DE1905620A1

DE1905620A1 - Device for measuring the pulse wave speed

Info

Publication number: DE1905620A1
Application number: DE19691905620
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Kurt Fahrbach
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1970-08-20

Description

Gerät zur Messung der Pulswellengeschwlndigkeit Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Pulswellengeschwindigkeit in Blutgefäßen. Unter Pulswellengeschwindigkeit wird dabei die Geschwindigkeit verstanden, mit der sich eine unter der Wirkung der Herzaktion entstehende vorübergehende radiale Erweiterung des Blutgefäßes entlang diesem Gefäß bewegt. Pulse wave velocity measuring apparatus The present invention refers to a device used to measure the pulse wave velocity in blood vessels. The pulse wave speed is understood to mean the speed with which a temporary radial expansion under the action of the heart of the blood vessel moves along this vessel.

Zur Ermittlung der Pulswellengeschwindigkeit hat man bisher Pulsfühler verwendet, die in einem gewissen Abstand voneinander an zwei verschiedenen Stellen desselben Gefäßes angeordnet werden.Up to now, pulse sensors have been used to determine the pulse wave speed used that at some distance from each other in two different places be placed in the same vessel.

Beim Eintreffen der Pulswelle wirkt dann die radiale Bewegung der Aderwand auf den Pulsfühler ein, der seinerseits ein elektrisches Signal abgibt. Aus der Zeit, die zwischen einer Signalabgabe an dem einen und dem anderen Abnehmer vergeht, sowie aus dem Abstand der beiden Abnehmer kann man dann die interessierende Pulswellengeschwindigkeit ermitteln.When the pulse wave arrives, the radial movement of the Wall of the vein on the pulse sensor, which in turn emits an electrical signal. From the time between a signal being sent to one customer and the other passes, as well as from the distance between the two buyers, one can then identify the one of interest Determine pulse wave speed.

Die bekannten Pulsabnehmer besitzen bewegliche mechanische Teile; demzufolge arbeiten sie nicht trägheitslos und zu ihrer Verstellung sind relativ große Kräfte erforderlinh. Aus diesem Grunde müssen die Puls fühler möglichst unmittelbar auf die Aderwand aufgesetzt werden, was zur Folge hat, daß überhaupt nur oberflächennahe Gefäße für die Messung infrage kommen. Bei kreislaufschwachen oder sklerotischen Patienten sind die Aderwandbewegingen unter dem Ein£.1uß des Pulses gering, so daß diese Bswegungen häufig nicht mehr für eine sichere Pulsabnahme mit mechanischen Abnehmern geeignet sind. Außerdem deformieren die aufgesetzten Pulsfühler das zu wltersuchende Gefäß, so daß schon deshalb mit unkontrollierbaren physiologischen und mechanischen Störungen zu rechnen ist. Weiterhin sind die Pulsabnehmer gegen Störeinflüsse (Erschütterungen, Beschleunigungskräfte bei Bewegung des betreffenden Körperteiles) sehr empfindlich.The known pulse pickups have moving mechanical parts; consequently they do not work without inertia and are relative to their adjustment great forces required. For this reason, the pulse sensors must be as immediate as possible be placed on the vein wall, which has the consequence that only near the surface Containers come into question for the measurement. With poor circulation or sclerotic In patients the vein wall movements under the influence of the pulse are slight, so that these movements are often no longer necessary for a safe pulse measurement with mechanical Are suitable for customers. In addition, the attached pulse sensors deform it searching vessel, so that for that very reason with uncontrollable physiological and mechanical disturbances are to be expected. Furthermore, the heart rate collectors are against Interference (Vibrations, acceleration forces when moving the body part concerned) very sensitive.

Es ist auch bekannt, mittels Rheographie die Pulswellengeschwindigkeit zu messen. Dieses Meßverfahren, bei dem der Körper des Patienten von elektrischem Strom durchflossen werden muß, erfordert großen apparativen und applikationstechnischen Aufwand; es ist auch sehr stark störanfällig, weil schon geringste Erschütterungen zu Störsignalen führen, die oft wesentlich größer sind als die Nutzsignale. Die mit dieser Meßmethode erzielbaren Ergebnisse sind aber auch grundsätzlich recht ungenau, weil bei größeren Meßstellenabständen die Ermittlung der genauen Länge des zwischen diesen Meßstellen im Gewebe unregelmäßig verlaufenden Gefäßes unmöglich ist und außerdem die Pulswelle an der 2.It is also known to use rheography to determine the pulse wave velocity to eat. This measurement method, in which the patient's body of electrical Current must be flowed through, requires large equipment and application technology Expenditure; it is also very susceptible to failure because even the slightest vibrations lead to interference signals that are often much larger than the useful signals. the However, the results that can be achieved with this measuring method are also fundamentally correct imprecise, because the exact length is determined for larger measuring points of the vessel, which runs irregularly between these measuring points in the tissue, is impossible and also the pulse wave at the 2nd

