal van de recu ~2r geschiedt omdat het aantal beschikbare kanalen

kleiner is dan het aantal te registreren signalen~.~ __

III. I:et verwerven van de signalen.

111.1 De registratie in de kliniek.

In het academisch ziekenhuis te Leiden worden tijdens €en operatie de van de patient afgeleide signalen op band opge- nomen, om later met behulp van een computer gecontroleerd en verwerkt te kunnen worden. In onderstaand figuur is schema-

tisch de manier weergegeven waarop de signa]en in de kliniek verkregen worden.

4

[

---

anaes- 1

patient ² meetin- 3 _monitor

thesist strumenten

~

I

8

6 f - -

recorder

I

L - - .

7

9

Fig. 111.1 Schematisch overzicht van de manier waarop in de kliniek de signalen geregistreerd worden.

1. Kwalitatieve informatie over de patient zoals pupilgrootte, kleur van de huid, verrichtingen van de chirurg, enz.

2. Verbinding tussen de patient en de meetinstrumenten.

3.

Meetbare grootheden zoals bloeddruk, temperatuur, respi-

rati~?druk, enz.

4. Kwantitatieve informatie over de patient zoals hartfre-

kwentie, diastolische- en systolische druk, enz.

5. Handelingen van de anaesthesist als reactie op de infor- matie uit 1 en 4, zoals toediening van pharmaca, verande- ring van de ademfrekwentie, enz. Wat niet in de figuur is aangegeven, maar weI van belang is voar het geven van een goede anaesthesie, is de

a

priori kennis over de patient en de medicamenten.

6. Registratie van de door de anaesthesist ingestelde lngangs···

grootheden (bijv. ademfrekwentie).

7.

Registratie van de verrichtingen van de anaesthesist ten behoeve van signaalonderzoek. We denken hier aan het com- mentaarsignaal en de anaesthesielijst. Externe veranuerin- gen aan de toestand van de patient (bijv. de stand van de operatietafel), alsmede de handelingen van de anaesthesist werden in het begin van het onderzoek geregistreerd via een

commentaarsignaal. Tegenwoordig worden deze handelingen in een l i j s t vermeld, terwijl op het moment van de handeling een markeersignaal op de band wordt gezet.

8.

Registratie van de van de patient afgeleide signalen. Deze signclen moeten eerst aangepast worden aan de ingangsspan- ning van de recorder. Hiervoor zijn in het verleden bias- schakelingen ontwikkeld (Lit. 2).

9.

Registratie van hulpsignalen van niet medische aard, zoals het clock!preset-signaal van de multiplexer (hierop wardt in _~e Yclgende paragraaf nog teruggekomen) en een tijdmar- keringssignaal.

111.2 De multiplexer.

Voor het registreren van de signal en in de kliniek wordt ge- bruik gemaakt van een 7-kanaals recorder, de ¹Analog-7, .

Omdat op dit moment meer dan 7 signalen geregistreerd worden, is een dubbeluitgevoerde 16-kanaals multiplexer gebouwd. Voor de recorder betekent dit: 4 kanalen voor continue (hoogfrelr\Alon- tel signalen, 2 kanalen voor maximaal 32 gemultiplexte signa- len en 1 kanaal voer het clock/preset-signaal van de mul ti-' plexer, nodig voor het uitlezen van de gemultiplexte signalen.

De clockfrekwentie van de multiplexer bedraagt 500 Hz. De keu~~

ze van dez~ frekwentie wordt enerzijds bepaald door het aantal gemul tiplexte signalen per kanaal en de hoogste frekwi~nties in daze signalen, anderzijds door de mogelijkheden van de

'Analog-7' bij een bandsnelheid VRn 15/4" per seconde (ca. 3 uur onafgebroken registreren). Pij een lagere bandsnelheid

(15/16¹¹ per sec.) zou een clockfrekwentie van maximaal 125 Hz toegestaan zijn, terwijl bij een hogere bandsnelheid (15¹¹ per sec.) er slechts 45 minuten geregistreerd zou kunnen wor- den ten gevolge van de beperkte bandlengte (maximaal 3600 ft.) Op di t c·genblik worden er 12 signalen per kanaal gemul tiplext.

Bij de gekozen frekwentie van 500 Hz betekent dit ca. 40 sam- ples per signaal per seconde. Volgens de theorie van Shannon mag de frekwentie-inhoud van deze signalen maximaal 20 Hz be- dragen. Voor de ademhalingssignalen (grondfrekwentie ca.

i

Hz) is dit ruim voldoende. Het arteri~le druksign!'~l ondergaat reeds in de kliniek een (hardware-)verwerking, zodat hier de hogere frekwenties verdwenen zijn. Bij het plethysmogram

komen geen frekwenties boven de 20 Hz voor. Bet begin van een nieuwe serie gemultiplexte signalen wordt telkens aangegeven door een presetpuls. Ret eerste signaal van de cyclus valt sarnen met deze puIs, het tweede signaal met de eerstvolgende clockpuls, het derde met de daarop volgende, enz. Bet preset- signaal wordt 'opgeteld' bij het clocksignaal.

Als bijvoorbeeld de multiplexer wordt ingesteld op 5 gemul- tiplexte signalen per kanaal, ziet het clock/preset-sj.gnaal er als voIgt uit.

13 14 15 11 12 1314 15 11 12 13 14 15 11

Fig. 111.2 Het clock/preset-signaal bij 5 gemultipl. signalen.

De telling van de kanalen van de multiplexer loapt van a ^tIm

15

(binair van 0000

tIm 1111).

1ndien er ten gevolge van een storing een of meer clockpulsen

verdwijnen, zal er later bij het dernultiplexen een fout optre-

den in de telling van de signalen van de cyclus. Bij elke pre-

setpuls echter wordt de telling herstart, zodat deze fout niet

tijdens de hele registratie blijft doorwerken.

IV. Het invoeren van de signalen in de computer.

IV.1 De koppeling van de recorder aan de computer.

De signalen die in de kliniek op band zijn opgenomen moe ten tel' verwerking in de computer gevoerd worden. Voor het koppe- len van de recorder 'Analog-7¹ aan de computer 'PDP-11 ^I wordt gebruik gemaakt van de hybride opstelling zoals die in de vak- groep ER aanwezig is.

De verbinding tussen de digitale computer PDP-11 en de analoge computer Hitachi 505 bestaat uit 16 kanalen. In deze verbin- ding is het A-D/D-A -conversiesysteem opgenomen. Van de 16 kanalen tussen de analoge computer en de A-D-converter worden er

8

losgekoppeld en vervangen door kanalen van de recorder.

Ret clock/presetsignaal is ten gevolge van de beperkte fre- kwentiebandbreedte van de recorder vervormd. Omdat deze ver- vorming moeilijkheden kan opleveren bij het demultiplexen van de signalen i.n de computer, wordt het clock/presetsignaal alvorens het in de computer wordt ingevoerd gecorrigeerd.

Deze cOTrectie geschiedt met behulp van de schakeling van figuur l!.1. Hierbij wordt een apart presetsignaal en een apart clocksignaal gevormd. Op deze manier komen we van een 7-kanaals recorder tot

8

analoge ingangen in de computer.

