DE102010014761B4

DE102010014761B4 - Method for determining vital parameters

Info

Publication number: DE102010014761B4
Application number: DE102010014761.3A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Hansmann
Original assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2030-04-14
Also published as: DE102010014761A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Pulswellenlaufzeit und des mittleren Blutdrucks eines Patienten (50) mittels Elektro- Impedanz- Plethysmographie, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (4), enthaltend eine Wechselstromquelle (14) und eine Signalauswerteeinheit (16), einer Bedien- und Anzeigeeinheit (26), einem Datenspeicher (22), einer Datenschnittstelle (18) und mit einem Halteelement (2), enthaltend eine Energieversorgungseinheit, mindestens zwei Elektroden (6), eine Positions-Auswerteeinheit (24) und einen Positionssensor (10), wobei die mindestens zwei Elektroden (6) mit der Körperoberfläche des Patienten (50) verbunden sind, wobei die mindestens zwei Elektroden (6) mit der Steuer- und Auswerteeinheit (4) verbunden sind, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, einen Wechselstrom durch den Körper zu leiten, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, ein Maß für eine elektrische Impedanz zwischen den mindestens zwei Elektroden (6) zu erfassen, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, die erfassten Werte für das Maß der Impedanz als einen zeitlichen Verlauf aufzuzeichnen und auszuwerten, um daraus einen zeitlichen Signalverlauf der Herzfrequenz und einen zeitlichen Signalverlauf der Atemfrequenz zu ermitteln und eine aktuelle Pulswellenlaufzeit (63) des Patienten (50) in der Weise zu bestimmen, dass ein charakteristischer Signalanteil aus dem zeitlichen Signalverlauf der Herzfrequenz als ein Startsignal zur Messung der Pulswellenlaufzeit (63) dient, und wobei ein Positionssensor (10) und eine Positions- Auswerteeinheit (24) in dem Halteelement (2) angeordnet und ausgebildet sind, eine aufrechte Lage des Oberkörpers (54) eines Patienten (50) von einer nicht- aufrechten Lage des Oberkörpers (55) eines Patienten (50) zu unterscheiden und als eine aktuelle Positionsinformation (56) auszugeben, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (4) dazu vorbereitet ist, aus der aktuellen Positionsinformation (56), der aktuellen Pulswellenlaufzeit (63) und einem Kalibrierdatensatz (44) einen mittleren Blutdruck des Patienten (50) zu ermitteln und über die Datenschnittstelle (18) an die Bedien- und Anzeigeeinheit (26) auszugeben, wobei zur Ermittlung des mindestens einen Kalibrierdatensatzes (44)
• in einem ersten Schritt (31) in einer aufrechten Position (54) des Patienten (50) in einer aufrechten Position des Patienten (50) ein mittlerer Blutdruckmesswert (40) durch ein Blutdruckmessgerät (30) erfasst wird und eine erste Positionsinformation (51) durch den Positionssensor (10) und die Positions- Auswerteeinheit (24) erfasst wird und als ein erster Kalibrierdatensatz (41) in dem Datenspeicher (22) gespeichert wird,
• in einem zweiten Schritt (32) in einer aufrechten Position (54) des Patienten (50) eine erste Pulswellenlaufzeit (61) ermittelt wird und eine zweite Positionsinformation (52) durch den Positionssensor (10) und die Positions- Auswerteeinheit (24) erfasst wird und als ein zweiter Kalibrierdatensatz (42) in dem Datenspeicher (22) gespeichert wird,
• in einem dritten Schritt (33) in einer nicht- aufrechten Position (55) des Patienten (50) eine zweite Pulswellenlaufzeit (62) ermittelt wird und eine dritte Positionsinformation (53) durch den Positionssensor (10) und die Positions- Auswerteeinheit (24) erfasst wird und als ein dritter Kalibrierdatensatz (43) in dem Datenspeicher (22) gespeichert wird
• und in einem vierten Schritt (34) durch die Steuer- und Auswerteeinheit (4) aus dem ersten, zweiten und dritten Kalibrierdatensatz (41, 42, 43) eine Zuordnung aus dem mittlerem Blutdruckmesswert (40), den Positionsinformationen (51, 52, 53) und der ersten und der zweiten Pulswellenlaufzeit (61, 62) vorgenommen wird und als ein vierter Kalibrierdatensatz (44) im Datenspeicher (22) abgelegt wird.

Method for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient (50) by means of electroimpedance plethysmography, comprising a control and evaluation unit (4) containing an alternating current source (14) and a signal evaluation unit (16), an operating and display unit (26), a data memory (22), a data interface (18) and with a holding element (2), comprising a power supply unit, at least two electrodes (6), a position evaluation unit (24) and a position sensor ( 10), wherein the at least two electrodes (6) are connected to the body surface of the patient (50), wherein the at least two electrodes (6) are connected to the control and evaluation unit (4), wherein the control and evaluation unit (4 is prepared to conduct an alternating current through the body, wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to a measure of an electrical impedance between the mi At least two electrodes (6) to be detected, wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to record and evaluate the detected values for the measure of impedance as a time course, from a temporal waveform of the heart rate and a temporal waveform of Determine respiratory rate and determine a current pulse transit time (63) of the patient (50) in such a way that a characteristic signal portion from the time waveform of the heart rate serves as a start signal for measuring the pulse wave transit time (63), and wherein a position sensor (10) and a position evaluation unit (24) disposed in the support member (2) and configured to distinguish an upright position of the upper body (54) of a patient (50) from a non-upright position of the upper body (55) of a patient (50) and to output as a current position information (56), wherein the control and evaluation unit (4) is prepared from d he current position information (56), the current pulse wave transit time (63) and a calibration data set (44) to determine a mean blood pressure of the patient (50) and output via the data interface (18) to the operating and display unit (26), wherein for determining the at least one calibration data record (44)
In a first step (31) in an upright position (54) of the patient (50) in an upright position of the patient (50) a mean blood pressure reading (40) is detected by a sphygmomanometer (30) and a first position information (51) is detected by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) and stored as a first calibration data record (41) in the data memory (22),
• in a second step (32) in an upright position (54) of the patient (50) a first pulse wave transit time (61) is determined and detects a second position information (52) by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) is stored in the data memory (22) as a second calibration data set (42),
• in a third step (33) in a non-upright position (55) of the patient (50) a second pulse wave transit time (62) is determined and a third position information (53) by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24 ) and stored as a third calibration data set (43) in the data memory (22)
And in a fourth step (34) by the control and evaluation unit (4) from the first, second and third calibration data record (41, 42, 43) an assignment from the average blood pressure measured value (40), the position information (51, 52, 53) and the first and the second pulse wave transit time (61, 62) is performed and stored as a fourth calibration record (44) in the data memory (22).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Vitalparameter Atemfrequenz, Herzfrequenz und des mittleren Blutdrucks eines Patienten mittels Elektro- Impedanz-Plethysmographie.The present invention relates to a method and a measuring device for determining the vital parameters respiratory rate, heart rate and the mean blood pressure of a patient by means of electro-impedance plethysmography.

Die Atemfrequenz ist ein bedeutsames Indiz für den Gesundheitszustand eines Patienten. Die Erfassung der Atemfrequenz wird mit den heute verfügbaren medizinischen Monitoren bereits im Rahmen einer Routineüberwachung im Bereich der Intensivmedizin durchgeführt. Hierfür stehen maschinelle Beatmungsgeräte, bzw. Atmungs- unterstützende Geräte zur Verfügung.The respiratory rate is a significant indicator of the health of a patient. The recording of the respiratory rate is already carried out with the medical monitors available today as part of a routine monitoring in the field of intensive care. For this purpose, mechanical ventilators or respiratory assistive devices are available.

Für mobile Patienten stehen zur Überwachung der Herz- Kreislauffunktion mobile physiologische Monitore zur Verfügung, mit deren Hilfe das Elektro-Kardiogramm (EKG) des Patienten erfasst, aufgezeichnet, angezeigt und in vielen Fällen drahtlos per Funkschnittstelle an eine Überwachungszentrale weitergeleitet wird. Diese Monitore sind Batterie- betrieben und ermöglichen damit eine mobile Überwachung von mobilen Patienten. Dies ergibt die Möglichkeit eines EKG- Monitoring von Herz- Kreislauf- Parametern bei einer Vielzahl von Patienten, ohne dass eine routinemäßige ganztägige Unterbringung auf der Intensivstation eines Krankenhauses notwendig ist. Eine solches System zur Überwachung von EKG- Signalen mit Funk-Datenübertragung ist in der US 6416471 gezeigt.For mobile patients, mobile physiological monitors are available to monitor the cardiovascular function, with the help of which the patient's electrocardiogram (ECG) is recorded, recorded, displayed and in many cases wirelessly forwarded to a monitoring center via radio interface. These monitors are battery operated, enabling mobile monitoring of mobile patients. This provides the opportunity for ECG monitoring of cardiovascular parameters in a variety of patients, without the need for routine full-day hospitalization in a hospital intensive care unit. Such a system for monitoring ECG signals with radio data transmission is in the US 6416471 shown.

Für die Überwachung der Atemaktivität werden für Patienten ohne Atemwegszugänge mittels Masken oder Tuben Messungen mittels Brust- und Bauchbändern oder Impedanzmessungen durchgeführt.For the monitoring of the respiratory activity for patients without airway access via masks or tubes, measurements are carried out by means of thoracic and abdominal ligaments or impedance measurements.

Aus der DE 10 2007 001 709 A1 ist als ein nächstliegender Stand der Technik eine Messanordnung und ein Verfahren zur Bestimmung der Herzfrequenz auf Basis der Elektro- Impedanz- Plethysmographie bekannt. Die Messanordnung besteht aus einer Mehrzahl am menschlichen Körper eines Patienten angeordneter Elektroden. Die Impedanz zwischen mindestens zwei Elektroden wird durch eine Einleitung von elektrischem Wechselstrom in den menschlichen Körper ermittelt.From the DE 10 2007 001 709 A1 As a closest prior art, a measuring arrangement and method for determining heart rate on the basis of electro-impedance plethysmography is known. The measuring arrangement consists of a plurality of electrodes arranged on the human body of a patient. The impedance between at least two electrodes is determined by an introduction of alternating electrical current into the human body.

Das Verfahren dient der Ermittlung der Atemfrequenz aus dem Gefäßdruck mit Berücksichtigung der Abhängigkeit des Gefäßdrucks vom Thoraxdruck. Die Größenordnung des Thoraxdruckes ist abhängig von der Art der Atmung, wie beispielsweise von einer tiefen oder flachen Atmung eines Patienten.The method is used to determine the respiratory rate from the vessel pressure, taking into account the dependence of the vessel pressure on the chest pressure. The magnitude of the chest pressure depends on the type of breathing, such as a deep or shallow breathing of a patient.

Aus der DE 198 295 44 C1 ist ein weiterer nächstliegender Stand der Technik eine Vorrichtung zur nicht- invasiven Blutdruckmessung bekannt. Mithilfe einer Oberarmmanschette wird eine Blutflusslaufzeit, beziehungsweise eine Blutflussgeschwindigkeit erfasst.From the DE 198 295 44 C1 In another closest prior art, a device for non-invasive blood pressure measurement is known. An upper arm cuff is used to record a blood flow time or a blood flow velocity.

An der Oberarmmanschette ist eine Haupteinheit angeordnet, in der in einer Signalverarbeitungseinheit eine Auswertung von Sensorsignalen vorgenommen wird. Die Sensoren erfassen einen Blutfluss, einen Puls, einen Blutdruck und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswelle.At the upper arm cuff a main unit is arranged, in which an evaluation of sensor signals is carried out in a signal processing unit. The sensors detect a blood flow, a pulse, a blood pressure and the propagation velocity of the pulse wave.

In der Signalverarbeitungseinheit sind Artefaktfilter, Analog-Digital- Wandlung und Einheiten zur Berechnung, Kalibrierung, sowie Schnittstellen zur Speicherung und Ausgabe von Daten vorhanden. Es wird mithilfe einer Messung der Blutflussgeschwindigkeit ein Maß für den Blutdruck ermittelt. The signal processing unit includes artifact filters, analog-to-digital conversion and units for calculation, calibration, and interfaces for storing and outputting data. A measure of blood pressure is determined by measuring blood flow velocity.

Das Verfahren gemäß der DE 10 2007 001 709 A1 verwendet die Elektroimpedanzplethysmographie. In der DE 10 2007 001 709 A1 werden Störgrößen beschrieben, welche einen Einfluss auf den Druck in den Blutgefäßen haben. Genannt sind unter anderem Muskelaktivitäten und durch die Atmung bedingte Änderungen des Thoraxdruckes.The method according to the DE 10 2007 001 709 A1 uses electroimpedance plethysmography. In the DE 10 2007 001 709 A1 Disturbances are described which have an influence on the pressure in the blood vessels. These include muscle activity and respiratory changes in the chest pressure.

