DE10043266A1

DE10043266A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Bestimmung des Blutdrucks

Info

Publication number: DE10043266A1
Application number: DE10043266A
Authority: DE
Inventors: Dieter Barschdorff; Matthias Erig
Original assignee: GETEMED MEDIZIN und INFORMATIO
Current assignee: GETEMED MEDIZIN und INFORMATIO
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2002-03-14
Also published as: WO2002017781A1; EP1313398A1

Abstract

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Bestimmung des Blutdruckes, insbesondere des systolischen und/oder diastolischen Blutdruckes, eines Patienten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei wird am Patienten mindestens ein vom Blutdruck abhängiger physiologischer Parameter oder davon abgeleiteter Parameter gemessen und eine Transformation des mindestens einen Parameters in den Blutdruck vorgenommen. Die Transformation des mindestens einen Parameters in den Blutdruck erfolgt unter Verwendung mindestens eines künstlichen neuronalen Netzes (7a, 7b). Das Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht auf einfache Weise eine genauere Bestimmung des systologischen und diastolischen Blutdruckes mit hoher zeitlicher Auflösung, ohne den Patienten zu belasten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Bestimmung des Blutdruckes nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Für die Diagnose von Herz-Kreislauf-Erkrankungen durch den Arzt ist die Messung des systolischen und diastolischen Blutdruckes unerläßlich. Neben der invasiven Blutdruckmes sung über Katheter und interne oder externe Miniaturdruck sensoren, die nur bei stationärer Behandlung im Krankenhaus durchgeführt wird, sind indirekte, nichtinvasive Methoden nach Riva-Rocci und Korotkoff im Gebrauch, wobei bei diesen der systolische und diastolische Blutdruck mit Hilfe einer aufblasbaren Manschette bestimmt wird. Darüber hinaus sind kontinuierlich arbeitende nichtinvasive Blutdruckmeßverfah ren bekannt, die mit zwei abwechselnd aufgepumpten Manschet ten am Mittel- und Ringfinger des Probanden arbeiten. Durch einen Regelmechanismus wird der Manschettendruck den pulsie renden Augenblickswerten des Druckes in der Manschette nachgeführt, wodurch der systolische und diastolische Druckwert ermittelbar ist. Alle diese Verfahren belasten jedoch den Patienten durch die Unterbrechung des Blutkreis laufes während der Messung und es sind keine kurzzeitigen Blutdruckschwankungen meßbar, da der Meßvorgang 30 bis 60 Sekunden benötigt.

Daher wurden kontinuierlich arbeitende Verfahren entwic kelt, die vom Blutdruck abhängige physiologische Parameter, insbesondere die Pulswellenlaufzeit bzw. -geschwindigkeit zur Bestimmung des Blutdruckes, verwenden. Aus der DE 38 07 672 ist ein Verfahren bekannt, das die Pulswellen laufzeit zur Bestimmung des mittleren Blutdruckes und ein am Ohr gemessenes Volumenpulssignal (Plethysmogramm) zur Be stimmung des systolischen und diastolischen Blutdrucks ein setzt. Vor der Messung ist für jeden Patienten eine Kali bration durchzuführen, wobei von einer linearen Beziehung zwischen Pulswellenlaufzeit und Blutdruck Gebrauch gemacht wird.

In der US 5,709,212 wird für die Blutdruckbestimmung die Pulswellenlaufzeit verwendet, die aus der Zeitdifferenz zwischen der R-Zacke eines EKGs und dem Pulssignal eines an der Peripherie aufgenommenen Photoplethysmogrammes bestimmt wird, wobei ebenfalls eine lineare Beziehung zwischen Puls wellenlaufzeit und Blutdruck angenommen wird. Eine Kalibra tion erfolgt über ein zusätzliches, an der Aorta aufgenomme nes Plethysmogramm.

Die genannten Verfahren leiden jedoch daran, daß immer auf Näherungsverfahren bei der Transformation der Parameter in den Blutdruck zurückgegriffen werden muß, was häufig zu ungenauen Bestimmungen führt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens zu schaffen, mit denen auf einfache Weise eine genaue re kontinuierliche Bestimmung des Blutdruckes bei hoher zeitlicher Auflösung ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 22 gelöst.

In dem Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Be stimmung des Blutdruckes, insbesondere des systolischen und/oder des diastolischen Blutdruckes eines Patienten wird mindestens ein vom Blutdruck abhängiger physiologischer Pa rameter, der am Patienten gemessen wird, oder ein davon ab geleiteter Parameter unter Verwendung mindestens eines künstlichen neuronalen Netzes in den Blutdruck transfor miert.

