DE2206739A1

DE2206739A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen des Volumens einer Flüssigkeit, die durch eine Leitung mit verandei liehen physikah sehen Kennwerten, unter einem sich mit der Zeit ändernden Druck fließt

Info

Publication number: DE2206739A1
Application number: DE19722206739
Authority: DE
Inventors: William Woodford Green Essex Rogers Thomas Milngavie Dunbartonshire Forbes, (Großbritannien)
Original assignee: Thales Optronics Ltd
Current assignee: Thales Optronics Ltd
Priority date: 1971-02-06
Filing date: 1972-02-12
Publication date: 1972-09-07
Also published as: FR2127839A5

Description

DR. RUDOLF BAUER . DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH PATENTANWÄLTE

753 PFORZHEIM. (west-Germany) WESTLICHE 31 (AM LEOPOLDPLATZ) TEL.: (O7231) 2429O

9.2.1972 I/K

Firma Barr & Stroud Limited, Glasgow (Großbritannien)

Verfahren und Vorrichtung zum Hessen des Volumens einer Flüssigkeit, die durch eine Leitung mit veränderlichen physikalischen Kennwerten, unter einem sich mit der Zeit ändernden Druck fließt.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Hessen des Volumens einer Flüssigkeit, die duräa. eine Leitung mit veränderlichen physikalischen Kennwerten, unter einem sich mit der Zeit ändernden Druck fließt.

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung sind insbesondere vorteilhaft zum Hessen des Schlagvolumens des Herzens und zum Hessen der Herzleistung, d. h·, Schlagvolumen χ Schlagzahl in der Zeiteinheit.

Die Jüngsten Irfolge der Herzchirurgie lassen es wünschenswert erscheinen, während der Rekonvaleszenz das Schlagvolumen und die Herzleistung genau und ständig zu messen. Das Hessen der

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Herzleistung ist weiter wichtig nach Einsetzen von leilprothesen zum Testen von Heia ehr ittmachern und zum Prüfen des Einflußes von Drogen auf die Herzfunktion.

Die zum Hessen dieser Größen bekannten Geräte messen entweder ungenau oder nicht fortlaufend.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die das Schlagvolumen und die Heuleistung sowohl genau, wie auch fortlaufend zu messen gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe fließt gemäß dem Verfahren der Erfindung, eine Flüssigkeit, deren Druck zeitabhängig veränderlich ist, durch ein Bohr mit physikalischen Eigenschaften, die den veränderlichen Flüssigkeitsdruck unter Integration der notwendigen Änderungen derart abgleichen, daß die Messwerte in unmittelbarer Beziehung zu dem durch das Rohr strömenden Flüssigkeitsvolumen steht*.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird das Schlagvolumen durch graphische Aufzeichnung des Blutdrucks über einen bestimmten Zeitraum gemessen, welcher eine Mehrzahl von Blutdruckwellen umfaßt, von denen jede sich vom diastolischen Druckmaximum über den systolischen Druck bis zum nächsten diastolischen Druckmaximum erstreckt, wobei über den Bereich der Kurven über einer Geraden integriert wird, die sich vom diastolischen Druck der ersten Amplitude zum diastolischen Druck der zweiten Amplitude erstreckt, wobei der Bereich den systolischen Druck umschließt!

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Das Integral über diesen Bereich ist proportional dem Schlagvolumen.

Der Meßwert ergibt sich als Produkt des Integrals mit einer Konstanten, welche durch Messung des Schlagvolumens mit einem Indikator-Verdünnungsverfahren erhalten wurde. Die Integration des Bereichs und die Messung der Konstante erfolgt zweckmäßig elektonisch.

Vorzugsweise wird der Blutdruck des Patienten gleichzeitig durch in die Aorta oder die Schenkelarterie eingeführte Katheder überwacht.

Die Blutgerinnung im Katheter wird durch eine Salzlösung verhindert, die in bestimmten zeitlichen Abständen durch den Katheter läuft.