Neben den in der DE 10 2007 001 709 A1 genannten Störgrößen,-Muskelaktivität und Atmung-, ist ein weiterer Störeinfluss auf die Pulswellenmessung durch eine Lageänderung des Patienten gegeben, da der hydrostatistische Druck, den die Pulswelle bei der Ausbreitung vom Herzen überwinden muss, unterschiedlich ist, je nachdem ob der Patient aufrecht steht oder sitzt, oder ob er liegt.In addition to those in the DE 10 2007 001 709 A1 disturbances, muscle activity and respiration, is another disturbing effect on the pulse wave measurement due to a change in position of the patient, since the hydrostatic pressure which the pulse wave has to overcome when spreading from the heart is different, depending on whether the patient is upright or sits, or whether he lies.

Im Liegen sind das Herz und alle arteriellen und venösen Gefäße und damit die darin enthaltenen Blutmengen auf einem nahezu identischem horizontalen Niveau, im Sitzen befinden sich Teile der Blutmenge oberhalb des Herzens, was zu einem höheren hydrostatischen Druck als im Liegen führt. Dieser höhere hydrostatische Druck hat Einfluss auf die Laufzeit des Bluttransportes in den Gefäßen oberhalb des Herzens.When lying down, the heart and all the arterial and venous vessels and thus the blood quantities contained in it are on a nearly identical horizontal level, while sitting are parts of the blood above the heart, resulting in a higher hydrostatic pressure than lying. This higher hydrostatic pressure has an influence on the transit time of the blood transport in the vessels above the heart.

Wird als Messort für die Pulswellenmessung die Körperregion im Bereich des Schlüsselbeines gewählt, so ist eine Beeinflussung durch die Lage und durch eine Veränderung der Lange des Patienten auf die Messung der Pulswellenlaufzeit gegeben. Da Lageänderungen des Patienten im Regelfall im klinischen Alltag nicht verlässlich vorherzubestimmen sind, ist eine kontinuierliche Überwachung des Blutdrucks mit Hilfe der Pulswellenmessung nicht verlässlich möglich. Lageänderungen wirken sich in der Messung als Blutdruckänderungen oder als Blutdruckschwankungen aus, so dass keine klinisch sinnvolle Überwachung voreingestellter Grenzwerte möglich ist, da durch Veränderungen der Lage des Oberkörpers des Patienten indizierte Messwertänderungen nicht von klinisch oder physiologisch bedingten Blutdruckschwankungen und -änderungen unterschieden werden können.If the body region in the area of the collarbone is selected as the measuring location for the pulse wave measurement, then an influence by the position and by a change in the length of the patient to the measurement of the pulse wave transit time is given. Since changes in the patient's position can not usually be reliably predicted in everyday clinical practice, continuous monitoring of the blood pressure with the help of pulse wave measurement is not reliably possible. Changes in position affect the measurement as changes in blood pressure or blood pressure fluctuations, so that no clinically meaningful monitoring of preset limits is possible, as indicated by changes in the position of the upper body of the patient indexed changes in measurement can not be distinguished from clinically or physiologically induced blood pressure fluctuations and changes.

Bei der Elektro-Impedanz-Plethysmographie wird ein Wechselstromwiderstand eines Körpersegmentes in der Umgebung eines Gefäßes, z.B. am Oberarm, am Schlüsselbein oder am Handgelenk gemessen. Das Blut im Gefäß unterscheidet sich vom umliegenden Gewebe durch einen deutlich geringeren Wechselstromwiderstand, sodass der in der Umgebung gemessene Wechselstromwiderstand sehr stark durch die Gefäßweitung beeinflusst wird.In electro-impedance plethysmography, an AC resistance of a body segment in the environment of a vessel, e.g. measured on the upper arm, collarbone or wrist. The blood in the vessel differs from the surrounding tissue by a significantly lower AC resistance, so that the AC resistance measured in the environment is greatly influenced by the vessel expansion.

Aus der Literatur (z.B. „Apparative Gefäßdiagnostik“, Ralf Schüler, ISBN 3-932633-16-4) sind Verfahren zur Bestimmung der Herzaktivität durch Beobachtung der Gefäßweitung als Funktion der Zeit bekannt.From the literature (e.g., "Apparative Vascular Diagnostics", Ralf Schüler, ISBN 3-932633-16-4) methods for determining cardiac activity by observing vascular dilation as a function of time are known.

Aus der US 2002/003286 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung physiologischer Signale bekannt. Mittels einer Brustband- Anordnung wird eine Vielzahl an Sensoren am Körper eines Menschen platziert. Diese Sensoren, ausgebildet als Plethysmographie- Sensoren, EKG- Sensoren, Bewegungs- und Positionssensoren, sowie Sensoren zur Bestimmung der Blutsauerstoffsättigung dienen der Erfassung des physischen, physiologischen und gesundheitlichen Zustands des Menschen.From the US 2002/003286 A1 a device for monitoring physiological signals is known. By means of a breast band arrangement, a large number of sensors are placed on the body of a human being. These sensors, designed as plethysmography sensors, ECG sensors, motion and position sensors, and sensors for determining blood oxygen saturation are used to record the physical, physiological and health status of a person.

Die Gefäßplethysmographie dient im Allgemeinen als diagnostisches Verfahren zur Erfassung von Gefäßeigenschaften, wie beispielsweise Gefäßweitungen. Ausgewertet werden Kurvenform, Amplitude, Frequenz und Verlauf als Funktion der Zeit des Messsignals. Hieraus können wichtige Informationen für Aussagen über den Zustand der Gefäße, das Herz-Kreislaufsystem gewonnen werden.Vessel plethysmography generally serves as a diagnostic method for detecting vascular characteristics, such as vascular dilations. The curve shape, amplitude, frequency and course are evaluated as a function of the time of the measurement signal. From this, important information can be obtained for statements about the condition of the vessels, the cardiovascular system.

In vielen Fällen wird zur Bestimmung der Gefäßeigenschaften anstatt der Elektro-Impedanzplethysmographie die Photoplethysmographie verwendet, wobei Licht, vorzugsweise unterschiedlicher Wellenlängen, abhängig vom Sättigungsgrad des Hämoglobins mit Sauerstoff absorbiert wird und von der Erfassung dieses Sättigungsgrades als Funktion der Zeit direkt auf die Atemfrequenz geschlossen werden kann. Dieses Verfahren ist auch als Pulsoximetrie bekannt oder auch als SpO₂-Messung sehr weit verbreitet und genutzt. Allerdings ist bedingt durch den Betrieb der Lichtquelle für die Photoplethysmographie eine kontinuierliche ausreichende Versorgung mit Energie erforderlich.In many cases photoplethysmography is used to determine vascular properties rather than electro-impedance plethysmography, whereby light, preferably different wavelengths, is absorbed with oxygen depending on the degree of saturation of the hemoglobin and can be directly deduced from the detection of this degree of saturation as a function of time , This method is also known as pulse oximetry or very widely used and used as SpO ₂ measurement. However, due to the operation of the light source for photoplethysmography, a continuous sufficient supply of energy is required.

Das Verfahren der Photoplethysmographie bietet sich vor allem bei Patienten an, deren Sauerstoffsättigung aus physiologischen, diagnostischen oder therapeutischen Gründen ohnehin kontinuierlich überwacht werden muss. The method of photoplethysmography is particularly suitable for patients whose oxygen saturation must be monitored continuously for physiological, diagnostic or therapeutic reasons anyway.

Dabei muss bedacht werden, dass dabei zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung des Blutes nur eine kurze Einschaltdauer von insgesamt wenigen Sekunden erforderlich ist. Ein quasi- kontinuierlicher Betrieb zur Überwachung der Sauerstoffsättigung ist damit mit Hilfe der Photoplethysmographie ist daher auf zyklische Weise mit kurzzeitigen Einschaltintervallen möglich. Damit kann die Sauerstoffsättigung sogar mit tragbaren Geräten ohne große Energiespeicherkapazitäten und somit ohne wesentliche Einschränkungen der Bewegungsfreiheit eines mobilen Patienten möglich.It must be remembered that to determine the oxygen saturation of the blood only a short duty cycle of a total of a few seconds is required. A quasi-continuous operation for monitoring the oxygen saturation with the help of photoplethysmography is therefore possible in a cyclic manner with short-term switch-on intervals. Thus, the oxygen saturation even with portable devices without large energy storage capacities and thus without significant restrictions on the freedom of movement of a mobile patient possible.

Für eine exakte Bestimmung der Atemfrequenz hingegen ist eine kontinuierliche Messung nur auf Basis einer eine einige Minuten andauernden Einschaltzeitdauer mit Erfassung mehrerer Atemzüge möglich. Nachteilig ist hierbei, dass gemäß des Standes der Technik die autarke Energieversorgung vergleichsweise große Energiespeicherkapazitäten, beispielsweise in Form von Batterien oder Akkumulatoren erforderlich macht. Ein kontinuierlicher Betrieb einer Atmungs- Überwachung mittels der Photoplethysmographie ist damit insbesondere bei tragbaren Geräten nicht ohne erhebliche Beeinträchtigungen der Bewegungsfreiheit eines mobilen Patienten möglich.For an exact determination of the respiratory rate, however, a continuous measurement is only possible on the basis of a several minutes lasting on-time with detection of multiple breaths. The disadvantage here is that according to the prior art makes the self-sufficient energy supply comparatively large energy storage capacities, for example in the form of batteries or accumulators required. A continuous operation of a respiratory monitoring by means of photoplethysmography is thus not possible without significant impairment of the freedom of movement of a mobile patient, especially in portable devices.

Zur nicht- invasiven Blutdruckmessung sind oszillatorische Blutdruckmessgeräte mit Oberarmmanschette bekannt. Dabei wird in zyklischen Abständen die Manschette mit Luft soweit aufgepumpt, dass der Blutfluss durch den Oberarm blockiert wird. Der Druck, der über die Manschette von außen angelegt ist, wird gemessen und stellt ein Maß für den Blutdruck im blockierten Gefäß dar. Über eine kontinuierliche Erfassung eines Herzschlagsignals oder eine Erfassung und Auswertung der sogenannten Korotkow- Geräusche wird der Ablauf der Blutdruckmessung gesteuert.For non-invasive blood pressure measurement, oscillatory sphygmomanometers with a humeral cuff are known. In cyclic intervals, the cuff is inflated with air until the blood flow through the upper arm is blocked. The pressure that is applied via the cuff from the outside is measured and represents a measure of the blood pressure in the blocked vessel. About a continuous detection of a heartbeat signal or a detection and evaluation of the so-called Korotkow noise, the flow of blood pressure measurement is controlled.

Mit Hilfe der Korotkow- Geräusche werden verschiedene Stadien der Beeinflussung des Blutflusses in den Gefäßen erfasst und darauf basierend unterschiedliche Druckniveaus in der Manschette erzeugt, um den systolischen und diastolischen Messwert zu erfassen.The Korotkov sounds are used to record various stages of blood flow in the vessels and, based on this, generate different pressure levels in the cuff to record the systolic and diastolic readings.

Nachteilig an dieser oszillatorischen Messung mittels der Oberarmmanschette ist einerseits die Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Patienten, andererseits werden durch die Kompression der Manschette die Gefäße bei längerer Anwendung geschädigt. Eine kontinuierliche Anwendung ist ebenfalls nicht möglich, da sich sonst die Elastizität der Blutgefäße verändern würde, was eine Verfälschung der Blutdruckmesswerte ergeben würde. Es ist eine Rekonvaleszenz- Zeit erforderlich, damit die Blutgefäße nach einer Messung wieder die ursprüngliche Elastizität aufweisen.A disadvantage of this oscillatory measurement by means of the humeral cuff on the one hand, the restriction of freedom of movement of the patient, on the other hand, the vessels are damaged by prolonged use by the compression of the cuff. Continuous use is also not possible, as otherwise the elasticity of the blood vessels would change, which would result in a falsification of the blood pressure readings. It A convalescence time is required for the blood vessels to return to their original elasticity after a measurement.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messanordnung und ein verbessertes Verfahren für die kontinuierliche Bestimmung der Vitalparameter eines mobilen Patienten zu entwickeln.It is the object of the present invention to develop an improved measuring arrangement and an improved method for the continuous determination of the vital parameters of a mobile patient.

Die Aufgabe für das Verfahren wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und den Merkmalen des Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 aufgeführt.The object of the method is achieved according to the invention with the features of claim 1 and the features of claim 2. Advantageous embodiments of the method are listed in the subclaims 2 to 4.

