DE3041139C2 - Blutdruckmesser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Gerät ist aus der DE-OS 25 55 453 bekannt Die dort verwendete Methode ist jedoch vom Schaltungsaufwand her sehr kompliziert Heute werden jedoch Blutdruckmesser auch als Selbstmesser direkt an Patienten abgegeben und müssen daher besonders handlich, einfach und robust sein.

Die Erfindung schafft daher ein Gerät der angegebenen Gattung, bei dem mit einem Minimum an Schaltungsaufwand trotz präziser Erkennungslogik der Einsatz im kleinsten Selbstmesser, aber auch bis hin zum Standgerät mit Digitalanzeige möglich ist Ferner schafft die Erfindung ein Gerät das eine Signalkombination schafft die eine eindeutige Differenzierung von Druckschwankungen, bedingt durch die Herztätigkeit (Herzpulsation) zu Korotkof f-Signalen garantiert s Dies wird erfindungsgemäß durch die Weiterbildung eines Gerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht

Durch die angegebene Schaltung wird erreicht daß zwar die ansteigende (1.; Vorder-) Flanke e^;nes ersten to Impulses unwirksam bleibt aber durch dessen abfallende (2., Rück-) Flanke der Ausgang am zweiten Verstärker steil abfällt Dies geschieht wegen der durch die Versorgungsspannung gegebenen Grenzen jedoch nur bis zum Null-Pegel. Erst mit einer durch die «5 Rückkopplungsglieder an den Verstärkern bestimmten Zeitkonstante steigt der Pegel am Ausgang des zweiten Verstärkers wieder an, wobei dieser Anstieg virtuell weit unterhalb des Null-Pegels des zweiten Verstärkers ansetzt so daß er erste beim »Durchstoßen« dieses Null-Pegels am Ausgang des zweiten Verstärkers wirksam wird. Somit verharrt dieser Ausgang des zweiten Verstärkers eine vorbestimmte Zeit auf dem Null-Pegel.

Trifft nun in dieser Zeit ein weiterer Impuls ein, kann dessen ansteigende (erste, Vorder-) Flanke wirksam werden und den Pegel am Ausgang des zweiten Verstärkers steil ansteigen lassen. Somit ist ein erster Impuls durch eine steil abfallende Flanke, und ein im vorbestimmten Abstandsbereich (eben dem Zeitfenster) eintreffender zweiter Impuls durch eine steil ansteigende Flanke am Ausgang des zweiten Verstärkers deutlich erkennbar.

Die Schaltung hat insbesondere den Vorteil, daß sie mit wenigen, einfachen und handelsüblichen, und insbesondere innerhalb der Schaltung im wesentlichen gleichen Schaltungselementen aufgebaut werden kann. Insbesondere werden Operationsverstärker in derartigen Schaltungen ohnehin verwendet. Die Elektronik kann ferner auf eine wesentlich höhere Empfindlichkeitsstufe gebracht werden und damit zuverlässiger arbeiten.

Dadurch, daß sich die Impulse nicht als solche, sondern als an- bzw. absteigende Flanken zeigen, sind sie besonders gut zu trennen und weiterzuverarbeiten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist hinter dem zweiten Ausgang des Verstärkers ein Differenzierglied angeschlossen.

Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die zur Unterscheidung der Impulse dienenden Flanken als Impulse unterschiedlicher Richtung anfallen und so klar

unterschieden und leichter voneinander getrennt werden können.

Bevorzugt ist nach dem differenzierglied mindestens eine Diode angeschlossen. Somit können die Impulse unterschiedlicher Richtung voneinander getrennt und gegebenenfalls getrennten Einrichtungen zur Weiterverarbeitung zugeführt werden.

Bevorzugt ist an die mindestens eine Diode ein

monostabiler Multivibrator angeschlossen. Durch den

Multivibrator können länger dauernde Impulse erzeugt

werden, die zum Antrieb optischer und akustischer

Signalgeber dienen können. Ferner wird während der Dauer der Impulse des monostabilen Multivibrators ein

weiterer Impuls, bei dem es sich in aller Regel um einen

Störimpuls handeln wird, ausgeschlossen.

Bevorzugt ist zwischen dem Mikrofon und dem Eingang des ersten Verstärkers mindestens ein Hochpaß geschaltet.

Dadurch werden gewisse Störsignale, Brummen usw. ausgeschaltet

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf die wegen ihrer Klarheit und Deutlichkeit bezüglich der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird, noch näher erläutert

Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema einer Schaltung gemäß der Erfindung,

F i g. 21 bis V Impulsformen an verschiedenen Stellen der Schaltung der Fig. 1.

Ein piezokeramischer Umsetzer, der in einem Mikrofon in der (nicht gezeigten) Druckmanschette, die dem Patienten zur Messung des Blutdrucks angelegt wird, enthalten ist, ist mit dem einen Anschluß an Masse und mit dem anderen Anschluß an das Gate eines n-Kanal-Sperrschichtfet angeschlossen. Das Gate ist seinerseits über einen hochohmigen Widerstand und eine dazu parallele, in Spemchtung geschaltete, Diode mit Masse verbunden. Die Source ist über einen veränderlichen Widerstand mit Masse verbunden. Der Drain ist über einen Widerstand an den positiven Pol der Spannungsversorgung und außerdem direkt an die eine Seite eines Kondensators C1 angeschlossen.

Der fest mit der Mikrofonkapsel verbundene piezokeramische Umsetzer nimmt bei leichtem Andruck an die Oberarmarterie sowohl Grundpulsationen (Herzschlag) als auch Korotkoff-Signale auf und gibt εϊε als elektrische Impulse an den Fet ab.