Hierdurch wird es unter Einsatz einer verallgemeinerten Transformationsfunktion in Form eines künstlichen neurona len Netzes ermöglicht, den Blutdruck kontinuierlich und in Echtzeit für jeden einzelnen Herzschlag zu ermitteln und eine beträchtliche Verbesserung der Genauigkeit der Messung zu erzielt. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Ein satz bei Langzeitmessungen oder wenn eine hohe zeitliche Auflösung bei hoher Genauigkeit verlangt ist. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur auf Menschen, sondern auch auf Tiere als Patienten anwendbar.

Als Parameter zur Ermittlung des Blutdruckes kommt hierbei jede physikalisch meßbare physiologische Größe oder davon abgeleitete Größe in Frage. Wesentlich ist lediglich, daß diese eine ausreichende Abhängigkeit vom zu bestimmenden Blutdruck aufweist. Zur weiteren Verbesserung ist es bevor zugt, nicht nur eine, sondern mehrere physiologische Parame ter am Patienten zu messen bzw. zu bestimmen und als Ein gangsparameter für das künstliche neuronale Netz zu nutzen und diese in den Blutdruck zu konvertieren. Hierdurch läßt sich die Genauigkeit der Blutdruckbestimmung weiter erhö hen. Beim. Einsatz mehrerer Parameter müssen diese zusätz lich eine ausreichende Unabhängigkeit voneinander besitzen d. h. sie dürfen nicht vollständig miteinander korrelieren.

Erfindungsgemäß kann der systolische oder der diastolische, aber auch der mittlere Blutdruck ermittelt werden. Bevor zugt ist es hierbei, gleichzeitig den systolischen und den diastolischen Blutdruck zu ermitteln. Dies geschieht vor teilhafter Weise durch den Einsatz jeweils eines neuronalen Netzes für den systolischen und den diastolischen Blutdruck unter Einsatz entsprechend geeigneter Parameter.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden der oder die Parameter unter Verwendung eines Elektrokardiogrammen (EKG) ermittelt, das vorzugsweise durch Einsatz von zwei, im Brustraum des Patienten angebrachten Elektroden aufgenommen wird. Weiterhin können der oder die Parameter unter Verwen dung eines Plethysmogrammes, das bevorzugt an peripheren Blutgefäßen wie dem Ohrläppchen oder dem Finger aufgenommen wird, in Kombination mit einem EKG ermittelt werden.

Bei der Bestimmung des systolischen Blutdruckes lassen sich durch den Einsatz der Herzfrequenz und der Pulswellenlauf zeit, d. h. der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswelle in den Blutgefäßen, als Parameter besonders gute Ergebnisse erzielen. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit kann zusätzlich als dritter Parameter die Steilheit des Anstie ges des Pulssignales eines Plethysmogrammes, insbesondere eines Photoplethysmogrammes, eingesetzt werden.

Für die Bestimmung des diastolischen Blutdruckes sind als Parameter die Herzfrequenz, das Produkt aus Pulswellenlauf zeit und Herzfrequenz sowie der integrale zeitliche Mittel wert des Plethysmogrammsignales besonders geeignet. Es sei aber betont, daß auch andere Kombinationen aus den genann ten Parametern oder mit anderen Parametern möglich sind. Die Pulswellenlaufzeit kann hierbei aus der Laufzeit zwi schen der R-Zacke eines Elektrokardiogrammes und dem Beginn des Pulswellenanstieges eines Photoplethysmogrammes be stimmt werden. Auch die Laufzeit zwischen den von einem Brustgurt registrierten QRS-synchronen Impulsen und dem Pulssignal eines Plethysmogrammes kann herangezogen werden. Alternativ ist es möglich, zwei Plethysmogrammen zur Bestim mung zu verwenden, die in verschiedenen Abständen zum Herz aufgenommen wurden, wobei sich die Pulswellenlaufzeit aus der Zeitdifferenz zwischen dem jeweiligen Beginn des systo lischen Pulswellenanstieges ergibt.

Der Beginn des Pulswellenanstieges des Photoplethysmogram mes wird bevorzugt so bestimmt, daß eine erste Regressions gerade im linearen Bereich des diastolischen Abfalls des Pulswellensignals und eine zweite Regressionsgerade im linearen Bereich des systolischen Pulswellenanstieges be rechnet wird. Die Pulswellenlaufzeit ergibt sich dann aus dem Schnittpunkt der beiden Geraden.

