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sluedruckmeßgerät
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Gegenstand der Erfindung ist ein Blutdruckmeßgerät zur noninvasiven
Messung des Blutdrucks mit Druckmanschette und einem distal von der Manschette anzusetzenden
Ultraschallprtifkopf mit einem Schallsender und einem Schallempfänger, bei welchem
Gerät die Druckänderungen in der Arterie bzw. die damit verbundenen Bewegungen des
Bluts auf Grund der durch den Dopplereffekt verursachten Frequenz- bzw. Phasen verschiebungen
zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Schall erfaßt werden.
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Bei den bekannten Geräten dieser Art besteht das gemeinsame Merkmal
darin, daß die Blutdruckschreibung an zwangsweise gesteuerte Druckabläufe in der
Manschette gebunden ist. Es wird, von einem Anfangsdruck oberhalb des systolischen
Drucks ausgehend, ein linearer Druckabfall erzeugt. Vom Unterschreiten des systolischen
Drucks bis zum Unterschreiten des diasystolischen Drucks wird auf dieser linearen
Druckkurve ein Signal Uberlagert, das in bekannter Weise von der behinderten arteriellen
Strömung unterhalb der Meßmanschette abgeleitet wird. Die überlagerten Signale werden
mit Hilfe von Ultraschall unter Ausnutzung des Dopplereffektes erfaßt.
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Bei diesem Meßvorgang mit einem absinkenden Druck ist auch der diastolische
Druck durch Verschwinden der überlagerunge signale zu erkennen. Der Meßvorgang kann
auch umgekehrt ablaufen, indem ein linearer Druckanstieg von Werten unterhalb des
diastolischen erfolgt bis zum Wiederverschwinden von Strömungseignalen oberhalb
des systolischen Drucke.
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Manche Geräte halten statt durch Schreibung die Druckwerte durch Ililfeeinriohtungen
auf einem Manometer fest. Gemeinsam ist diesen lösungen, daß einzelne Druckmessungen
nur mit einem kürzesten Zeitabstand von ca. einer Minute erfolgen können.
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Eine echte kontinulierliche Registrierung des Blutdrucks ist bei den
bekannten Geräten nicht möglich, weil die Messung ja darauf beruht, daß der Druck
von zu hohen Werten langsam durch den Meßbereich absinkt bzw. von zu niedrigen Werten
langsam durch den Meßbereich ansteigt, wobei das Aufhören der arteriellen Strömung
infolge des Manschettendrucks bzw. das Wiedereinsetzen der Strömung bei nachlassendem
Manschettendruck Signale entstehen läßt, deren Einsetzen und Abklingen über der
Zeit registriert werden muß. Eine genaue Messung erfordert das Auftreten vieler
Signale und dauert demnach viele Pulsperioden. Eine Verkürzung auf Zeitabstände
unter eine Minute ist demnach bei den bekannten Geräten nicht erreichbar.
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Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, diesen Nachteil zu beseitigen.
Zu diesem Zweck wird ein Meßgerät für den Blutdruck vorgeschlagen, bei dem im Gegensatz
zu den bekannten Einrichtungen mit intermittierenden einzelnen Punktmessungen des
systolischen Blutdrucks der Druck in der Manschette nicht langsam steigend oder
fallend durch den Meßbereich hindurch gefiihrt wird, sondern der Druck in der Manschette
am Oberarm nach jeder Systole über eine elektronische Steuerung so eingestellt wird,
daß er über eine längere Zeit hinweg den systolischen Druckspitzen mit geringem
Abstand nachgeführt werden kann. Das diese Aufgabe lösende erfindungsgemäße Blutdruckmeßgerät
ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des die reflektierten Signale
aufnehmenden Ultraschallempfängers gegebenenfalls über einen Verstärker mit einem
Eingang der Nischstufe eines Empfängers verbunden ist, deren anderer Eingang mit
dem das Signal erzeugenden Hochfrequenssender in Verbindung steht, und daß der Empfänger
einen amplitudenmodulierte Schwingungen demodulierenden Gleichrichter a#fweist,
dessen Signale Über ein Hochpassfilter einem Hüllkurvendetektor zugeführt sind,
an den eine Verzögerungsschaltung angeschlossen ist, deren Ausgang mit der Magnetspule
eines Steuerventils verbunden ist, mit dem der Druck in der Manschette regelbar
ist, wobei der Ventileinlaß an eine Druckluftquelle mit konstant gehaltenem Druck
angeschlossen ist, wogegen der Ausgang des Ventils über eine einstellbare Einlaßdrossel
sowohl mit der Druckmanschette als auch einer einstellbaren Auslaßdrossel, einem
Manometer und/oder einem Druckschreiber verbunden ist.