Meßstelle schon so weitgehend deformiert ist, daß ein Erfassen des gleichen Bezugspunktes der Pulswellenkonfiguration wie bei der ersten Meßstelle nicht mehr möglich is-t. Bei Verringerung des Meßstellenabstandes behält zwar die Pulswelle weitgehend ihre Form bei; sie benötigt aber nur kurze Zeit, um bis zur 2. Meßstelle zu gelangen. Die Messung dieser kurzen Zeit bereitet Schwierigkeiten und der Fehler dieser Zeitmessung geht wegen des geringen Meßstellenabstarides sehr stark in das errechnete Ergebnis der Pulswellengeschwindigkeit ein. Daher genügt die mit rheographischen Methoden erreichbare Genauigkeit der Pulswellengeschwindigkeit nicht mehr den medizinischen Anforderungen.Measuring point is so largely deformed that the same reference point of the pulse wave configuration as for the first measuring point is no longer possible. When the measuring point distance is reduced, the Pulse wave largely changes its shape; but it only needs a short time to reach 2. To get to the measuring point. It is difficult to measure this short time and the error of this time measurement is very good because of the small measuring point dropout strongly into the calculated result of the pulse wave velocity. So it is enough the accuracy of the pulse wave velocity that can be achieved with rheographic methods no longer meets the medical requirements.

Die Pulswellengeschwindigkeit kann auch auf fotoelektrischem Wege bestimmt werden. Dabei treten die gleichen MeßunsicherheS-ten wie bei der rheographischen Methode auf, außerdem sind Gefäße, die nicht; an der Hautoberfläche liegen, auf diese Weise nicht erfaßber.The pulse wave velocity can also be photoelectric to be determined. The same measurement uncertainties occur here as with the rheographic Method on, moreover, are vessels that are not; lying on the surface of the skin not detectable in this way.

Auf;;abe vorllegender Erfindung ist e, ein Gerät der eingangs genennten Art zu schaffen, mit dem ohne Beeinflussung der Elastisität der Gefäßwäude und ohne schwierige Applikationsarbeit die Pulswellengeschwindigkeit rasch, sicher und ohnc Belastung für die zu untersuchende Person durchgeführt werden kann und mit dem die Pulswellengeschwindigkeit auch von tiefliegenden Gefäßen meßbar ist; dabei sollen die beiden Meßstellen möglichst nahe beieinander liegen kennen) damit die Pulswellengeschwindigkeit sozusagen als differentielle Größe, d.h. für einen relativ kleinen Gefäßabschnitt ermittelt werden kann. Dies ist wichtig, weil bei größeren Meßstellenabständen nur ein Mittelwert der Pulswellengeschwindigkeit über diesen Abstand ermittelt wird und besonders interessierende Gefäßwandteile nicht für sich bezüglich der Pulswellengeschwindigkeit untersucht werden können.On ;; but the present invention is e, a device of the aforementioned Art to create with which without influencing the elasticity of the vascular structure and without difficult application work the pulse wave speed rapidly, can be carried out safely and without stress for the person to be examined and with which the pulse wave speed can also be measured in deep-lying vessels is; the two measuring points should be as close to each other as possible) thus the pulse wave velocity as a differential quantity, so to speak, i.e. for a relatively small vessel section can be determined. This is important because in the case of larger distances between the measuring points, only an average value of the pulse wave velocity is determined via this distance and particularly interesting parts of the vessel wall cannot be examined individually with regard to the pulse wave velocity.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe gelöst durch zwei piezoelektrische Schwinger, die derart angeordnet sind, daß ihre senkrecht auf das zu untersuchende Gefäß auszurichtenden Sende-bzw. Empfangsrichtungen parallel zueinander verlaufen und die einerseits an einen Hochfrequenzgenerator und andererseits an je ein Doppler-Empfangsgerät angeschlossen sind, welche Dopplerwand Empfangsgeräte die aufgrund der radialen Gefäßbewegungen entstehenden (von der Sendefrequenz abnweichenden) Frequenzen aufnehmen, die Dopplerfrequenz bilden und sieXin den Gefäßwandgeschwindigkeiten (V1, V2) an den Meßstellen proportionale analoge Spannungswerte umwandeln und durch einen Rechner, der diese Spannungswerte (v1, V2) zur Errechnung der gesuchten Pulswellengeschwindigkeit Vp gemäß der Formel in einen analogen Ausgangswert umformt.According to the invention, this object is achieved by two piezoelectric oscillators, which are arranged in such a way that their transmitting or transmitting signals to be aligned perpendicularly to the vessel to be examined. Receiving directions run parallel to each other and which are connected on the one hand to a high-frequency generator and on the other hand each to a Doppler receiving device, which Doppler wall receiving devices record the frequencies (deviating from the transmission frequency) that arise due to the radial vascular movements, form the Doppler frequency and generate the Vascular wall velocities (V1, V2 ) convert proportional analog voltage values at the measuring points and use a computer to use these voltage values (v1, V2) to calculate the pulse wave velocity Vp sought according to the formula converted into an analog output value.