Die Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens der Erfindung umfaßt ein Überwachungsgerät, einen Meßwertwandler zur Umsetzung des Blutdrucks in ein elektrisches Signal, einen Integratorkreis zum Messen des Bereichs integrals und Meßinstrumenten, die die Meßwerte anzeigen und/oder aufzeichnen.

Das Signal wird vorzugsweise durch eine Deformationsmeßbrücke am Katheter erzeugt. Es wird vorzugsweise vor Einleitung in den Integratorkreis verstärkt. Es durchläuft außerdem ein Dämpfungsglied, um den Integrator nicht ai überlasten.

Hierzu durchläuft das Signal vorzugsweise einen Gleichstromblock, der die Signalamplitude ua den Gleichstrombetrag vermindert.

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Nach Passieren des Gleichstromblocks kann das Signal wiederum verstärkt werden, bevor es dem Integrator zugeleitet wird. Ferner wird das Signal vorzugsweiee durch ein Kontaktrelais oder eine äquivalente elektronische Einrichtung in Impulse zerhackt.

Das Relais wird zweckmäßig durch eine Zeitschaltung betätigt, welche in den Impulspausen die Salzlösungspumpe des Katheters betätigt.

Schließlich durchläuft das Signal vor dem Integrator einen Gleichstrom-Wiederherstellungskreis. Am Ausgang des Integrators liegt eine Halte-Schaltung für die Ausgangsspannung.

Die Ausgangsspannung, welche also dem Kurvenintegral proportional ist, wird elektronisch mit einer Konstanten multipliziert, das Produkt ist ein Maß des Schlagvolumens.

Das Verfahren der Erfindung wird nachstehend an Hand des Beschreibung und Zeichnung eines bevorzugten?Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens näher erläutert, In der Zeichnung ist:

Ii g . 1 eine Kurve, die einen Blutdruck in Abhängigkeit von der Zeit angibt,

Fig. 2 eine einzelne Welle aus der Kurve nach Fig. 1,

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Pig. 3 die Schaltungsanordnung der Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens der Erfindung,

5, 6, u. 7 weitere Schaltungsanordnungen nach Pig. 3.

Bei dem Ausführungsbeispiel soll der Einfluß einer Droge auf Schlagvolumen und Herzleistung eines Hundes fortlaufend getestet werden.

Hierzu wird ein Katheter in die Schenkelarterie eingeführt und bis in den Aortabogen vorgestoßen, damit er so nahe wie möglich am Herzen liegt. Am freien Ende des Katheters ist an T-Stück angebracht, dessen einer Arm an ein Statham-Meßgerät angeschlossen ist, während an den anderen Arm eine Pumpe angeschlossen ist, welche in zeitlichen Intervallen Salzlösungen in den Katheter pumpt, um das Gerinnen des Blutes zu verhindern und jederzeit Salzlösung im Katheter zu haben.

Das Beanspruchungsmeßgerät liegt an einer stabilisierten elektrischen Kraftquelle und bildet einen Zweig einer Beanspruchungsmeßbrücke. Blutdruckänderungen in der Aorta werden durch die Salzlösung im Katheter auf das Beanspruchungsmeßgerät übertragen. Dort wird ein Signal mit einer Wechselstromkomponente erzeugt, welche den Blutdruckschwankungen entsprechen, und eine Gleichstromkomponente, welche dem diastolischen Druck entspricht.

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Fig. Λ zeigt die Änderungen des Blutdrucks mit der Zeit.

Betrachtet man die Blutdruckänderungen während einer Heraschlag*- Periode (Fig. 2), so ergibt sich, daß die von der Kurve umschlossene Fläche, die den systolischen Druck darstellt, und eine Linie, die sich von dem diastolischen Druck der Welle zum Äiastolischen Druck der folgenden Welle erstreckt,ein direktes Maß für das Schlagvolumen des Patienten darstellt. Der systolische Druck ist mit 1 bezeichnet, der diastolische mit 2. Die Größe cfer gestrichelten Fläche unter der Kurve kann durch ein Planimeter gemessen werden oder aber das Signal durchläuft gemäß der Erfindung einen später näher beschriebenen Integrator.