Die Herzfrequenz wird hierbei vorteilhafterweise mit Hilfe der zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeit benötigten Vor richtungen bestimmt, z. B. aus dem Abstand einer R-Zacke des EKG zur nächsten R-Zacke oder dem Abstand des Beginns zweier Pulswellenanstiege im Photoplethysmogramm.

Vor dem Einsatz am Patienten müssen die Abhängigkeiten des Blutdruckes von den jeweiligen Parameter, d. h. die Transfor mationsfunktion, in dem künstlichen neuronalen Netz gespei chert werden. Hierzu wird in einer einfachen Variante das künstliche neuronale Netz vor der Bestimmung des Blutdruc kes mindestens einmal an dem Patienten mittels konventionel ler Blutdruckmeßverfahren (z. B. einer Armmanschette) trai niert, d. h. die Abhängigkeiten zwischen den Parametern und dem Blutdruck ermittelt und in dem künstlichen neuronalen Netz abgespeichert.

Vorteilhafterweise wird ein zweistufiges Verfahren angewen det. Zunächst wird in einer Vorschaltphase das künstliche neuronale Netz trainiert, indem zunächst wenigstens einmal an wenigstens einem Probanden einer ausgewählten charakteri stischen Personengruppe im Ruhezustand und mehreren angereg ten Zuständen die Parameter bestimmt und Blutdruckwerten zugeordnet werden, die mit konventionellen Meßmethoden er mittelt wurden. Hierdurch werden die Abhängigkeiten des Blutdruckes von den Parametern bezüglich dieser charakteri stischen Personengruppe ermittelt. Im Anschluß wird die eigentliche Blutdruckmessung am Patienten durchgeführt, indem der Patient vor der Transformation dieser charakteri stischen Personengruppe zugeordnet wird und die Transforma tion der Parameter in den Blutdruck unter Verwendung des auf die charakteristische Personengruppe trainierten künst lichen neuronalen Netzes erfolgt. Dieses zweistufige Verfah ren hat den Vorteil, daß bei Messung am Patienten auf ein herstellerseitig trainiertes neuronales Netz zurückgegrif fen werden kann und ein aufwendiges Training am Patienten entfällt.

Die Einteilung in charakteristische Personengruppen erfolgt im Normalfall nach alters- und konstitutionsbedingten Kriterien sowie dem individuellen Trainingszustand des Patienten, die der medizinischen Fachliteratur entnommen werden können. Zur Erzielung einer höheren Genauigkeit sollte das Training an mehreren Probanden und in mehreren angeregten Zuständen des jeweiligen Probanden erfolgen. Da dieses Training für jede charakteristische Personengruppe jedoch nur einmal durchgeführt werden muß, ist der Aufwand insgesamt recht gering.

Um auch die immer vorhandenen geringen Abweichungen des Pa tienten von den Normwerten der charakteristischen Personen gruppe zu erfassen, ist es besonders bevorzugt, in einer zweiten Vorschaltphase das künstliche neuronale Netz wenig stens einmal anhand herkömmlicher Blutdruckmeßmethoden (z. B. mit einer Armmanschette) auf den Patienten, dessen Blutdruck gemessen werden soll, zu kalibrieren und aus den Abweichungen von der charakteristischen Personengruppe Kor rekturfaktoren zu bestimmen. Anschließend werden bei der eigentlichen Messung die zu transformierenden Parameter vor der Transformation mit den Korrekturfaktoren auf die charak teristische Personengruppe korrigiert. Zusätzlich werden hierbei Abweichungen beim Anbringen der Meßvorrichtungen am jeweiligen Patienten erfaßt. Mit je einer Kalibriermessung im Ruhezustand und einem angeregten Zustand kann Auf diese Weise eine Anpassung der allgemeinen Transformationsfunkti on der jeweiligen charakteristischen Personengruppe an den Patienten erreicht werden.

In einer vorteilhaften Variante werden zur Erkennung und Korrektur von Artefakten bei der Messung bzw. Bestimmung der Parameter, wie ein Elektrodenabriß, Muskelzittern, eine Übersteuerung des EKG oder auch einer Über- und Untersteue rung des Plethymogrammes, die Signale des Elektrokardiogra phen und Photoplethysmographen analysiert. Diese Signalana lyse kann anschließend zur Korrektur der Parameter verwen det werden. Alternativ oder zusätzlich ist es weiterhin bevorzugt, die Ausgangssignale einer Kurzzeitkorrelationsa nalyse über mindestens zwei Herzschlagperioden zu unterwer fen. Durch den Einsatz von Beschleunigungssensoren können auch durch Bewegungen des Patienten hervorgerufene Artefak te wirkungsvoll erkannt und eliminiert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche weist eine Auswerte- und Transformationseinheit auf, die minde stens ein künstliches neuronales Netz aufweist, wobei das künstliche neuronale Netz die Transformation mindestens eines physiologischen Parameters in den Blutdruck vornimmt.