: - + 5 volt

100k^{10k clock}

JU1j1~::

cl./pr.

n;:n

- 0.5V

1Ok- +5V

preset

~

100k

_...__J I..

_-5V

-+----'---...---5

^volt

Fig. IV.1 Schema voor het splitsen van het clock/presetsignaal.

Omdat de uitgangsspanning van de recorder tussen -1 en +1 volt ligt en de ingangsspanning van de A-D-converter tussen -10 en +10 volt, worden de signalen, afkomstig van de recorder, ver- sterkt. Bij diathermiestoringen kan de uitgangsspanning van de recorder oplopen tot ca. 1,5 volt. Dit betekent dat de verster- kingsfaktor maximaal 6 mag zijn. De amplitude van het preset- en het clocksignaal ligt tussen -5 en +5 volt. Voor dit

12-niveau"-signaal is geen versterking nodig.

Bij een latere diskussie over het versterken van de signalen, kwam de vraag naar voren "Waarom moe ten de s:i e.len versterkt worden?·'. Bet versterken van de signalen om een volledige uit- sturing te krijgen, heeft aIleen nut als de signalen zelf een

betere signaal-ruisverhouding hebben dan de A-D-converter.

Dus in ons geval moet de signaal-ruisverhouding van de recor- der beter zijn dan de signaal-ruisverhouding van de A-D-con- verter. Omdat dit niet het geval blijkt te zijn, hoeven de

signalen in de toekomst niet meer versterkt te worden. Aan het einde van de volgende paragraaf wordt hier nog op teruggekomen.

Een overzicht van de hele opstelling is getekend in onderstaan-

clipI' de figuur.

A N A L 0

recorder

schakeling om het cl/pr-

signaal te scheiden. ~

~--·l

G - 7

!

,

PDP - 1 1

digitale computer

pI' cl

I

,

-J

^I

. -

j

... ~

J

_..-

A - D - losgekoppeld e kan.

converter van de analoge

computEr.

II _illlll'

H I T A C H I - - 5 0 5

analoge computer

Fig. IV.2 Schematisch overzicht van de koppeling van de recor- der aan de digitale computer.

IV.2 De eerste bewerkingen aan de signalen.

De PDP-11 minicomputer is voor de gebruiker toegankelijk via een teletype en een display-terminal Tektronic 4014. De instruk- ties voor het verwerken van de signalen worden gegeven via

Fortranprogramma's. Voor het naar binnen halen van de informa- tie vanaf de recorder in de computer, wordt gebruik gernaakt van het bestaande programmapakket voor de hybride machine

(Lit. 3). De nummering van de analoge ingangen loopt van 0 tim 15 (in ons geval van 0 tim 7).

De routine die gebruikt wordt voor het binnenhalen van de re- cordersignalen is GET(A,B), waarbij B het nummer van de analoge ingang voorstelt, terwijl A de "datanaam" is van de informatie op kanaal B. A en B zijn beide integer.

Om te komen tot analoog-digitaal-conversie, worden in de inter- face de 16 inputkanalen via een

~ultiplexer

aangesloten op een A-D-C. Bij het aanroepen van de routine GET(A,B) worden de sample;holdversterkers van aIle kanalen gelijktijdig in hold

I

gezet, waarna hun spanningswaarde sequentieel geconverteerd wordt. H2t kanaalnummer B geeft aan welke informatie verdeI' gevoerd

~oet

worden naar de digitale computer. In onderstaande figuur is dit schematisch weergegeven.

SiR

0

.- _multi-

PDP-11 ~I ^A-D-C --

n l p y p ' r ^{S/;~I • • 7}

i

^!

,

SiR

1 5 )

vanaf de recorder

Fit IV.3 Schema voor het converteren van signalen.

De digitale data bestaat uit 14 bits voor de grootte van het getal en een bit voor het teken. Dit betekent dat +10 volt overeenkomt met +16384 (= 2 14 ) en -10 volt met -16384. In de routine GET(A,B) wordt getest op het oversturen van de ana- loge ingangen. Indien dit gebeurt, krijgt de gebruiker de foutmelding HYBRIDE FOUT

It

^10.

Volgens de handleiding van de 'Analog-7' bedraagt de signaal- rUisverhouding van de recorder ca. 40 dB (1% ruis).

Indien we een signaal met maximaal 1% rui8 willen converteren, blijkt een '7 bits converter voldoende te zijn (2 7

=

^128).

Bij het 6 kper versterken van het signaal van de recorder

kan de digitale waarde van het signaal maximaal O.6x16V:l4~10000

worden. Voer dit getal zijn 14 bits nodig. Omdat eetter ten gevolge van de ruis een 7 bi ts converter voldoende is, kunrwn de laatste 7 bits (minst signifikante bits) verwaarloosd wor- den. In het computerprogramma wordt dit gedaan door te delen door 128 (=2 7 ).

Bij een niet versterkt signaal wordt de digitale waarde na het converteren maximaal 1638. Voor dit getal zijn 11 bits nodig.

De eerS~2 3 bits van de converter zijn niet nodig. Ten gevolge van de ruis kunnen de laatste 4 bits verwaarloosd worden. In het programma delen door 16 (=2 4 ).

v.

Hat splitsen van gemultiplexte signalen.

Met behulp van de in 111.2 beschreven mul tiplexer zijn een aan", tal laagfrekwente signalen samengevoegd op 2 kanalen van de re- corder. Alvorens deze signalen afzonderlijk te kunnen gaan ver- werken, zullen ze eerst van elkaar gesplitst moeten worden.

Omwille van de eenvoud wordt hier uitgegaan van 5 gemultiplexte signalen per kanaal. In hoofdstuk

III

hebben we gezien

hoe in

dat geval het clock/presetsignaal er uit ziet. In onderstaande figuur wordt het verloop aangegeven van een gemultiplext ka- naal, bestaande uit 5 signalen (a,b,c,d,e), het clocksignaal en het presetsignaal.

. _ - l . - -/. - -I _

- - : - . -r . .-.""".I . . : \ 7 - -

l-d, - .-:- __

I ^{I '} "1" .. r"

I '

I I

-- ~ ---J- -_-_-_ .-_-_ ~ '--_-__ ~ _._ ^{l - - ---}

I I

. . l' , . .' ..

- . - - --r •

1

I I

e

I .

1

4 5f1X12

d clock

la/ e ,a

I I I I

_n_HL....-_~set

-e==: ---

~---rT-~--,r---..- ____

I "_

- - - -

--

Fig.

V.1

Hat verloop van een gemultiplext kanaal (5 signalen).

Als eell serie gemultiplexte signalen, afkoms~'~ van de 'Analog

-7'

,nauwkeurig wordt bekeken, zien we een geringe vervorming va' de signalen. TIeze vervorming wordt veroorzaakt door het

on,~reken van hogere harmonischen. Er blijk1 dat het signaal

pas halverwege de clockpuls, dus aan het begin van de lage fa- se, acceptabel is voor conversie. Als voornaamste hulpmiddelen bij het demultiplexen in de computer gelden het clocksignaal en het presetsignaal. Indien we bijvoorbeeld signaal c geschikt willen maken voor verdere verwerking, gaan we als voIgt te werk.