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Der mit dem erfindungsgemäßen Blutdruckmesser erzielte Portschritt
ist, wie bereits erwähnt, darin zu sehen, daß er eine kontinuierliche Registrierung
des Blutdruckes bzw. dessen Schwankungen ermöglicht, wobei eine einfach ansulegende
Manschette verwendet wird, die sich von den herkömmlichen Manschetten nicht unterscheidet.
Im Verein mit dem einfach unterhalb der Manschette am Arm anzulegenden Ultraschallprüfkopf
kann ohne besondere Vorbereitungen bei einer größeren Anzahl von Versuchspersonen
eine Registrierung der Blutdruokschwankungen vorgenommen werden, wodurch beispielsweise
bei der Wirkungsforschung für polygraphisohe Untersuchungen auf einem weiten Anwendungsgebiet
eine wertvolle Ergänzung zu den anderen schreibbaren Parametern für die Vegetonographie
gewonnen ist.
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Infolge des nichtlinearen Zusammenhanges zwischen dem Druckmangel
in der Manschette und der Zeitdauer der Ultraschallsignale können bei der Anzeige
des Blutdrucks an dem mit der Manschette direkt in Verbindung stehenden Manometer
bzw. dem zugehörigen Schreiber geringfügige Abweichungen vom wahren Wert auftreten.
Um diesem Mangel abzuhelfen ist erfindungsgemäß eine Korrekturschleife vorgesehen,
die eine zweckmäßige Weiterbildung des vorstehend beschriebenen Blutdruckmessers
darstellt. Die Schleife liegt einerseits über ein die Zeitdauer der Ultraschallsignale
erfassenden Schaltungsanordnung am Ausgang der Verzögerungsschaltung, die für das
stabile Arbeiten des Regelkreises bereits vorhanden ist, anderseits steht sie über
einen Druckwandler in pneumatischer Verbindung mit der Manschette. Die am Ausgang
des Druckwandlers auftretenden elektrischen Signale und die aus der die Zeitdauer
der Ultraschallsignale erfassenden Anordnung stammenden Signale werden zu einer
Verknttpfungsschaltung geführt, an die ein die korrigierten Druckwerte aufzeichnender
Schreiber angeschlossen ist. Die Verknüpfung kann in Analogtechnik als Summation
zweier elektrischer Spannungen ausgeführt sein, zweckmäßiger ist jedoch die Wandlung
des Manschettendrucks und der Steuersignale in digitale Signale und ihre Verknüpfung
in einem Mikroprozessor, so daß dann über die einfache Summation hinaus noch weitere
zusätzliche Feinheiten der Korrektur möglich sind.
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Zur Vermeidung stärkerer Hypoxaemiebeschwerden wird in einer Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Blutdruckmessers nach einer wählbaren Zeit die Zirkulation
im Arm durch eine automatische Entlüftung der Manschette für die Dauer von 15 bis
30 Sekunden freigegeben und anschließend der Druck in der Manschette wieder auf
die Höhe des Meßdrucks gebracht. Hiezu ist erfindungsgemäß ein die Zeiten der Messung
und der Erholung bestimmendes Programmschaltwerk vorgesehen, mit dem ein an der
Druckleitung zur Manschette angeschlossenes Entlüftungsventil steuerbar ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung können der folgenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung entnommen werden, in der Fig. 1 eine schematische Darstellung
des erfindungsgemäßen Blutdruckmessers nach Art eines Blockschaltbildes zeigt und
in Fig. 2 eine Ubersicht über die Vorgänge während verschiedener Phasen der Blutdruckmessung
sein soll.
