DE102011056489A1

DE102011056489A1 - Adaptive Zeitbereichsfilterung zur Verbesserung der Blutdruckeinschätzung

Info

Publication number: DE102011056489A1
Application number: DE102011056489A
Authority: DE
Inventors: Lawrence T. Hersh
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-06-21
Also published as: JP2012125576A; US20120157791A1; CN102579024A

Abstract

Ein System (10) und Verfahren ist auf die Verarbeitung eines Manschettendruckkurvenverlaufs gerichtet, um den Blutdruck eines Patienten (14) zu ermitteln. Eine Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung (32) akquiriert die Herzfrequenz des Patienten. Auf der Grundlage der akquirierten Herzfrequenz wählt das System Filterparameter aus, um den von dem Patienten her aufgenommenen Manschettendruckkurvenverlauf zu verarbeiten. Die Filterparameter beinhalten eine Hochpass-Eckfrequenz und eine Tiefpass-Eckfrequenz, die auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ermittelt werden. Die Tiefpass-Eckfrequenz ist auf einer harmonischen Frequenz der Herzfrequenz begründet, während die Hochpass-Eckfrequenz auf der Grundfrequenz der Herzfrequenz begründet ist. Die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen werden verwendet, um Filterkoeffizienten auszuwählen. Die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen werden auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ausgewählt, so dass die Filterung in Abhängigkeit von der Herzfrequenz des Patienten angepasst wird.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein das Gebiet nichtinvasiver, Blutdrucküberwachung. Spezieller betrifft die vorliegende Beschreibung ein Verfahren und System zum Filtern eines Manschettendruckkurvenverlaufs von einem Patienten in der Zeitdomäne unter Verwendung von Filterparametern, die mit Blick auf die verbesserte Verarbeitung des Manschettendruckkurvenverlaufs auf der ermittelten Herzfrequenz des Patienten begründet sind.
Das menschliche Herz zieht sich periodisch zusammen, um Blut durch die Arterien zu pumpen. Infolge dieses Pumpvorgangs sind in diesen Arterien Druckpulse oder Schwingungen vorhanden, die eine zyklische Volumenänderung bewirken. Der minimale Druck während jedes Zyklus ist als der diastolische Druck bekannt, und der maximale Druck während jedes Zyklus ist als der systolische Druck bekannt. Eine weiterer Druckwert, der als der ”mittlere arterielle Blutdruck” (MAD) bekannt ist, kennzeichnet einen zeitlichen Mittelwert des gemessenen Blutdrucks über jeden Zyklus.
Während viele Techniken zur Bestimmung des diastolischen, des systolischen und des mittleren arteriellen Blutdrucks eines Patienten verfügbar sind, wird eines dieser Verfahren, das gewöhnlich in der nichtinvasiven Blutdrucküberwachung eingesetzt wird, als die oszillometrische Technik bezeichnet. Dieses Verfahren zum Messen von Blutdruck beinhaltet ein Anlegen einer aufblasbaren Manschette um eine Extremität des Körpers eines Patienten, z. B. um den Oberarm des Patienten. Die Manschette wird anschließend bis zu einem oberhalb des systolischen Blutdrucks des Patienten liegenden Druck gefüllt, und der Druck wird danach inkrementell in einer Reihe kleiner Druckstufen reduziert. Ein Drucksensor, der mit der Manschette pneumatisch verbunden ist, misst den Manschettendruck während des gesamten Vorgangs des Luftablassens. Die Empfindlichkeit des Sensors ist so gewählt, das er in der Lage ist, die Druckschwankungen zu messen, die in der Manschette aufgrund des durch die Arterien des Patienten strömenden Blutes auftreten. Mit jedem Herzschlag verursacht der Blutstrom geringe Veränderungen des Arterienvolumens, die auf die gefüllte Manschette übertragen werden, was wiederum geringe Druckänderungen in der Manschette hervorruft, die anschließend durch den Drucksensor erfasst werden. Der Drucksensor erzeugt ein elektrisches Signal, das den Manschettendruckpegel kennzeichnet, der mit einer Serie kleiner periodischer Druckänderungen kombiniert ist, die für jede Druckstufe während des Luftablassvorgangs den Herzschlägen eines Patienten zugeordnet sind. Es hat sich herausgestellt, dass diese, als ”Komplexe” oder ”Schwingungen” bezeichneten Änderungen eine Spitze-Spitze-Amplitude aufweisen, die für Manschettendrücke, die oberhalb des systolischen Drucks ausgeübt werden, minimal ist.
Während der Manschettendruck verringert wird, beginnt die Schwingungsamplitude monoton zu wachsen und erreicht schließlich eine maximale Amplitude. Nachdem die Schwingungsamplitude die maximale Amplitude erreicht hat, nimmt die Schwingungsamplitude, während der Manschettendruck weiter sinkt, monoton ab. Die Erscheinungsform oszillometrischer Daten dieser Art wird häufig als ”Glockenkurve” beschrieben. In der Tat kann eine Kurve bester Anpassung bzw. eine Hüllkurve berechnet werden, die die Amplitude der gemessenen oszillometrischen Impulse repräsentiert. Physiologisch nähert sich der Manschettendruck bei dem maximalen Wert der Schwingungsamplitude dem MAD. Darüber hinaus stehen Komplexamplituden bei Manschettendrücken, die zu den systolischen und diastolischen Drücken äquivalent sind, zu diesem maximalen Wert der Schwingungsamplitude in fester Beziehung. Dementsprechend ist das oszillometrische Verfahren auf Messwerten erfasster Schwingungsamplituden bei unterschiedlichen Manschettendrücken begründet.
Blutdruckmessgeräte, die nach dem oszillometrischen Verfahren arbeiten, erfassen die Amplitude der Druckschwankungen bei unterschiedlichen ausgeübten Manschettendruckpegeln. Die Amplituden dieser Schwingungen sowie der ausgeübte Manschettendruck werden, während das Gerät die Manschettendrücke über eine vorbestimmtes Druckmuster automatisch ändert, gemeinsam gespeichert. Diese Schwingungsamplituden definieren eine oszillometrische ”Hüllkurve” und werden ausgewertet, um den Maximalwert und dessen zugeordneten Manschettendruck zu finden, der in etwa gleich dem MAD ist. Der unterhalb des MAD-Werts liegende Manschettendruck, der eine Schwingungsamplitude hervorbringt, die in einer gewissen festen Beziehung zu dem Maximalwert steht, wird als der diastolische Druck bezeichnet, und desgleichen werden die oberhalb des MAD-Werts liegenden Manschettendrücke, die Komplexe mit einer Amplitude mit einer gewissen festen Beziehung zu jenem Maximalwert ergeben, als der systolische Druck bezeichnet. Die Beziehungen der Schwingungsamplitude bei dem systolischen bzw. dem diastolischen Druckwert zu dem Maximalwert bei dem MAD sind empirisch abgeleitete Verhältnisse, die von den Präferenzen des Fachmanns abhängen. Allgemein liegen diese Verhältnisse im Bereich von 40–80% der Amplitude bei dem MAD.