Bevorzugt ist es hierbei, daß die Vorrichtung ein Mittel zur Messung der Pulswellenlaufzeit aufweist, wobei die Puls wellenlaufzeit durch die Auswerte- und Transformationsein heit in den Blutdruck transformierbar ist.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung weist das Mittel zur Messung der Pulswellenlaufzeit einen Elektrokar diographen zur Aufzeichnung eines Elektrokardiogrammes sowie einen Photoplethysmographen zur Messung der Volumen schwankungen eines Blutgefäßes auf, um daraus die Parameter zur Transformation in den Blutdruck zu ermitteln.

Vorteilhafterweise ist zur kontinuierlichen Aufnahme und Speicherung der Signaldaten ein Langzeitrekorder mit dem Elektrokardiographen und dem Photoplethysmographen verbun den.

Es ist bevorzugt, daß die Auswerte- und Transformationsein heit jeweils ein künstliches neuronales Netz zur gleichzei tigen Bestimmung des systolischen und des diastolischen Blutdruckes aufweist.

Weiterhin ist es bevorzugt, daß ein Mittel zur Messung der Bewegung des Patienten vorgesehen ist, um durch Bewegung hervorgerufene Artefakte zu eliminieren.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung des systolischen und diastolischen Blutdruckes;

Fig. 2 zwei künstliche neuronale Netze mit Parametern zur Transformation in den systolischen und den diastolischen Blutdruck;

Fig. 3 die Bestimmung der Pulswellenlaufzeit und anderer Parameter aus einem Elektrokardiogramm und einem Photoplethysmogramm;

Fig. 4 die zeitliche Veränderung des systolischen Blut drucks im. Vergleich zur Änderung der Herzfrequenz und der Pulswellenlaufzeit;

Fig. 5 die zeitliche Veränderung des diastolischen Blutdruckes im Vergleich zu Herzfrequenz, Pulswel lenlaufzeit, dem Produkt aus Herzfrequenz und Pulswellenlaufzeit sowie dem integralen Mittel wert des Photoplethysmogrammsignals;

Fig. 6 den systolischen Blutdruckverlauf während der Langzeitmessung mit zugeordneten Tätigkeiten.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie weist einen handelsüblichen Elektrokardiographen 1 mit zwei EKG-Elektroden E₁, E₂ und einer Referenzelektrode R auf, der die elektrischen Signale des Herzmuskels aufnimmt und verstärkt.

Weiterhin ist ein Photoplethysmograph 2 vorgesehen, der die Blutvolumenänderung mit Hilfe eines handelsüblichen, meist am Finger, Ohrläppchen, Handgelenk oder Fuß angebrachten Durchlicht- oder Reflexionssensor als optische Signale S erfaßt und in elektrische Signale umsetzt. Das Photople thysmogramm gibt den zeitlichen Verlauf der Volumenänderung der entsprechenden Blutgefäße wieder und bildet daher auch den Verlauf der Pulswelle durch das Gefäß ab. Die verstärk ten elektrischen Signale des Plethysmographen werden vor teilhafterweise einer Amplitudenanpassung unterworfen, so daß sich auch bei Änderungen durch Bewegung des Patienten oder kurzes Abnehmen bzw. Verlieren des Sensors optimal ausgesteuerte Signale ergeben. Zusätzlich können die von dem Elektrokardiographen 1 bzw. Photoplethysmographen 2 ge lieferten Signal einer Artefakterkennung unterzogen werden. Diese können zum Beispiel durch Verlust der Elektroden, Mus kelzittern o. ä. verursacht werden. Bewegungsbedingte Abwei chungen von der normalen Signalform werden durch eine Kreuzkorrelationsanalyse erkannt. Die berechneten Parameter werden darüber hinaus einer Plausibilitätsüberprüfung auf physiologisch sinnvolle Wertebereiche überprüft, um zusätz lich Ausreißer erkennen und korrigieren zu können.

Die elektrischen Signale des Elektrokardiographen 1 und des Photoplethysmographen 2 werden anschließend einem digitalen Langzeitrekorder 3 zugeführt, um die Daten abzuspeichern. Die Daten können dann jederzeit durch die nachgeschaltete Auswerte- und Transformationseinheit 5 abgerufen werden. Alternativ kann auf den Langzeitrekorder verzichtet werden und die Daten direkt der Auswerte- und Transformationsein heit 5 zugeführt werden, wenn keine Langzeitmessung durchge führt werden soll.