Die Aufgabe für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Patentansprüche 1 bis 4 wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.The object of a device for carrying out the method according to the claims 1 to 4 is achieved according to the invention with the features of claim 5.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Patentansprüche 1 bis 4 sind in den Unteransprüchen 6 bis 9 aufgeführt.Advantageous embodiments of the device for carrying out the method according to the claims 1 to 4 are listed in the subclaims 6 to 9.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Atemfrequenz mittels Elektro-Impedanzplethysmographie überwindet bei der Messung die Abhängigkeit des Gefäßdrucks vom Thoraxdruck. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Betrieb der Elektro-Impedanzplethysmographie wird ein leistungsarmer, batteriebetriebener Betrieb eines mobilen Messgerätes ermöglicht.The method according to the invention for determining the respiratory rate by means of electro-impedance plethysmography overcomes in the measurement the dependence of the vessel pressure on the thorax pressure. By using the method according to the invention for the operation of the electro-impedance plethysmography, a low-power, battery-operated operation of a mobile measuring device is made possible.

Die Größenordnung des Thoraxdrucks ist vom Atemmuster des spontan atmenden Patienten abhängig. Bei einer flachen, schnellen Atmung ergeben sich geringe Druckwechsel zwischen der Ein- und Ausatmung von ungefähr ± 5 mbar, bei einer tiefen, schnellen Atmung kann ein Druckwechsel den Wert von ungefähr ±20 mbar erreichen. Ein erhöhter Atemwegswiderstand erhöht bei gleichem Atemmuster die Amplitude des Druckwechsels. Die Frequenzen der Atmung liegen durchschnittlich zwischen 0,1 Hz und 1 Hz und sind in der Regel frei von Oberwellen, da Brustkorb- und/ oder Zwerchfellbewegungen als anregende Bewegungen selbst oberwellenarm sind. Die Druckwechsel der Atmung überlagern sich mit dem deutlich stärkeren Druckwechsel, der vom Bluttransport in den Gefäßen verursacht wird und mit der Herzfrequenz korrelierend regelmäßig und alternierend schwankt.The magnitude of chest pressure depends on the breathing pattern of the spontaneously breathing patient. In a flat, fast breathing, small pressure changes between the inhalation and exhalation of about ± 5 mbar, with a deep, rapid breathing, a pressure change can reach the value of about ± 20 mbar. An increased airway resistance increases the amplitude of the pressure change with the same breathing pattern. The frequencies of respiration are on average between 0.1 Hz and 1 Hz and are usually free of harmonics, since chest and / or diaphragm movements as stimulating movements themselves are low in harmonics. The pressure changes of the breathing are superimposed with the much stronger pressure change, which is caused by the blood transport in the vessels and fluctuates with the heart rate correlating regularly and alternately.

Die Amplitude des Druckwechsels vom Bluttransport liegt bei 100 mbar bis 270 mbar, wobei die zugehörige Grundfrequenz in einem Bereich zwischen 0,5 Hz und 5 Hz liegt und zudem deutliche Oberwellen als zwei- und dreifache Harmonische der Grundfrequenz aufweist. Die Blutdruckangabe von 100 mbar entspricht ungefähr einem Wert von 72 Millimeter Quecksilbersäule (mmHg), 270 mbar entsprechen ungefähr 200 mmHg. Eine Angabe in Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) ist im Bereich der medizinischen Diagnostik gebräuchlicher als eine Angabe in mbar oder Hektopascal (HPa). Das Gefäßsystem selbst als Tiefpass reduziert weitere höhere Frequenzen.The amplitude of the pressure change of the blood transport is 100 mbar to 270 mbar, the associated fundamental frequency is in a range between 0.5 Hz and 5 Hz and also has significant harmonics as two- and three-fold harmonics of the fundamental frequency. The blood pressure indication of 100 mbar corresponds approximately to a value of 72 millimeters of mercury (mmHg), 270 mbar corresponds to approximately 200 mmHg. An indication in millimeters of mercury (mmHg) is more common in medical diagnostics than an indication in mbar or hectopascal (HPa). The vascular system itself as a low pass reduces further higher frequencies.

Als Störgrößen wirken insbesondere kurzfristige Veränderungen des umliegenden Gewebes, wie z.B. der Muskeln auf die Druckamplituden ein. Die veränderte, äußere Spannung wirkt sich auf die Dehnbarkeit der Gefäße aus und kann beispielsweise bei Erhöhung des äußeren Drucks der Muskeln den Gefäßdruck vermindert erscheinen lassen, ohne die Druckverhältnisse im Gefäß prinzipiell verändert zu haben.In particular, short-term changes in the surrounding tissue, such as e.g. of the muscles to the pressure amplitudes. The altered, external tension has an effect on the distensibility of the vessels and, for example, can cause the vessel pressure to diminish as the external pressure of the muscles increases, without fundamentally changing the pressure conditions in the vessel.

Besonders bei solchen Störgrößen, die während der Messdauer periodisch mit einer Frequenz im Bereich der Atemfrequenz auftreten, ist eine klare Abgrenzung zu den der Atmung zugehörigen Signalanteilen schwierig. Eine geeignete Messanordnung zur Bestimmung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Pulswellenlaufzeit und des mittleren Blutdrucks eines Patienten mittels Elektro- Impedanz- Plethysmographie umfasst üblicherweise eine Steuer- und Auswerteeinheit, die über mindestens zwei Elektroden mit dem Körper des Patienten verbunden ist und durch die ein Wechselstrom einer Frequenz im Bereich von 50 kHz bis 100 kHz eingespeist wird. Die eingespeiste Stromstärke liegt dabei im Bereich von einigen µA mit einer Leistung von ca. 0,05 µW.Especially with such disturbances that occur periodically during the measurement period with a frequency in the range of the respiratory rate, a clear distinction from the respiratory associated signal components is difficult. A suitable measuring arrangement for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient by means of electro-impedance plethysmography usually comprises a control and evaluation unit which is connected to the body of the patient via at least two electrodes and through which an alternating current a frequency in the range of 50 kHz to 100 kHz is fed. The injected current is in the range of a few μA with a power of approx. 0.05 μW.

Die geeignete Messanordnung umfasst weiterhin einen Datenspeicher, eine Datenschnittstelle, eine Positions- Auswerteeinheit, eine Energieversorgungseinheit, einen Positionssensor, sowie eine Bedien- und Anzeigeeinheit.The suitable measuring arrangement further comprises a data memory, a data interface, a position evaluation unit, a power supply unit, a position sensor, and an operating and display unit.

Die Positions- Auswerteeinheit ist in Verbindung mit dem Positionssensor dazu ausgebildet, die horizontale oder vertikale Lage des Oberkörpers des Patienten zu erkennen und die horizontale von der vertikalen Lage des Oberkörpers des Patienten zu unterscheiden und als eine Positionsinformation der Steuer- und Auswerteeinheit bereitzustellen.The position evaluation unit is designed in conjunction with the position sensor to detect the horizontal or vertical position of the upper body of the patient and to distinguish the horizontal from the vertical position of the upper body of the patient and to provide as position information of the control and evaluation.

Die Positionsinformation wird erfindungsgemäß zur Normierung der Pulswellenlaufzeit und / oder Pulswellengeschwindigkeit auf die aufrechte oder nicht- aufrechte Lage des Oberkörpers des Patienten verwendet.The position information is used according to the invention for normalizing the pulse wave transit time and / or pulse wave velocity to the upright or non-upright position of the upper body of the patient.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann aus der Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit nach einer Kalibrierung der Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit mit einer unabhängigen Blutdruckmessung am Beginn einer messtechnischen Blutdruck- Pulswellen-basierten Überwachung kontinuierlich ein absolutes Maß für den Blutdruck bestimmt werden.In the embodiment of the invention, the pulse wave transit time or pulse wave velocity may be determined after calibration of the pulse wave transit time or pulse wave velocity with independent blood pressure measurement at the beginning A metrological blood pressure pulse wave-based monitoring can be used to continuously determine an absolute measure of blood pressure.

Als eine unabhängige Blutdruckmessung zur Kalibrierung, kann beispielsweise eine oszillatorische Blutdruckmessung mittels einer Oberarm-Manschette durch ein unabhängiges Blutdruckmessgerät verwendet werden. Dabei wird ein Mittelwert aus dem systolischen und diastolischen mit dem unabhängigen Blutdruckmessgerät erfassten Blutdruckmesswerten berechnet und über die Bedien- und Anzeigeeinheit der Steuer- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt. Der Vorteil bei der Blutdrucküberwachung mittels Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit, besonders gegenüber einer oszillatorischen Blutdruckmessung mittels Oberarmmanschette, liegt in einer erheblichen Reduzierung der Beeinträchtigungen für den Patienten, insbesondere hinsichtlich dessen Bewegungsfreiheit und Mobilität. Als weiterer Vorteil der Blutdrucküberwachung mittels Pulswellenlaufzeit ergibt sich, dass gegenüber einer oszillatorischen Blutdruckmessung mittels einer Oberarmmanschette eine kontinuierliche Überwachung des mittleren Blutdrucks ohne eine Gefäßschädigung möglich ist.As an independent blood pressure measurement for calibration, for example, an oscillatory blood pressure measurement by means of an upper arm cuff can be used by an independent sphygmomanometer. An average value is calculated from the systolic and diastolic blood pressure readings recorded with the independent sphygmomanometer and made available to the control and evaluation unit via the operating and display unit. The advantage in monitoring blood pressure by means of pulse wave transit time or pulse wave velocity, especially in comparison to oscillatory blood pressure measurement by means of the upper arm cuff, is a considerable reduction of the impairments for the patient, in particular with regard to freedom of movement and mobility. As a further advantage of the blood pressure monitoring by means of pulse wave transit time results that compared to an oscillatory blood pressure measurement by means of a humeral cuff a continuous monitoring of the mean blood pressure without vascular damage is possible.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Kalibrierung des Blutdrucks sowohl für eine Position mit aufrechtem Oberkörper, d.h. eine sitzende oder stehende Position des Patienten, als auch für eine liegende Position des Patienten vorgenommen.In the embodiment of the present invention, the calibration of blood pressure for both an upright upper body position, i. a seated or standing position of the patient, as well as made for a lying position of the patient.

Eine solche Kalibrierung bezogen auf die Lage des Patienten ist erforderlich, da der Blutdruck zur klinischen Diagnostik auf Herzhöhe gemessen wird.Such a calibration relative to the position of the patient is required because the blood pressure for clinical diagnosis is measured at heart level.

Um den Blutdruck und den Verlauf des Blutdrucks in aufrechter und auch in nicht-aufrechter Position nach erfolgter Kalibrierung über einen Zeitraum von mehreren Tagen und bei Bewegung des Patienten kontinuierlich angeben zu können, ist es einerseits erforderlich, die Position des Patienten bei der Kalibrierung zu kennen, andererseits wird die jeweils aktuelle Position des Patienten auch bei der kontinuierlichen Pulswellen- basierten Blutdrucküberwachung als eine Echtzeitinformation fortwährend benötigt. Für eine solche Erkennung der Position des Patienten wird in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Positionssensor verwendet, weiter bevorzugt ist dieser Positionssensor an der Schulter in oder an dem Halteelement gemeinsam mit den Elektroden angeordnet.On the one hand, in order to be able to continuously indicate the blood pressure and the course of the blood pressure in upright as well as in non-upright position after calibration over a period of several days and during movement of the patient, it is necessary to know the position of the patient during the calibration on the other hand, the current position of the patient is also continuously required as a real-time information in the continuous pulse wave-based blood pressure monitoring. For such a recognition of the position of the patient, a position sensor is used in this preferred embodiment, more preferably, this position sensor is arranged on the shoulder in or on the holding element together with the electrodes.

Dabei wird für die Kalibrierung in einer ersten Phase in einer aufrechten Position des Patienten über eine unabhängige Blutdruckmessung, in bevorzugter Weise mittels einer Manschette am Oberarm des Patienten ein mittlerer Blutdruck erfasst und in einem Datenspeicher gespeichert. Anschließend wird in der ersten Phase für die aufrechte Position und in einer zweiten Phase für die nicht aufrechte Position des Patienten eine Pulswellenlaufzeit über einen bekannten oder geschätzten Elektrodenabstand erfasst und in einem Datenspeicher gespeichert und die dazu ursächliche Pulswellengeschwindigkeit bestimmt und in einem Datenspeicher gespeichert.In this case, for the calibration in a first phase in an upright position of the patient via an independent blood pressure measurement, preferably by means of a cuff on the upper arm of the patient detects a mean blood pressure and stored in a data memory. Subsequently, in the first phase for the upright position and in a second phase for the non-upright position of the patient, a pulse wave transit time over a known or estimated electrode distance is detected and stored in a data memory and the cause pulse velocity determined and stored in a data memory.

Erfindungsgemäß wird bei dieser Kalibrierung der Positionssensor abgefragt. Die Einbeziehung des Positionssensors bei der Kalibrierung ermöglicht eine Bewertung der Messdaten hinsichtlich der Einhaltung notwendiger Kalibrierbedingungen. Zu den notwendigen Kalibrierbedingungen gehört dabei, dass der Positionssensor über einen vorbestimmten Zeitraum, in vorteilhafter Weise über einen Zeitraum im Bereich von 30 Sekunden bis 90 Sekunden, ein stabiles Positionssignal liefert, damit mittels einer eindeutigen Zustandsmeldung sichergestellt ist, dass die aufrechte Lage von der nicht- aufrechten Lage des Patienten unterscheidbar ist.According to the position sensor is queried in this calibration. The inclusion of the position sensor in the calibration allows an evaluation of the measurement data with regard to compliance with the necessary calibration conditions. The necessary calibration conditions include that the position sensor over a predetermined period, advantageously over a period of time in the range of 30 seconds to 90 seconds, provides a stable position signal, so that it is ensured by means of a clear status message that the upright position of the not - upright position of the patient is distinguishable.