Ein Weg zur Ermittlung der Beträge der Oszillation basiert darauf, eine Kurve rechnerisch an die aufgezeichneten Schwingungsamplituden und entsprechenden Manschettendruckpegel anzupassen. Die angepasste Kurve kann anschließend verwendet werden, um einen Näherungswert der Datenpunkte des MAD, des systolischen und des diastolischen Drucks zu berechnen. Ein MAD-Schätzwert wird als der Manschettendruckpegel mit der maximalen Oszillation angenommen. Ein mögliche Abschätzung des MAD kann daher ermittelt werden, indem der Punkt auf der angepassten Kurve gesucht wird, bei dem die erste Ableitung gleich Null ist. Anhand dieses Datenpunkts des maximalen Oszillationswerts können die Amplituden der Schwingungen bei dem systolischen und diastolischen Druck berechnet werden, indem ein Prozentsatz der Schwingungsamplitude bei MAD herangezogen wird. Auf diese Weise können sowohl der systolische Datenpunkt als auch der diastolische Datenpunkt längs der angepassten Kurve berechnet werden, und es lassen sich daher auch deren entsprechende Druckwerte abschätzen. Dieses Kurvenanpassungsverfahren weist den Vorteil auf, dass die unverarbeiteten oszillometrischen Daten gefiltert oder geglättet werden. Allerdings stellte sich unter manchen Bedingungen heraus, dass weitere Filtertechniken, die zur Errichtung und Verarbeitung der oszillometrischen Hüllkurve verwendet werden, die Genauigkeit der Bestimmung der Blutdruckwerte verbessern könnten.
Die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Blutdruckberechnungen hängt unmittelbar von der Fähigkeit einer genauen Bestimmung der Schwingungsamplitude ab. Allerdings ist die Bestimmung der Schwingungsamplituden häufig mit Artefakten behaftet. Da das oszillometrische Verfahren von dem Erfassen winziger Schwankungen des gemessenen Manschettendrucks abhängt, können äußere Kräfte, die diesen Manschettendruck beeinflussen, Artefakte hervorbringen, die die oszillometrischen Daten in manchen Fällen vollständig überlagern oder in sonstiger Weise unbrauchbar machen können. Eine solche Quelle von Artefakten basiert auf einer willkürlichen oder unwillkürlichen Bewegung des Patienten. Nicht dem Willen unterworfene Bewegungen, z. B. ein Zittern des Patienten, können Artefakte hoher Frequenz in den oszillometrischen Daten hervorbringen. Willentliche Bewegungsartefakte, z. B. solche, die verursacht werden, wenn die Patientin bzw. der Patient den Arm, die Hand oder den Rumpf bewegt, können niederfrequente Artefakte hervorbringen.
Zur Zeit verfügbare Systeme sind zwar in der Lage, zu ermitteln, ob gesammelte oszillometrische Daten mit Artefakten verfälscht sind oder nicht; allerdings werden einige gegenwärtige Filtertechniken in der Frequenzdomäne durchgeführt und setzen den Einsatz eines schnellen Fouriertransformations-(FFT)-Algorithmus voraus. Der FFT-Algorithmus weist mehrere Beschränkungen auf, die möglicherweise nicht in sämtlichen Filterfällen erwünscht sind. Beispielsweise sind die Anforderungen des FFT-Algorithmus an die Rechenleistung und Geschwindigkeit beträchtlich. Da möglicherweise nicht in jedem NIBP-Überwachungssystem Rechnerressourcen verfügbar sind, kann der FFT-Algorithmus lediglich unter gewissen Bedingungen genutzt werden. Darüber hinaus führt ein FFT-Algorithmus die Filterung über eine spezielle Zeitspanne durch, die eine gewünschten Anzahl von Abtastwerten aufweist. Da der FFT-Algorithmus eine gewisse Anzahl von zu speichernden Abtastwerten erfordert, verlangt der FFT-Algorithmus nochmals erheblichen Rechenaufwand. Weiter können nichtinvasive Blutdruckmesssysteme oszillometrische Daten, die als durch Artefakte verfälscht bewertet sind, einfach verwerfen. In diesen Fällen sind bei jeder Druckstufe zusätzliche oszillometrische Daten zu sammeln, bis sich oszillometrische Daten akquirieren lassen, die ausreichend artefaktfrei sind. Dies kann die Bestimmung des Blutdrucks eines Patienten stark verzögern und den Patient einer größeren Belastung aussetzen, die von der den Blutstrom zu der entsprechenden Extremität einschränkenden aufblasbaren Manschette ausgeht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Im Vorliegenden ist ein Verfahren zum Filtern eines von einem Patienten stammenden oszillometrischen Signals offenbart, um eine oszillometrische Hüllkurve für den Einsatz in der Ermittlung des Blutdrucks eines Patienten bzw. einer Patientin zu berechnen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte des Aufnehmens eines Manschettendruckkurvenverlaufs in einer Prozessoreinheit. Danach werden die Grundfrequenz und wenigstens eine harmonische Frequenz der Herzfrequenz des Patienten mittels der Herzfrequenz des Patienten ermittelt, die von einer Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung her, z. B. einem S_pO₂- oder EKG-Überwachungsgerät, aufgenommen ist.
Ein verfahren und System zum Filtern des Manschettendruckkurvenverlaufs, der von einem Patienten aufgenommen ist, um in der Berechnung einer oszillometrischen Hüllkurve und eines Blutdruckschätzwerts für einen Patienten verwendet zu werden, ist hierin offenbart. Das Verfahren und das System verwenden die aktuelle Herzfrequenz des Patienten, um digitale Filterkoeffizienten auszuwählen, um den von dem Patienten her aufgenommenen Manschettendruckkurvenverlauf zu verarbeiten. Die adaptive Technik der vorliegenden Erfindung wählt auf der Grundlage der aktuellen Herzfrequenz des Patienten Filterkoeffizienten aus.
Nachdem die Blutdruckmanschette an dem Patienten angelegt ist, pumpt die Prozessoreinheit des NIBP-Überwachungssystems die Druckmanschette bis zu einem Anfangsfülldruck auf. Die Blutdruckmanschette wird anschließend in einer Reihe von Druckstufen druckentlastet. Bei jeder Druckstufe gewinnt die Prozessoreinheit Daten, die die Herzfrequenz des Patienten kennzeichnen. Auf der Grundlage der Herzfrequenzdaten ruft die Prozessoreinheit gespeicherte digitale Filterkoeffizienten ab. Die digitalen Filterkoeffizienten werden auf der Grundlage eine Hochpass-Eckfrequenz und einer Tiefpass-Eckfrequenz aus den gespeicherten Werten ausgewählt, um sicherzustellen, dass in dem Frequenzband die Grundfrequenz der Herzfrequenz und die ersten beiden Oberschwingungen enthalten sind. Obwohl zwei harmonische Frequenzen als in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallend beschrieben sind, sollte es verständlich sein, dass weitere Oberschwingungen genutzt werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Nachdem die Filterkoeffizienten aus einer Arbeitsspeichereinheit abgerufen sind, initialisiert die Prozessoreinheit die digitalen Hoch- und Tiefpassfilter und verarbeitet den Manschettendruckkurvenverlauf, um Schwingungen zu erfassen. Die Schwingungsamplitudendaten und der Druckpegel werden in dem Arbeitsspeicher der Verarbeitungseinheit gespeichert. Da die Filterkoeffizienten auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ausgewählt sind, wird das von der Blutdruckmanschette stammende Signal gefiltert, um Artefakte zu entfernen, die außerhalb des Frequenzbandes vorkommen, das den Hauptteil der Signalenergie enthält.
