DE2843492A1

DE2843492A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung des herzvolumens

Info

Publication number: DE2843492A1
Application number: DE19782843492
Authority: DE
Inventors: Wladimir Obermajer
Original assignee: Individual
Current assignee: CENTRE DE CHIRURGIE CARDIAQUE ARZIER CH
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2405056B1; FR2405056A1; DE2843492C2

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung des Herzvolumens

In der DE-OS 25 52 125 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Herzvolumens beschrieben.

Gemäß diesem bekannten Verfahren ist vorgesehen, daß eine Anzeigemittelmenge Q. (Farbstoff oder große Kalorien) mit konstanter Durchflußleistung während eines Zeitabschnittes t₁, der mindestens zwei Herzschlägen entspricht, injiziert wird, daß die Anzeigemittelkonzentration Λ des Blutes {oder die Temperaturabweichung im Blut) am Ende der Injektion gemessen wird, wobei & (t) die Anzeigemittelkonzentration oder (Temperaturabweichung) in Abhängigkeit von der Zeit t ist und t = 0 dem Injektionsbeginn entspricht und wobei t der Zeitpunkt des Injektionsendes ist, daß die Integrale S =.£*A(t)dt und S¹ =J?*A(t)dt gemessen werden und anschließend das Herzvolumen V aus den so gemessenen Werten abgeleitet wird.

Es ist festgestellt worden, daß genauere Meßergebnisse erzielt werden könnten, wenn Abänderungen dieses Verfahrens vorgenommen würden, welche insbesondere die Tatsachen berücksichtigen, daß die

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Messungen im Impulsbetrieb vorgenommen werden, daß das Maximum der Anzeigemittelkonzentration nicht am Ende der Injektion, sondern ein wenig vorher vorliegt, und daß die Periode des Herzzyklus nicht absolut konstant ist. Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Tatsachen Rechnung zu tragen und ein entsprechendes Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen.

Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung injiziert man wie bei dem bekannten Verfahren eine Anzeigemittelmenge Q. mit konstanter Durchflußleistung D. während eines Zeitabschnittes t., der mindestens zwei Herzschlägen entspricht, wobei jedoch im Unterschied zu dem bekannten Verfahren einerseits die Konzentration Δ des Anzeigemittels in Abhängigkeit von der Zeit t , ausgedrückt in ganzzahligen Perioden, registriert wird, und andererseits die Zeit t , die erforderlich ist, um das MaximumA„ der Konzentration zu erreichen, bestimmt und außerdem die Periode des Herzzyklus registriert und der Mittelwert IE* dieser Periode und die Größen:

S=I

S' =

bestimmt werden, wobei t_m ^. t und t^ die Ausgangsperiode der Verdünnungskurve ist, und schließlich aus den so gemessenen Werten durch eine einfache mathematische Gleichung das Herzvolumen abgeleitet wird.

Praktisch wird der Zeitpunkt t gleich t gesetzt, wenn die Inj ektion vor Auftreten des Wertes Δ beendet wurde.

Das Herzvolumen V„ vor der Systole kann durch die Gleichung

und das Restvolumen V durch die Gleichung

„ _ D

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Qi	S¹
K	S
^Qi	S¹

6 -

berechnet werden, wobei D die nach klassischer Methode gemessene Herzdurchflußleistung und Λ und Δ -, die Anzeigemittelkonzentrationen in den Perioden t und t .. sind.

Die Volumina V_m und V_D können auch durch die nachfolgenden Gleichungen erhalten werden:

^VT =

V =
^R ^m+1 S

Zur Durchführung des soeben beschriebenen Verfahrens wird gemäß der Erfindung eine Vorrichtung verwendet mit einer Injektionseinrichtung für das Anzeigemittel mit regelbarer Durchflußleistung, einem Meßfühler für die Messung der Anzeigemittelkonzentration stromabwärts vom Injektionspunkt und einer Registriereinrichtung für die Konzentration bei jeder Periode des Herzzyklus, welche darüber hinaus dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Registriereinrichtung für die Dauer des Zyklus bei jeder Periode, eine Einrichtung zur Bestimmung des Zeitpunktes,in welchem die Anzeigemittelkonzentration maximal ist, eine Summationseinrichtung für die Anzeigemittelkonzentration einerseits zwischen dem AusgangsZeitpunkt und dem Zeitpunkt des Endes der Verdünnungskurve und andererseits zwischen einer Periode, die derjenigen der maximalen Konzentration folgt, und derjenigen Periode des Endes der Verdünnungskurve und eine Einrichtung zur Bestimmung des Mittelwertes der Periode des Herzzyklus zwischen den beiden gleichen Zeitintervallen vorgesehen ist.