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Aus Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Oberarm eines Patienten in üblicher
Weise von der Manschette 1 umschlossen wird, die mit einem Hochdruckbehälter 20
mit Sicherheitsventil 19 über einen Membrandruckregler 17, ein Steuerventil 8 und
eine Einlaßdrossel 9 in Verbindung steht. Das Manometer 18 dient zur Kontrolle des
Drucks im Hochdruckbehälter und das Manometer 15 zur Anzeige des mit dem Membranregler
17 eiogestellten Drucke. Der Z#wischenbehälter 16 hat die Aufgabe, ge#ringere Druckschwankungen
nach dem Membranregler 17 aufzufangen. Das Steuerventil 8 ist ein schnellarbeitendes
elektrisches Ventil, das dafür sorgt, daß der Manschettendruck nach jedem Herzschlag
neu eingestellt wird. Der Ultraschallprüfkopf 2 enthält zunächst einen Schallsender,
der aus dem Hochfrequenzoszillator 3 mit einer unmodulierten Hochfrequenzenergie
versorgt wird. Der vom Ultraschallwandler erzeugte Schallstrahl ist auf ein distal
von der Manschette 1 liegendes Blutgefäß gerichtet. Von den Blutkörperchen und auch
von der Gefäßwand wird der Schall reflektiert und von einem Schallempfänger im Prüfkopf
2 aufgenommen, dessen Signale einem Empfänger 4 zugeführt werden. Infolge des Dopplereffektes
tritt
je nach Bewegung der Ultraschallrflektoren eine Frequenz- bzw. Yhasenverschiebung
der Empfangssignale gegenüber den gesendeten Signalen auf. In Verbindung mit direkt
vom Sender 3 eingekoppelter Hochfrequenzenergie liefert der Empfänger 4 eine einer
amplitudenmod;ulierten Hochfrequenzschwingung entsprechende Schwebung, die einem
als Gleichrichter arbeitenden Demodulator zugeführt wird, Das demodulierte Signal
gelangt zu einem Hoohpassfilter 5, das die Aufgabe hat, die von den Blut strömungen
mittels des Dopplereffektes gewonnenen schnellen Schwankungen des demodulierten
Signals weiterzuleiten, die langsamen, von Gewebebewegungen stammenden Signale zu
unterdrücken. Die so gefilterten Signale werden im Hüllkurvendetektor 6 verstärkt
und einer nochmaligen Amplitudendemodulation unterworfen.
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Am Ausgang des Hüllkurvendetektors 6 entsteht somit ein Signal, das
nur in. Zeiten, in denen unter dem Ultraschallprüfkopf 2 das Blut strömt, auftritt
und damit eine gute Information zur Steuerung eines Regelkreises darstellt. Beim
erfindungsgemäßen Blutdruokmesser wird der Manschettendruck mit Hilfe des schnell
arbeitenden elektrischen Ventils 8 beeinflußt, das über eine Verzögerungsschaltung
7 mit den Signalen aus dem Il-Ullkurvendetektor 6 gesteuert wird, Die Verzögerungsechaltung
7 it für das stabile Arbeiten des Regelkreises erforderlich.
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Die vom Detektor 6 während der Strömungaphasen-unter dem Ultraschallprüfkopf
2 abgegebenen Signale müssen nämlich so lange verzögert werden, daß nicht über das
elektrische Ventil 8 die Manschette 1 noch während des vom Herz erzeugten Blutstromes
durch Verdrängung von Blut im Manschettenbereich einen zusätzlichen Blutstrom erzeugt,
der seinerseits wieder das ursprüngliche Signal verlängert, Dieser Prozeß würde
erst enden, wenn alles Blut aus dem Manschettenbereich verdrängt ist, so daß eine
stabile Verfolgung des Blutdrucks durch den Manschettendruck nicht möglich wäre,
In der pneumatischen leitung zwischen dem Steuerventil 8 und der Manschette 1 ist
eine Einiaßdrossel 9 vorgesehen, mit der die Geschwindigkeit, mit der die Manschette
1 aufgeblasen wird, eingeregelt werden kann. Außerdem ist noch eine Auslaßdrossel
10 an der vorgenannten pneumatischen leitung angeschlossen, deren Einstellung die
Geschwindigkeit der Druckabnahme
in der Manschette festlegt. Das
Manometer 11 und ebenso der Druckschreiber 12 stehen in pneumatischer Verbindung
mit der Manschette. Ersteres gestattet die Ablesung des jeweils bestehenden Blutdrucks,
wogegen der Schreiber den Verlauf des Blutdrucks über einen längeren Zeitraum aufzeichnet.
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Allerdings sind die Angaben dieser beiden Meßgeräte noch mit kleinen
Fehlern behaftet. Die in Fig,2 dargestellte Übersicht über die Vorgänge während
verschiedener Phasen einer Blutdruckmessung und der folgende Besèhreibungsabschnitt
sollen das Zustandekommen dieser kleinen Fehler sowie deren Verringerung erläutern.
In Fig.2 ist die den Verlauf des Blutdrucks beschreibende Kurve mit 100 bezeichnet
die dem Manschettendruck entsprechende Kurve mit 200, das elektrische Signal am
Ausgang des Empfängers 4 mit 300, jenes am Ausgang des Demodulators 6 mit 400 und
das Steuersignal am Ventil 8 schließlich mit 500.