Nachdem bei der Druckstufe oszillometrische Daten abgerufen sind, wird der Druck der Blutdruckmanschette verringert, und das System wählt erneut auf der Grundlage der aktuellen Herzfrequenz des Patienten die Filterparameter. Auf diese Weise kann das System bei jeder Druckstufe auf der Grundlage der Herzfrequenz, die bei der speziellen Druckstufe gewonnen ist, andere Filterkoeffizienten auswählen. Diese adaptive Technik stellt sicher, dass die von dem oszillometrischen Signal stammende Energie für jede Druckstufe detektiert wird, da die Druckstufe auf der Grundlage der aktuellen Herzfrequenz des Patienten gefiltert ist.
Nachdem die oszillometrische Hüllkurve errichtet ist, verwendet der Prozessor bekannte Techniken, um den Blutdruck des Patienten zu ermitteln. Der Blutdruckschätzwert wird anschließend auf einem Display angezeigt und kann, wie bekannt, durch eine medizinische Fachkraft analysiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Zeichnungen veranschaulichen den besten Modus, der gegenwärtig zur Durchführung der Erfindung in Erwägung gezogen wird:
1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Systems für die nichtinvasive Blutdruckmessung;
2 veranschaulicht in einem Graphen die oszillometrischen Daten, die bei mehreren Druckstufen anhand einer Blutdruckmanschette gesammelt wurden;
3 veranschaulicht in einem Flussdiagramm die Akquisition und Ablauffolge für die Daten, die durch das System der vorliegenden Erfindung genutzt werden, um den Blutdruck eines Patienten zu ermitteln;
4 veranschaulicht in einem Flussdiagramm die Schritte, die in der Druckkurvenverlaufverarbeitung mittels eines Tiefpassfilters und eines Hochpassfilters genutzt werden, die auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ausgewählt sind;
5a–5d veranschaulichen mehrere Arten von Tiefpassfiltern, die als Teil der Druckkurvenverlaufverarbeitung ausgewählt werden können;
6a–6b veranschaulichen mehrere Arten von Hochpassfiltern, die als Teil der Druckkurvenverlaufverarbeitung ausgewählt werden können;
7 zeigt einen weiteren Typ eines Hochpassfilters, der gemäß der Beschreibung genutzt werden kann;
8 veranschaulicht in einem Graphen die vielen verschiedenen Manschettendrücke, die genutzt werden, um den Blutdruck eines Patienten und die Ergebnisse der angepassten Filtertechnik zu ermitteln; und
9 veranschaulicht in einem Flussdiagramm die durch die Prozessoreinheit der vorliegenden Erfindung durchgeführte Ablauffolge.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines nichtinvasiven Blutdruck-(NIBP)-Überwachungssystems 10. Das NIBP-Überwachungssystem 10 enthält eine Druckmanschette 12, die eine herkömmliche biegsame, aufblasbare und druckentlastbare Manschette ist, die an den Arm oder an eine andere Extremität eines Patienten 14 angelegt ist. Eine Prozessoreinheit 16 regelt/steuert ein Füllventil 18, das zwischen einer Druckluftquelle 20 und einem Druckkanal 22 angeordnet ist. Während das Füllventil 18 angesteuert wird, um den Druck in der Manschette 12 zu erhöhen, zieht sich die Manschette 12 um den Arm des Patienten 14 zusammen. Wenn ein ausreichender Druck in der Manschette 12 erreicht ist, verschließt die Manschette 12 die Oberarmarterie des Patienten 14 vollständig.
Nachdem die Manschette 12 vollständig gefüllt ist, befiehlt die Prozessoreinheit 16 einem Ablassventil 24, zu beginnen, inkrementell Druck über den Druckkanal 22 zurück und nach außen in die Umgebung aus der Manschette 12 abzulassen. Während des Füllens und des inkrementellen Luftablassens der Manschette 12 misst ein über einen Druckkanal 28 mit der Druckmanschette 12 pneumatisch verbundener Druckmesswandler 26 den Druck in der Druckmanschette 12. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel wird die Manschette 12 im Gegensatz zu dem inkrementellen Luftablassen gleichmäßig druckentlastet. In Ausführungsbeispielen, die ein solches kontinuierliches Ablassen verwenden, kann der Druckmesswandler 26 den Druck in der Manschette fortlaufend erfassen. In einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel wird die Manschette 12 inkrementell gefüllt, um die oszillometrischen Hüllkurvendaten zu sammeln. In noch einem weiteren abgewandelten Ausführungsbeispiel kann die Manschette 12 nach einem gemischten, jedoch gesteuerten Muster inkrementell druckentlastet und gefüllt werden, um die oszillometrischen Hüllkurvendaten zu sammeln.
Während der Druck in der Manschette 12 durch die Prozessoreinheit 16 geregelt/gesteuert wird, erfasst der Druckmesswandler 26 in dem gemessenen Manschettendruck oszillometrische Impulse, die die Druckschwankungen kennzeichnen, die durch das Blut des Patienten, das mit jedem Herzschlag in die Oberarmarterie strömt, und durch die sich ergebende Ausdehnung der Arterie verursacht sind, die auf die Aufnahme des zusätzlichen Blutvolumen zurückzuführen ist.
Die Manschettendruckdaten, wie sie durch den Druckmesswandler 26 gemessen sind, die die oszillometrischen Impulse beinhalten, werden an die Prozessoreinheit 16 ausgegeben, so dass der Manschettendruckkurvenverlauf verarbeitet und analysiert werden kann, und eine Bestimmung des Blutdrucks des Patienten, die den systolischen Druck, den diastolischen Druck und den MAD beinhaltet, kann einem Arzt auf einem Display 30 angezeigt werden.
Die Prozessoreinheit 16 kann außerdem eine Meldung der Herzfrequenz des Patienten 14 aufnehmen, wie sie durch eine Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 akquiriert ist. Die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 akquiriert die Herzfrequenz des Patienten 14 unter Verwendung einer oder mehrerer aus einer Anzahl von allgemein gebräuchlichen Herzfrequenzdetektionstechniken. Eine Herzfrequenzdetektionstechnik, die genutzt werden kann, ist die Elektrokardiographie (EKG), bei der Elektroden 34, die an speziellen anatomischen Positionen an dem Patienten 14 angelegt sind, die durch das Herz des Patienten verlaufende Ausbreitung elektrischer Aktivität überwachen. In einer Abwandlung kann die Herzfrequenz des Patienten mittels S_pO₂, Plethysmographie oder anderer bekannter Techniken akquiriert werden, zu denen Signalverarbeitung und Analyse der Manschettendruckdaten gehören.