In der Praxis ist dem Meßfühler ein Wandler zugeordnet, um die vom Meßfühler gelieferte Größe in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welches auf den Eingang eines Verstärkers gegeben wird, und wird die Injektionseinrichtung durch einen Folgegenerator gesteuert, der einen Analog-Digital-Wandler steuert, der, zugeordnet zum Folgegenerator, ein Rechenwerk steuert, der drei Tore aufweist,

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die den Wandler jeweils mit drei Zählern verbinden, die jeweils für die Bestimmung von Λ / S und S' vorgesehen sind.

Weiterhin ist eine Einrichtung vorgesehen, um in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Meßfühlers die durch den Meßfühler angezeigten Werte in wirkliche Konzentrationswerte umzuwandeln.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden im nachfolgenden durch Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

In der einzigen Figur sind in Blockdarstellung die verschiedenen Funktionen illustriert worden, aus deren Kombination sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt. Diese Vorrichtung erlaubt die gleichzeitige Anzeige des Herzvolumens V.

Die Vorrichtung enthält einen Meßfühler 1, der mit Hilfe der Sondentechnik stromabwärts so nahe wie möglich einer rechten oder linken Herzkammer einer Herzhälfte, deren Volumen und Durchflußleistung gemessen werden soll, angeordnet wird. Dieser Meßfühler ist mit einem Wandler 2 verbunden, der die vom Meßfühler gelieferte, in Abhängigkeit von der Anzeigemittelkonzentration veränderliche Größe in ein elektrisches Signal umwandelt, das auf den Eingang eines Verstärkers 3 gegeben wird. Der Wandler 2 kann gegebenenfalls eine Nullpunktsregelung aufweisen, was für die Thermoverdünnung gilt, bei welcher der Meßfühler ein temperaturabhängiger Widerstand ist. Der Wandler ist hierbei eine Meßbrücke mit ihrer Gleichgewichtseinrichtung.

Die Injektion des Anzeigemittels erfolgt durch einen Injektor 4. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Injektor 4 eine elektromechanische Vorrichtung, die während der Injektion eine konstante bestimmte Durchflußleistung, z.B. 2,5mm³ pro Sekunde, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gewährleistet, wobei lediglich die Injektionsdauer von einer Messung zur anderen verändert werden kann.

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Ein von einem Taktgeber 6 gesteuerter Folgegenerator 5 steuert die verschiedenen Operationen und insbesondere den Beginn und das Ende der Injektion (also das injizierte Volumen) sowie die vom Rechenwerk 9 vorgenommenen Operationen der numerischen Berechnung.

Der Taktgeber 6, der vorzugsweise aus einer Quarzuhr besteht, liefert dem Folgegenerator 5 eine Zeitbasis und steuert außerdem einen Analog-Digital-Wandler 7, der das vom Verstärker 3 gelieferte analoge Signal in ein digitals Signal umwandelt.

Ein manueller Auslöser 8, der aus einem einfachen Druckknopfunterbrecher bestehen kann, ist mit dem Folgegenerator 5 verbunden, dessen Betrieb er einleitet.

Der Analog-Digital-Wandler 7 ist dauernd in Betrieb und in gleichen und ausreichend dicht beieinanderliegenden Zeitintervallen, die vom Taktgeber 6 gesteuert werden, wandelt er die vom Verstärker 3 gelieferte Spannung in eine Impulsfolge um, deren Zahl dem Wert dieser Spannung proportional ist. Der Ausgang des Wandlers 7 ist mit drei Tore 9A1, 9A2 und 9A3 verbunden, die im Rechenwerk 9 angeordnet sind und getrennt durch den Folgegenerator 5 gesteuert werden. Am Ausgang des Verstärkers 3 ist parallel ein Differentiator 3_Λ gefolgt von einem Trigger 3 eingeschaltet, der einen der Eingänge eines UND-Gliedes 3_ steuert, dessen zweiter Eingang vom Ausgang des Folgegenerators 5 gesteuert wird. Der Ausgang des Gliedes 3 steuert die Tore 9A1, 9A2 und 9A3, welche die Speicherung der Informationen in den Speichern erlauben.

Jedes dieser Tore ist mit einem Zähler 9B1, 9B2 und 9B3 verbunden. Diese Zähler summieren die Impulse, die sie während der öffnung eines jeden Tores im Verlaufe derselben Meßoperation empfangen.

