DE102015012351A1 - Device for measuring pulse wave velocity on a single small patch over an artery - Google Patents
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Abstract
Bluthochdruck gehört zu den häufigsten Erkrankungen. Die herkömmliche Messung des Blutdrucks mit einem Sphygmomanometer ist problematisch. Im erfindungsgemäßen Gerät erfasst ein hochempfindlicher Sensor die Druckschwankungen einer oberflächennahen Arterie an einem Messfeld, das vom Herzen 20–150 cm entfernt liegt. Die erste Druckschwankung im Zeitverlauf eines Pulses ist der erste Herzton mit Leistungsmaxima im Frequenzbereich zwischen 3–300 Hz. Weit später erreicht die eigentliche Pulswelle den Druckaufnehmer als elastische Verformung der Gefäßwand mit typischen Frequenzen von unter 3 Hz. Aus dem Zeitverzug zwischen Herzton und Ankunftszeit der Pulswelle errechnet das Gerät die Pulswellenlaufzeit und Pulswellengeschwindigkeit sowie den Blutdruck. Die Erfindung erlaubt die Herstellung von leichten, kleinen, kaum spürbaren, am Körper dauernd tragbaren Messgeräten geeignet zur störungsfreien Messung während des Schlafes.Hypertension is one of the most common diseases. The conventional measurement of blood pressure with a sphygmomanometer is problematic. In the device according to the invention, a highly sensitive sensor detects the pressure fluctuations of a near-surface artery at a measuring field which is 20-150 cm away from the heart. The first pressure fluctuation in the time course of a pulse is the first heart sound with power maxima in the frequency range between 3-300 Hz. Far later the actual pulse wave reaches the pressure transducer as elastic deformation of the vessel wall with typical frequencies of under 3 Hz. From the time delay between heart sound and arrival time of the Pulse wave, the device calculates the pulse wave transit time and pulse wave velocity as well as the blood pressure. The invention allows the production of light, small, barely perceptible, on the body continuously portable measuring devices suitable for trouble-free measurement during sleep.
Description
Bluthochdruck ist einer der wichtigsten Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen wie Herzinfarkt und Schlaganfall. Bluthochdruck gehört ferner zu den häufigsten Erkrankungen und betrifft etwa ein Drittel der Bevölkerung über 25 Jahren. Die Messung des Blutdrucks wird meist mit einem sogenannten Sphygmomanometer vorgenommen. Dabei wird mit einer Druckmanschette ein Druck im Gewebe z. B. am Oberarm oder Handgelenk erzeugt, der den arteriellen Blutdruck übersteigt. Dieser Druck wird variiert und die Einschränkung des Blutflusses in der Arterie akustisch oder oszillometrisch ausgewertet. Diese Form der Messung ist aus mehreren Gründen problematisch. Die kurzzeitige Messung spiegelt häufig nicht den Ruheblutdruck wieder, da Patienten auf die Untersuchung mit einer Erhöhung des Blutdrucks reagieren (sogenannte Weisskittelhypertonie). Die Messung über einen längeren Zeitraum ist schwierig und unbequem, weil die Druckmanschette spürbar und störend ist. Schließlich erzeugt die Messung selbst, die vom Patienten als Quetschen wahrgenommen wird, eine möglicherweise unbewusste Störung des Ruhezustandes und damit eine Druckerhöhung als Alarmreaktion. Eine Messung während des Schlafs, wo der Ruhedruck am besten ermittelt werden kann, ist ohne Störung der Nachtruhe nicht möglich. Aus diesen Gründen hat die gängige Blutdruckmessung eine sehr schlechte Spezifizität: Bei etwa einem Drittel der Patienten wird fälschlicherweise ein Bluthochdruck diagnostiziert mit erheblichen Konsequenzen, wie z. B. lebenslängliche Medikamenteneinnahme inklusive Nebenwirkungen. Auch die Sensitivität der beschriebenen Diagnostik ist nicht gut, etwa 20% der Bluthochdruckpatienten werden mit den gängigen Einzelmessungen nicht erkannt.Hypertension is one of the major risk factors for cardiovascular diseases such as heart attack and stroke. High blood pressure is also one of the most common diseases and affects about one third of the population over 25 years. The measurement of blood pressure is usually made with a so-called sphygmomanometer. It is with a pressure cuff a pressure in the tissue z. B. generated on the upper arm or wrist, which exceeds the arterial blood pressure. This pressure is varied and the restriction of blood flow in the artery is evaluated acoustically or oscillometrically. This form of measurement is problematic for several reasons. The short-term measurement often does not reflect the resting blood pressure, as patients respond to the investigation with an increase in blood pressure (so-called white-coated hypertension). Measurement over a long period of time is difficult and uncomfortable because the pressure cuff is noticeable and annoying. Finally, the measurement itself, which is perceived by the patient as squeezing, generates a possibly unconscious disturbance of the resting state and thus an increase in pressure as an alarm reaction. A measurement during sleep, where the resting pressure can best be determined, without disturbing the night's sleep is not possible. For these reasons, the usual blood pressure measurement has a very poor specificity: in about one third of patients, a high blood pressure is falsely diagnosed with significant consequences, such as. B. Lifelong medication intake including side effects. Also, the sensitivity of the diagnostic described is not good, about 20% of hypertensive patients are not recognized with the usual individual measurements.