Die Auswerte- und Transformationseinheit 5 dient dazu, die von dem Elektrokardiographen 1 und des Photoplethysmogra phen 2 gelieferten Daten in den Blutdruck zu transformie ren. Nach der Transformation werden die berechneten Blut druckdaten zu einer Ausgabeeinheit 6, z. B. einer optischen Anzeigeeinrichtung, einer Speichereinheit o. ä., geleitet.

Fig. 2 zeigt zwei künstliche neuronale Netze 7a, 7b, die in der Auswerte- und Transformationseinheit 5 für die Transformation geeigneter Parameter in den Blutdruck vorge sehen sind.

Das erste künstliche neuronale Netz 7a, das zur Berechnung des systolischen Blutdrucks p_sys vorgesehen ist, verwendet als Eingangsparameter die Herzfrequenz HF, die Pulswellen laufzeit PWL und die Steilheit des Anstieges des Pulswellen signales PA des Photoplethysmogrammsignals. Alle drei Parameter weisen eine ausgeprägte Abhängigkeit vom systoli schen Blutdruck auf und zeigen eine ausreichende Unabhängig keit voneinander, wie sich aus den in Fig. 4 dargestellten zeitlichen Verläufen der Parameter und des konventionell gemessen Blutdrucks bei unterschiedlicher Belastung des Patienten entnehmen läßt. Das obere Diagramm der Fig. 4 zeigt den zeitlichen Verlauf der Herzfrequenz des Patienten bzw. Probanden im Ruhezustand sowie bei 50, 100, 150, 200, 250 Watt Belastung. Das mittlere Diagramm zeigt die Pulswel lenlaufzeit, wobei die obere Kurve aus einem Fingerpulssi gnal und die untere aus einem Ohrpulssignal berechnet wurde. Das untere Diagramm ist der parallel, mit einer Manschette nach Riva-Rocci aufgenommene systolische (obere Kurve) und diastolische Blutdruck (untere Kurve). Bei Stei gerung der Belastung des Patienten nimmt die Herzfrequenz deutlich zu, während die Pulswellenlaufzeit abnimmt. Die Steilheit des Anstieges des Pulswellensignales des Photople thysmogrammes ist in Fig. 4 nicht abgebildet; sie zeigt aber ebenfalls eine deutliche Abhängigkeit vom Blutdruck.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf diese Param eter beschränkt, sondern läßt sich auch mit anderen Parame tern ausführen, die die genannten Kriterien erfüllen.

Das zweite künstliche neuronale Netz 7b dient zur Bestim mung des diastolischen Blutdruckes p_dias. Als Parameter werden hierbei die Herzfrequenz HF, das Produkt aus Herzfre quenz und Pulswellenlaufzeit HF.PWL sowie der integrale zeitliche Mittelwert IM des Photoplethysmogrammsignales ver wendet. Diese Parameter zeigen eine deutliche Abhängigkeit vom diastolischen Blutdruckwert, wie aus Fig. 5 ersicht lich ist. In dieser sind die Herzfrequenz, die Pulswellen laufzeit, das Produkt aus Pulswellenlaufzeit und Herzfre quenz sowie der integrale Mittelwert des Photoplethysmo grammsignals zusammen mit den nach Riva-Rocci bestimmten Blutdruckwerten dargestellt.

Mit Hilfe dieser beiden künstlichen neuronalen Netze 7a, 7b ist unter Einsatz der genannten Parameter eine gleichzeiti ge Bestimmung des systolischen und des diastolischen Blut druckes möglich.

Wie die Parameter in der Auswerte- und Transformationsein heit 2 aus den EKG- bzw. Plethysmogrammdaten bestimmt werden, wird im folgenden mit Bezug auf Fig. 3 erläutert. Die obere Kurve zeigt ein EKG-Signal 10 mit QRS-Komplex, der dem Zeitpunkt des Beginns der Blutaustreibung aus der linken Herzkammer entspricht. Die untere Kurve zeigt ein Volumenpulssignal 11, das mit Hilfe eines Photoplethysmo graphen an einem peripheren Ort des Körpers, z. B. am Handge lenk, Finger oder Ohrläppchen, aufgenommenen wurde. Es handelt sich im vorliegenden Fall um ein invertiert darge stelltes Absorptionssignal, so daß das Maximum der Kurve dem Maximum der Pulswelle entspricht.