Die Zähler 9B1, 9B2 und 9B3 enthalten eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Nulleinstellung, die vom Folgegenerator 5 gesteuert wird. Sie sind darüber hinaus mit einem allgemeinen Register 9C verbunden, der bei Ansteuerung durch den Folgegenerator 5 die numerischen

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Werte des Inhalts der Zähler 9B1, 9B2 und 9B3 empfängt. Er nimmt in der gleichen Weise die von einem Parameterblock 9D und einem Programmblock 9E aufgenommenen Informationen auf.

Der Parameterblock 9D enthält in dauerhafter oder einstellbarer Form die numerischen Parameter, die in Verbindung mit den von den Zählern 9B1, 9B2 und 9B3 gelieferten Zahlen erlauben, über alle numerischen Daten, die zur Berechnung der Herzdurchflußleistung und des Herzvolumens in den gewünschten Einheiten und in Abhängigkeit von den für jeden Meßvorgang besonderen experimentellen Bedingungen erforderlich sind, zu verfügen.

Der Programmblock 9E enthält in dauerhafter Form die Instruktionen für die Berechnung.

Das allgemeine Register 9C ist derart organisiert, daß es auf Befehl des Folgegenerators 5 in richtiger zeitlicher Reihenfolge die numerischen Daten und die Instruktionen in den Rechner 9F gibt, der für die Erstellung der von der Vorrichtung erwarteten Ergebnisse vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform dienen während der Berechnung die leeren Teile des allgemeinen Registers 9C als Hilfsspeicher für den Rechner 9F.

Die von dem Rechner 9F gelieferten Berechnungsergebnisse werden in einem Ergebnisspeicher 9G gespeichert, der seinerseits dauernd oder auf Wunsch einen Anzeigeblock 10 steuert.

Im folgenden wird die Funktionsweise der oben beschriebenen Vorrichtung erläutert. Das Anzeigemittel wird hier als eine kalte Flüssigkeit angenommen.

Zunächst wird die Sonde eingeführt und vor jeder eigentlichen Messung die Temperatur T des Blutes des Patienten gemessen und der Faktor (T - T.) (T. ist die Temperatur des Injektionsmittels)

S 1 1

automatisch in die Blockparameter 9D gemäß den bekannten Methoden eingeführt.

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Anschließend wird der Nullpunkt des Wandlers 2 automatisch eingestellt und mit Hilfe des Auslösers 8 die Meßfolge eingeleitet.

Der Folgegenerator 5 betätigt den automatischen Injektor 4. Wenn die Temperatur eine erhebliche Änderung erfährt, gibt der Trigger 3_D eine logische "1" ab, verglichen mit der gespeicherten Injektionsfolge, und das Tor 3C liefert den für die Steuerung von 9A1 erforderlichen Impuls.

Dieser gleiche Impuls dient zur Steuerung einer Verzögerungseinrichtung, deren Verzögerung gleich der Injektionszeit ist. Hierdurch liefert die Verzögerungseinrichtung ein Signal an einen Punkt der gespeicherten Thermoverdünnungskurve, das eine ausreichende Zeit ansteht, um mit dem Signal des Triggers 3 ver-

B glichen zu werden, wenn dieser im Maximum der Kurve ausgelöst wird. Das neue UND-Glied 3C, an welchem dieser Vergleich erfolgt, liefert ein Steuersignal-für die Tore 9A2 und 9A3. Die Tore 9A2 und 9A3 werden geschlossen und die Zähler 9B1 , 9B2 und 9B3 auf Null zurückgestellt.

Am Ende der Injektionsdauer t., die gegebenenfalls regelbar sein kann, wird das Tor 9A2 während eines einzigen Probebetriebs geöffnet. Der Zähler 9B2 enthält nunmehr eine der KonzentrationA proportionale Zahl. Während das Tor 9A2 geschlossen bleibt, wird das Tor 9A3 ohne Verzögerung zur gleichen Zeit geöffnet, zu welcher der Folgegenerator 5 den Betrieb des automatischen Injektors 4 unterbricht. Man wartet eine ausreichende Zeit, damit Δ(t) praktisch Null wird. Die Tore 9A1 und 9A3 sind nunmehr geschlossen. Zu diesem Zeitpunkt enthält der Zähler 9B1 eine S proportionale Zahl und der Zähler 9B3 eine S¹ proportionale Zahl.

Der Folgegenerator 5 löst die Ladung des allgemeinen Registers 9C aus und startet dann die Berechnungsoperationen mit Hilfe des Rechners 9F. Das allgemeine Register 9C ist derart aufgebaut, daß der Rechner 9F die erforderlichen Berechnungen in drei Schritten durchführen kann.