Aus diesem Grund werden in letzter Zeit andere, weniger störende Messgeräte entwickelt. Die meistversprechende Methode ist die Bestimmung der Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit. Dabei wird der Zeitpunkt des Beginns der Herzkontraktion ermittelt (Beispielsweise aus einem EKG-Signal). Außerdem wird die Ankunftszeit der Pulswelle an einer Körperstelle mit bekannter Entfernung vom Herzen gemessen. Daraus kann die Pulswellengeschwindigkeit errechnet werden. Diese Messung erfordert keine störende Kompression von Gewebe. Die Pulswellengeschwindigkeit ist im Wesentlichen von der Elastizität der Arterienwände abhängig und ist deshalb eine Funktion des Blutdrucks: Je höher der Druck, desto stärker die Spannung und Steifheit der Arterienwand, und desto schneller die Pulswellengeschwindigkeit. Der Blutdruck kann nach Referenzmessungen aus der Pulswellengeschwindigkeit errechnet werden. Allerdings ist bereits ohne Umrechnung die Pulswellengeschwindigkeit selbst bereits ein guter Indikator für kardiovaskuläre Risiken.For this reason, other less disturbing gauges have recently been developed. The most promising method is to determine the pulse wave transit time or pulse wave velocity. The time of the beginning of the cardiac contraction is determined (for example, from an ECG signal). In addition, the arrival time of the pulse wave is measured at a body site at a known distance from the heart. From this the pulse wave velocity can be calculated. This measurement does not require disturbing compression of tissue. The pulse wave velocity is essentially dependent on the elasticity of the arterial walls and is therefore a function of blood pressure: the higher the pressure, the stronger the tension and stiffness of the arterial wall, and the faster the pulse wave velocity. The blood pressure can be calculated from the pulse wave velocity after reference measurements. However, even without conversion, the pulse wave velocity itself is already a good indicator of cardiovascular risks.
Der größte Nachteil der Pulswellengeschwindigkeit Messung besteht in der bisherigen Notwendigkeit, an zwei verschiedenen Punkten des Körpers Signale zu erfassen: Der Beginn der Pulswelle wird am besten elektrisch oder akustisch in der Nähe des Herzens ermittelt, während die verzögerte Ankunft der Pulswelle am genauesten möglichst weit vom Herz entfernt aufgenommen werden kann. Dieses Dilemma verhindert bisher die Entwicklung von leichten, kleinen, kaum spürbaren, am Körper tragbaren Pulswellengeschwindigkeit-Messgeräten, wie beispielsweise einem Fitnessarmband, Stirnband, oder einem anderen „Wearable”.The main disadvantage of the pulse wave velocity measurement is the previous need to detect signals at two different points in the body: the beginning of the pulse wave is best determined electrically or acoustically near the heart, while the delayed arrival of the pulse wave is most accurate as far as possible Heart can be picked up remotely. This dilemma has hitherto prevented the development of light, small, barely noticeable, body-wearable pulse wave velocity gauges, such as a fitness bracelet, headband, or other "wearable".
Die
Die
Die hier beschriebene Erfindung beschreibt ein einzelnes, kleines, kaum spürbares, nicht störendes, am Körper dauernd tragbares Gerät mit geringem Gewicht zur Erfassung der Pulswellengeschwindigkeit und löst damit alle aufgeführten Nachteile. Die Erfindung erlaubt insbesondere, nur an einem Punkt der Körperoberfläche Messwerte zu erfassen und die Pulswellengeschwindigkeit in allen Altersgruppen zuverlässig zu bestimmen. Eine Verbindung zwischen auseinanderliegenden Sensoren, z. B. mit einem Kabel, ist nicht erforderlich. Der Messwertaufnehmer kann sehr klein und leicht realisiert und beispielsweise in ein Armband integriert werden. Damit ist eine den Patienten nicht störende kontinuierliche Messung, Aufzeichnung und Übertragung der Pulswellengeschwindigkeit gewährleistet, auch und besonders während des Schlafs.The invention described here describes a single, small, hardly noticeable, non-irritating, permanently portable device with low weight for detecting the pulse wave velocity and thus solves all the disadvantages listed. The In particular, the invention makes it possible to record measured values only at one point on the body surface and to reliably determine the pulse wave velocity in all age groups. A connection between spaced sensors, z. B. with a cable, is not required. The sensor can be very small and easily realized and integrated, for example, in a bracelet. This ensures a continuous measurement, recording and transmission of the pulse wave velocity which does not disturb the patient, also and especially during sleep.