In figuur V.1 is te zien dat het signaal samenvalt met de derde clockpuls uit de cyclus. Door telling van het aantal cl.pulsen is het gewenste signaal terug te vinden. Het tellen van de pulsen geschiedt door tijdens de eerste fase (hoge fase) van de clockpuls een teller op te hogen. Tijdens de lage fase van de puIs wordt bekeken of de teller de met signaa1 c correspon-- derende waarde (in ons geval

3)

bereikt heeft. Bij het F2Druik van diathermieapparatuur tijdens een operatie is de kans op

storingen erg groot. In figuur VI.2a (vanaf minuut 40) is te zien wat e1' met een signaal gebeurt tijdens diathermie. Omdat eveneens het clock/presetsignaal verstoord kan worden, wordt er telkens gecontroleerd of er geen preset- of clockpulsen verdwenen zijn. De controle bestaat uit 2 delen.

Controle 1: Controleer bij iedere clockpuls of er een preset-

pu~ is. Geen presetpuls, ga verdeI'. WeI presetpuls, -- ga naar controle 2.

Controle 2: Als er een presetpuls is, controleer dan of de waarde van de teller gelijk is aan het aantal gernultipl.

signalen

(5).

Ja, -- de afgelopen cyclus is correct, sig- naal c mag verwerkt worden. Nee, -- er is een storing ge- weest, laat de afgelopen cyclus vervalleL.

Het flowschema van de hele procedure is getekend in fig. V.2.

Als er aan het einde van een cyclus blijkt dat er geen storing

j

, - - - . - . 1

pr :preset (kan. 0) cl :clock (kan. 1 ) c :sign. c (kan. 2)

tel:teller van het aantal clockpulsen.

I L

contrOle?--

nee

L __

j

FiC. V.2 Flowschema voor het detecteren van signaal c.

is ge~eest in de clock- of presetpulsen, kan er pas met zeker- heid gezegd worden dat signaal c werkelijk het goede signaal is. De methode voor het opsporen van signaal c is ook geldig voor het opsporen van andere signalen. Indien bijvoorbeeld signaal b verwerkt moet worden, komt in het programma "tel=2?"

te staan in plaats van "tel=3?". Indien er meerdere signalen gemultiplext zijn, bijv. 12, komt bij controle 2 in het pro- gramma te staan "tel=12?" in plaats van "tel=5?".

Omdat de berekeningen aan de signalen in de computer rneer tijd in beslag nernen dan de duur van ~~n clockpuls, werd aanvanke- lijk de bandsnelheid van de recorder bij het afspelen met een faktor

4

verlaagd. Rierbij kan het voorkornen dat bij centrale

1 (zie flowscherna) weI een presetpuls aanwezig is, maar dat de- ze niet gedetecteerd wordt. Dit kornt orndat de presetpuls smal- ler is dan de clockpuls (wat betreft de hoge fase van de pul- sen). In figuur V.3 wordt dit schematisch (enigszinB overdre- ven) aangegeven.

cleek

preset

Or Ii

"---~ ^I

I

: ,I

.. //I'~ ~

. / __ _~ t ij d

moment waarop

siR

^versterker moment waarop

J/H

^versterker

t.g.v. GET(cl,1) in hold ge- t.g.v. GET(pr,O) in hold ge-

zet wordt. zet wordt.

Fig.V.3 Ret 'mjssen' van een presetpuls t.g.v. het breedtever- schil van clock- en presetpuls.

- -

_._._._._._,.-- ... ^__

^{. ----}

Het verschil in tijdsduur van de pulsen wordt veroorzaakt door de beperkte frekwentiebandbreedte van de recorder. Bij het splitsen van de preset- en de clockpuls wordt vergeleken met

+i

^{volt en}

-i

volt. In onderstaande figuur is te zien dat de doorsnijding van de presetpuls met de

+i

volt-lijn smaller is dan de doorsnijding van de clockpuls met de

-i

volt-lijn .

.---~---'-+1 VOl,t

._--+~ volt

o

^volt

--2 volt

_ _ _ _r L - - - ~ L - - - 3 0 ~ _._:: 01111!__1 vol t Fig. V.4 Detectie van clock- en presetpuls op resp.

-i

en

+i v.

Bij latere verwerking van de signalen werden de berekeningerl verdeeld over

3

verschillende p~ogramma's, zodat de band niet meer vertraagd afgespeeld behoefde te worden.

Het 'missent van presetpulsen kwam toen niet meer voor.

VI. Methoden voor circulatieonderzoek.

Als resultaat van een klein literatuuronderzoek, worden hier de belangrijkste non-invasieve methoden voor circulatieonder-^u zoek beschreven.

1. Het meten van de huidtemperatuur.

Beter is het meten van het verschil tussen kern- en huid- temperatuur. De in de kern van het lichaam geproduceerde

warmte~ wordt door het bloed meegevoerd n~ar het oppervlak

van het lichaam en daar aan de buitenwereld afgegeven.

Gaande vanaf de kern naar het oppervlak zal er een tempera-

tuurgradi~nt zijn dat evenredig is met de flow van hat bloed van kern naar o1'1'ervlak. Bij een grotere flow zal het tem- peratuurverschil kleiner zijn. Omdat er vele faktoren zijn buiten de circulatie die de huidtem1'eratuur beinvloeden, moe t de beoordeling van de ci r'cula tie met behul1' van tempe- ratuurmetingen zich beperken tot het geven van een eventu- eel vermoeden van toe- of afname van de bloeddoorstroming van de huid (Lit. 4).

2. Devolume1'lethysmografie.

Het te onderzoeken orgaan of lichaamsdeel wordt zonder be- lemmering van arteriele of veneuze bloedstroom ingesloten in een met lucht of vloeistof gevulde ruimte, dE> plethysmo- graaf. Deze gesloten ruimte wordt met een geschikt registra-

tieapparaat verbonden, zodat het mogelijk is de volumever- anderingen van het ingesloten orgaan 01' te tekenen (Lit.

5).

3.

De caloriemetrische methode.

nierbij wox-dt de hand, of ander lichaamsdeel, in een calo-

riemeter geplaatst waarin water is van een bekende tempe- ratuur, die lager is dan de lichaamstemperatuur. De in de caloriemeter opgenomen hoeveelheid warmte is dan een maat voor de doorbloeding. De nadelen van deze methode zijn de enorme traagheid en de discontinuiteit (Lit. 4).

4. De impedantieplethysmografie.

Met behulp van hoogfrekwente wisselstromen worden in het weefsel veranderingen van de impedantie gemeten. De impe'- dantie van het weefsel varieert ten gevolge van de verande- ring van de bloedvulling van het weefsel. Deze impedantie- verandering tijdens een hartcyclus wordt veroorzaakt door een veranderend aantal ionen in het beschouwde weefs3iseg- ment. Deze ionenvariatie wordt veroorzaakt door de arte-

riele in-flow, die (tijdelijk)groter is dan de veneuze uit- flow in het weefsel (Lit.

8).

5.

De fotoelektrische plethysmografie.

De van de bloedvulling afhankelijke lichtdoorlaatbaarheid of -reflektie van een huidplooi of oor, Yinger of teen, wordt geregistreerd. Er ~ordt gebruik gemaakt van een con- stan13 infrarood~ichtbronen een fotocel. De veranderingen in de bloedvulling zijn voornamelijk het gevolg van de pols- golf. Tevens zijn er kleine en langzame veranderingen in de doorlaatbaarheid of reflektie van het licht, die synchroon lopen met de ademhaling. Wisselingen in het haemoglobine-

~eh~lte of het erythrocytenaantal van het bloed spelen bij

kortdurende onderzoekingen nauwelijks een rol (Lit. 4).