Nachfolgend wird anhand von 3 Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Teilstück eines Gefäßes, welches mit dem erfindungsgemäßen Gerät untersucht wird, Fig. 2 ein Blockschaltbild des Gerätes und Fig. 3 eine Ansicht des Trägers für die Ultraschallsende/ Empfänger.An exemplary embodiment of FIG Invention explained. They show: FIG. 1 a section of a vessel, which with the device according to the invention is examined, Fig. 2 is a block diagram of the device and FIG. 3 shows a view of the carrier for the ultrasonic transmitter / receiver.

In Fig. 1 ist mit 1 das unter der Hautoberfläche 2 verlaufende Blutgefäß dargestellt, welches unter der Wirkung einer Herzpulsation in radialer Richtung (y-Richtung) ausgebaucht ist.In FIG. 1, 1 is the blood vessel running under the skin surface 2 shown, which under the action of a heart pulsation in the radial direction (y-direction) is bulged.

Die Ausbauchung pflanzt sich mit der Geschwindigkeit'Vp in Richtung des Pfeiles 3 in Längsrichtung (x-Richtung) des Gefäßes fort. Uber dem Gefäß ist auf der Hautoberfläche 2 der Träger 4 für die darin in einer Ebene nebeneinanderliegend angeordneten Ultraschallsende/Empfänger S1 und 2 angeordnet, Zum Träger 4 führt die Anschlußleitung 5. Die Sender S1 und S2 senden in Richtung der Pfeile 6 und 7 Ultraschall aus, d.h. ihre Sende-(und Empfangs-) richtungen verlaufen parallel zueinander. Der Abstand zwischen den beiden Sendern ist mit b bezeichnet. Mittels der Sender/Empfänger und der in der Fig. 2 dargestellten Dopplergeräte (9,10) wird aufgrund des Dopplereffektes die Geschwinddigkeit der jeweils beschallten Stellen der Gefäßwand in y-Richtung, d.h. senkrecht zur Längsausdehnung des Gefäßes 1 ermittelt.The bulge grows with the velocity'Vp in the direction of arrow 3 in the longitudinal direction (x-direction) of the vessel. Above the vessel is on the skin surface 2 the carrier 4 for those lying next to one another in one plane arranged ultrasound transmitter / receiver S1 and 2, leads to carrier 4 the connecting line 5. The transmitters S1 and S2 transmit in the direction of the arrows 6 and 7 ultrasound off, i.e. their sending (and receiving) directions run parallel to each other. The distance between the two transmitters is denoted by b. Means the transmitter / receiver and the Doppler devices (9, 10) shown in FIG. 2 due to the Doppler effect, the speed of the respective sonicated areas of the vessel wall in the y-direction, i.e. perpendicular to the longitudinal extent of vessel 1.