Erfindungsgemäß ist erforderlich, dass während der Erfassung der Elektrodensignale der Positionssensor ein stabiles Positionssignal liefert, damit sichergestellt ist, dass während der Kalibrierung keinerlei Lageveränderungen des Patienten stattgefunden haben und somit nur die Messdaten einer korrekt abgelaufenen Kalibrierung im Datenspeicher abgelegt werden.According to the invention, it is necessary for the position sensor to supply a stable position signal during the detection of the electrode signals in order to ensure that no positional changes of the patient have taken place during the calibration and thus only the measured data of a correctly expired calibration are stored in the data memory.

Diese erfindungsgemäße Kalibrierung der Pulswellen- basierten Blutdrucküberwachung gegen eine unabhängige Blutdruckmessung ist je nach Anwendungsfall und medizinisch- diagnostischer Sachlage in einem täglichen bis wöchentlichen Zeitabstand notwendig.This inventive calibration of the pulse wave-based blood pressure monitoring against an independent blood pressure measurement is necessary depending on the application and medical-diagnostic situation in a daily to weekly time interval.

Die Einspeisung des Wechselstroms erfolgt so, dass die Stromrichtung und die Blutflussrichtung in der strom- durchflossenen Körperumgebung eine Achse bilden. Die gewählte Körperumgebung dient dabei zur Messung der Gefäßweitung und sollte vorzugsweise wenig äußeren Druckveränderungen durch Muskelbewegungen ausgesetzt sein. Ein bevorzugter Messort dazu ist beispielsweise im Bereich des Schlüsselbeins oder an der Schulter des Patienten.The alternating current is fed in such a way that the current direction and the blood flow direction form an axis in the body environment through which the current flows. The chosen body environment serves to measure the vessel expansion and should preferably be exposed to little external pressure changes due to muscle movements. A preferred measuring location for this purpose is, for example, in the area of the clavicle or on the shoulder of the patient.

Die Amplitude des Wechselspannungssignals ist mit der Gefäßweite moduliert, wobei eine kleine Amplitude einem engen Gefäßzustand entspricht und eine Weitung des Gefäßes zu einem Anstieg der Signalamplitude führt.The amplitude of the alternating voltage signal is modulated with the vessel width, wherein a small amplitude corresponds to a narrow vessel state and a widening of the vessel leads to an increase in the signal amplitude.

Der von der Steuer- und Auswerteeinheit zu erfassende Frequenzbereich reicht mit bis zu 10 Hz an die dritte Oberwelle des Bluttransports.The frequency range to be detected by the control and evaluation unit reaches up to 10 Hz to the third harmonic of the blood transport.

Eine Auswertung der zweiten und dritten Oberwelle ermöglicht die Abgrenzung der den Druckveränderungen des Gefäßsystems und Bluttransports zugehörigen Signalanteile von im Signal enthaltenen Anteilen, die durch äußere Druckveränderungen und Störgrößen bedingt sind. Aus Messversuchen ist bekannt, dass äußere Störgrößen mit steilen Gradienten im Signalverlauf der zweiten und dritten Oberwelle korreliert sind. An evaluation of the second and third harmonic enables the delimitation of the signal components of signals contained in the signal, which are caused by external pressure changes and disturbance variables, associated with the pressure changes of the vascular system and blood transport. From measurement experiments it is known that external disturbances are correlated with steep gradients in the signal curves of the second and third harmonic waves.

Um die Oberwellen- Auswertung mit ausreichender Trennschärfe durchführen zu können wird in bevorzugter Weise eine Überabtastung angewendet, wobei die mindestens erforderliche Abtastrate bei 100 Hz oder höher liegt.In order to be able to carry out the harmonic evaluation with sufficient selectivity, an oversampling is preferably used, the at least required sampling rate being 100 Hz or higher.

In weiter bevorzugter Weise ist es vorteilhaft, eine Abtastrate von mindestens 200 Hz zu wählen, um auch Störeinflüsse aus elektrischen Netzspannungsfeldern mit einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz, sowie Störungen von Vorschaltgeräten und Startelementen von Leuchtstofflampen mit der doppelten Netzfrequenz in Verbindung mit der Oberwellen-Auswertung eliminieren zu können.In a further preferred manner, it is advantageous to select a sampling rate of at least 200 Hz, to also interference from mains electrical voltage fields with a mains frequency of 50 Hz or 60 Hz, as well as disturbances of ballasts and starting elements of fluorescent lamps with twice the mains frequency in conjunction with the harmonics Eliminate evaluation.

Vorzugsweise erfolgt die Messung über ein zusätzliches Messelektrodenpaar in einer 4-Elektroden-Anordnung. Hier liegt der Vorteil in einer fast stromlosen Messung des Spannungsabfalls, der unabhängig von den Übergangswiderständen zwischen den Elektroden und der Haut bestimmt werden kann.The measurement is preferably carried out via an additional measuring electrode pair in a 4-electrode arrangement. Here lies the advantage in an almost currentless measurement of the voltage drop, which can be determined independently of the contact resistance between the electrodes and the skin.

Das gemessene Signal besteht aus einem Wechselspannungssignal als Maß für die Impedanz der strom- durchflossenen Körperumgebung bedingt durch den eingespeisten Wechselstrom mit einer Trägerfrequenz von beispielsweise 50 kHz. Neben den eingespeisten und messtechnisch erfassten und dem Gefäßdruck zugehörigen Wechselspannungssignalen wird von den Elektroden die überlagerte Herzaktivität als ein Elektro-Kardiogramm (EKG) und als ein Pulssignal erfasst.The measured signal consists of an alternating voltage signal as a measure of the impedance of the current-flowing body environment caused by the supplied alternating current with a carrier frequency of for example 50 kHz. In addition to the input and metrologically detected and the vessel pressure associated AC signals, the superimposed heart activity is detected by the electrodes as an electrocardiogram (ECG) and as a pulse signal.

Durch die im Gegensatz zu den Frequenzen des Gefäßdrucks hohe Trägerfrequenz von 50 kHz bis 100 kHz sind einerseits Möglichkeiten der weiteren Signalverarbeitung mittels Filterung, Glättung, Offset-Eliminierung, usw. gewährleistet. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl die Gefäßweitung, d.h. den dem Bluttransport folgenden Druckwechsel in den Blutgefäßen, als auch die Atmung des Patienten mit einer einzigen Messanordnung zu erfassen und die Signale der Gefäßweitung und der Atmung voneinander zu separieren. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, die der Gefäßweitung zugehörigen Signale und die der Atmung zugehörigen Signale von den Druckeinflüssen des Bluttransports, der Herzrate und Muskel- bedingten Störeinflüssen, sowie die Atmung des Patienten zusätzlich von äußeren frequenzselektiven Störgrößen, wie etwa dem durch die Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz und deren Oberwellen im Bereich von 100 Hz bis 200 Hz bedingten Störeinfluss zu unterscheiden.By contrast to the frequencies of the vessel pressure high carrier frequency of 50 kHz to 100 kHz on the one hand possibilities of further signal processing by means of filtering, smoothing, offset elimination, etc. guaranteed. Furthermore, there is the possibility of using the method according to the invention both the vessel expansion, i. to record the pressure change in the blood vessels following the blood transport as well as the respiration of the patient with a single measuring arrangement and to separate the signals of the vessel expansion and the respiration from each other. In addition, there is the possibility of the signals associated with the vascular dilation and the signals associated with respiration from the pressure influences of the blood transport, the heart rate and muscle-related disturbances, as well as the respiration of the patient from external frequency-selective disturbances, such as by the power frequency of 50 Hz or 60 Hz and their harmonics in the range of 100 Hz to 200 Hz conditional to distinguish interference.

Zu einer Bewertung der Signalgüte wird vorzugsweise das Signal der Herzfrequenz hinsichtlich Amplituden, Amplitudenverlauf und Signal- zu Rausch- Abstand herangezogen.For an evaluation of the signal quality, preferably the signal of the heart rate with respect to amplitude, amplitude profile and signal-to-noise ratio is used.

Durch eine Faltung des Signals mit der Trägerfrequenz wird das Rohsignal demoduliert und ein Nutzsignal extrahiert.By convolving the signal with the carrier frequency, the raw signal is demodulated and a useful signal is extracted.

Durch Demodulation, beispielsweise mittels Gleichrichtung, sind die Nutzfrequenzen der Atmung im Bereich 0,1 Hz bis 1 Hz, und die Nutzfrequenzen des Bluttransportes im Bereich 1 Hz bis 3 Hz signaltechnisch von der Trägerfrequenz abgrenzbar.By demodulation, for example by means of rectification, the useful frequencies of respiration in the range 0.1 Hz to 1 Hz, and the useful frequencies of the blood transport in the range 1 Hz to 3 Hz can be distinguished from the carrier signal signal technically.

Zur Erkennung einzelner Frequenzen bieten sich als geeignete Ausführungsformen verschiedene Methoden der Signalverarbeitung an, wie beispielsweise die Diskrete Fourier Transformation (DFT), die Fast Fourier Transformation (FFT), Autokorrelation, Korrelation des Nutzsignals mit einem Vergleichs- Nutzsignal, Korrelation mit einem Vergleichs- Störsignal, Korrelation mit einem Vergleichs- Rauschsignal, im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 200 Hz durchstimmbare Filter und spektrale Selektionsverfahren auf Basis phasenselektiver Gleichrichtung (Lock In- Verfahren).For the detection of individual frequencies, various methods of signal processing are suitable as suitable embodiments, such as the Discrete Fourier Transformation (DFT), the Fast Fourier Transformation (FFT), autocorrelation, correlation of the useful signal with a comparison useful signal, correlation with a comparison interference signal , Correlation with a comparison noise signal, tunable filters in the frequency range from 0.1 Hz to 200 Hz and spectral selection methods based on phase-selective rectification (Lock-In method).

In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Diskrete Fourier Transformation (DFT) oder eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) verwendet, wobei das Signal als Funktion der Zeit in eine Funktion der Frequenz transformiert wird. Dabei müssen zur Reduzierung von Artefakten längere Signalverläufe betrachtet werden.In a first advantageous embodiment of the method, a discrete Fourier transformation (DFT) or a fast Fourier transformation (FFT) is used, the signal being transformed as a function of time into a function of the frequency. In this case, longer signal curves must be considered to reduce artifacts.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Autokorrelation verwendet, wobei fortlaufend ein Abschnitt des Signals mit sich selbst multipliziert und summiert wird und schrittweise versetzt wird. Dieses Vorgehen wird für alle für den Frequenzbereich interessanten Zeiten wiederholt und die Korrelation als Summe gegen den Zeitversatz aufgetragen. Es ergibt sich eine hohe Summe bei hoher Deckung mit der Periodizität des Signals.In a further advantageous embodiment of the method, an autocorrelation is used, wherein a portion of the signal is continuously multiplied and summed with itself and shifted stepwise. This procedure is repeated for all frequencies of interest for the frequency range and the correlation is plotted as a sum against the time offset. This results in a high sum with high coverage with the periodicity of the signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Korrelation mit einem Vergleichssignal verwendet, wobei ein Abschnitt des Signals mit einem Abschnitt des Vergleichssignals multipliziert und summiert wird.In a further advantageous embodiment of the method, a correlation with a comparison signal is used, wherein a portion of the signal is multiplied by a portion of the comparison signal and summed.

Dieses Vorgehen wird fortlaufend mit einer für den interessierenden Frequenzbereich angepassten zeitlichen Schrittweite wiederholt und die resultierende Korrelationsfunktion aufgetragen. Es ergibt sich eine hohe Summe bei hoher Deckung zwischen dem Vergleichssignal und dem Nutzsignal.This procedure is continuously adapted with a frequency range of interest Repeated time increment and plotted the resulting correlation function. This results in a high sum with high coverage between the comparison signal and the useful signal.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lock-In-Verfahren verwendet, wobei das Nutzsignal mit einem periodischen Signal fester Frequenz und Amplitude multipliziert wird. Es ergibt sich der Verlauf des Amplitudenanteils für diese Frequenz, wobei auch der Phasenwinkel bestimmt werden kann. Dieses Vorgehen wird mit den interessierenden Frequenzen wiederholt, und die Amplituden werden als Funktion der Frequenz aufgetragen, sodass sich die spektralen Anteile des Signals zeigen.In a further advantageous embodiment of the method, a lock-in method is used, wherein the useful signal is multiplied by a periodic signal of fixed frequency and amplitude. The result is the course of the amplitude component for this frequency, wherein the phase angle can be determined. This procedure is repeated with the frequencies of interest, and the amplitudes are plotted as a function of frequency, so that the spectral components of the signal show up.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden durchstimmbare Filter verwendet, wobei das Signal mit einem Bandpassfilter bewertet wird. Diese Bewertung wird im gesamten interessanten Frequenzbereich oder für einzelne Frequenzbänder durchgeführt. Über eine Parallelschaltung mehrerer Filter kann so ein Amplituden- und Phasenverhältnis für mehrere harmonische Frequenzen bestimmt werden.In a further advantageous embodiment of the method, tunable filters are used, the signal being evaluated with a bandpass filter. This evaluation is carried out in the entire interesting frequency range or for individual frequency bands. A parallel connection of several filters can be used to determine an amplitude and phase ratio for several harmonic frequencies.