2 veranschaulicht in einem Graphen unterschiedliche Druckwerte, die von dem in 1 dargestellten NIBP-Überwachungssystem 10 akquiriert werden können. Der durch den Druckmesswandler 26 ermittelt Manschettendruck ist als Manschettendruckgraph 36 dargestellt. Der Manschettendruck erreicht einen Scheitelwert bei der Manschettendruckstufe 38a, d. h. dem Manschettendruck, bei dem die Manschette 12 unter der Kontrolle der Prozessoreinheit 16 vollständig gefüllt ist. Die Prozessoreinheit 16 regelt/steuert das Füllen der Manschette 12, so dass 38a ein Druck ist, der den systolischen Druck des Patienten ausreichend überschreitet. Dies kann geregelt/gesteuert oder modifiziert werden, indem zuvor ermittelte Werte von Blutdruckdaten des Patienten oder standardmäßige medizinische Überwachungspraktiken herangezogen werden. Der Manschettendruckgraph 36 sinkt anschließend bei einer Reihe von Druckstufen 38a–38u inkrementell, die jede gemäß der Steuerung durch das Ablassventil 24 hervorgerufene inkrementelle Druckverringerung in der Manschette 12 widerspiegeln. Bevor der Manschettendruck eine Druckstufe erreicht hat, bei der die Oberarmarterie des Patienten nicht mehr vollständig verschlossen ist, wird der gemessene Manschettendruck oszillometrische Impulse 40 anzeigen. Die Zahl oszillometrischer Impulse, die bei jeder Druckstufe erfasst werden, wird in Abhängigkeit von der Herzfrequenz des Patienten und der Zeitspanne gesteuert, für die das NIBP-System Daten bei jeder Druckstufe sammelt, jedoch werden Manschettendruckdaten gewöhnlich bei jedem Druckpegel aufgezeichnet, um mindestens zwei oszillometrische Impulse zu erhalten.
Der Manschettendruck wird einschließlich der oszillometrischen Impulsdaten bei jedem Druckstufeninkrement gemessen, bis der Manschettendruck ein Inkrement erreicht, bei dem die oszillometrischen Impulse ausreichend klein sind, um die oszillometrische Hüllkurve vollständig zu spezifizieren, wie es beispielsweise an dem Druckinkrement 38u zu sehen ist. An diesem Punkt veranlasst die Prozessoreinheit 16 das Ablassventil 24 dazu, die Luft vollständig aus der Druckmanschette 12 abzulassen, und die Sammlung von Blutdruckdaten ist vollendet.
2 veranschaulicht außerdem eine oszillometrische Hüllkurve 42, wie sie anhand der oszillometrischen Impulsdaten berechnet ist, die anhand der Serie von inkrementellen Manschettendruckstufen gesammelt sind. Die Prozessoreinheit 16 isoliert die oszillometrischen Impulse bei jeder Druckstufe und erzeugt eine Kurve bester Anpassung, um die oszillometrische Hüllkurve 42 darzustellen. Die oszillometrische Hüllkurve ist nützlich für die Abschätzung des systolischen Drucks, des diastolischen Drucks und des MAD. Der MAD 44 wird als das Druckstufeninkrement 38k bestimmt, das dem Scheitelwert der oszillometrischen Hüllkurve 42 entspricht. Nachdem der MAD ermittelt ist, können der systolische Druck 46 und der diastolische Druck 48 als die Druckpegelwerte identifiziert werden, die speziellen Schwingungsamplituden zugeordnet sind, die vorgegebene Prozentsätze der Schwingungsamplitude bei dem MAD-Druckpegel sind. In einem Ausführungsbeispiel entspricht der systolische Druck 46 dem Druckinkrement 38h, bei dem die oszillometrische Hüllkurvenamplitude gleich 50% derjenigen des MAD ist. In noch einem Ausführungsbeispiel korreliert der diastolische Druck 48 mit dem Druckinkrement 38n, bei dem sich die Hüllkurvenamplitude in einem Bereich zwischen 60% und 70% der Hüllkurvenamplitude bei dem MAD befindet. Die Prozentsätze der MAD-Amplitude, die genutzt werden, um den systolischen Druck und den diastolischen Druck abzuschätzen, liegen in Abhängigkeit von dem speziellen Algorithmus, der durch die Prozessoreinheit 16 genutzt wird, gewöhnlich zwischen 40% und 80%.
In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel werden die Amplituden der oszillometrischen Impulse bei jeder Druckstufe gemittelt, um einen oszillometrischen Hüllkurvendatenpunkt hervorzubringen. In einigen dieser Ausführungsbeispiele können Techniken wie Pulsabgleich oder das Eliminierung des ersten oszillometrischen Impulses bei einer Druckstufe genutzt werden, um die Qualität des berechneten oszillometrischen Datenpunkts zu verbessern. Die oszillometrische Hüllkurve 42 kann auch erzeugt werden, indem der Mittelwert der komplexen Amplituden bei der Druckstufe als die Eingabedatenpunkte für eine Kurve bester Anpassung verwendet wird. In einer Abwandlung können Datenpunkte der oszillometrischen Hüllkurve 42 die maximale Amplitude der oszillometrischen Impulse bei jeder Druckstufe sein.
Wie aus 2 ersichtlich, sind die oszillometrischen Impulse in Relation zu dem Manschettengesamtdruck und den Druckinkrementstufen verhältnismäßig klein. Dies macht die Detektion der oszillometrischen Impulse in hohem Maße für Störpegel und sonstige Artefakte anfällig. Bei der Verarbeitung des von dem Patienten stammenden oszillometrischen Signals ist der größte Teil der physiologischen Energie in dem Signal bei einer Grundfrequenz und in den ersten beiden Oberschwingungen der Herzfrequenz des Patienten enthalten. Da der größte Teil der Energie innerhalb des Frequenzbands enthalten ist, das an einem unteren Ende durch die Grundfrequenz und an dem oberen Ende durch die zweite harmonische Frequenz definiert ist, reduziert eine Zeitbereichsfilterung, die den Anteil des oszillometrischen Signals unterhalb der Grundfrequenz und oberhalb der zweiten Oberschwingung entfernt, den in dem Signal enthaltenen Anteil von Rauschen, ohne dass irgendeine erwünschte Information aus dem Signal verloren geht.
Das erfindungsgemäße physiologische Überwachungssystem und das Verfahren zur Blutdruckbestimmung dienen einer verbesserten Verarbeitung oszillometrischer Impulssignale, um Artefakte zu entfernen. Erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele können im Ergebnis ein oszillometrisches Impulssignal höhere Qualität hervorbringen, wenn das gewünschte physiologische Signal und der Artefakt spezielle Eigenschaften des Frequenzinhalts aufweisen; dies erlaubt eine Steigerung der Genauigkeit der Errichtung der oszillometrischen Hüllkurve und der Berechnung von Blutdruckschätzwerten des Patienten. 2 zeigt ein Beispiel einer Akquisition der oszillometrischen Signale durch stufenweises Luftablassen; jedoch sind auch andere Techniken des Gewinnens der oszillometrischen Signale möglich, z. B. durch kontinuierliches Luftablassen oder durch stufenweises Füllen, und die hierin unterbreitete Beschreibung soll nicht den Nutzen von Ausführungsbeispielen beschränken, wie sie weiter unten mit Bezug auf stufenweises Luftablassen beschrieben sind.