Aus der Laufzeit zwischen der R-Zacke des EKG und dem Beginn des Pulswellenanstieges des Photoplethysmogrammes ergibt sich die Laufzeit der Pulswelle durch die Blutgefä ße. Der Beginn des Pulswellenanstieges des Photoplethysmo grammes wird hierbei aus dem Schnittpunkt zweier Regressi onsgeraden bestimmt, die den näherungsweise linearen diasto lischen Abfall 13 und systolischen Pulswellenanstieg 12 nachbilden.

Darüber hinaus ist es möglich, die Pulswellenlaufzeit aus dem Laufzeitunterschied zwischen zwei, an verschiedenen Stellen des Körpers, z. B. am Schlüsselbein (arteria subcla via) und am Unterarm (arteria radialis), synchron gemesse nen Photoplethysmogrammen oder anderen Pulswellendetektoren zu bestimmen. Das EKG kann ggf. auch durch das Aussgangssi gnal eines Brustgurtes, wie er zur Herzfrequenzbestimmung eingesetzt wird und QRS-synchrone Impulse liefert, ersetzt werden.

Die Bestimmung der Herzfrequenz erfolgt anhand des EKGs (Abstand der R-Zacken voneinander) und/oder aus dem Abstand der Pulswellensignale des Photoplethysmogramms. Es können aber auch andere gängige Verfahren herangezogen werden. Der integrale Mittelwert des Photoplethysmogrammsignals ergibt sich durch Integration der Signalkurve.

Im folgenden wird ein besonders vorteilhaftes zweistufiges Verfahren zur gleichzeitigen Bestimmung des systolischen und diastolischen Blutdruckes unter Einsatz der oben be schriebenen Vorrichtung dargestellt.

Im Vorfeld der Bestimmung des Blutdruckes am Patienten müssen zunächst die beiden künstlichen neuronalen Netze 7a, 7b trainiert werden. Dies geschieht im vorliegenden Bei spiel anhand von Probanden, die repräsentativ für eine cha rakteristische Personengruppe sind. Hierbei kann auf die me dizinische Fachliteratur zurückgegriffen werden. Es wird nach Alter und Konstitution (BMI) unterschieden. Typische mittlere Blutdruckwerte für Frauen und Männer sind in der folgenden Tabelle dargestellt:

Frauen
p_sys/p_dias
Jugendliche	115/72
Erw. < 50a	130/80
Erw. < 50a	155/80

Männer
p_sys/p_dias
Jugendliche	125/75
Erw. < 50a	130/80
Erw. < 50a	140/78

Weiterhin kann nach der allgemeinen Fitness, Gewicht, Rau cher/Nichtraucher und anderen Kriterien unterschieden werden.

Die Trainingsmessungen finden an jeweils mehreren Probanden der jeweiligen charakteristischen Personengruppe statt und werden im Ruhezustand und mindestens zwei angeregten Zustän den des Probanden durchgeführt. Je detaillierter die Klassi fizierung in Personengruppen erfolgt und je mehr Anregungs zustände des Probanden ermittelt werden, desto genauer sind später die Ergebnisse der Blutdruckermittlung. Parallel dazu wird der Blutdruck mit Hilfe herkömmlicher Methoden, z. B. mit einer Manschette nach Riva-Rocci, ermittelt, so wie es in Fig. 4 beispielhaft für fünf angeregte Zustände dargestellt ist.

Die aus dem EKG und dem Plethysmogramm ermittelten Parame ter zur Bestimmung des systolischen und diastolischen Blut druckes werden anschließend zusammen mit den durch Manschet te ermittelten Blutdruckwerten dem Training der beiden künstlichen neuronalen Netze 7a, 7b zugrundegelegt. Durch das Training werden die Abhängigkeiten des Blutdruckes von den Parametern in den künstlichen neuronalen Netzen 7a, 7b abgespeichert. Dieses Training muß für jede charakteristi sche Personengruppe durchgeführt werden, um eine Breite Anwendung zu ermöglichen.

Diese erste Stufe des Trainings auf eine charakteristische Personengruppe muß pro charakteristischer Personengruppe nur ein einziges mal erfolgen und kann allen späteren Messungen an den Patienten zugrundegelegt werden. Dies hat zusätzlich den Vorteil, daß sie bereits vom Hersteller vorgenommen werden kann und so die spätere Messung deutlich verkürzt.