Um den Wert des Schlagvolumens berechnen zu können, benötigt man eine für (jeden Patienten zu bestimmende Konstante K. Das Schlagvolumen ist dann das Produkt aus K und der Flächengröße unter der Kurve.

Die Konstante K wird für jeden Patienten gesondert ermittelt, durch Messung des Schlagvolumens mit einer bekannten genauen, nicht kontinuierlichen Schlagvolumenmessung, z. B., dem Indikator-Auf lösungsverfahren. Der Wert des Schlagvolumens, das mit dem nicht kontinuierlichen Verfahren erhalten wurde, dividiert durch das Integral der Kurve ergibt die Konstante K.

Fig. 5 zeigt im Blockdiagramm die Schaltungsanordnung gemäß

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der Erfindung. Das Gerät enthält eine Beanspruchungsmeßbrücke 10, in deren einem Zweig, wie oben beschiaäben, das mit dem Katheter verbundene Beanspruchungsmeßgerät liegt. Das durch die Brücke erzeugte elektrische Signal wird einem ersten Verstärker zugeführt, der einen Haupt- und einen Zweigausgang hat. Der Zweigausgnag ist mit einem Pufferverstärker 12 verbunden, dessen Ausgang wiederum an ein Kontrollinstument für den Blutdruck des Patienten angeschlossen ist, z. B. ein Oscilloskop. Der Hauptausgang ist an ein Dämpfungsglied 13 angeschlossen, an dessen Ausgang ein Gleichstromblock 14- liegt. Dieser entfernt den Gleichstromanteil aus dem Signal und leitet den Wechselsiromanteil weiter an einen Verstärker 15. Der Ausgang des Verstärkers 15 liegt an dem Eelaisbetätigten Schalter 16, welcher durch einen Steuerkreis 1? betätigt wird. Das Signal wird dadurch in bestimmten Intervallen unterbrochen. Während der Intervalle wird die Salzlösungspumpe eingeschaltet. Der Ausgang des relaisbetätigten Schalters 16 führt zu einem Gleichstromwiederherstellungskreis 18, durch welchen das Signal um die Strecke 4- (Fig. 2) angehoben wird. Die Wirkungsweise des Kreises 18 ist so, daß er selbsttätig das Signal durch das Atmen des Patienten kompensiert.

Der Ausgang des Kreises 18 liegt am Integrator 19, in welchem die Flächengröße gemessen wird. Dieser Meßwert wird dann über einez Eichkreis 21, welcher das Produkt mit der Konstante K herstellt,

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einem Zähler aufgegeben.

Zum Halten der Ausgangsspannung des Integrators 19 ist an diesen noch eine Spannungshalterkreis 20 angeschlossen. Die gemessene Flächengröße multipliziert mit der Konstanten K ergibt das Schxagvolumen, das von einem ablesbaren Meßgerät 22 (Zähler) angezeigt wird.

Fig. 4, 5> 6 und 7 zeigen die Schaltungsanordnung im einzelnen.

Bei einer anderen Ausführungsform kann die Konstante K selbsttätig durch Einführen eines weiteren Katheters (ein Doppelkatheter kann benutzt werden) gemessen werden. Durch den zweiten Katheter wird ein bekanntes Flüssigkeitsvolumen in das System eingeführt und dann die Wirkung der Injektion, das integrierte Fluß-Oscillogramm gemessen.