Indem wieder Bezug auf 1 genommen wird, kommt es bei der Berechnung einer automatischen NIBP-Messung in der Prozessoreinheit 16 darauf an, zu verhindern, dass Artefakte zu Ungenauigkeiten der gemeldeten Blutdruckschätzwerte führen. Gemäß der vorliegenden Beschreibung filtert die Prozessoreinheit 16 den Manschettendruckkurvenverlauf, der von dem Druckwandler 26 her aufgenommen ist, bevor der Kurvenverlauf in der Prozessoreinheit 16 mit Blick auf Daten analysiert wird, die zur Ermittlung der Blutdruckschätzwerte genutzt werden. Gemäß der vorliegenden Beschreibung wendet die Prozessoreinheit 16 auf den von dem Druckwandler 26 stammenden Manschettendruckkurvenverlauf eine adaptive Zeitbereichsfilterung an. Die adaptive Zeitbereichsfilterung wird durch Erzeugen einer Serie von TIR-Filterkoeffizienten erreicht, die in einer Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeicherten Koeffizienten werden durch Festlegung einer Reihe von Filtern ermittelt, die in Zusammenhang mit dem NIBP-Überwachungssystem 10 genutzt werden können. Die Filterkoeffizienten, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind, werden in Abhängigkeit von einem von dem Patienten stammenden Parameter, z. B. der Herzfrequenz, durch die Prozessoreinheit 16 abgerufen.
Wie zuvor beschrieben, gibt die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 eine Meldung der Herzfrequenz des Patienten an die Prozessoreinheit 16 aus. Die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 kann eine EKG- oder S_pO₂-Überwachungseinrichtung sein. In einer Abwandlung kann die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 eine beliebige Überwachungsvorrichtung sein, die der Prozessoreinheit 16 Daten liefert, um die Herzfrequenz des Patienten zu melden.
In der vorliegenden Beschreibung gibt die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 ein Signal an die Prozessoreinheit aus, das die Herzfrequenz des Patienten meldet. Allerdings könnte die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung das von dem Patienten stammende Signal einfach bereitstellen, und die Prozessoreinheit 16 könnte programmiert sein, um die Herzfrequenz des Patienten zu ermitteln. In einem solchen Ausführungsbeispiel würden die Verarbeitungsfähigkeiten von der Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 entfernt und in der Prozessoreinheit 16 verwendet werden. In beiden Fällen erhält die Prozessoreinheit 16 über die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 eine Meldung der Herzfrequenz des Patienten.
3 veranschaulicht im Wesentlichen den Betrieb der Verarbeitungseinheit 16 bei der Ermittlung des Blutdrucks des Patienten. In Schritt 52 akquiriert das NIBP-Überwachungssystem zu Beginn von einem EKG-Überwachungsgerät stammende EKG-Kurvenverlaufsdaten. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung eine Vorrichtung zum Akquirieren eines EKG-Kurvenverlaufs. Es sollte allerdings klar sein, dass ähnliche Schritte durchgeführt werden, wenn die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung ein S_pO₂-Überwachungssystem ist.
Nachdem der EKG-Kurvenverlauf von dem Patienten akquiriert ist, führt die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung in Schritt 54 eine Verarbeitung des EKG-Kurvenverlaufs durch, um in Schritt 56 einen Herzfrequenzschätzwert zu erzeugen. Wie zuvor beschrieben, wird die Herzfrequenz in dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in der Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung bestimmt; sie könnte jedoch in einem abgewandelten Ausführungsbeispiel in der Prozessoreinheit berechnet werden.
Nachdem die Herzfrequenzbestimmung in Schritt 56 durchgeführt ist, fährt das System mit Schritt 58 fort, bei dem das System auf der Grundlage der von dem Patienten stammenden Herzfrequenz ein Kurvenverlauffilter wählt. Die in Schritt 58 durchgeführte Wahl beinhaltet das Auswählen eines Satzes von Koeffizienten sowohl für eine gewünschte Hochpass- als auch Tiefpass-Eckfrequenz. Die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen werden speziell auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ausgewählt. Insbesondere werden die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen auf der Grundlage des harmonischen Gehalts ausgewählt, der erforderlich ist, um die wichtigsten physiologischen Daten aus dem von der Blutdruckmanschette stammenden Signal festzuhalten, während Bewegungsartefakte verworfen werden, die auf externe Störungen zurückzuführen sind, beispielsweise auf Muskelkontraktionen des Patienten oder auf einen Chirurgen, der sich während eines Vorgangs, der eine energische physikalische Manipulation des Patienten erfordert, an die Blutdruckmanschette lehnt.
Falls die in Schritt 54 für den Patienten ermittelte Herzfrequenz in einem der Veranschaulichung dienenden Beispiel gleich 60 Schläge pro Minute ist, beträgt die Grundfrequenz der Herzfrequenz 1 Hz, während die erste und zweite Oberschwingung 2 Hz bzw. 3 Hz betragen. Da der größte Teil der physiologischen Daten innerhalb der Grundfrequenz und der ersten beiden Oberschwingungen enthalten ist, wird das Druckkurvenverlauffilter in Schritt 58 auf der Grundlage der Grundfrequenz und der ersten beiden Oberschwingungen ausgewählt. In dem der Veranschaulichung dienenden Beispiel, bei dem die Herzfrequenz 60 Schläge pro Minute beträgt, würde die Tiefpass-Eckfrequenz 3 Hz betragen, um die ersten beiden Oberschwingungen zu enthalten, und die Hochpass-Eckfrequenz würde 1 Hz betragen, um sicherzustellen, dass die Grundfrequenz enthalten ist.
Falls in einem weiteren der Veranschaulichung dienenden Beispiel eine Herzfrequenz von 120 Schlägen pro Minute ermittelt wird, sind die Grundfrequenz und die ersten zwei Oberschwingungen 2 Hz, 4 Hz bzw. 6 Hz. In einem solchen Ausführungsbeispiel würde für die Tiefpass-Eckfrequenz 6 Hz gewählt werden, während für die Hochpass-Eckfrequenz 2 Hz gewählt würde, um sicherzustellen, dass die Grundfrequenz in dem Satz von Filtern enthalten ist.