Vor der eigentlichen Messung am Patienten ist es vorgese hen, eine zusätzliche Kalibration der Vorrichtung auf den jeweiligen Patienten vorzunehmen. Diese Kalibration erfolgt im Ruhezustand und einem angeregten Zustand des Patienten (Ergometer 100 Watt, 15 Kniebeugen etc.) und dient der Er fassung der meist geringen Abweichungen von der charakteri stischen Personengruppe, der der Patient zuzuordnen ist. Die Kalibration wird wie das Training anhand herkömmlicher Blutdruckmeßverfahren durchgeführt und liefert entsprechen de Korrekturfaktoren für die Parameter. Die Kalibration muß im Prinzip pro Patient nur einmal durchgeführt werden, es empfiehlt sich jedoch, eine Überprüfung der Kalibrationsda ten vorzunehmen, wenn eine längere Zeit verstrichen ist oder der Verdacht auf Konstitutionsveränderungen bei dem Pa tienten besteht. In jedem Fall muß eine Neukalibration durchgeführt werden, wenn sich die charakteristische Perso nengruppe des Patienten ändert.

Danach kann die eigentliche Blutdruckmessung am Patienten erfolgen. Die aus dem EKG und dem Plethysmogramm ermittel ten Parameter werden zunächst mit Hilfe der Korrekturfakto ren auf die jeweilige charakteristische Personengruppe normiert und auf die beiden, auf die charakteristische Per sonengruppe trainierten künstlichen neuronalen Netze 7a, 7b gegeben. Das jeweilige künstliche neuronale Netz 7a, 7b be rechnet nun in Echtzeit den jeweiligen Blutdruck.

Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens wird anhand der Fig. 6 deutlich. Sie zeigt eine Langzeitmessung des systolischen Blutdruckes unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens über einen Zeitraum von mehreren Stunden unter Angabe der jeweiligen Tätigkeiten. Auch teilweise sprungartig auftre tende Blutdruckänderungen lassen sich schlaggenau ermitteln und lassen Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand des Patienten zu, ohne diesen zu belasten.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert eine kontinuierliche beat-to-beat-Anzeige des systolischen und des diastolischen Blutdrucks und bietet wegen der hohen zeitlichen Auflösung, der für den Patienten nicht spürbaren Sensorik und der erreichbaren Genauigkeit neuartige Diagnose- und Überwa chungsmöglichkeiten durch die Blutdruck-Langzeitmessung und die kontinuierliche Blutdruckbestimmung bei der Ergometrie sowie bei Anwendungen im Schlaflabor.

Auch zur Überprüfung der Fitness und der Planung von Trai ningseinheiten von Leistungssportlern, dem Test neuer blutdruckbeeinflussenden Medikamente usw. ist das genannte Verfahren vorteilhaft einsetzbar. Darüber hinaus eignet es sich aufgrund der einfachen Anwendbarkeit auch zur Selbst diagnose im Heimbereich und für die Tele-Diagnose nach er folgter Kalibration durch den Arzt.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispie le. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch ma chen. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf den Einsatz der genannten Parameter beschränkt, sondern kann auch mit anderen Parametern durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen, nichtinvasiven Bestim mung des Blutdruckes, insbesondere des systolischen und/oder diastolischen Blutdruckes, eines Patienten, wobei
am Patienten mindestens ein vom Blutdruck abhängiger physiologischer Parameter oder davon abgeleiteter Parameter gemessen wird und
eine Transformation des mindestens einen Parameters in den Blutdruck erfolgt
dadurch gekennzeichnet,
daß die Transformation des mindestens einen Parameters in den Blutdruck unter Verwendung mindestens eines künstlichen neuronalen Netzes (7a, 7b) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein zweiter, vom Blutdruck abhängiger Parameter zur Bestimmung des Blutdruckes verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig die Transformation in den systolischen und den diastolischen Blutdruck erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein künstliches neuronales Netz (7a, 7b) zur Bestimmung des systolischen und des diastolischen Blutdruckes verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter unter Verwen dung eines EKG ermittelt werden.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter unter Verwen dung eines Plethysmogrammes ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für die Bestimmung des systolischen Blutdruckes die Herzfre quenz und die Pulswellenlaufzeit verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als dritter Parameter die Steilheit des Anstieges des der Pulswellensignales eines Plethysmogrammes verwen det wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter für die Bestimmung des diastolischen Blutdruckes die Herzfre quenz, das Produkt aus Pulswellenlaufzeit und Herzfre quenz sowie der integrale zeitliche Mittelwert des eines Plethysmogrammsignales verwendet werden.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulswellenlaufzeit aus der Laufzeit zwischen der R-Zacke eines Elektro kardiogrammes und dem Beginn des Pulswellenanstieges eines Photoplethysmogrammes bestimmt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulswellenlaufzeit aus der Zeitdifferenz zwischen dem jeweiligen Beginn des Pulswellenanstieges zweier in verschiedenen Abständen zum Herz aufgenommener Photoplethysmogramme bestimmt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, da durch gekennzeichnet, daß der Beginn des Pulswellenan stiegs des Photoplethysmogrammes aus dem Schnittpunkt einer ersten Regressionsgerade (13) im Bereich des diastolischen Abfalls des Pulswellensignales (11) und einer zweiten Regressionsgerade (12) im Bereich des systolischen Pulswellenanstiegs des Pulswellensi gnals (11) bestimmt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Photoplethysmogramm mittels Durchlichtsensor am Ohr, Finger oder Fuß oder mittels Reflexionssensor an der Stirn des Patienten aufgenom men wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Herzfrequenz aus dem Elektrokardiogramm oder dem Photoplethysmogramm ermittelt wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das künstliche neuronale Netz vor der Bestimmung des Blutdruckes mindestens einmal an dem Patienten mittels konventioneller Blut druckmeßverfahren trainiert wird.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß

a) in einer Vorschaltphase das künstliche neuronale Netz trainiert wird, indem zunächst wenigstens einmal an wenigstens einem Probanden einer ausge wählten charakteristischen Personengruppe im Ruhezustand und mehreren angeregten Zuständen der Blutdruck bestimmt und Blutdruckwerten zugeordnet wird, die mit konventionellen Meßmethoden ermit telt wurden, um die Abhängigkeiten des Blutdruckes von den Parametern bezüglich dieser charakteristi schen Personengruppe zu ermitteln, und anschlie ßend
b) bei der Messung des Blutdruckes des Patienten der Patient der charakteristischen Personengruppe zuge ordnet wird und die Transformation der Parameter in den Blutdruck unter Verwendung des auf die cha rakteristische Personengruppe trainierten künstli chen neuronalen Netz erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) das Training des künstlichen neuro nalen Netzes im Ruhezustand und mindestens zwei angeregten Zuständen des Probanden erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn zeichnet, daß
in einer weiteren Vorschaltphase das künstliche neu ronale Netz wenigstens einmal auf den Patienten, dessen Blutdruck gemessen werden soll, anhand herkömmlicher Blutdruckmeßmethoden kalibriert wird und aus den Abweichungen von der charakteristischen Personengruppe Korrekturfaktoren bestimmt werden und
bei der Messung die zu transformierenden Parameter mit den Korrekturfaktoren auf die charakteristische Personengruppe korrigiert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibration im Ruhezustand und einem angereg ten Zustand des Patienten erfolgt.

20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommenen Signale bezüglich eines Elektrodenabrisses, einem Muskelzit tern, einer Übersteuerung des EKG und/oder einer Über- und Untersteuerung des Plethymogrammes analy siert und diese Signalanalyse zur Korrektur der Parameter verwendet wird.

21. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommenen Signale einer Kurzzeitkorrelationsanalyse über mindestens zwei Herzschlagperioden unterworfen wird und die Kurz zeitkorrelationsanalyse zur Korrektur der Parameter verwendet wird.

22. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bewegungserkennung mit einem Beschleunigungssensor erfolgt, die zur Korrektur der Parameter verwendet werden.

23. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche gekennzeichnet durch eine Auswerte- und Transformationseinheit (5), die mindestens ein künstliches neuronales Netz aufweist, wobei das künstliche neuronale Netz die Transformati on mindestens eines physiologischen Parameters in den Blutdruck vornimmt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Mittel zur Messung der Pulswellenlaufzeit, wobei die Pulswellenlaufzeit durch die Auswerte- und Trans formationseinheit (5) in den Blutdruck transformier bar ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel zur Messung der Pulswellen laufzeit
einem Elektrokardiographen (1) zur Aufzeichnung eines Elektrokardiogrammes, sowie
einen Photoplethysmographen (2) zur Messung der Vo lumenschwankungen eines Blutgefäßes aufweist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte- und Trans formationseinheit (5) jeweils ein künstliches neurona les Netz zur gleichzeitigen Bestimmung des systoli schen und des diastolischen Blutdruckes aufweist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, da durch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur Messung der Bewegung des Patienten vorgesehen ist.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 27, da durch gekennzeichnet, daß ein Langzeitrekorder (3) zur kontinuierlichen Aufnahme und Speicherung der Si gnaldaten mit dem Elektrokardiographen und dem Photo plethysmographen verbunden ist.