Indem das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung mit Bezug auf das Schlagvolumen menshlicher und tierischer Herzen beschrieben ist, kann das Verfahren und die Vorrichtung doch auch zur Messung der Leistung von Flüssigkeitspumpen und -leitungen mit unterschiedlichen physikalischen Kennwerten, d. h., mit der Zeit sich ändernden Druckwerten, Durchfluß- bzw. Ausstoßmengen verwendet werden. Man. kann dann unmittelbar die Durchflußmenge mese sen, indem man die Änderung des Flüssigkeitsdrucks mit der Zeit ausgleicht und die zum Ausgleich erforderlichen Mengen integriert. Diese Druckänderungen können durch eine Pumpe mit veränderlichen

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physikalischen Kennwerten erzeugt werden, und eine volumetrische Messung der in der Leitung fließenden Flüssigkeit kann erhalten werden durch Einbringen eines Faktors, der sich entsprechend den physikalischen Kennwerten der Pumpe ändert.

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Claims

DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH

PATENTANWÄLTE

1-. 753 PFORZHEIM. (WEST-GERMANY)

JtO WESTLICHE 31 (AM LEOPOLD PLATZ)

TEL.: (07231) 24290

10.2.1972 I/K

Patentansprüche:

Verfahren zum Messen des Volumens einer flüssigkeit, die durch eine Leitung mit veränderlichen physikalischen » Kennwerten unter einem sich mit der Zeit ändernden Brück fließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen ausgeglichen werden und die zum Ausgleich erforderlichen Mengen integriert werden·

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

der veränderliche Flüssigkeitsdruck von einer Pumpe mit wechselnden physikalischen Kennwerten stammt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung durch einen faktor auch die Änderun gen der physikalischen Kennwerte der Flüssigkeitsleitung berücksichtigt.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Messung des Schlagvolumens des Herzens, dadurch gekennzeichnet, daß

die Veränderungen des Blutdrucks mit Zeit in einer Mehrzahl wellenförmiger Kurven so aufgezeichnet werden, daß sich jede

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Welle vom diastolischen Druck über den systolischen, zum diastolischen der nächsten Welle erstreckt, die Flächengröße der von der Kurve umrandeten systolischen Drucks über einer Linie integriert wird, die sich vom diastolischen Druck der ersten Welle zum diastolischen Druck der zweiten Welle erstreckt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, 4durch gekennzeichnet, daß zur ablesbaren Angabe des Schlagvolumens der integrierte

Wert mit einem Faktor multipliziert wird, der durch Messung des Schlagvolumens nach der Indikator-Lösungsmethode ermittelt wurde.

6. Verfahren nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des integrierten Wertes und des Faktors

elektronisch erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Blutdruck durch einen

in die Aorta eingeführten Katheter gemessen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Blutgerinnung durch Einpumpen von

Salzlösung in den Katheter in bestimmten Zeitabständen verhindert wird.

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9. Vorrichtung zur Durchführung cfes Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie den Flüssigkeitsdruck

in einer Leitung in ein mit dem Druck veränderliches elektrisches Signal umsetzt, und dieses einem Integrator zuführt.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie

den Blutdruck in ein mit diesem veränderliches elektrisches Signal umsetzt, und dieses einem Integrator zuführt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, datflirch gekennzeichnet, daß das Signal durch eine am Katheter angeordnete Druck-

meßbrücke (10) erzeugt wird.

12. Schaltungsanordnung für eine Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (11) verstärkt

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Signal einem Dämpfungsglied (13) zugeführt wird.

14. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13,

dadurch gekennzeichnet, daß das gedämpfte Signal einem Gleichstromblock (14) zugeführt wird.

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15. Schaltungsanerdnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal hinter dem Gleichstromblock (14·) erneut verstärkt ^15) wird.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Signal hinter dem Verstärker (14) zerhackt (16,

17) wird.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zeitspannen, in denen das Signal abgeschaltet (18) ist, eine Pumpe für eine Salzlösung eingeschaltet wird.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17_? dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromkomponente wieder zugeschaltet (18)

wird, bevor das Signal dem Integrator (19) zugeleitet wird.

19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 "bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung am Ausgang des

Integrators (19) konstant gehalten (20) wird.

20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 19» dadurch gekennzeichnet, daß das den Integraor (19) verlassende Signal mit der Konstanten (K) multipliziert (21) und das Produkt ablesbar (22) gemacht wird.

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