Die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen der Auswertung des Wechselspannungssignals und des überlagerten EKG- Signals eignen sich in Verbindung mit der Anordnung von mindestens zwei Elektroden in einem im Bereich der Schulter angeordneten Halteelement in einer bevorzugten Ausführung und Verwendung zur Bestimmung der Gefäßweitung der Gefäße im den unterhalb des Halteelementes und der Elektroden liegenden Blutgefäße.The five advantageous embodiments of the evaluation of the alternating voltage signal and the superimposed ECG signal mentioned above are suitable in connection with the arrangement of at least two electrodes in a holding element arranged in the region of the shoulder in a preferred embodiment and use for determining the vessel expansion of the vessels below the holding element and the electrodes lying blood vessels.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und Verwendung eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen zur Bestimmung der Herzfrequenz und eines Elektro- Kardiogramms (EKG).In a further preferred embodiment and use, the five advantageous embodiments listed above are suitable for determining the heart rate and an electrocardiogram (ECG).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und Verwendung eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen zur Bestimmung der Atemfrequenz, der Herzfrequenz und der Gefäßweitung.In a further preferred embodiment and use, the five advantageous embodiments listed above are suitable for determining the respiratory rate, the heart rate and the vascular dilation.

Zusätzlich eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen der Auswertung des Wechselspannungssignals und des überlagerten EKG- Signals auch zur Entfernung bekannter und periodisch wiederkehrender Störsignale bei der Bestimmung der Gefäßweitung, des EKG, der Herzfrequenz und der Atemfrequenz.In addition, the five advantageous embodiments of the evaluation of the alternating voltage signal and of the superimposed ECG signal mentioned above are also suitable for the removal of known and periodically recurring interference signals during the determination of the vessel dilation, the ECG, the heart rate and the respiratory rate.

Das zu messende Wechselspannungssignal kann in einer weiteren Ausführungsform und Verwendung zu einer Erfassung einer Pulswellenlaufzeit ausgewertet werden. Hierfür ist der Spannungsabfall mittels mindestens zweier Messelektrodenpaare zusätzlich zu den zwei Einspeiseelektroden in einer 6-Elektroden-Anordnung zu messen. Vorzugsweise sind die beiden Messelektrodenpaare auf der Achse zwischen den Einspeiseelektroden in einem Abstand von mindestens einigen Zentimetern am Körper angebracht.The alternating voltage signal to be measured can be evaluated in a further embodiment and use for detecting a pulse transit time. For this purpose, the voltage drop should be measured by means of at least two measuring electrode pairs in addition to the two feed electrodes in a 6-electrode arrangement. Preferably, the two measuring electrode pairs are mounted on the axis between the feed electrodes at a distance of at least a few centimeters to the body.

Dabei dient ein Paar der Messung des Wechselspannungssignals an einem bezüglich des Blutflusses im Gefäß stromaufwärts gelegenen Punkt und das andere Paar der Messung desselben Signals an einem bezüglich des Blutflusses im Gefäß stromabwärts gelegenen Punkt. Durch die Laufzeit der Pulswelle im Gefäß ist das Signal vom stromabwärtigen Punkt um einen Zeitversatz t versetzt bezogen auf den stromaufwärtigen Punkt. Beide Signale werden mit dem Trägersignal multipliziert oder anderweitig gefiltert und auf eine mittlere Amplitude normiert verstärkt. Die Anpassung der Verstärkung wird langsam mit einer Frequenz von weniger als 0,1 Hz im Vergleich zu den betrachteten Pulswellenfrequenzen im Bereich von 1 Hz durchgeführt. Durch Vergleich der Signale mittels Subtraktion oder Division wird die Signalverarbeitung kontrolliert. Die Pulswellengeschwindigkeit v wird aus dem Zeitversatz t und dem Ortsversatz L mit v=L/t berechnet, wobei sich L aus dem Abstand der Messelektrodenpaare voneinander ergibt und entweder geschätzt, gemessen oder durch eine gemeinsame feste Verbindung festgelegt ist.In this case, one pair of the measurement of the alternating voltage signal is used at a point upstream of the blood flow in the vessel and the other pair of the measurement of the same signal at a point downstream of the blood flow in the vessel. Due to the transit time of the pulse wave in the vessel, the signal from the downstream point is offset by a time offset t relative to the upstream point. Both signals are multiplied by the carrier signal or otherwise filtered and normalized to a mean amplitude normalized. The gain adjustment is performed slowly at a frequency of less than 0.1 Hz compared to the considered pulse wave frequencies in the range of 1 Hz. By comparing the signals by means of subtraction or division, the signal processing is controlled. The pulse wave velocity v is calculated from the time offset t and the spatial offset L with v = L / t, where L is the distance between the pairs of measuring electrodes and either estimated, measured or determined by a common fixed connection.

Die Pulswellengeschwindigkeit kann in dieser dargestellten vorteilhaften Ausführungsform aus den der Gefäßweitung zugehörigen Signalen mit Kenntnis über den Abstand von Einspeiseelektroden und Messelektroden aus der Pulswellenlaufzeit bestimmt werden. Dazu sind in dieser vorteilhaften Ausführungsform ein erstes Elektrodenpaar zur Einspeisung des Wechselstroms und mindestens ein weiteres Elektrodenpaar zur Messung und Erfassung des eingespeisten Signals erforderlich. Dabei wird die Einspeisung des Wechselstroms am ersten Elektrodenpaar als ein Einspeise- Startsignal für die Laufzeitmessung gewertet, der Durchlauf der Pulswelle durch das zweite Elektrodenpaar erfasst, die Gefäß- bedingte Modulation des Wechselspannungssignals daraus ermittelt und der im demodulierten Signal enthaltene Durchlauf als ein Endsignal für die Laufzeitmessung gewertet. Anschließend wird die Pulswellenlaufzeit mit Bezug auf das Einspeise- Startsignal bestimmt.The pulse wave velocity in this illustrated advantageous embodiment can be determined from the signals associated with the vessel widening with knowledge of the distance between feed electrodes and measuring electrodes from the pulse wave transit time. For this purpose, in this advantageous embodiment, a first pair of electrodes for feeding in the alternating current and at least one further pair of electrodes for measuring and detecting the injected signal is required. In this case, the supply of the alternating current at the first electrode pair is evaluated as a feed start signal for the transit time measurement, the passage of the pulse wave detected by the second pair of electrodes, the vessel-induced modulation of the alternating voltage signal determined therefrom and contained in the demodulated signal run as an end signal for the Travel time measurement evaluated. Then, the pulse wave transit time is determined with reference to the feed start signal.

In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann die Pulswellenlaufzeit auch durch eine Kombinationsauswertung des Wechselspannungssignals und des EKG- Signals ermittelt werden, indem ein markantes und charakteristisches Merkmal des EKG- Signals, vorzugsweise die sogenannte R- Zacke als ein Herzfrequenz- Startsignal für die Pulswellenlaufzeitmessung verwendet wird. Der Durchlauf der Pulswelle wird durch die Elektroden erfasst, die Gefäß- bedingte Modulation des Wechselspannungssignals daraus ermittelt und der im demodulierten Signal enthaltene Durchlauf als ein Endsignal für die Laufzeitmessung gewertet. Anschließend wird die Pulswellenlaufzeit mit Bezug auf das Herzfrequenz-Startsignal bestimmt. Diese alternative vorteilhafte Ausführungsform ermöglicht die Verwendung von nur einem Elektrodenpaar, wodurch die Anordnung am Körper eines Patienten sehr komfortabel und in geringer Baugröße gestaltet werden kann.In an alternative advantageous embodiment, the pulse transit time can also be determined by a combination evaluation of the AC voltage signal and the ECG signal, by a distinctive and characteristic feature the ECG signal, preferably the so-called R-wave is used as a heart rate start signal for the pulse wave transit time measurement. The passage of the pulse wave is detected by the electrodes, the vessel-induced modulation of the alternating voltage signal is determined therefrom and the passage contained in the demodulated signal is evaluated as an end signal for the transit time measurement. Subsequently, the pulse wave transit time is determined with reference to the heart rate start signal. This alternative advantageous embodiment allows the use of only one pair of electrodes, whereby the arrangement on the body of a patient can be made very comfortable and small in size.

Weiter bevorzugt ist als ein Ort der Elektrodenanordnung die Schulter in der Nähe des Schlüsselbeins des Patienten besonders geeignet, da an diesem Ort mögliche Störeinflüsse durch Muskelkontraktionen nur in geringem Maße auftreten.More preferably, the shoulder in the vicinity of the clavicle of the patient is particularly suitable as a location of the electrode assembly, since at this location possible interference by muscle contractions occur only to a small extent.

Die Elektrodenanordnung wird in weiter bevorzugter Weise in einem flexiblen Halteelement gehalten. Dazu eignen sich insbesondere textile Pflaster, die mit einer adhäsiven Haftschicht auf der Haut des Patienten anzubringen sind. Dieses Halteelement enthält dabei die für die Messung von Atmung, Herzfrequenz, EKG und Gefäßweitung mindestens erforderliche Anzahl von zwei Elektroden. Für eine Erfassung der Pulswellenlaufzeit in Kombination der Gefäßweitungsmessung mit der EKG- Messung ist dazu in dem Halteelement mindestens ein Elektrodenpaar erforderlich. Zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeit auf Basis der Gefäßweitungsmessung sind dazu mindestens zwei Elektrodenpaare erforderlich.The electrode arrangement is more preferably held in a flexible holding element. In particular, textile patches which are to be applied with an adhesive adhesive layer on the skin of the patient are suitable for this purpose. In this case, this holding element contains the at least required number of two electrodes for the measurement of respiration, heart rate, ECG and vessel expansion. For detection of the pulse wave transit time in combination of the vessel dilation measurement with the ECG measurement, at least one pair of electrodes is required in the holding element for this purpose. To determine the pulse wave transit time based on the vessel expansion measurement, at least two pairs of electrodes are required for this purpose.

Bei bekanntem Blutdruck stellt die Pulswellengeschwindigkeit ein Maß für die Elastizität des Gefäßes oder, in der Annahme einer unveränderten Gefäßelastizität, ein Maß für den Blutdruck dar.With known blood pressure, the pulse wave velocity is a measure of the elasticity of the vessel or, assuming unchanged vessel elasticity, a measure of the blood pressure.

Dabei stellt die Pulswellengeschwindigkeit, verglichen mit den aus der medizinisch- diagnostischen Blutdruckmessung bekannten zwei Werten, nämlich dem systolischen Blutdruck bei Herz-Kontraktion und dem diastolischen Blutdruck bei Erschlaffung des Herzmuskels, ein Maß für einen arithmetischen Mittelwert des Blutdruck bei unveränderter Gefäßelastizität dar.In this case, the pulse wave velocity represents a measure of an arithmetic mean value of the blood pressure with unchanged vascular elasticity compared with the two values known from the medical-diagnostic blood pressure measurement, namely the systolic blood pressure during cardiac contraction and the diastolic blood pressure during relaxation of the heart muscle.

In einer besonderen Ausführungsform wird die Kalibrierung durch den Anwender, beispielsweise durch das medizinische Personal, mittels der Bedien- und Anzeigeeinheit gestartet und die Phasen der Kalibrierung werden durch die Zustandsmeldungen des Positionssensors im Ablauf gesteuert.In a particular embodiment, the calibration is started by the user, for example by the medical staff, by means of the operating and display unit and the phases of the calibration are controlled by the status messages of the position sensor in the sequence.

In einer weiteren Ausführungsform wird dem Anwender anhand akustischer oder optischer Signalgabe an der Bedieneinheit eine Rückmeldung über die Phasen der Kalibrierung und / oder den Fortschritt der Kalibrierung und/oder das Ende der Kalibrierung und / oder das Resultat der Kalibrierung mitgeteilt. Für den Fall, dass die Kalibrierung im Resultat unvollständig oder fehlerhaft verlaufen ist, wird dem Anwender eine Möglichkeit zur Wiederholung der Kalibrierung angezeigt, welche dann durch Eingabe über die Bedieneinheit erneut vom Anwender gestartet werden kann.In a further embodiment, the user is informed of the phases of the calibration and / or the progress of the calibration and / or the end of the calibration and / or the result of the calibration by means of acoustic or optical signaling on the operating unit. If the result of the calibration is incomplete or erroneous, the user is presented with a possibility to repeat the calibration, which can then be restarted by the user by input via the control unit.