Volgens de wet van Lambert-Beer is de logarithme van de doorgelaten hoeveelheid licht evenredig ITet het bloedgehal-

te in het weefsel. Aangezien de veranderingen ten gevolge van de polsgolf zeer klein zijn ten opzichte van de totale 1ichtabsorbtie in het weefsel, is het geoorloofd een 1i- neair verband aan te nemen tussen de uitslagen van het plethysmogram en de veranderingen in bloedvulling van het weefsel (Lit. 4).

6. Plethysmografie door midde1 van rekspanning.

De methode bestaat uit het meten van de omtrekveranderinge~

van een 1ichaamsdeel (bijv. arm of been) door middel van de rekspanning. Een smalle rubber slang, gevuld met kWik, wordt om het lichaamsdeel gespannen. Ten gevolge van de polsgolf zal er een verandering in de omtrek optrpden, waardoor de diameter van de kwikkolom vari~ert en daardoor ook de weer- stand van het kwik. Deze veranderingen in de weerstand kun- nen me t behulp van de brug va:n. Wheats tone bepn.ald worden.

Deze methode zal erg gevoelig zijn voor storingen. Gerin- ge veranderingen in de houding van arm of been, of zelfs aIleen a1 het spannen van de spieren, kan de oorzaak zijn van foutieve metingen (Lit. 6).

Verge _ijkbaar met de rekspanningsplethysmografie is de seg- mentplethysmografie. Hier wordt de volumeverandering van een lichaamsdeel gemeten door het meten van de drukveran- deringen in een cuff rond het lichaamsdeel (Lit.

5).

7.

Capaciteitsplethysmografie

Dez methode is gebaseerd op het meten van de veranderin- gen van de capaciteit tussen 2 elektroden, die om een extre- miteit zijn geplaatst. Ten gevolge van de met de polsgolf

veranderende bloedvulling, zal het volume van de extre- miteit veranderen en hierdoor eveneens de capaciteit van de c ondensa tor. He t verband tussen de capaci tei tsveran-- dering en de relatieve volumeverandering van de extremiteit

t::.. V dt d

-4:!- -_

^{k x C (1' t 7)}

-V-

wor gegeven oor ^{v 1 . •}

VII. het plethysmogram.

Het plethysmogramsignaal geeft een indikatie voor de mate van de doorbloeding van het perifere lichaamsdeel waar het opgeno- men wordt. Dit kan geschieden aan oor, vinger, teen, arm of been. Het plethysmogramsignaal dat in dit hoofdstuk bekeken wordt is verkregen met behulp van een infrarood absorbt.ieopne- mer, geplaats~ op de oorlel van de pati~nt.

VII.1 De keuze van het plethysmogramsignaal.

Bij de eerste registraties in de kliniek werden slechts een beperkt aantal signalen op band opgenomen, nl. arteri~lf

bloeddruk, centraal veneuze bloeddruk, electrocardiogram, 2 temperaturen (huid en kern-), capnogram (C0 2-concentrat-Le) en plethysmogram. De registrati,es van het electro~ncephalogram

waren nog niet gelukt. Weldra bleek dat het aantal signalen drastisch uitgebreid diende te worden. Bij het kiezen van een geschikt signaal om te gaan verwerken, werd bekeken welk van de signalen in onveranderde vorm, na uitbreiding van de regis- tratiemorelijkheden, ter beschikking zou zijn. Het plethysmo- gram was een van deze signalen. De verdere argumenten voor de keuze van dit signaal volgen uit de volgende aftelling.

- de arteriele druk zou voorverwerkt worden met behulp van een Cardiac Output Computer.

- van de centraal veneuze druk was op het moment van de keuze nog niet duidelijk wat er mee gedaan moest wurden.

het ECG was bij de registraties vooral van belang voor het be- p ~en van de hartfrekwentie. Dit kan echter ook met het pleth.

- het temperatuursignaal was moeilijk te demultiplexen.

- het capnogram zou in de nieuwe opstelling vergezeld worden van veel meer ventilatiesignalen, zodat een gezamenlijke verwerking zinvoller leek.

De verwerking van het signaal komt in paragraaf VII.3 aan de orde. In de volgende paragraaf zal iets meer over het plethys-- mogram verteld worden aan de hand Van een klein literatuuron- derzoek.

VII.2 De vorm van het fotoelektrisch plethysmogram.

De curve van het plethysmogram bestaat ui.t een snel opsti,j- gend been en een langzaam, naar boven concaaf, afdale::Hi been.

Meestal is op het afdalend been een duidelijke dicrote golf aanwezig. Dit is een gevolg van de kleine drukgolf, die ont- staat in de aorta bij het sluiten van de aortaklep. Ten gevol- ge van dit sluiten van de klep is er heel even een terugstro- ming van het bloed. Deze terugstroom die tegen de inmiddels gesloten klep botst, geeft een korte drukverhoging in de aorta vlak aehter de klep. Deze drukgolf plant zich voort in de peri-- fere ri^r hting en veroorzaakt daar de dicrotie in het afdalend been van het plethysmogram. Onderzoekjngen hebben aangetoond dat de dicrotie op hogere leeftijd (50-70 jaar) verdwijnt (Lit. 4). Blj vasoconstrictie (bijv. door koude) wordt de di- crate golf in het plethysmogram kleiner of verdwijnt zelfs helemaal (Lit. 4). Tevens wordt dan het opstijgend been min- del' steil, terwijl het afdalend been mindel' hoI wordt. Aan de hand van figuur VII.1 zullen de tijden en de maten van het pl ohysrnogram beschreven worden.

4 5

Fig. VII.1

De plethysmogramcurve samen met het

ECG.

1. Voortplantingstijd van de golf.

Omdat de bloeduitdrijving uit de linker ventrikel later be- gint dan de ventrikel depolarisatie (Q-golf), is de hier getekende tijd iets te groote De tijd tUBsen het begin van

het QRS-complex en het begin van de _l~nker ventrikel uit- drijving heet de pre-ejectie-periode (PEP). De voortplan- tingstijden, zoals hier getekend, liggen in de buurt van 0,2 _~ c. voor de handen en 0,3 sec. voor de voeten (Lit. 4).

2. De tijdsduur van de hele cyclus.

Deze waarde kan behalve uit het ECG ook uit het plethysmo-

gram gehaa~d worden, nl. door de tijd te bepalen tUBsen 2

overeenkomstige punten (bijv. het voetpunt).

3.

De toptijd.

Dit is het tijdsinterval van het begin van de opslag tot de top. Deze bedraagt gemiddeld

t

van de cyclustijd. Hoge- :'e waardenkunnen op een vers toorde toevoer duiden (Li t. 4).

4. De tijdsduur, benodigd voor het afdalend been.

5.

De inclinatietijd.