In Schritt 58 wählt die Prozessoreinheit 16 nach 1 die Art eines Kurvenverlauffilters aus, die sich am besten eignet, um die Signale auf der Grundlage der von der Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 stammenden Herzfrequenz zu filtern. Auf der Grundlage dieser Auswahl ruft die Prozessoreinheit 16 einen Satz digitaler Filterkoeffizienten von der Arbeitsspeichereinheit ab, der auf den ausgewählten Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen begründet ist. Wie zuvor beschrieben, sind die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen auf der von dem Patienten stammenden Herzfrequenz und auf der gewünschten Anzahl von Oberschwingungen begründet, die durch die Filtertechnik genutzt werden. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel können mehr als zwei Oberschwingungen genutzt werden. Falls beispielsweise drei Oberschwingungen verwendet werden und die Herzfrequenz des Patienten 120 Schläge pro Minute beträgt, ist die Tiefpass-Eckfrequenz gleich 8 Hz anstelle der oben beschriebenen Tiefpass-Eckfrequenz von 6 Hz, wenn lediglich zwei Oberschwingungen verwendet werden.
5a veranschaulicht ein erstes Tiefpassfilter, das eine Tiefpass-Eckfrequenz von etwa 2 Hz aufweist. Das in 5a veranschaulichte Tiefpassfilter ist durch digitale Filterkoeffizienten definiert, die in der in 1 dargestellten Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Tiefpass-Eckfrequenz 2 Hz betragen sollte, werden die Filterkoeffizienten ausgewählt und abgerufen, die das in 5a gezeigte Filter erzeugen.
5b veranschaulicht ein zweites Tiefpassfilter mit einer Tiefpass-Eckfrequenz von 4 Hz. Das in 5b gezeigte Tiefpassfilter ist durch einen Satz von digitalen Filterkoeffizienten definiert, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Tiefpass-Eckfrequenz 4 Hz betragen sollte, werden die Filterkoeffizienten von der Arbeitsspeichereinheit 50 abgerufen, die dem Filter nach 5b zugeordnet sind.
5c veranschaulicht ein Tiefpassfilter, das eine Tiefpass-Eckfrequenz von 6 Hz aufweist. Das in 5c gezeigte Filter ist durch eine Serie digitaler Filterkoeffizienten definiert, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Tiefpass-Eckfrequenz 6 Hz betragen sollte, ruft die Prozessoreinheit 16 die Filterkoeffizienten ab, die dem Filter nach 5c zugeordnet sind.
5d veranschaulicht ein Tiefpassfilter, das eine Tiefpass-Eckfrequenz von 8 Hz aufweist. Das in 5d gezeigte Tiefpassfilter ist durch einen Satz digitaler Filterkoeffizienten definiert, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Tiefpass-Eckfrequenz 8 Hz betragen sollte, ruft die Prozessoreinheit 16 die Filterkoeffizienten ab, die dem in 5d gezeigten Filter zugeordnet sind.
Die in 5a–5d gezeigten Tiefpassfilter sind elliptische Filter vierter Ordnung. Es sollte allerdings klar sein, dass die Ordnung des ausgewählten Filters, die Abtastrate und sonstige bekannte Faktoren die Art des Tiefpassfilters beeinflussen, das gemäß der vorliegenden Beschreibung verwendet werden kann. Gewöhnlich werden die Tiefpassfilterkoeffizienten so ausgewählt, dass sie die höchste gewünschte Oberschwingung knapp unterhalb der Tiefpass-Eckfrequenz enthalten, um jeden Artefakt und jede höhere Oberwellenenergie in konsistenter Weise optimal zu entfernen.
6a veranschaulicht ein Hochpassfilter, das eine Hochpass-Eckfrequenz von 1 Hz aufweist. Das in 6a gezeigte Hochpassfilter ist durch eine Serie digitaler Filterkoeffizienten definiert, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Hochpass-Eckfrequenz 1 Hz betragen sollte, ruft die Prozessoreinheit 16 die Filterkoeffizienten ab, die dem in 6a gezeigten Filter zugeordnet sind.
6b veranschaulicht ein Hochpassfilter, das eine Hochpass-Eckfrequenz von 2 Hz aufweist. Das in 6b gezeigte Hochpassfilter ist durch eine Serie digitaler Filterkoeffizienten definiert, die in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert sind. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Hochpass-Eckfrequenz 2 Hz betragen sollte, ruft die Prozessoreinheit 16 die Filterkoeffizienten ab, die dem in 6b gezeigten Hochpassfilter zugeordnet sind.
Die in 6a–6b gezeigten Hochpassfilter sind Butterworth-Filter vierter Ordnung. Es sollte allerdings klar sein, dass die Ordnung des ausgewählten Filters, die Abtastrate und sonstige bekannte Faktoren den Typ von Hochpassfiltern beeinflussen, die gemäß der vorliegenden Beschreibung verwendet werden können. Gewöhnlich werden die Hochpass-Filterkoeffizienten so ausgewählt, dass die Grundfrequenz knapp oberhalb der Hochpass-Eckfrequenz gehalten ist, um jeden niederfrequenten Artefakt optimal zu entfernen.
7 veranschaulicht eine weitere Art eines Hochpassfilters, der als eine Differenzierschaltung bezeichnet ist. Die in 7 gezeigte Differenzierschaltung sechster Ordnung ist ebenfalls durch einen Satz digitaler Filterkoeffizienten definiert und kann als ein Hochpassfilter verwendet werden, der eine definierte Hochpass-Eckfrequenz aufweist. Wenn die Prozessoreinheit 16 ermittelt, dass die Hochpass-Eckfrequenz sich wie in 7 gezeigt verhalten sollte, ruft die Prozessoreinheit 16 den Filterkoeffizienten ab, der in der Arbeitsspeichereinheit 50 gespeichert ist, die dem Filter nach 7 zugeordnet ist.
Wieder Bezug nehmend auf 3 nimmt die Prozessoreinheit, nachdem die Prozessoreinheit 16 in Schritt 58 sowohl den Hochpass- als auch den Tiefpassfilterkoeffizienten ausgewählt hat, wie in Schritt 60 angegeben, von dem Druckwandler einen Manschettendruckkurvenverlauf in der Zeitdomäne auf. Der in Schritt 60 akquirierte Manschettendruckkurvenverlauf wird an der Prozessoreinheit 16 aufgenommen, und der Manschettendruckkurvenverlauf wird in Schritt 62 unter Verwendung des einen oder der mehreren in Schritt 58 ausgewählten Druckkurvenverlauffilter in der Zeitdomäne verarbeitet.
Die durch Schritt 62 von 3 gekennzeichnete Druckkurvenverlaufverarbeitung ist in dem Flussdiagramm nach 4 eingehender beschrieben. Wie in 4 veranschaulicht, werden in Schritt 60 die Abtastwerte des Manschettendruckkurvenverlaufs akquiriert, und der Manschettendruck oder die Basislinie an der aktuelle Druckstufe wird, wie in Schritt 64 angegeben, von den Abtastwerten des Kurvenverlaufs subtrahiert.