Die akustische Signalgabe kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf Basis unterschiedlicher Einzeltonfolgen, gleichsam eines kurzen Morsetelegramms, gestaltet werden, um den Anwender und den Patienten über den Fortschritt, Beendigung oder die Qualität der Kalibrierung, bzw. zum Wechsel aus der ersten Phase in die zweite Phase der Kalibrierung zu informieren.In a particularly preferred embodiment, the acoustic signaling can be designed on the basis of different individual tone sequences, as it were a short message, to the user and the patient about the progress, termination or quality of the calibration, or to change from the first phase to the second Phase of calibration.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor mit einer Positions- Auswerteeinheit zur Erkennung waagerechter, senkrechter Positionen in Echtzeit verbunden.In a further preferred embodiment, the position sensor is connected to a position evaluation unit for detecting horizontal, vertical positions in real time.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Positions-Auswerteeinheit mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden, um Zustandsmeldungen an einer drahtgebundenen oder drahtlosen Schnittstelle zur Verfügung zu stellen.In a further preferred embodiment, the position evaluation unit is connected to the control and evaluation unit to provide status messages on a wired or wireless interface.

In einer besonderen Variante der bevorzugten Ausführungsform ist die drahtlose Schnittstelle als telemetrische Datenschnittstelle, optische Datenschnittstelle oder induktive Datenschnittstelle ausgeführt.In a particular variant of the preferred embodiment, the wireless interface is designed as a telemetric data interface, optical data interface or inductive data interface.

In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist eine Messanordnung, bestehend aus mindestens zwei Elektroden, einer Steuer- und Auswerteeinheit, die mit den mindestens zwei Elektroden in einer elektrischen Verbindung stehen, einem Positionssensor, einer Positions-Auswerteeinheit, einem Datenspeicher, einer Energieversorgungseinheit, einer Datenschnittstelle, kombiniert als eine Einheit in einem Halteelement angeordnet. Die Bedien- und Auswerteeinheit ist über die Datenschnittstelle drahtlos oder drahtgebunden mit der Messanordnung in dem Halteelement verbunden.In a further particular embodiment, a measuring arrangement, comprising at least two electrodes, a control and evaluation unit, which are in electrical connection with the at least two electrodes, a position sensor, a position evaluation unit, a data memory, a power supply unit, a data interface, combined as a unit arranged in a holding element. The operating and evaluation unit is connected via the data interface wirelessly or by wire with the measuring arrangement in the holding element.

Dabei werden von der Steuer- und Auswerteeinheit über die drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle, EKG- Signale, Herzfrequenz, Atemfrequenz und Blutdruckmesswerte der Bedien- und Anzeigeeinheit zur Verfügung stellt.In this case, the control and evaluation unit makes available via the wired or wireless interface, ECG signals, heart rate, respiratory rate and blood pressure measured values of the operating and display unit.

In einer besonderen Variante der weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die drahtlose Schnittstelle als telemetrische Datenschnittstelle, optische Datenschnittstelle oder induktive Datenschnittstelle ausgeführt.In a particular variant of the further preferred embodiment, the wireless interface is a telemetric data interface, optical data interface or inductive data interface.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bedieneinheit über die drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle mit dem Halteelement und der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden.In a further preferred embodiment, the operating unit is connected to the holding element and the control and evaluation unit via the wired or wireless interface.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor als Beschleunigungssensor ausgebildet.In a preferred embodiment, the position sensor is designed as an acceleration sensor.

Beschleunigungssensoren werten auf unterschiedliche Weise das Erdmagnetfeld aus. Das kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, zum Beispiel über 3-Achsen- Messelemente als integrierte Bauelemente. Die Lage im Raum wird dabei durch Biegebalken, Dehnungsmessstreifen, induktive oder kapazitive Elemente erfasst. Andere integrierte Beschleunigungssensoren werten thermische Effekte aus, einfachste Sensoren verwenden bewegliche Elemente, beispielsweise kugelförmige Körper in einem Führungselement, um Lageänderungen zu erkennen. Dies wird beispielsweise bei Blutdruckmessgeräten, welche am Handgelenk den Blutdruck erfassen sollen verwendet, um dem Anwender anzuzeigen, dass er das Handgelenk korrekt auf Herzhöhe in die Messposition gebracht hatte, oder nicht.Acceleration sensors evaluate the earth's magnetic field in different ways. This can be done in different ways, for example via 3-axis measuring elements as integrated components. The position in the room is detected by bending beams, strain gauges, inductive or capacitive elements. Other integrated acceleration sensors evaluate thermal effects, and simplest sensors use moving elements, such as spherical bodies in a guide element, to detect changes in position. This is used, for example, in blood pressure monitors, which are intended to detect the blood pressure on the wrist, in order to indicate to the user that he had brought the wrist correctly at heart level into the measuring position or not.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor mit der Positions- Auswerteeinheit und Steuer- und Auswerteeinheit zusätzlich ausgebildet, plötzliche Lageveränderungen des Patienten, wie sie beispielsweise bei einem Sturz auftreten können, zu erkennen und auszuwerten.In a preferred embodiment, the position sensor with the position evaluation unit and control and evaluation unit is additionally designed to detect and evaluate sudden changes in position of the patient, as can occur, for example, during a fall.

Weiter bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, erkannte plötzliche Lageänderungen des Patienten in Form einer Alarmmeldung an der Datenschnittstelle zur Verfügung zu stellen und auszugeben.Further preferably, the control and evaluation unit is designed to provide and output detected sudden changes in position of the patient in the form of an alarm message at the data interface.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, über die Datenschnittstelle eine Beatmungsinformation von einem Beatmungsgerät zu übernehmen und mit der mittels der Elektro- Impedanz- Plethysmographie ermittelten Atemfrequenz zu vergleichen.In a further preferred embodiment, the control and evaluation unit is designed to take over the data interface ventilation information from a ventilator and to compare with the determined by means of the electro-impedance plethysmography respiratory rate.

In einer besonderen Variante dieser weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die erfassten Daten mit Hilfe der Beatmungsinformation des Beatmungsgerätes in der Weise zu filtern, dass der Atemfrequenz zugehörige Signalanteile aus den erfassten Daten entfernt werden, um Herzfrequenz, Atemfrequenz und Pulswellenlaufzeit voneinander mit hoher Trennschärfe zu separieren.In a particular variant of this further preferred embodiment, the control and evaluation unit is designed to filter the acquired data using the ventilation information of the ventilator in such a way that the respiratory rate associated signal components are removed from the acquired data to heart rate, respiratory rate and pulse transit time to separate from each other with high selectivity.

Zur Filterung und Entfernung von der Atemfrequenz zugehörigen Signalanteilen mit Unterstützung durch die Beatmungsinformation sind die zuvor genannten Ausführungsformen der Signalverarbeitung:

Fourier- Transformations- Verfahren (DFT, FFT),
Korrelationsverfahren (Autokorrelation, Muster- Korrelation, Störsignal-Korrelation), Lock-In- Verfahren und durchstimmbare Filter in vorteilhafter Weise geeignet.

For filtering and removal of the respiratory rate associated signal components with the assistance of the ventilation information are the aforementioned embodiments of the signal processing:

Fourier transformation method (DFT, FFT),
Correlation method (autocorrelation, pattern correlation, interference signal correlation), lock-in method and tunable filter advantageously suitable.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand zugehöriger Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment and with reference to associated figures.

Die Figuren zeigen:

1: ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Messanordnung zur Bestimmung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Pulswellenlaufzeit und des mittleren Blutdrucks;
2: ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Messanordnung zur Bestimmung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Pulswellenlaufzeit und des mittleren Blutdrucks;
3: einen schematischen Ablauf zur Kalibrierung der ersten oder zweiten Messanordnung gegen eine unabhängige Blutdruckmessung.

The figures show:

1 a schematic block diagram of a first measuring arrangement for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure;
2 a schematic block diagram of a second measuring arrangement for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure;
3 : A schematic sequence for the calibration of the first or second measuring arrangement against an independent blood pressure measurement.

In der 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Messanordnung 1 und einer Bedien- und Anzeigeeinheit 26 zur Bestimmung einer Herzfrequenz, einer Atemfrequenz, einer Pulswellenlaufzeit 63 und eines mittleren Blutdrucks in einem Halteelement 2 in Verbindung mit einem Beatmungsgerät 28 dargestellt.In the 1 is a schematic block diagram of a first measuring device 1 and a control and display unit 26 for determining a heart rate, a respiratory rate, a pulse transit time 63 and a mean blood pressure in a holding member 2 shown in conjunction with a ventilator 28.

Die Messanordnung 1 besteht aus einer Steuer- und Auswerteeinheit 4, einer Datenschnittstelle 18, einem Datenspeicher 22, einem ersten Elektrodenpaar 6, einem zweiten Elektrodenpaar 8, einem Positionssensor 10, einer Positions- Auswerteeinheit 24, sowie einer Energieversorgungseinheit 20 zur Versorgung der Steuer- und Auswerteeinheit 4, der Positions-Auswerteeinheit 24, der Datenschnittstelle 18 und des Positionssensors 10.The measuring arrangement 1 consists of a control and evaluation unit 4 , a data interface 18, a data memory 22 , a first pair of electrodes 6 , a second pair of electrodes 8th , a position sensor 10 , a position evaluation unit 24 , as well as a power supply unit 20 to supply the control and evaluation unit 4 , the position evaluation unit 24, the data interface 18 and the position sensor 10 ,

In der Steuer- und Auswerteeinheit 4 sind eine Wechselstromquelle 14 und eine Signalerfassungseinheit 16 angeordnet. Die Steuer und Auswerteeinheit 4 ist mit der Datenschnittstelle 18, der Energieversorgungseinheit 20, der Positions- Auswerteeinheit 24 und dem Datenspeicher 22 verbunden.In the control and evaluation unit 4 are an AC source 14 and a signal detection unit 16 arranged. The control and evaluation unit 4 is with the data interface 18 , the energy supply unit 20 , the position evaluation unit 24 and the data store 22 connected.

Die Wechselstromquelle 14 ist über Elektrodenzuleitungen 12 mit dem ersten Elektrodenpaar 6 verbunden.The AC power source 14 is via electrode leads 12 connected to the first pair of electrodes 6.

Die Signalerfassungseinheit 16 ist über Elektrodenzuleitungen 12 mit dem zweiten Elektrodenpaar 8 verbunden. The signal acquisition unit 16 is via electrode leads 12 with the second electrode pair 8th connected.

An dem ersten Elektrodenpaar 6 wird über die Elektrodenzuleitungen 12 ein Wechselstrom in die Körperoberfläche eines Patienten eingespeist.At the first electrode pair 6 is via the electrode leads 12 an alternating current is injected into the body surface of a patient.

An dem zweiten Elektrodenpaar 8 wird über die Signalerfassungseinheit 16 ein Spannungssignal erfasst und daraus in der Steuer- und Auswerteeinheit 4 ein Impedanzsignal ermittelt.At the second pair of electrodes 8th is via the signal acquisition unit 16 a voltage signal detected and therefrom in the control and evaluation 4 an impedance signal determined.

Aus dem Impedanzsignal wird eine aktuelle Pulswellenlaufzeit 63 zwischen dem Zeitpunkt der Wechselstromeinspeisung am ersten Elektrodenpaar 6 und der Signalerfassung am zweiten Elektrodenpaar 8 bestimmt.The impedance signal becomes an actual pulse wave transit time 63 between the time of AC supply to the first pair of electrodes 6 and the signal detection on the second pair of electrodes 8th certainly.

Zusätzlich wird aus der am zweiten Elektrodenpaar 8 erfassten Signalform in der Steuer- und Auswerteeinheit 4 ein Atemfrequenzsignal und ein Herzfrequenzsignal ermittelt.In addition, from the second pair of electrodes 8th detected signal form in the control and evaluation unit 4 a respiratory rate signal and a heart rate signal determined.

Der Positionssensor 10 wird von der Positions- Auswerteeinheit 24 abgefragt. In der Positions- Auswerteeinheit 24 wird eine aktuelle Positionsinformation 56 ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit 4 übergeben.The position sensor 10 is from the position evaluation unit 24 queried. In the position evaluation unit 24 a current position information 56 is determined and sent to the control and evaluation unit 4 to hand over.

Die aktuelle Positionsinformation 56 enthält eine aktuelle Information darüber, ob der sich der Oberkörper eines Patienten in einer aufrechten oder einer nicht- aufrechten Lage befindet.The current position information 56 contains up-to-date information as to whether the upper body of a patient is in an upright or a non-upright position.