Deze tijd is een maat voor de stijgsnelheid van het opgaan- de been. De bepaling geschiedt door de tangent te trekken op de plaats waar het opgaande been het steilst is en de

tijdsduur te bepalen tussen de snijpunten van deze lijn met de basislijn en met de lijn door de toppen. In de prak-

tijk komt het tekenen van de tangent neer op het tekenen van de lijn door het

10%

en het

90%

punt. Deze tijd geniet de voorkeur boven de toptijd, omdat er geen bernvloeding is door de afronding van de top. Het grote nadeel van de inclinatietijd is, dat de bepaling ingewlkkelder is en de kans op fouten groter dan bij de toptijd.

6.

De amplitude.

De verandering van de top-top-waarde van het plethysmo- gram kan samenhangen met de verandering van de perifere doorbloeding.

VII.] De verwerking van het signaal.

Ten beh0~ve van het onderzoek zijn de signalen, die op band

staan, met behulp van een x-t-schrijver op papier uitgetekend.

In figuur

VII.2

zijn enkele stukken van deze registraties op- genomen (20 min. per 75

mm.).

De tijden die bij deze registra-

ties vermeld staan dienen aIleen maar om een idee te geven over de tijdsschaal. Ze hebben geen betrekking op de tijden tijdens de operatie. De verstoringen in figuur a. vanaf minuut 41 zijn een gevolg van het gebruik van diathermie-apparatuur.

-I

_1 V . -

10

I

hO

I'

I:20 30 Tn'!"L

O~d&t de schrijver bij een gevoeligheid van 50 mV/div.

slechts een bereik heeft van 2,5 volt, terwijl de recorder bij storingen een uitgangsspanning van -1,5 tot +1,5 volt kan hebben, is er een schakeling gebouwd om de ingangsspan- ning van de schrijver te begrenzen (fig. VII.)

+15 volt

recorder 0-2,r.: k

1----15

volt

_ _____________~C1CO~k~~~._---Ir---;:;--schrijver

10 k 100

Fig. VII.3 Schakeling om de ingangsspannjng van de schrijver te begrenzen.

Met behulp van de potentiometer kan de spanning ingesteld worden waarbij geklipt moet worden. De schakeling bleek voor- al noolzakelijk te zijn voor het uittekenen van die signalen, waarbij een gevoeligheid van 20 mV/div. werd ingesteld.

In figuur VII.2b is te zien dat het signaal bij minuut 6 een flinke amplitudevergroting ondergaat, die vastloopt bij +1 V.

Indien het signaal wordt uitgetekend met een veel grotere

tijd~chRal, is te zien dat hier eveneens de tijd tussen 2

maxima flink toeneemt (zie figuur _VII.4)~ Deze drastische signaalverandering is waarschijnlijk het gevolg van de toe-

~iening van succinylcholine.

Fig. VII.4 Toename van de amplitude en de cyclustijd ten gevo]c", ge van de toediening van succinylcholine.

In figuur VII.2c zien we om de 80 seconden een heel korte verstoring van het signaal. De apparatuur waarmee de tempera-

tuur geregistreerd wordt, kan in een periode van 80 seconden meerdere temperaturen registreren. Elke 80 seconden wordt dan een heel sterke triggerpuls gegeven.

De verwerking van het signaal in de computer is te splitsen in 2 delen:

A. Het bepalen van de slag-op-slag-waarden van de amplitude en de cyclustijd (par. VII.4).

B. Hel jepalen van de trend van het signaal (par. VII.5).

VII.4 Het bepalen van de slag-op-slag-waarden.

Bij het bepalen van de slag-op-slag-waarden is aanvankelijk aIleen gedacht aan de amplitude en aan de cyclusduur van het plethysmogram. Voor het bepalen van de amplitude moet telkens het maximum en het minimum opgezocht worden. ~mdat ten gevol- ge van de ademhaling het signaal een zodanige "schommeling"

kEL'. hebben, dat het ene moment het maximum beneden de nulas

ligt. terwijl op een ander moment het minimum boven deze as ligt, moet er voor het bepalen van maxima en minima een va- riabele as gelntroduceerd worden, die met de schommelingen van het signaal mee varieert (Zie figuur VII.5).

Fig. VII.5 Signaal dat niet altijd om de nulas gelegen is.

Deze nieuwe as wordt na elke top-top-waarde opnieuw bcpaald door het gemiddelde te nemen van maximum en minimum. Als het sample boven het gemiddelde ligt, wordt het maximum gezocht, terwijl beneden dit gemiddelde het minimum opgespoord wordt.

Een volgend probleem wordt veroorzaakt door de dicrotie. Ten gevolge van een sterke dicrote golf kan op het afdalend been een lokaal minimum en maximum ontstaan (zie figuur VII.6).

Om foutieve berekeningen ten gevolge van deze dicrote golf te verY'i j den word t om de as een dode ruim te aange brach t.

Binnen deze ruimte wordt noch naar maximum, noch naar minimum gezocht. De breedte van deze zone moet groter zijn dan de

"amplitude^ll ten gevolge van het lokale minimum en het lokale maximum. We denken hier aan 20% van de top-top-waarde. De

grenzen van deze ruimte moeten telkens aangepast worden aan de nieuwe nulas.

'nulas'

Fig. VII.6 Signaal met dode ruimte.

Om de invloed van stori.ngen zoveel mogelijk te vermijden, wordt bij elke gevonden waarde gecontroleerd,

of

deze waard voldoet aan de verwachtingen. Deze verwachtingen worden be- paald door de voorgaande waarden. Aan de hand van he~ gewo- gen gemiddelde van de voorgaande waarden wordt bepaald bin- nen welke grenzen de volgende waarde moet liggen. Voor het plethysmogram is het wenselijk

om

deze grenzen vast te leg- gen, zowel voor de amplitude als voor de cyclustijd. In fi- guur VII.? is te zien hoe op deze manier sen gebied afgeba- kend kan worden, waarbinnen de volgende waarden (amplitude en cyclustijd) moeten liggen.