Die Geschwindigkeiten betragen V1 bzw. V2, wobei die Geschwindigkeit Vt vom Sende/Empfangssystem S1 mit Dopplergerät 9 und die Geschwindigkeit V2 vom Sende/Empfangssystem S2 mit Dopplergerät 10 ermittelt wird. Es läßt sich zeigen, daß die gesuchte Geschwindigkeit Vp aus den Geschwindigkeiten V1 und V2 entsprechend der oben angegebenen Formel errechnet werden kann. Dazu ist die in Fig. 2 dargestellte Schaltung benutzt. Sie besteht aus dem Sende/Empfangssystem S1 und S2, wobei Jedes der beiden Systeme aus nur einem piezoelektrischen Schwinger bestehen kann, der abwechselnd oder gleichzeitig als Sender und Empfänger arbeitet oder es kann jedes System aus einem getrennten Sendeschwinger und Empfangsschwinger - wie in der Fig. 2 dargestellt - bestehen.The speeds are V1 and V2, where the speed Vt from the transmitting / receiving system S1 with Doppler 9 and the speed V2 from Transmitting / receiving system S2 with Doppler device 10 is determined. It can be shown that the desired speed Vp from the speeds V1 and V2 accordingly can be calculated using the formula given above. For this purpose, the one shown in FIG. 2 is shown Circuit used. It consists of the transmitting / receiving system S1 and S2, where each of the two systems can consist of only one piezoelectric oscillator, the works alternately or at the same time as transmitter and receiver or each can System consisting of a separate transmitter and receiver transducer - as shown in Fig. 2 shown - exist.

In der Fig. 2 ist der Sendeschwinger des Systems Si mit S1s bezeichnet, der Empfangsschwinger mit Sle (und dementsprechend beim System 2 S2s und S2e). Die Sendeschwinger Sls und S2s werden erregt von dem Hochfrequenzgenerator 8. Die Empfangsschwinger 51e und S2e sind an die Doppler-Empfangsgeräte 9 und 10 angeschlossen, deren Ausgänge ihrerseits an den Rechner 11 angeschlossen sind, der an seinem Ausgang 12 eine der gesuchten Pulswellengeschwindigkeiten VP proportionale analoge Größe (elektrische Spannung) liefert. Jedes der Doppiergeräte 9 und 10 enthält einen Verstärker 15 und 14, einen Frequenzdemodulator 15 und 16 zur Bildung der Dopplerfrequenzen fD1 bzw. fD2 als Differenz aus der Sende- und der Empfangsfrequenz des Jeweiligen Systems S1 oder S2, sowie einen Frequenzmesser 17 und 18 zur Umwandlung der Frequenz fD1 und fD2 in eine der Frequenz proportionale elektrische Gleichspannung, so daß an den Punkten 19 und 20 die den radialen Gefäßwandgeschwindigkeiten V1 und entsprechenden analogen Größen (elektrische Spannungen) abnehmbar sind. Diese Größen werden im Rechner 11 derart verarbeitet.In Fig. 2, the transducer of the system Si is denoted by S1s, the receiving transducer with Sle (and accordingly with system 2 S2s and S2e). the Transmitter oscillators Sls and S2s are excited by the high frequency generator 8. The receiving oscillators 51e and S2e are connected to the Doppler receiving devices 9 and 10 connected, the outputs of which are in turn connected to the computer 11, the at its output 12 one of the sought pulse wave velocities VP proportional supplies an analog quantity (electrical voltage). Each of the doubling devices 9 and 10 contains an amplifier 15 and 14, a frequency demodulator 15 and 16 for forming the Doppler frequencies fD1 or fD2 as the difference between the transmit and receive frequencies of the respective system S1 or S2, as well as a frequency meter 17 and 18 for conversion the frequency fD1 and fD2 into an electrical direct voltage proportional to the frequency, so that at points 19 and 20 the radial vessel wall velocities V1 and corresponding analog values (electrical voltages) can be removed. These sizes are processed in the computer 11 in this way.

daß das Summierglied 21 die Summe von V1 und V2 bildet, während das Differenzglied 22 mit nachgeschaltetem Integrator 23, die über die Zeit (z.B. einen Pulsschlag) integrierte Differen@ der Größen V2 - V1 abgibt. Zur Bildung des Quotienten zwischen der vom Summierglied ermittelten Summe V1 und V2 und der integrierten Differenz # (V2 = V1) dt ist das Dividierglied 24 vorgesehen.that the summing element 21 forms the sum of V1 and V2, while the Difference element 22 with a downstream integrator 23, which over time (e.g. a Pulse rate) emits integrated differences @ of the sizes V2 - V1. To form the quotient between the sum V1 and V2 determined by the summing element and the integrated difference # (V2 = V1) dt the divider 24 is provided.

an dessen Ausgang die der Pulswellengeschwindlgkeit entsprechende Größe Vp am Ausgang 12 abnehmbar ist.at its output the one corresponding to the pulse wave speed Size Vp at the output 12 is removable.