In der Steuer- und Auswerteeinheit 4 wird aus der aktuellen Pulswellenlaufzeit 63, der aktuellen Positionsinformation 56 in Kombination mit einem in dem Datenspeicher 22 enthaltenen Kalibrierdatensatz 44 ein mittlerer Blutdruck 40 des Patienten bestimmt.In the control and evaluation unit 4 becomes the current pulse wave transit time 63, the current position information 56 in combination with one in the data store 22 contained calibration record 44 a mean blood pressure 40 determined by the patient.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 4 stellt den mittleren Blutdruck 40, die Herzfrequenz und die Atemfrequenz an der Datenschnittstelle 18 zur Verfügung. Die Datenschnittstelle 18 ist mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 26 verbunden, an der der mittlere Blutdruck 40, die Herzfrequenz und die Atemfrequenz zur Anzeige gebracht werden. Weiterhin ist das Beatmungsgerät 28 über die Datenschnittstelle 18 mit der Steuer- und Auswerteeinheit 4 verbunden.The control and evaluation unit 4 represents the mean blood pressure 40 , heart rate and respiratory rate at the data interface 18 to disposal. The data interface 18 is with a control and display unit 26 connected to the the mean blood pressure 40 , the heart rate and the respiratory rate are displayed. Furthermore, the ventilator 28 is via the data interface 18 connected to the control and evaluation unit 4.

Das Beatmungsgerät 28 übergibt eine Beatmungsinformation 29, wie beispielsweise die Atemfrequenz, an die Steuer- und Auswerteeinheit 4.The ventilator 28 hands over a ventilation information 29 , such as the respiratory rate, to the control and evaluation unit 4 ,

Mit Hilfe der Beatmungsinformation 29 lassen sich der Atemfrequenz zugehörige Signalanteile durch Filterung der am zweiten Elektrodenpaar 8 erfassten Signalform entfernen, so dass eine trennscharfe Separation von Pulswellenlaufzeit (63), Atemfrequenzsignal und Herzfrequenzsignal vorgenommen werden kann.With the help of the ventilation information 29 let the respiratory rate associated signal components by filtering the on the second electrode pair 8th remove detected waveform so that a selective separation of pulse wave transit time ( 63 ), Respiratory rate signal and heart rate signal can be made.

In der 2 ist ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Messanordnung 11 und einer Bedien- und Anzeigeeinheit 26 zur Bestimmung einer Herzfrequenz, einer Atemfrequenz, einer Pulswellenlaufzeit 63 und des mittleren Blutdrucks dargestellt.In the 2 is a schematic block diagram of a second measuring arrangement 11 and a control and display unit 26 for determining a heart rate, a respiratory rate, a pulse wave transit time 63 and the mean blood pressure.

Die Messanordnung 11 besteht aus einer Steuer- und Auswerteeinheit 4, einer Datenschnittstelle 18, einem Datenspeicher 22, einem ersten Elektrodenpaar 6, einem Positionssensor 10, einer Positions-Auswerteeinheit 24, sowie einer Energieversorgungseinheit 20 zur Versorgung der Steuer- und Auswerteeinheit 4, der Positions-Auswerteeinheit 24, der Datenschnittstelle 18 und des Positionssensors 10. In der Steuer- und Auswerteeinheit 4 sind eine Wechselstromquelle 14 und eine Signalerfassungseinheit 16 angeordnet. Die Steuer und Auswerteeinheit 4 ist mit der Datenschnittstelle 18, der Energieversorgungseinheit 20, der Positions- Auswerteeinheit 24 und dem Datenspeicher 22 verbunden.The measuring arrangement 11 consists of a control and evaluation unit 4 , a data interface 18 , a data store 22 , a first electrode pair 6, a position sensor 10 a position evaluation unit 24, as well as a power supply unit 20 to supply the control and evaluation unit 4 , the position evaluation unit 24, the data interface 18 and the position sensor 10 , In the control and evaluation unit 4 are an AC source 14 and a signal detection unit 16 arranged. The control and evaluation unit 4 is with the data interface 18 , the energy supply unit 20 , the position evaluation unit 24 and the data store 22 connected.

Die Signalerfassungseinheit 16 ist innerhalb der Steuer- und Auswerteinheit mit der Wechselstromquelle 14 verbunden.The signal acquisition unit 16 is within the control and evaluation unit with the AC power source 14 connected.

An dem ersten Elektrodenpaar 6 wird über die Elektrodenzuleitungen 12 ein Wechselstrom in die Körperoberfläche eines Patienten eingespeist. Über die Elektrodenzuleitungen erfasst die Signalerfassungseinheit 16 ein Spannungssignal vom ersten Elektrodenpaar. Aus dem Spannungssignal wird in der Steuer- und Auswerteeinheit 4 ein Impedanzsignal ermittelt.At the first electrode pair 6 is via the electrode leads 12 an alternating current is injected into the body surface of a patient. About the electrode leads detects the signal detection unit 16 a voltage signal from the first electrode pair. From the voltage signal is in the control and evaluation 4 an impedance signal determined.

Aus der am ersten Elektrodenpaar 6 erfassten Signalform wird in der Steuer- und Auswerteeinheit 4 zusätzlich ein Atemfrequenzsignal und ein Herzfrequenzsignal ermittelt.From the first pair of electrodes 6 detected waveform is in the control and evaluation 4 additionally determines a respiratory rate signal and a heart rate signal.

Aus dem Herzfrequenzsignal wird als ein markantes und charakteristisches Merkmal die sogenannte R- Zacke als ein Herzfrequenz- Startsignal verwendet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 4 ermittelt aus dem zeitlichen Unterschied zwischen dem Herzfrequenz- Startsignal und dem Durchlauf der Pulswelle am ersten Elektrodenpaar 6 die aktuelle Pulswellenlaufzeit 63.From the heart rate signal, the so-called R wave is used as a distinctive and characteristic feature as a heart rate start signal. The control and evaluation unit 4 determined from the time difference between the heart rate start signal and the passage of the pulse wave at the first pair of electrodes 6 the current pulse wave transit time 63 ,

Der Positionssensor 10 wird von der Positions- Auswerteeinheit 24 abgefragt. In der Positions- Auswerteeinheit 24 wird eine Aktuelle Positionsinformation 56 ermittelt und an die Steuer- und Auswerteeinheit 4 übergeben.The position sensor 10 is from the position evaluation unit 24 queried. In the position evaluation unit 24 becomes a current one Position information 56 determined and to the control and evaluation 4 to hand over.

In der Steuer- und Auswerteeinheit 4 wird aus der aktuellen Pulswellenlaufzeit 63, der aktuellen Positionsinformation 56 in Kombination mit einem in dem Datenspeicher 22 enthaltenen Kalibrierdatensatz 44 ein mittlerer Blutdruck 40 eines Patienten bestimmt.In the control and evaluation unit 4 becomes the current pulse wave transit time 63, the current position information 56 in combination with one in the data store 22 contained calibration record 44 a mean blood pressure 40 of a patient.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 4 stellt den mittleren Blutdruck 40, die Herzfrequenz und die Atemfrequenz an der Datenschnittstelle 18 zur Verfügung. Die Datenschnittstelle 18 ist mit einer Bedien- und Anzeigeeinheit 26 verbunden, an der der mittlere Blutdruck 40, die Herzfrequenz und die Atemfrequenz zur Anzeige gebracht werden.The control and evaluation unit 4 represents the mean blood pressure 40 , heart rate and respiratory rate at the data interface 18 to disposal. The data interface 18 is with a control and display unit 26 connected to the the mean blood pressure 40 , the heart rate and the respiratory rate are displayed.

In der 3 ist schematisch ein Ablauf einer Kalibrierung einer Messanordnung 100 am Patienten gegen einen durch eine mit einem unabhängigen Blutdruckmessgerät 30 am Oberarm 60 des Patienten 50 ermittelten Blutdruckmesswert 40 dargestellt.In the 3 schematically is a sequence of a calibration of a measuring device 100 on the patient against one by a with an independent sphygmomanometer 30 on the upper arm 60 of the patient 50 determined blood pressure reading 40 shown.

Neben dem eigentlichen Ablauf der Kalibrierung ist in dieser 3 die jeweilige Lage 54, 55 des Oberkörpers des Patienten 50 für die einzelnen Kalibrierschritte schematisch angedeutet.In addition to the actual sequence of calibration is in this 3 the particular situation 54 . 55 of the upper body of the patient 50 indicated schematically for the individual calibration steps.

Die Messanordnung 100 entspricht im Aufbau und den enthaltenen Komponenten der Messanordnung 1 nach 1 oder der Messanordnung 11 nach 2. Die enthaltenen Komponenten der Messanordnung 100 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht einzeln dargestellt und beziffert. Die Datenschnittstelle 18 (1, 2) ist in dieser Messanordnung 100 als telemetrische Datenschnittstelle 88 drahtlos ausgeführt. Die Bedien- und Anzeigeeinheit 26 ist in dieser Messanordnung 100 mit einer telemetrischen Datenschnittstelle 99 ausgestattet, sodass die Messanordnung 100 auf drahtlose Weise mit der Bedien- und Anzeigeeinheit 26 Daten austauscht. Das unabhängige Blutdruckmessgerät 30 ist als oszillatorisches Blutdruckmessgerät ausgeführt und misst über eine Manschette 35 am Oberarm 60 den Blutdruck des Patienten 50. Die Manschette 35 ist mit dem Blutdruckmessgerät 30 durch einen luftführenden Blutdruckmanschettenschlauch 36 verbunden. Das Blutdruckmessgerät 30 pumpt über diesen Blutdruckmanschettenschlauch 36 unterschiedliche Luftmengen in die Manschette 35 und erreicht damit unterschiedliche Druckniveaus am Oberarm 60 des Patienten 50. Es werden unterschiedliche Druckniveaus vom Blutdruckmessgerät 30 angefahren, um den systolischen und den diastolischen Blutdruck zu messen. Aus dem systolischen und dem diastolischen Blutdruck wird ein Blutdruckmesswert 40, z.B. durch Bildung eines arithmetischen Mittelwerts, ermittelt.The measuring arrangement 100 corresponds in structure and contained components of the measuring arrangement 1 to 1 or the measuring arrangement 11 to 2 , The included components of the measuring arrangement 100 are not shown individually and numbered for reasons of clarity. The data interface 18 ( 1 . 2 ) is in this measuring arrangement 100 as a telemetric data interface 88 wirelessly executed. The operating and display unit 26 is in this measuring arrangement 100 equipped with a telemetric data interface 99, so the measuring arrangement 100 in a wireless way with the control and display unit 26 Exchanges data. The independent blood pressure monitor 30 is designed as an oscillatory sphygmomanometer and measures over a cuff 35 on the upper arm 60 the blood pressure of the patient 50 , The cuff 35 is connected to the sphygmomanometer 30 through an air-bearing blood pressure cuff tube 36. The sphygmomanometer 30 pumps over this blood pressure cuff tube 36 different amounts of air in the cuff 35 and thus achieves different pressure levels on the upper arm 60 of the patient 50 , There are different pressure levels from the sphygmomanometer 30 approached to measure systolic and diastolic blood pressure. The systolic and diastolic blood pressure becomes a blood pressure reading 40 , eg by forming an arithmetic mean.

Der Ablauf der Kalibrierung der Messanordnung 100 vollzieht sich in einer Abfolge von vier Schritten 31, 32, 33, 34.The sequence of calibration of the measuring arrangement 100 takes place in a sequence of four steps 31 . 32 . 33 . 34 ,

Im ersten und im zweiten Schritt 31, 32 des Ablaufs befindet sich der Oberkörper der Patienten 50 in einer aufrechten Position 54. Im dritten Schritt 33 befindet sich der Oberkörper des Patienten 50 in einer nichtaufrechten Position 55. Im vierten Schritt 34 ist die Position des Oberkörpers des Patienten 50 beliebig.In the first and in the second step 31 . 32 the process is the upper body of the patient 50 in an upright position 54 , In the third step 33 is the upper body of the patient 50 in a non-upright position 55 , In the fourth step 34 is the position of the upper body of the patient 50 any.

In einem ersten Schritt 31 wird in einer aufrechten Position 54 des Patienten 50 über das unabhängige Blutdruckmessgerät 30 mittels einer Manschette 35 am Oberarm 60 des Patienten 50 ein mittlerer Blutdruckmesswert 40 gemessen, darauf folgend wird durch die Bedien- und Ausgabeeinheit 26 die Kalibrierung dadurch gestartet, dass eine erste Positionsinformation 51 durch den Positionssensor (1, 2) und die Positions- Auswerteeinheit 24 (1, 2) erfasst wird, von der die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1, 2) ausgewertet wird und anschließend als ein erster Kalibrierdatensatz 41 in einem Datenspeicher 22 gespeichert wird.In a first step 31 will be in an upright position 54 of the patient 50 via the independent blood pressure monitor 30 by means of a cuff 35 on the upper arm 60 of the patient 50 a mean blood pressure reading 40 subsequently measured by the operating and output unit 26 the calibration is started by a first position information 51 through the position sensor ( 1 . 2 ) and the position evaluation unit 24 ( 1 . 2 ), from which the control and evaluation unit 4 ( 1 . 2 ) is evaluated and then as a first calibration record 41 in a data memory 22 is stored.