I

I

( 1+t:a)Xgt cyclustijd -+

"-"'-"'-"'*

-t-=-==-=-==:.:..t:::..=.::...---->-<=>=-<---'>...rl---+----

~

J

^1-AaLXtW:-

~~~~"'<"~

I I

I

!

I ) '

" 1 -

at

x

t

ampli

tude

FIg VIl.2 Afbakening van het gebied voor de volgende waarde.

De grenzen worden vastgelegd door een procentuele afwijking van het gemiddelde toe te staan. De kennis over een signaal moet leren welke waarde hier geschikt is . Bijvoorbeeld:

"Is het mogelijk dat de amplitude van een signaal in een keel' met 40% toeneemt?".

De cyclustijd wordt berekend door de momenten te bepalen

waarop het signaal de dode ruimte aan de benedenzijde verlaat.

Omdat deze grens telkens opnieuw bepaald wordt, zullen de be- rekende waarden flinke onderlinge verschillen kunnen vertonen.

Omdat deze geintroduceerde fouten klein zijn ten opzichte van de werkelljke schommelingen van de cyclustijd, zijn er geen bezwaren tegen het gebruik van deze methode.

Het gewogen gemiddelde van een signaal X wordt bepaald met behulp van de volgende formule:

Xi

=

^W

_{x x}

^{Xi-1 + (1-W}

_{x ) x}

^{Xirnet W}

_{x :}

weegfaktor van sign. X Xi: waarde van i-de sample Xi: gewogen gemiddelde na

het i-de sample.

Voor het bepalen van de beste weegfaktoren ten behoeve van de air tkening wordt gebruik gemaakt van de figuren op de vol- gende pagina's. In de onderste curve van de figuren VII.8a ,

9a en 10a

varieren.

duidelijk te zien, hoe sterk de cyclustijden

( ,

ii

I I

~.

1 ^,,'

sec!

1 .0

0.8

0.6

0.4

~.

",·l--,·

^I

--4

-~-- ^j--h ~

4 -

^,+ ~_,_^.._~i-n^{4 -}

Fig.VII.8b Bet verloop van de amplitude (regstr. L 04,begin).

sec

1 .2

0.8 0.6 0.4

0.2

weegfaktor 0.9

Fig. VII.9a Het verloop v de cyclustijd (registr. L 05,begin)

weegfaktor 0.9

0.8

1 2

Fig. VII.9b Het verloop van de amplitude (registr. L 05,begin), __

v--

sec I'

1 .2

1 .0 J1t~

0.8

II

0.6 V

0.4 0.2

L - _...=.-J_ _..._~_ _""""-_....M._.-Io-_~_..._ _"""-_ _",. ~I;l.....

Fig. VII.10a Het verloop Van de cyclustijd (registr. L 05,einde)

we egfak

to;b:g-'"

1--_-+-__~1+_1---+--:':'?---t-t--~'+---ll----~t---+l--~

Fig. VII.10b Het verloop van de amplitude (registr. L 05,einde)

In i_guur VII.2 is aangegeven op welke stukken van de regis- traties de curven betrekking hebben. De onderste curve van elk figuur geeft de slag-op-slag-waarden van de cyclustijd (cq am- plitude). De andere curven geven een gewogen gemiddelde hier- van met weegfaktoren resp. 0.7 , 0.8 en 0.9 . De tijden lange de horizontale assen en langs de vertikale as van de bovenste figuur zijn verkregen door het tellen van het aantal preset- pulsen (SO per seconde). De vertikale schaalverdeling van de onderste figuur dient aIleen om een verhouding aan te geven.

In figuur VII.9 zien we bij m1nuut 2 zowel bij de cyclustijd ale bij de amplitude een vergrotine van het signaal met ca.

80%. In het computerprogramma zijn zulke grote veranderingen van het gemiddelde niet toegestaan. Hiervoor moet een extra clausule in het programma worden opgenomen. Indien een sig- naal meer dan

5

keel' achter elk&ar buiten de afbakening valt, wordt er een nieuw gemiddelde bepaald aan de hand van het blijkbaar veranderde signaal.

In figuur VII.10 zijn bij minuut

i,

bij minuut _3~ en bij mi-- nuut 5 stoorpulsen te zien. Deze worden doorgelaten omdat in het prgramma voor het bepalen van de curven een afwijking van

50%

van het gemiddelde wordt toegestaan. Later, bij een defini- tieve verwerking van het signaal zal deze toegestane afwijking kleiner zijn. De curven zijn als voIgt verkregen:

Gedurende 6 _~ 7 minuten wordt het signaal dat op band staat 50 kf.0r per seconde gesampeld, geconverteerd en als array op de disk weggeschreven (FTN4.DAT). In een tweede programma worden de getallen vanaf disk gelezen. Met behulp van de in

te voeren weegfaktoren worden de amplitudes en de cyclustij- den berekend. Deze waarden worden wederom als array op de disk weggeschreven (FTN3.DAT). In een derde programma worden de getallen van FTN3.DAT vanaf disk gelezen en met behulp van een x-y-schrijver op papier uitgetekend.

De keuze van de procentuele afwijking, zoals bedoeld in figuur VII.6 _(~a en 6t), hangt sterk samen met de keuze van de weeg- faktor.

Als we de onderste curve van elk figuur over de curven met de verschillende weegfaktoren plaatsen, lijken de volgende waarden h0t meest geschikt. Voar de amplitude weegfaktor

0.8

en afwijking ~a= 0.2 . Voor de cyclustijd weegfaktor 0.9 en afwijking ~t= 0.4 .

Ret verloop van de cyclustijd en de amplitude, bepaald met behulp van bovengenoemde weegfaktoren, ~a en

6t,

is getekend in figuur VII.11

cyclustijd

a. zie fig. VII.8

4

I .6--~mip-.__..

wf=O.8 ll.a=O.2

b. zie fig. VII.9

·1 .0

G.e

0.6

o.

⁽¹

l:')

^{e',d-( )}

L-.-_---I.._ _...L..:...1 _---'L.-_...L...::2'---L_ _--oL-_ _. L . - _ - - I . L_ _~,_^...5 m_i._n

1 .(1

.0

.6 c. zie fig. VII.10 .4

wf=o.8

_ _ _-....;:ll.a~==...--- ~

US't"l j l'f ~-==r5-

.

.,.,g-...._... ,...;._ _.....f'o....- -~-

ll.t==O.4

~^_ _+_-~f---_+_-_2~---+--~-__+_---:4f__-_+_--L-__+_-^..-6_+I-m-l-·r_i,

Fig VII.11 Bet verloop van de cyclustijd en amplitude na keuze

van weegfaktoren en toegestane afwijkingen.

VII.5 De trend-analyse.

Bij het bepalen van de trend van een signaal (amplitude of cyclustijd) zal nog een datareduktie optreden.

Om

een patient in een stabiele toestand te kunnen houden, moet op elk moment bekend zijn hoe een bepaalde grootheid aan het veranderen is. Dus in feite moet op elk moment de afgeleide naar de tijd bekend zijn. Indien een grootheid plotseling verandert (bijv. een snelle toename van de amplitude van het plethysmogram), zullen de "anaesthesie-stuurgrootheden" anders moeten zijn dan bij een langzame verandering van de grootheid.

In de figuren VII.8 ,

9

en 10 is te zien dat de slag-op-slag- waarden sterk fluktueren. Daarom wordt de trend-analyse ver- richt aan de hand van de gewogen gemiddelden, zoals afgebeeld in figuur VII.11. Als er in het vervolg over signaal gespro- ken wordt, wordt een van de curven uit deze figuur bedoeld, dus niet het oorspronkelijke plethysmogramsignaal.

Aanvankelijk is getracht de afgeleide van het signaal telkens te berekenen over kleine tijdsintervallen (5 seconden). De interval1.en zijn bewust zo klein gekozen, om telkens een