Nachdem der Basisliniendruck von jedem Abtastwert subtrahiert ist, verwendet die Prozessoreinheit, wie in Schritt 66 gezeigt und zuvor beschrieben, das auf der Grundlage der Herzfrequenzdaten ausgewählte Filter. Die Prozessoreinheit wendet sowohl Tiefpass-Filterkoeffizienten, in Schritt 68, und Hochpass-Filterkoeffizienten, in Schritt 70, an. Die mit Blick auf den Einsatz in Schritt 68 und 70 ausgewählten Hochpass- und Tiefpassfilterkoeffizienten werden von der Arbeitsspeichereinheit 50, wie zuvor beschrieben, auf der Grundlage der gewünschten Hochpass- und Tiefpassfrequenzen abgerufen.
Bevor die Tiefpass- und Hochpass-Filterkoeffizienten in Schritt 68 und 70 verwendet werden, initialisiert die Prozessoreinheit das Filter, um zu verhindern, dass Klirren und sonstige Einschwingvorgangseffekte den Filterausgang überlagern. Die anfängliche Grundvorbereitung des Filters ist eine allgemein bekannte Technik. Nachdem die Filter vorbereitet sind, wird der von der Blutdruckmanschette stammende Druckkurvenverlauf verarbeitet, und es wird in Schritt 72 ein Ausgangssignal bereitgestellt. Das in Schritt 72 bereitgestellte Ausgangssignal wurde gefiltert, um Artefakte außerhalb des durch die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen bestimmten Frequenzbandes zu entfernen.
Mit nochmaligem Bezug auf 3 verarbeitet die Prozessoreinheit 16, nachdem das Ausgangssignal in Schritt 62 verarbeitet ist, den Druckkurvenverlauf, um in Schritt 74 mittels bekannter Techniken oszillometrische Hüllkurvendaten zu erzeugen. Die in Schritt 74 erzeugten oszillometrischen Hüllkurvendaten werden genutzt, um in Schritt 76 einen Blutdruckschätzwert zu berechnen. Wie zuvor beschrieben, beinhaltet der in Schritt 76 ausgegebene Blutdruckschätzwert einen Schätzwert des systolischen Drucks, des mittleren arteriellen Blutdrucks und des diastolischen Drucks für den Patienten.
8 veranschaulicht den über die Reihe von Druckstufen 38 hinweg verlaufenden Blutdruckmanschettendruck 78, der erforderlich ist, um den Druck der Manschette ausgehend von dem Anfangsfülldruck 80 bis zu einem endgültigen Manschettendruck 82 zu reduzieren. 8 veranschaulicht außerdem den gefilterten Manschettendruckkurvenverlauf 84, der anhand der Blutdruckmanschette gewonnen und wie zuvor beschrieben gefiltert ist. Der gefilterte Manschettendruck 84 beinhaltet ausschließlich die physiologischen Daten, die für eine weitere Verarbeitung durch das NIBP-Überwachungssystem 10 unter Verwendung der in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Techniken erforderlich sind.
Mit Bezugnahme auf 9 ist ein Flussdiagramm von Schritten gezeigt, die bei der Ermittlung des Blutdrucks eines Patienten durch die Prozessoreinheit mittels des NIBP-Überwachungssystem der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Zu Beginn gibt die Prozessoreinheit 16 einen Befehl an das Füllventil 18 aus, um die Blutdruckmanschette 12, wie durch Schritt 86 nach 9 angegeben, bis zu dem Anfangssolldruck zu füllen. Wenn das System den in 2 gezeigten Anfangsfülldruck 38a erreicht hat, ermittelt das System anschließend anhand der Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 die Herzfrequenz des Patienten. Auf der Grundlage der Herzfrequenzdaten wählt das System, wie in Schritt 88 gezeigt, eine Filtercharakteristik, die auf der ermittelten Herzfrequenz begründet ist. Wie zuvor beschrieben, werden in einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Filtern sowohl die Grundfrequenz als auch die erste und zweite Oberschwingung einschließt, die Hoch- und Tiefpass-Eckfrequenzen ermittelt, und die Prozessoreinheit 16 ruft für diese Eckfrequenzen entsprechende Filterkoeffizienten von der Arbeitsspeichereinheit 50 ab.
Nachdem die Filterkoeffizienten ausgewählt sind, initialisiert das System in Schritt 90 die Filter. Nachdem die Filter initialisiert sind, nimmt die Prozessoreinheit das von dem Druckwandler 26 stammende Manschettendrucksignal auf und verarbeitet in Schritt 92 das Manschettendrucksignal, um außerhalb des Frequenzbandes liegende Artefakte zu entfernen und Schwingungen zu erfassen. Wie in 8 gezeigt, sind die Schwingungen bei jeder Druckstufe vorhanden und sind aufgrund der adaptiven Filterung verhältnismäßig artefaktfrei.
Wenn die Schwingungsamplituden identifiziert sind, speichert die Prozessoreinheit 16 die Schwingungsamplituden und den Druckpegel der Manschette, wie in Schritt 94 veranschaulicht. Nachdem jede der Schwingungsamplituden in Schritt 94 gespeichert ist, ermittelt das System anschließend in Schritt 96, ob die oszillometrische Hüllkurve vollständig errichtet ist, wie in Schritt 96 angegeben. Falls die oszillometrische Hüllkurve noch nicht vollständig errichtet ist, druckentlastet das System die Blutdruckmanschette in Schritt 98 bis zu einem neuen Druckpegel. Wie in 2 veranschaulicht, wird der Druck aus der Blutdruckmanschette ausgehend von dem Anfangsfülldruck 38a in einer Reihe von Druckstufen 38 bis zu einem endgültigen Druck 38u abgelassen.
Nachdem der Manschettendruck bis zu einer neuen Druckstufe abgelassen wurde, kehrt das System zu Schritt 88 zurück und wählt wieder die Filtercharakteristik auf der Grundlage der vorliegenden Herzfrequenz. Auf diese Weise überprüft das System die Herzfrequenz des Patienten bei jeder einzelnen Druckstufe, so dass das System in der Lage ist, auf der Grundlage der aktuell ermittelten Herzfrequenz andere Filtervorgabewerte auszuwählen, falls sich die Herzfrequenz während der Blutdrucküberwachung ändert. Folglich passt sich das System während des Vorgangs des Ermittelns des Blutdrucks an eine sich ändernde Herzfrequenz an.
Das System fährt damit fort, die Schritte 88–96 zu wiederholen, bis die Prozessoreinheit in Schritt 96 ermittelt, dass die oszillometrische Hüllkurve errichtet ist. Nachdem die oszillometrische Hüllkurve errichtet ist, ermittelt das System in Schritt 100 anhand der oszillometrischen Daten den Blutdruck. Die Bestimmung des Blutdrucks anhand der oszillometrischen Daten ist eine allgemein bekannte Verarbeitungstechnik.
Nachdem die oszillometrischen Blutdruckdaten mittels des in Schritt 100 ausgegebenen adaptiven Filterkurvenverlaufs vollständig gewonnen sind, ermittelt die Prozessoreinheit in Schritt 102 den Blutdruckschätzwert ebenfalls auf herkömmliche Weise.