In einem zweiten Schritt 32 wird durch die Bedien- und Ausgabeeinheit 26 die Kalibrierung derart fortgesetzt, dass in einer aufrechten Position 54 des Patienten 50 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1,2) eine erste Pulswellenlaufzeit 61 ermittelt wird und eine zweite Positionsinformation 52 durch den Positionssensor (1, 2) und die Positions- Auswerteeinheit 24 (1, 2) erfasst wird, von der die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1, 2) ausgewertet wird und als ein zweiter Kalibrierdatensatz 42 in dem Datenspeicher 22 gespeichert wird.In a second step 32 is through the control and output unit 26 the calibration continues in such a way that in an upright position 54 the patient 50 through the control and evaluation 4 ( 1 . 2 ) a first pulse wave transit time 61 is determined and a second position information 52 by the position sensor ( 1 . 2 ) and the position evaluation unit 24 ( 1 . 2 ), from which the control and evaluation unit 4 ( 1 . 2 ) and as a second calibration data set 42 in the data memory 22 is stored.

In einem dritten Schritt 33 wird durch die Bedien- und Ausgabeeinheit 26 die Kalibrierung im Ablauf fortgesetzt, dass in einer nicht- aufrechten Position 55 des Patienten 50 durch die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1,2) eine zweite Pulswellenlaufzeit 62 ermittelt wird eine dritte Positionsinformation 53 durch den Positionssensor 10 (1, 2) und die Positions-Auswerteeinheit 24 (1, 2) erfasst wird, von der die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1, 2) ausgewertet wird und als ein dritter Kalibrierdatensatz 43 im Datenspeicher 22 gespeichert wird.In a third step 33 is through the control and output unit 26 the calibration continues in the expiration that in a non-upright position 55 of the patient 50 through the control and evaluation unit 4 ( 1 . 2 ) a second pulse wave transit time 62 a third position information is determined 53 through the position sensor 10 ( 1 . 2 ) and the position evaluation unit 24 (FIG. 1 . 2 ), from which the control and evaluation unit 4 ( 1 . 2 ) and as a third calibration data set 43 in the data memory 22 is stored.

In einem vierten Schritt 34 wird durch die Bedien- und Ausgabeeinheit 26 die Kalibrierung damit abgeschlossen, dass durch die Steuer- und Auswerteeinheit 4 (1, 2) aus dem ersten, zweiten und dritten Kalibrierdatensatz 41, 42, 43 eine Zuordnung aus dem mittlerem Blutdruckmesswert 40, den Positionsinformationen 51, 52, 53 und der ersten und der zweiten Pulswellenlaufzeit 61, 62 vorgenommen wird und als ein vierter Kalibrierdatensatz 44 im Datenspeicher 22 abgelegt wird. In a fourth step 34 is through the control and output unit 26 the calibration is completed by the control and evaluation unit 4 ( 1 . 2 ) from the first, second and third calibration data 41, 42, 43, an assignment from the average blood pressure reading 40, the position information 51 . 52 . 53 and the first and second pulse wave transit times 61 . 62 and as a fourth calibration record 44 in the data store 22 is filed.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: erste Messanordnungfirst measuring arrangement
22: Halteelementretaining element
44: Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
66: erstes Elektrodenpaarfirst electrode pair
88th: zweites Elektrodenpaarsecond pair of electrodes
1010: Positionssensorposition sensor
1111: zweite Messanordnungsecond measuring arrangement
1212: Elektrodenzuleitungenelectrode leads
1414: WechselstromquelleAC power source
1616: SignalerfassungseinheitSignal detection unit
1818: DatenschnittstelleData Interface
2020: EnergieversorgungseinheitPower supply unit
2222: Datenspeicherdata storage
2424: PositionsauswerteeinheitPositionsauswerteeinheit
2626: Bedien- und AnzeigeeinheitOperating and display unit
2828: Beatmungsgerätventilator
2929: Beatmungsinformationventilation information
3030: BlutdruckmessgerätBlood Pressure Monitor
3131: erster Schrittfirst step
3232: zweiter Schrittsecond step
3333: dritter SchrittThird step
3434: vierter Schrittfourth step
3535: Manschettecuff
3636: BlutdruckmanschettenschlauchBlood pressure cuff tubing
4040: BlutdruckmesswertBlood pressure reading
4141: erster Kalibrierdatensatzfirst calibration data set
4242: zweiter Kalibrierdatensatzsecond calibration data set
4343: dritter Kalibrierdatensatzthird calibration data set
4444: vierter Kalibrierdatensatzfourth calibration data set
5050: Patientpatient
5151: erste Positionsinformationfirst position information
5252: zweite Positionsinformationsecond position information
5353: dritte Positionsinformationthird position information
5454: sitzende Position des Patienten, aufrechter Oberkörpersitting position of the patient, upright upper body
5555: liegende Position des Patienten, nicht aufrechter Oberkörperlying position of the patient, not upright upper body
5656: aktuelle Positionsinformationcurrent position information
6060: Oberarm des PatientenUpper arm of the patient
6161: erste Pulswellenlaufzeitfirst pulse wave transit time
6262: zweite Pulswellenlaufzeitsecond pulse wave transit time
6363: aktuelle Pulswellenlaufzeitcurrent pulse wave transit time
88, 9988, 99: telemetrische Datenschnittstellentelemetric data interfaces
100100: Messanordnung am PatientenMeasuring arrangement on the patient

Claims

Method for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient (50) by means of electroimpedance plethysmography, comprising a control and evaluation unit (4) containing an alternating current source (14) and a signal evaluation unit (16), an operating and display unit (26), a data memory (22), a data interface (18) and with a holding element (2), comprising a power supply unit, at least two electrodes (6), a position evaluation unit (24) and a position sensor ( 10), wherein the at least two electrodes (6) are connected to the body surface of the patient (50), wherein the at least two electrodes (6) are connected to the control and evaluation unit (4), wherein the control and evaluation unit (4 is prepared to conduct an alternating current through the body, wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to a measure of an electrical impedance between the mi At least two electrodes (6) to be detected, wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to record and evaluate the detected values for the measure of impedance as a time course, from a temporal waveform of the heart rate and a temporal waveform of Determine respiratory rate and determine a current pulse transit time (63) of the patient (50) in such a way that a characteristic signal portion from the time waveform of the heart rate serves as a start signal for measuring the pulse wave transit time (63), and wherein a position sensor (10) and a position evaluation unit (24) disposed in the support member (2) and configured to distinguish an upright position of the upper body (54) of a patient (50) from a non-upright position of the upper body (55) of a patient (50) and to output as a current position information (56), wherein the control and evaluation unit (4) is prepared from d he current position information (56), the current pulse wave transit time (63) and a calibration data set (44) a mean blood pressure of the To determine patients (50) and output via the data interface (18) to the operating and display unit (26), wherein for determining the at least one calibration record (44) • in a first step (31) in an upright position (54) of Patients (50) in an upright position of the patient (50) a mean blood pressure reading (40) by a sphygmomanometer (30) is detected and a first position information (51) by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) is detected and stored as a first calibration data record (41) in the data memory (22), • in a second step (32) in an upright position (54) of the patient (50) a first pulse wave transit time (61) is determined and a second position information ( 52) is detected by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) and stored as a second calibration data record (42) in the data memory (22), in a third step (33) in a non-upright position (55) of the patient (50) a second pulse wave transit time (62) is determined and third position information (53) is detected by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) and as a third calibration data set (43) is stored in the data memory (22) • and in a fourth step (34) by the control and evaluation unit (4) from the first, second and third calibration data set (41, 42, 43) an assignment from the mean blood pressure reading (40), the position information (51, 52, 53) and the first and the second pulse wave transit time (61, 62) is made and stored as a fourth calibration record (44) in the data memory (22).

Method for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient (50) by means of electro-impedance plethysmography, comprising a control and evaluation unit (4) containing an alternating current source (14) and a signal evaluation unit (16), an operating and display unit (26), a data memory (22), a data interface (18) and a holding element (2) containing a power supply unit, at least one first and at least a second pair of electrodes (6, 8), a position - Evaluation unit (24) and a position sensor (10), wherein the at least two pairs of electrodes (6, 8) are connected to the body surface of the patient (50), wherein the at least two pairs of electrodes (6, 8) with the control - And evaluation unit (4) are connected, wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to conduct an alternating current through the body, wherein the control and evaluation unit (4) to vo vo is prepared to detect a measure of an electrical impedance between the at least two pairs of electrodes (6, 8), wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to record the detected values for the measure of the impedance as a time course and to evaluate it to determine a temporal waveform of the heart rate and a temporal waveform of the respiratory rate and to determine a current pulse transit time (63) of the patient (50) from a time difference of a start signal and an end signal such that the supply of the alternating current the first electrode pair (6) serves as the start signal of the pulse wave transit time (63) and the detection of the pulse wave at the second electrode pair (8) as the end signal of the pulse wave transit time (63) and wherein a position sensor (10) and a position evaluation unit (24) in the holding element (2) are arranged and formed, an upright position of the upper body (54) of a patient n (50) from a non-upright position of the upper body (55) of a patient (50) and output as a current position information (56), wherein the control and evaluation unit (4) is prepared from the current position information ( 56) and the current pulse wave transit time (63) and a calibration data set (44) to determine a mean blood pressure of the patient (50) and output via the data interface (18) to the operating and display unit (26), wherein for determining the at least one calibration data record (44) In a first step (31) in an upright position (54) of the patient (50) in an upright position of the patient (50) a mean blood pressure reading (40) is detected by a sphygmomanometer (30) and a first position information (51) is detected by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) and stored as a first calibration data record (41) in the data memory (22), • in a second step (32) in an upright position (54) of the patient (50) a first pulse wave transit time (61) is determined and a second position information (52) by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24) detected is stored in the data memory (22) as a second calibration data set (42), • in a third step (33) in a non-upright position (55) of the patient (50) a second pulse wave transit time (62) is determined and a third position information (53) by the position sensor (10) and the position evaluation unit (24 ) and stored as a third calibration data set (43) in the data memory (22) And in a fourth step (34) by the control and evaluation unit (4) from the first, second and third calibration data record (41, 42, 43) an assignment from the mean blood pressure measured value (40), the position information (51, 52, 53) and the first and the second pulse wave transit time (61, 62) is performed and stored as a fourth calibration record (44) in the data memory (22).

Method according to one of the preceding claims, wherein the control and evaluation unit (4) is adapted to take over the data interface (18) a ventilation information (29) from a ventilator (28) and with the determined by means of the electro-impedance plethysmography Compare data and the data determined by the electro-impedance plethysmography using the ventilation information (29) in such a way that the respiratory rate associated signal components are removed from the acquired data to heart rate, respiratory rate and pulse wave transit time (61, 62, 63) from each other to separate.

Device for carrying out the method for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient (50) by means of electro-impedance plethysmography Claim 1 or after Claim 2 with a measuring arrangement (1, 11) arranged in a holding element (2), containing a plurality of electrodes (6, 8) connected to the body surface of the patient (50) via electrode leads (12), a control and evaluation unit (4) an AC power source (14), a signal evaluation unit (16), an operating and display unit (26), a data memory (22), a data interface (18), a position evaluation unit, a power supply unit (20), a position sensor (10) with a control and display unit (26) connected to the measuring arrangement (1, 11), wherein the position evaluation unit (24) in conjunction with the position sensor (10) is designed and prepared for the horizontal or vertical position of the upper body of the Recognize patient (50) and the upright (54) differ from the non-upright (55) position of the upper body of the patient (50), wherein the control and evaluation unit (4) is prepared to an alternating current through the Conduct body and detect a measure of the impedance between at least two electrodes (6, 8), record and evaluate the detected values of impedance as a function of time to derive heart rate, respiratory rate, pulse wave transit time (61, 62 , 63) and to determine the mean blood pressure of the patient (50).

Device after Claim 4 wherein the position sensor (10) is designed as an acceleration sensor.

Device according to one of Claims 4 to 5 wherein the measuring arrangement (1,11) via a data interface (18) with an operating and display unit (26) is connected and the data interface (18) and the control and display unit (26) are formed, wireless or wired data with the Control and evaluation unit (4) to exchange to make a calibration of the measuring arrangement (11, 1) and to display the mean blood pressure (40) and / or the respiratory rate and / or the heart rate at the control and display unit (26).

Device according to one of Claims 4 to 6 , wherein the position sensor (10) with the position evaluation unit (24) and with the control and evaluation unit (4) is adapted to detect sudden changes in position of the patient (50).

Device after Claim 7 , wherein the control and evaluation unit (4) is adapted to provide and output sudden changes in position of the patient (50) in the form of an alarm message on the data interface (22).