berekende afgeleide ter beschikking te hebben die overeenkomt met het verloop van het signaal op dat moment.

Uitgaande van een signaal X(t

i ), kan er op twee manieren te werk worden gegaan. We nemen hierbij aan dat de tijasinter- vallen een lengte hebben van 6t seconden. De index i bij X(t.) is een gevolg van het feit dat we niet _~~ maken hebben

l

met een continu signaal, maar met een signaal dat puntsgewijs is oDgebouwd uit de gewogen slag-op-slag-waarden van amplitude

of cyclustijd.

Werkwijze a.

We bepalen van het signaal X(t

i ) bij elke slag-op-slag-waarde een gewogen gemiddelde X(t.). Steeds na _~t seconden wordt de

l

afgeleide Sa bepaald uit de gewogen gemiddelden ten tijde

~t

X(t.+~t) - X(t.)

l l

t. +~t.

t. en l l

S (t. _+~t) :::

a ^l

Het verloop van S _(t.+~t) wordt uitgeschreven met behulp van a ^l

de x-y-schrijver. (Zie figuur VII.12, curven 2,4,6,8) Werkwijze b.

Aan de hand van de signaalwaarden op de tljdstippen t i en

t.+~t, wordt de afgeleide over de periode ~t bepaald. V3n

l

deze afgeleiden wordt telkens het gewogen gemiddelde genomen en uitgeschreven met behulp van de x-y-schrijver.

LX(ti+At) - X(ti )\

Sb(ti+~t) =, ^'~t

^/gem.

(Zie figuur VII.12, curven

3,5,7,9)

Behalve de resultaten van de bovengenoemde methoden, is in de figuur tevens het verloop van het signaal uitgetekend (curve 1).

Het sigw"~al X(t

i ) is het amplitudeverloop zoals getekend in figuJ.r Y.II.11a. De curven 2

tim

5 geven het verloop aan van de afgeleide, slag-op-slag bepaald. Bij de curven 6

tim

9 zijn

tijdsintervallen 6t gebruikt van 5 seconden.

In de figuur is te zien dat aIleen bij hele kleine tijdsinter- vallen de 2 methoden een verschillend resultaat geven. In de curven 6 tim 9 wordt telkens aangegeven hoe st.erk het signaal aan het stijgen of aan het dalen is, maar de trend van het signaal is uit deze curven niet af te lezen.

1

Fig. VII.12 Het verloop van de afgeleide van een signaal X(t.)

l

bij verschillende weegfaktoren en tijdsintervallen.

Om de trend van het signaal te krijgen, moet de afgeleide zo- ale in figuur VII.12 is getekend, gemiddeld worden over een langere periode. Dit kan door een grotere weegfaktor te nemen.

Biervoor kan het programma van werkwijze b. gebruikt worden.

Voor ~t wordt een waarde genomen die kleiner is dan de tijd tussen twee opeenvolgende waarden. Dit betekent dat er slag- op-slBg het gemiddelde berekend en getekend wordt.

Omdat het kan voorkomen dat op een gegeven ogenblik zowel am- plitude als cyclustijd met een zelfde faktor vergroot worden (figuur VII.9a,b), is het beter om in plaats van de afgeleide naar de tijd het ampli tudeverschil (eq cyclustijdverschil) te middelen. In figuur VII.13 is op deze manier voor versch~llend

waarden van de weegfaktor de trend van signaal

X(t

i ) getekend (amplitude van figuur VII.11a). De verschillende waarden van c1

weegfaktor zijn bij de betreffende curven vermeld. Ten gevolge van de grote weegfaktoren zal een bepaalde nawerking in de

trend ontstaan. Met behulp van onderstaande formule is te bere kenen na hoeveel seconden de invloed van het gewogen gemiddeld beperkt is tot percentage "p" bij gebruik van weegfaktor "wf"

en bij ep1 gemiddelde t == - f -60 x

polsfrekwentie log(r) -

2

log wf)

"f" per minuut.

Voor wf = 0.97 en f = 100 vinden we voor p = 10% een tijd van 45 seconden. Voor 30% is dit 24 seconden en voor 50% is dit 14 seconden. Bij weegfaktor 0.99 is dit resp. 136, 71 en 41 sec.

0.995

=-""~~,,

.

r

~.

f

L---

^{+_. --}

_.J.----+, '-

^~i

Fig. VII.1) het verleep van de trend van signaal

X(t.)

vear

l

verschillende weegfaktoren.

In de figuren VII.14, 15 en 16 is de trend van de signalen gete- kend voor weegfaktoren 0.97 en 0.99 . In figuur VII.16 is dit bovendien gedaan voor weegfaktor 0.95 . Omdat het bij het ver- gelijken van de curven niet gaat om de grootte, maar om de vorm, zijn er verschillende gevoeligheden van de schrijver gebruikt. In figuur VII.16 is duidelijk de lange nawerking ten gevolge van de grote weegfaktoren te zien. Bij signaalverande- ringen van deze aard kan een weegfaktor van 0.95 oak volstnan.

Voor veranderingen van het signaal zoals in de figuren VII. 14 en 15 te zien zijn, moeten hoge weegfaktoren gebruikt worden om van he t "onrus tige " signaal nog e en trend te kunnen bere-·

kenen.

Door TIU om de "trend-as" een band te leggen en te sj.gnaleren wanneer de grenzen van de band overschreden worden, Kunnen de veranderingen van het signaal gedetecteerd worden.

De breedte van de band geeft aan welke sterkte van de verande- ringen ge tolereerd worden. Wanneer een signaal een heel lang"·

zame stljging vertoont, zal de trendcurve slechts weinig bOVP1:.

de as Gt;legen zijn, maar weI nog binnen de band. Om nu een on-- beperkte toename van het signaal te kunnen signaleren, zal ook

de ampli~ude zelf een van de variabelen moeten zijn voor de

regeling.

0.8_ sec.

0.4

cyclustijd 0.2

L-+

t 1 2 3 4 5 6 min.

i-- .. • I • I . I - i -^u _ - -

Fig VII.14 Trend van cyclustijd en amplitude (reg. L 04,begin)

I ·

^{1 .2 sec.}

1 .0

f 0.8

~. 0.6

r~---

~

^{0.2 cyclustijd}

L"---

^J

^Z

³

1

I 2

I min.

•

Fig. VII.15 Trend van cyclustijd en amplitude (reg. L 05,begjn)

.--.-."'--'-...

-.---...

--+---.--t--.---t----

;:=:::;::

\---..,,-^...

~-+--~----f-~--==~F::::.--".

^{...- ...}

--+--~.L.:::ot-....:="""=__.J__-...,J;oo::d;=----t""tl

^....

PP~~'I"'-.,

0.95

I

t

^{1.0 sec.}

~~

^.

.,...---"..; ----...._---'-"._.---~-~_

^...

-

t

^0.6

0.4 cyclustijd 0.2

r

~ t ._ _

^{ampli tude .}

~ ... /.~._~

t- ..

^{t-- - +--}

._-+--.

^{I I I}

Fig. VII.16 Trend van cyclustijd en

4 5 6 min.

I I --+- ~ ---+

amplitude

(reg. L 05,einde)

VIII. Jiskussie.

De in paragraaf VII.2 genoemde toptijd en inclinatietijd zijn aanvankelijk betrokken in het onderzoek van het plethysmogram- signaal. Omdat er geen duidelijk idee was over de bruikbaar- heid van deze tijden en ten gevolge van tijdgebrek, zijn ze niet verder in het onderzoek verwerkt.

Het in hoofdstuk VI vermelde verband tussen de amplitude van het plethysmogram en het temperatuurverschil tussen kern en oppervlak van het lichaam is in de registraties L 03, L 04 en L 05 slechts _~~n keer duidelijk waar te nemen (registratie L 05, 10.03 uur). Omdat bovendien het temperatuursignae::. f),OEd··