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Alle Kurven stellen den Verlauf von Amplituden in Abhängigkeit von
der Zeit dar. Es werden drei Phasen betrachtet. In der mit a bezeichneten Phase
liegt der Manschettendruck zunächst zu nieder und ist damit während der relativ
langen Zeit einer Pulsperiode geringer als der Blutdruck 100. In dieser Zeit fließt
Blut im distalen Teil der Arterie. Es wird ein Steuersignal 500 entsprechender länge
für das Ventil 8 gebildet, das während der Signaldauer öffnet, so daß. der Druck
in der Manschette ansteigt. Im Verlauf der Phase a kommt es bei konstanter Höhe
der systolischen Blutdruckspitzen zur Stabilisierung des Nanschettendrucks 200 in
der Nähe der systolischen Blutdruckspitzen. In der Phase b sinken die systolischen
Blutdruckspitzen langsam ab Wenn dieses Absinken nicht schneller erfolgt als das
Absinken des Manschettendrucks 200 infolge Auströmens von Luft durch die Auslaßdrossel
10, dann folgt der Manschettendruck mit geringen Fehlern den systolischen Blutdruckspitzen.
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In der Phase c steigen die systolischen Druckspitzen langsam an, Die
Nachregelung des-Manschettendrucks 200 verläuft ähnlich wie bei Phase a. Der Manschettendruck
bleibt aber im Mittel hinter den systolischen Druckspitzen zurück. Bei günstiger
Einstellung der Einlaßdrossel 9 und der Auslaßdroasel 10 in Bezug auf das Verhältnis
der Zeiten zwischen den Schnittpunkten
von Blutdruck bnd PIBnsche1.tendruck
läßt sich erreichen, daß der Manschettendruck mit geringem Abstand dem sich ändernden
systolischen Blutdruck folgt. Da die kleinen Fehler sich direkt in der Länge der
Zeitdauer der Ultraschallsignale bemerkbar machen, kann die Dauer der Ultraschallsignale
also zu Korrekturmaßnahmen herangezogen werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß
ein Druckwandler 21 vorgesehen, der in direkter pneumatischer Verbindung mit der
Manschette 1 steht, ferner ein Wandler 23 für die Zeit der Ultraschallsignale. Die
von den beiden Wandlern 21, 23 gelieferten Signale werden einer Verknüpfungsschaltung
22-zugeführt, -an deren Ausgang die korrigierten Druckwerte in Form elektrischer
Signale zur Verfügung stehen. Diese werden von einem Druckschreiber 24 aufgezeichnet.
Erfolgt die Verknüpfung der beiden Signale aus den Wandlern 21, 23 digital in einem
Mikroprozessor, können über die einfache Summation hinaus noch zusätzliche Korrekturfaktoren
berücksichtigt werden, insbesondere der nichtlineare Zusammenhang zwischen dem Druckmangel
in der Manschette und der Zeitdauer der Ultraschallsignale.
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Die zeitliche Begrenzung der kontinuierlichen Aufzeichnung des Blutdruckverlaufes
mittels des erfindungsgemäßen Gerätes ist nur durch die Beschwerden infolge der
Hypoxaemie unterhalb der Staumanschette am Arm gegeben. Um diese Beschwerden zu
vermeiden ist erfindungsgemäß ein Programmschaltwerk 14 vorgesehen, das ein die
Manschette 1 entlüftendes elektrisches Ventil 13 in periodischen Zeitabschnitten
betätigt. Das Programmschaltwerk 14 kann beispielsweise so eingestellt sein, daß
nach einer Aufzeichnung in der Dauer von 3 bis 4 Minuten die Manschette durch 15
bis 30 Sekunden rasch entlüftet wird, so daß innerhalb dieses Zeitraumes die Blutzirkulation
frei erfolgen kann, worauf das Ventil 13 wieder geschlossen wird und die Manschette
innerhalb weniger Sekunden automatisch wieder auf die Höhe des Meßdrucks aufgeblasen
wird. Durch Ansteuerung des Arbeitsventils 8 durch ein Signal geeigneter Zeitdauer
kann diese Zeit wesentlich verkürzt werden.
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Das erfindungsgemäße Blutdruckmeßgerät ist vor allem für die Kreislaufüberwachung
geeignet, z.B. während Eingriffen, wie kleine Operationen, oder auch zur Feststellung
der Kreislaufwerte bei der funktionellen Prüfung der vegetativen Tonuslage.