Fig. 3 ist die U-Form des Trägers 4 für die Sende/Empfangs systeme S1 und S2 dargestellt, wobei der Einfachheit halber Jedes System lediglich aus einem als Sender und Empfänger arbeitenden piezoelektrischen Schwinger S S2 besteht.Fig. 3 is the U-shape of the carrier 4 for the transmitting / receiving systems S1 and S2 shown, for the sake of simplicity, each system consists of only one As a transmitter and receiver working piezoelectric oscillator S S2 consists.

Der durch die U-Form gegebene Raum wird mit einer gelatineartigen Ultraschallankopplungsmasse ausgefüllt. Die U-Form des Trägers 4 wurde deshalb gewählt* damit beim Auflegen des Tilgers X auf die Hautoberfläche das zu tuftersuchende Gefäß nicht durch den Auflagedruck des Trägers beeinflußt wird; die beiden Schenkel des U-förmi£en Trägers werden also parallel eu der Gefäßläng@-ausdehnung derart aufgelegt, daß das Gefäß unterhalb der Sende/ Empfangssysteme S1 und S2 zu liegen kommt.The space given by the U-shape becomes gelatinous with a Ultrasonic coupling compound filled out. The U-shape of the beam 4 was therefore chosen * so that when the absorber X is placed on the skin surface, the vessel to be tufted is not influenced by the pressure of the wearer; the two legs of the U-shaped supports are placed parallel to the longitudinal expansion of the vessel in such a way that that the vessel is below the transmitting / receiving systems S1 and S2 too come to lie.

Als Sendefrequenzen haben sich Frequenzen zwischen 2 MHz und 12 MHz bewährt, Der Durchmesser der Schwinger beträgt etwa 6 mm und der dazwischenliegende Abstand etwa 3 mm, d.h b = 9 mm,.The transmission frequencies are frequencies between 2 MHz and 12 MHz proven, the diameter of the transducer is about 6 mm and the one in between Distance about 3 mm, i.e. b = 9 mm.

(die Schwinger können aber auch andere geometrische Formen aufweisen, z.B. quadratisch sein). Diese Abmessungen sind gering genug für die medizinischen Anforderungen bezüglich der "differentiellen" Bestimmung der Pulswellengeschwindigkeit. Die Erfindung ist speziell für die Messung der Pulswellengeschwindigkeit in Blutgefäßen, d.h. für medizinische Anwendung geschaffen; sie ist aber nicht auf diesen Anwendungszweck beschränkt, sondern eignet sich auch ganz generell fUr die Ermittlung von Pulswellengeschwindigkeiten in elastischen Leitungen.(The transducers can, however, also have other geometric shapes, e.g. be square). These dimensions are small enough for the medical one Requirements relating to the "differential" determination of the pulse wave velocity. The invention is especially for the measurement of the pulse wave velocity in blood vessels, i.e. created for medical use; but it is not based on this application limited, but is also suitable in general for the determination of pulse wave velocities in elastic lines.

Claims

Device for determining the pulse wave speed in blood vessels, characterized by two piezoelectric oscillator systems (S1, S2), the such are arranged that their to be aligned perpendicular to the vessel to be examined Send resp.

Receiving directions run parallel to each other and which are connected on the one hand to a high-frequency generator (8) and on the other hand to Se a Doppler receiving device (9, 10), which Doppler receiving devices pick up the frequencies (deviating from the transmission frequency) resulting from the radial movements of the vessel wall, the Doppler frequencies (fD1, fD2) and convert them to the vessel wall velocities (v1, V2) at the measuring points proportional analog voltage values and by a computer (11) which these voltage values (V1, V2) to calculate the pulse wave velocity Vp sought according to the formula converted into an analog output value.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the computer a summing element (21), the sum of the output from the Doppler receivers analog voltage values (V1 and V2) and a differential element (22) to form contains the difference between the said voltage values, the difference element being a Integrator (23) is connected downstream, as well as a dividing element (24) for formation the quotient of the sum mentioned and the integrated value, which quotient represents an analog value for the searched pulse wave velocity Vp.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the two transducers lying next to each other in one plane in a common carrier (4) are arranged.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the two Oscillators (S1, S2) have a diameter of about 6 mm and are spaced apart by ef about 3 mm are arranged side by side.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the high-frequency generator (8) can be set to a frequency between 2 / MHz.

6. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the Support (4) for the transducers & -shaped and the transducers (S1, 82) on which the two open side surfaces of the U-shaped beam connect Base are arranged side by side.

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the U of the carrier is filled with a gelatinous ultrasonic coupling.