lijk te demultiplexen was, is de temperatuurverwerking niet in het afstudeeronderzoek opgenomen.

Bij de operaties waarbij de registraties gemaakt worden, hebben we te maken met betrekkelijk gezonde patienten. Een gevolg

hiervan is dat er weinig interessante vernnderingen in de sig~

nalen optreden ten behoeve van de automatische signaalverwer- king. Iii t is ook de reden waarom er, me t he t oog op de trend"' analyse slechts

3

stukken uit de registraties gebruikt zijn voar het plethysmogramonderzoek.

In het begjn van de afstudeerperiode is erg veel tijd besteed aan het opspo1'en en elimineren van diathermie-storingen. Te- genwoordig wordt e1' op een van de gemultiplexte kanalen ge- sigTJalc,eru wanneer het diathermi"etoestel gebr¹1ikt wordt.

Aanvankelijk werd bij het plethysmogramonderzoek de cyclustijd gemeten door bet tellen van het aantal clockpulsen tussen twee

overee~komstige punten van de plethysmogramcurve. Ten gevolgp van de vele bewerkingen en controles die het signaal onderging, bedroeg de rekentijd voor het bepalen van ~~n slag-op-slag- waarde meer dan 4 msec. Een gevolg hiervan was dat er verschil- lende clockpulsen niet geteld werden. Omdat aIleen het plethys- mogram als gemultiplext signaal verwerkt zou worden tijdens

het afstuderen, is dit signaal later aall het begin van de multJ·

plexcyclus geplaatst bij de presetpuls. De multiplexer werd voor het gemak ingesteld op 10 gemultiplexte signalen per ka- naal. Het bepalen van de cyclustijd van het pleth;Jsmogram ge-"

schiedt nu door telling van het aantal presetpulsen, zodat lange rekentijden de telling niet meer kunnen bei:nvloe "fl.

Zoals in paragraaf IV.2 reeds vermeld is, zal bij het

£Bbr

k van e en ^'IAnalog-7" -rec order een 8 t'its A--D-c onver ter voldoc;

de zijn om de analoge signalen in de computer te voeren, Tijdens het afstuderen is gebleken dat signaalonderzoek, met name het bepalen van de slag-op-slag-waarden, aan de hand vaT!

slechts ~~n signaal vaak moeilijkheden oplevert. Bij verande- ring van bijv. de signaalgrootte is vaak niet te zien of het om een w.rkelijke verandering van de toestand van de pati~nt

gaat, of dat de verandering misschien het gevolg is van een meetfout, zoals bijvoorbeeld het verschuiven van de plethys- mogramopnemer op de oorlel van de pati~nt. Indien er meerdere signalen tegelijk verwerkt worden, kunnen deze meetfouten waar- schijnlijk aan de hand van het verloop van jrndere signalen gesignaleerd worden.

1i

ten

tuur.

-_

^...'

1.

J.A.Blom.

"Analysis of physiological systems by parameter estima- tion techniques".

T.H.-rapport 73-E-36. Techn. Hogeschool Eindhoven (1973).

2. A.A.Jongbloed, A.G.M.Maaswinkel.

"Opbouw van een opstelling voor datalogging ten behoeve van een onderzoek Servo-Anaesthesie".

Stageverslag, afd. E. Techn. Hogesehool Eindhoven (1975).

3. J.J.M.Mulleneers.

"Software voor een hybride computer".

Afs tudeerverslag, afd. E. Tee hn. Hogesehool E.indho'HHl

(1

get

1=,) •

4. H.S.Elings.

'1

:r'otoelektrisehe plethysmograLLe met behulp

^V[1.n

diffuus gereflekteerd licht".

Proefschrift Rijksuniversiteit Groningen

(1960).

5. J.P.Woodcock.

"Non-invasive blood flow monitoring. Plethysmography".

Bio-M a.Engineering (1974, bIz. 406 ev.).

6. r:: •

N. N

€:

e dham.

"The mp8.surement of blood flow. Strain-gauge-plethysmography".

Bio-Med.Er.gineering (1972, bIz. 266 ev.).

7. j.R.Wood, a.Hyman.

"A..

'-;i..rect readtng eapaei tanl-e plethysmograph".

Med. and BioI. Engineering (1970, bIz. 59 ev.).

8.

J.Nyboer.

"Electrical Impedance Plethysmography. A Physical and Physiologic Approach to Peripheral Vascular Study".

Circulation (1950, bIz. 811 ev.).

Appendix.

Beschrijving van de programma's.

Het splitsen van een serie gemultiplexte signalen in de com- puter is getest met behulp van programma CMMULT.FOR. Ala in- voer in dit programma wordt gevraagd: "aantal" en "nummer".

"Aantal" geeft aan hoeveel signalen er per kanaal gemulti- plext zijn. "Nummer" geeft aan het hoeveelste signaal van de eye Ius bekeken wordt. De uitvoer geschiedt door het gemulti- plexte signaal te laten plotten op het scherm van de display- terminal.

Bet onderzoek van het plethysmogramsignaal gaat als volg : Met behulp van programma CM1. FOR word t het plethysmog:ramsig- naal bij elke presetpuls geconverteerd en naar disk wegge- schreven (FTN4. DAT). Het programma wordt gestopt door op

ana.·'

loge ingang

5

een positieve spanning

(5

volt) te zetten. Ver- volgens wordt op de terminal aangegeven hoeveel sampels e1' op disk geplaatst zijn.

Dit aantal moet ingevoerd worden bij programma CM2AT.FOR. Met behulp va dit programma worden de slag-op-slag-waarden van amplitude en cyclustijd bepaald en worden de gewogen gemiddel- den berekend van deze waarden. De grootte van de weegfakto- ren en de toeeestane afwijkingen moeten aan het begin van het programma worden opgegeven. De berekende gewogen gemiddelden worden weegeschreven op disk (FTNJ.DAT). Aan het einde van het programma wordt het totaal aantal op disl{

b~plaatf'!te

slag-op-slag-waarden gegeven.

Met behulp van programma CM3TT.FOR kan het gewogen gemiddelde

van

r!

e ampli tude ui tge tekend worden via de x-y-plo tter.

Hiervoor leest het programma de getallen van FTN3.DAT vanaf disk. Bij het starten van het programma moet opgegeven wor- den:

Het totaal aantal sampels (CM1.FOR).

De maximale waarde van de amplitude. Bij niet versterken van het recordersignaal kan dit ten hoogste 2 volt zijn.

De digi tale waarde na het weglaten van de "rt<is·-bi ta"

it,;

dan ca. 200 ( (2

^x

1638,4)/16 ).

Het totaal aantal slag-op-slag-waarden (CM2AT.FOR).

De grenzen van het gebied waar binnen getekend moet worden.

Voar het tekenen van de cyclustijd-curve moet programma CM3TY.FOR gebruikt worden. De maximale waarde van de

cjrcluF"

tijd wordt uitgedrukt in aanta1 c:lcckpulsen (bijv. 700).

De andere invoergegevens zijn hetzelfde als blj CM3TT.FOR.

De trend van de ampli tude wordt berekend en ui

tg(~tekend

met behulp van programma CMTRTT.FOR. Benodigde invoergegevens:

Het totaal aantal sampels (CM1.FOR).

De xiximale waarde van de trend (bijv. 10).

Het cotaal aantal slag-op-slag-waarden (CM2AT.FOR).

De grenzen van het gebied waar binnen getekend moet worden.

De trend van de cyclustijd wordt berekend en getekend met

'tJebulp van programma CMTRTY.FOR.