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Der erste Schritt führt zur Berechnung des Wertes D, z.B. ausgedrückt in Liter pro Minute.

Der so berechnete Wert von D wird in richtiger Position wieder in das allgemeine Register 9C eingeführt. Anschließend erfolgt der zweite Schritt der Berechnung, der zum Wert des Herzvolumens führt.

Die Registriereinrichtungen der Dauer des Herzzyklus bei jeder Periode und die Einrichtungen zur Bestimmung des Mittelwertes dieser Zeitabschnitte sind nicht beschrieben worden, da sie irgendeinen an sich bekannten Aufbau aufweisen können.

Bremen, den 2. Oktober 1978 Für die Anmelderin:

Meissner & Bolte Patentanwälte

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung des Herzvolumens durch Verdünnung mit einem Anzeigemittel, das stromaufwärts vom Herzen oder in das Herz in einer Menge Q. mit konstanter Durchflußleistung D. während eines Zeitabschnittes t., der mindestens zwei Herzschlägen entspricht, injiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration Δ des Anzeigemittels in Abhängigkeit von der Zeit t , ausgedrückt in ganzzahligen Perioden, registriert, die Zeit t bestimmt, die erforderlich ist, um das Maximum Δ der Konzentration zu erreichen, gleichzeitig die Periode des Herzzyklus registriert, den Mittelwert "C dieser Periode und die Größen:

bestimmt, wobei t >. t„ und t. die Ausgangsperiode der Verdün-

iti ^ M 1 ^J

nungskurve ist, und man schließlich aus den so gemessenen Werten

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Eingesandte Modelle werden nach 2 Monaten, falls nicht zurückgefordert, vernichtet Mündliche Abreden, Insbesondere durch Fernsprecher, bedürfen schriftlicher Bestätigung. — Die In Rechnung gestellten Kosten sind mit Rechnungsdatum ohne Abzug fällig. — Bei verspäteter Zahlung werden Bankzinsen berechnet

Gerichtsstand und Erfüllungsort Bremen. Bremer Bank, Bremen, Nr. 2310028 · Die Sparkasse In Bremen, Nr. 104 5855 · Postscheckkonto: Hamburg 339 52-202

ρ

durch Berechnung das Herzvolumen ableitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Herzvolumen V„ vor der Systole durch die Gleichung

'm
und das Restvolumen V_R durch die Gleichung

berechnet, wobei D die nach klassischer Methode gemessene Herzdurchflußleistung und Δ und ^₊₁ die Anzeigemittelkonzentrationen in den Perioden t und t _Λ sind.

m m+1

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Herzvolumen V_ vor der Systole und das Restvolumen V„ durch die Gleichungen:

^Qi S'

^T 4m

Q.

⁷R = -

bestimmt.

(4.J Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit einer Injektionseinrichtung für das Anzeigemittel mit regelbarer Durchflußleistung, einem Meßfühler für die Messung der Anzeigemittelkonzentration stromabwärts vom Injektionspunkt und einer Registriereinrichtung für die Konzentration bei jeder Periode des Herzzyklus, dadurch gekennzeichnet, daß eine Registriereinrichtung für die Dauer des Zyklus bei jeder Periode, eine Einrichtung zur Bestimmung des Zeitpunktes,in welchem die Anzeigemittelkonzentration maximal ist, eine Summationseinrichtung für die Anzeigemittelkonzentration einerseits zwischen dem Ausgangszeitpunkt und dem Zeitpunkt des Endes der Verdünnungskurve und andererseits zwischen einer Periode, die derjenigen der maximalen Konzentration folgt, und derjenigen Periode des Endes der Ver-

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ο

dünnungskurve und eine Einrichtung zur Bestimmung des Mittelwertes der Periode des Herzzyklus zwischen den beiden gleichen Zeitintervallen vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßfühler (1) ein Wandler (2) zugeordnet ist, um die vom Meßfühler gelieferte Größe in ein elektrisches Signal umzuwandeln, welches auf den Eingang eines Verstärkers (3) gegeben wird, und daß die Injektionseinrichtung (4) durch einen Folgegenerator (5) gesteuert wird, der seinerseits von einem Taktgeber (6) gesteuert wird, der einen Analog-Digital-Wandler (7) steuert, der, zugeordnet zum Folgegenerator, ein Rechenwerk (9) steuert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenwerk (9) drei Tore (9A1, 9A2, 9A3) aufweist, die den Wandler

(7) jeweils mit drei Zählern (9B1, 9B2, 9B3) verbinden, die jeweils für die Bestimmung von Δ , S und S¹ vorgesehen sind.

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