Das hier beschriebene erfindungsgemäße Gerät löst diese Aufgaben in der folgenden Weise: Diese Aufgaben werden hinsichtlich der Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Messverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen. Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.The device according to the invention described here achieves these tasks in the following manner: These objects are achieved with regard to the measuring device having the features of
Die Herztöne werden bisher normalerweise mit einem Stethoskop oder Mikrofon am Brustkorb, also in unmittelbarer Nähe des Herzens abgehört. Überraschenderweise ist es mit einem sensitiven Sensor möglich, Herztöne auch mit großem Abstand zum Herzen über einer peripheren Arterie aufzunehmen und zu messen. Im erfindungsgemäßen Gerät erfasst ein hochempfindlicher Sensor die Druckschwankungen einer oberflächennahen Arterie an einem Messfeld, das vom Herzen 20–150 cm entfernt liegt. Die erste Druckschwankung im Zeitverlauf eines Pulses ist der erste Herzton mit Leistungsmaxima im Frequenzbereich zwischen 10–300 Hz. Der erste Herzton entsteht durch die Kompression der Blutsäule im Herzmuskel bei Beginn der Kontraktion gemeinsam mit der Schliessung der Mitral- und Tricuspidalklappe. Diese akustische Welle wird in der arteriellen Blutsäule mit einer Geschwindigkeit von annähernd über 1400 m/s fortgeleitet ähnlich einer longitudinalen Schallwelle in Wasser. Bei bekanntem Abstand des Sensors vom Herzen kann damit der Zeitpunkt des Beginns der Pulswelle errechnet werden. Weit später erreicht die eigentliche Pulswelle den Sensor als elastische Verformung der Gefäßwand, da sie bei typischen Frequenzen von unter 3 Hz mit einer weitaus geringeren Geschwindigkeit von typischerweise 10–15 m/s fortgeleitet wird. Diese Art der Fortleitung ist eine Wechselwirkung zwischen elastischer Gefäßwand und Druck um Inneren des Blutgefäßes und ist vergleichbar mit einer Welle auf einer Wasseroberfläche. Aus dem Zeitverzug zwischen Startzeit des Pulses und Ankunftszeit der Pulswelle errechnet das Gerät die Pulswellenlaufzeit und Pulswellengeschwindigkeit. Mithilfe von Kalibrationsdaten errechnet das Gerät ferner den systolischen und diastolischen Blutdruck. Die Messung kann kontinuierlich für jeden Puls erfolgen. Die ermittelten Daten können gespeichert, auf einer Anzeige dargestellt, mit optischen und oder akustischen Alarmfunktionen verknüpft, und drahtlos oder per Kabel an ein weiteres Datenverarbeitungsgerät übertragen werden.The heart sounds are usually heard with a stethoscope or microphone on the chest, so in the immediate vicinity of the heart. Surprisingly, it is possible with a sensitive sensor to record and measure heart sounds also at a great distance from the heart over a peripheral artery. In the device according to the invention, a highly sensitive sensor detects the pressure fluctuations of a near-surface artery at a measuring field which is 20-150 cm away from the heart. The first pressure fluctuation in the time course of a pulse is the first heart sound with power maxima in the frequency range between 10-300 Hz. The first heart sound results from the compression of the blood column in the cardiac muscle at the beginning of the contraction together with the closure of the mitral and tricuspid valve. This acoustic wave is propagated in the arterial blood column at a speed of approximately over 1400 m / s, similar to a longitudinal sound wave in water. With a known distance of the sensor from the heart so that the time of the beginning of the pulse wave can be calculated. Much later, the actual pulse wave reaches the sensor as an elastic deformation of the vessel wall, as it is propagated at typical frequencies of less than 3 Hz at a much lower speed of typically 10-15 m / s. This type of conduction is an interaction between elastic vessel wall and pressure around the interior of the blood vessel and is comparable to a wave on a water surface. From the time delay between the start time of the pulse and the arrival time of the pulse wave, the device calculates the pulse wave transit time and pulse wave velocity. Using calibration data, the device also calculates systolic and diastolic blood pressure. The measurement can be done continuously for each pulse. The data obtained may be stored, displayed on a display, associated with visual and / or audible alarms, and transmitted wirelessly or by cable to another computing device.
Die Ankunftszeit des ersten Herztons kann alternativ oder zusätzlich auch optisch wie mit einem optischen Mikrofon, die der Pulswelle ähnlich einem Pulsoxymeter durch eine Messung der Hämoglobinkonzentration in der Haut erfasst oder verifiziert werden. Die Identifizierung des ersten Herztones kann durch Analyse des Frequenzbereichs, und/oder des Zeitpunkts im Zeitrahmen mehrerer aufeinanderfolgender Pulse, und/oder durch eine Plausibilitätsanalyse der errechneten Pulswellengeschwindigkeit vorgenommen werden.The arrival time of the first heart sound may alternatively or additionally also be detected or verified optically, as with an optical microphone, similar to the pulse wave, similar to a pulse oximeter, by measuring the hemoglobin concentration in the skin. The identification of the first heart sound may be performed by analysis of the frequency range, and / or the time in the time frame of several consecutive pulses, and / or by a plausibility analysis of the calculated pulse wave velocity.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der Zeichnungen. Diese zeigen in:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the drawings. These show in:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the figures, like elements and elements having the same function are denoted by the same reference numerals.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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