Wie oben beschrieben, wählen das System und das Verfahren der vorliegenden Erfindung unterschiedliche Filterkoeffizienten aus, um von einer Blutdruckmanschette stammende oszillometrische Daten auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten in der Zeitdomäne zu verarbeiten. Während sich die Herzfrequenz des Patienten ändert, passen das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung die Filterkoeffizienten an, so dass die Filterkoeffizienten auf der Grundlage der aktuellen Herzfrequenz des Patienten optimal ausgewählt sind. Während der Druck der Blutdruckmanschette ausgehend von dem Anfangsfülldruck bis zu einem endgültigen Druck abnimmt, wird bei jeder Druckstufe die Filtercharakteristik ermittelt. Folglich modifizieren das System und Verfahren der vorliegenden Erfindung die Filterkoeffizienten während des Vorgangs des Ermittelns des Blutdrucks des Patienten. Dieses Verfahren bzw. System einer adaptiven Zeitbereichsfilterung verbessert die Entfernung von Artefakten aus der Bestimmung des Blutdruckschätzwerts.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu nutzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Ein System 10 und Verfahren zum Verarbeiten eines Manschettendruckkurvenverlaufs ist offenbart, um den Blutdruck eines Patienten 14 zu ermitteln. Eine Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung 32 akquiriert die Herzfrequenz des Patienten. Auf der Grundlage der akquirierten Herzfrequenz wählt das System Filterparameter aus, um den an dem Patienten aufgenommenen Manschettendruckkurvenverlauf zu verarbeiten. Die Filterparameter beinhalten eine Hochpass-Eckfrequenz und eine Tiefpass-Eckfrequenz, die auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ermittelt werden. Die Tiefpass-Eckfrequenz wird auf einer harmonischen Frequenz der Herzfrequenz begründet, während die Hochpass-Eckfrequenz auf der Grundfrequenz der Herzfrequenz begründet wird. Die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen werden genutzt, um Filterkoeffizienten auszuwählen. Die Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen werden auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten ausgewählt, so dass die Filterung in Abhängigkeit von der Herzfrequenz des Patienten angepasst wird.
Bezugszeichenliste

10: NIBP-Überwachungssystem
12: Blutdruckmanschette
14: Patient
16: Prozessoreinheit
18: Ventil
20: unter Druck gesetzte Luft
22: Druckkanal
24: Ventil
26: Druckmesswandler
28: Druckkanal
30: Display
32: Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung
34: Elektroden
36: Manschettendruckgraph
38: Druckstufen
38a: Druckstufen
38a: Manschettendruckstufe
38a: Anfangsfülldruck
38h: Inkrement
38k: Druckstufeninkrement
38n: Inkrement
38u: Druckinkrement
38u: endgültiger Druck
40: Impulse
42: Hüllkurve
44: oszillometrischer MAD
46: Druck
48: Druck
50: Arbeitsspeichereinheit
52: Schritt
54: Schritt
56: Schritt
58: Schritt
60: Schritt
62: Schritt
64: Schritt
66: Schritt
68: Schritte
68: Schritt
70: Schritt
72: Schritt
74: Schritt
76: Schritt
78: Blutdruckmanschettendruck
80: Anfangsfülldruck
82: endgültiger Manschettendruck
84: gefilterter Manschettendruckkurvenverlauf
86: Schritt
88: Schritt
90: Schritt
92: Schritt
94: Schritt
96: Schritt
98: Schritt
100: Schritt
102: Schritt

Claims

Verfahren zum Berechnen des Blutdrucks eines Patienten (14), mit den Schritten: Aufnehmen eines Manschettendruckkurvenverlaufs in einer Prozessoreinheit (16) von einer Blutdruckmanschette (12), die an dem Patienten positioniert ist; Aufnehmen einer Meldung der Herzfrequenz des Patienten in der Prozessoreinheit (16); Auswählen von Filterparametern auf der Grundlage der Herzfrequenz des Patienten; Filtern des Manschettendruckkurvenverlaufs in der Prozessoreinheit (16) auf der Grundlage der ausgewählten Filterparameter; und Ermitteln des Blutdrucks des Patienten in der Prozessoreinheit (16) auf der Grundlage des gefilterten Manschettendruckkurvenverlaufs (84).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Herzfrequenzmeldung anhand eines von dem Patienten stammenden EKG-Signals aufgenommen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Herzfrequenzmeldung anhand eines von dem Patienten stammenden S_pO₂ Signals aufgenommen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Auswählens von Filterparametern folgendes beinhaltet: Berechnen der Grundfrequenz der Herzfrequenz; Auswählen einer Hochpass-Eckfrequenz auf der Grundlage der Grundfrequenz; und Auswählen einer Tiefpass-Eckfrequenz auf der Grundlage einer ausgewählten harmonischen Frequenz der Grundfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die ausgewählte harmonische Frequenz die zweite harmonische Frequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Manschettendruckkurvenverlauf mittels der ausgewählten Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, zu dem ferner die Schritte gehören: Ablassen von Luft aus der Blutdruckmanschette (12) in einer Reihe von Druckstufen (38), ausgehend von einem Anfangsfülldruck (38a); Aufnehmen des Manschettendruckkurvenverlaufs bei jeder Druckstufe; Filtern des Manschettendruckkurvenverlaufs bei jeder Druckstufe unter Verwendung der ausgewählten Filterparameter; und Erzeugen einer oszillometrischen Hüllkurve (42) auf der Grundlage des gefilterten Manschettendruckkurvenverlaufs.
Verfahren nach Anspruch 4, zu dem ferner die Schritte gehören: Abrufen eines Satzes von Koeffizienten von einer Arbeitsspeichereinheit auf der Grundlage der ausgewählten Hochpass- und Tiefpass-Eckfrequenzen; und Filtern des Manschettendruckkurvenverlaufs auf der Grundlage der abgerufenen Koeffizienten.
System (10) zum Ermitteln des Blutdrucks eines Patienten (14), wobei das System aufweist: eine Prozessoreinheit (16); eine Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung (32), die an dem Patienten angeschlossen ist, um die Herzfrequenz des Patienten zu ermitteln, wobei die Herzfrequenzüberwachungsvorrichtung die ermittelte Herzfrequenz zu der Prozessoreinheit übermittelt; eine Blutdruckmanschette (12), die an dem Patienten positioniert ist, um einen Manschettendruckkurvenverlauf von dem Patienten zu gewinnen, wobei der Manschettendruckkurvenverlauf an die Prozessoreinheit ausgegeben wird; eine Arbeitsspeichereinheit (50), die Daten mit der Prozessoreinheit austauscht, wobei die Arbeitsspeichereinheit eine Reihe von Filterkoeffizienten enthält; ein Tiefpassfilter, das in der Prozessoreinheit enthalten ist, und das eine Tiefpass-Eckfrequenz aufweist, die durch die Herzfrequenz des Patienten bestimmt ist; und ein Hochpassfilter, das in der Prozessoreinheit enthalten ist, und das eine Hochpass-Eckfrequenz aufweist, die durch die Herzfrequenz des Patienten bestimmt ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Koeffizienten von der Arbeitsspeichereinheit auf der Grundlage der Hochpass-Eckfrequenz und der Tiefpass-Eckfrequenz abgerufen werden.