Der sich in der Mikrofonkapsel befindende Fet sorgt für eine ausreichende Vorverstärkung des Eingangssignals. Durch diese Bauweise wird eine Störeinstrahlung vermieden. Die zum Betrieb des Vorverstärkers notwendige Spannung erfolgt über die Mikrofonzuleitung.

Der Kondensator Ci, der an seiner anderen Seite Ober einen Widerstand RA mit Masse verbunden ist, bildet mit diesem Widerstand R A einen ersten Hochpaß. Die Verbindung der anderen Seite des Kondensators und des Widerstandes RA ist an den nicht-invertierenden Eingang (P-Eingang) eines Operationsverstärkers Vl angeschlossen, dessen Ausgang direkt an den invertierenden Eingang (N-Eingang) von Vl angeschlossen ist so daß Vl als Spannungsfolger arbeitet.

Der Ausgang des Operationsverstärkers V1 ist an die eine Seite eines Kondensators C2 angeschlossen, dessen anderer Anschluß über einen Widerstand R 5 mit Masse verbunden ist Der Kondensator Cl und der Widerstand R 5 bilden einen zweiten Hochpaß, wobei der Verbindungspunkt dieser Bauteile mit dem P-Eingang eines zweiten Operationsverstärkers V2 verbunden ist der wie der erste Operationsverstärker Vl als Spannungsfolger geschaltet ist

Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers V2 ist mit dem einen Anschluß eines Kondensators C3 verbunden, dessen anderer Anschluß über einen Widerstand Λ 6 an den invertierenden Eingang eines dritten Operationsverstärkers V3 angeschlossen ist.

Der nicht-invertierende Eingang des dritten Operationsverstärkers V3 ist gemeinsam mit dem nichtönver> tierenden Eingang eines vierten Operationsverstärkers VA über einen Widerstand R 8 an den positiven Pol der Spannungsquelle und ebenfalls gemeinsam mit dem P-Eingang von V4 Ober einen Widerstand R 10 und einen dazu parallelen Kondensator C9 an Masse angeschlossen. Der Ausgang des Operationsverstärkers V3 ist über einen Widerstand Rl und einen dazu parallelen Kondensator CA an den N-Eingang gegengekoppelt

Der Ausgang von V3 ist außerdem über einen Widerstand Λ 9 an den invertierenden Eingang eines vierten Operationsverstärkers V4 angeschlossen, dessen Ausgang ebenfalls über einen Widerstand /Ml und einen dazu parallelen Kondensator CS an den nicht-invertierenden Eingang von V4 gegengekoppelt ist

ίο Die Verstärker V3 und V4 arbeiten als Quasi-Integratoren mit Umkehrverhaiten und hohem Verstärkungsgrad.

Durch die Wahl der Spannung der Spannungsquelle und die Widerstände R 8 und R 10 werden der dritte und der vierte Operationsverstärker an ihrer oberen Aussteuergrenze betrieben.

Der Ausgang des Verstärkers V4 (III) ist an den einen Anschluß eines Kondensators Ceingeschlossen, dessen anderer Anschluß (IV) über einen veränderlichen

Widerstand R 12 an Masse angeschlossen ist und über

eine in Durchlaßrichtung geschr'.ate Diode D2 an die

Basis eines ersten Transistors 72 einer monostabüen Kippstufe angeschlossen ist Die monostabüe Kippstufe weist einen ersten

Transistor 72, (npn) auf, dessen Basis das Signal über die ^;n Durchlaßrichtung geschaltete Diode D 2 zugeführt wird. Die Basis ist außerdem über einen Widerstand R13 und einen dazu in Reihe geschalteten Kondensator Cl an den Kollektor eines zweiten Transistors (pnp) 73 der monostabilen Kippstufe angeschlossen. Der Emitter des ersten Transistors 72 ist mit Masse verbunden, während sein Kollektor über einen Widerstand R14 und eine in Sperrichtung geschaltete Z-Diode an die Basis des zweiten Transi stors 7"3 geschaltet ist Diese Basis ist über einen Widerstand R 15 mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle der Schaltung verbunden, an die auch der Emitter des zweiten (pnp) Transistors Γ3 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 73 ist w^;e erwähnt mit der vom Widerstand R 13 abgewandten Seite des Kondensators Cl verbunden. Der Kollektor ist weiter über einen Widerstand R 16 mit einer LED DA, die in Durchlaßrichtung an Masse geschaltet ist, verbunden. Demgemäß leuchtet die LED DA auf, wenn die monostabüe Kippstufe ein Signa! abgibt (V). Ferner wird das Signal vom Kollektor des Transistors 73 über einen Widerstand R 17 einer integrierten Schaltung IC2 zugeführt, die durch einen astabilen Multivibrator, dessen Ausgang (3) mit einem piezokeramischen Umsetzer verbunden ist, einen Ton zu akustischen Anzeige erzeugt. Das Signal wird, wie gezeigt, teilweise über Spannungsteiler R18 und R19 an weitere Eingänge des IC2 gegeben und die entsprechenden Fiiijänge sind, gegebenenfalls über den Spannungstei ler, über einer Kondensator CS an Masse angeschlos sen.

Der Sinn und Vorteil der Z-Diode D3 ist, das Ansprechen der monostabilen Kippstufe zu verhindern, sobald die Bitteriespannung einen Wert von etwa 6,5 V unterschreitet Die für die Ansprechempfindlichkeit der übrigen Schaltstufen erforderliche Mindestspannung beträgt hingegen 5 V. Auf diese Weise wird eine Fehlanzeige durch Batterieermüdung ausgeschlossen, und es kann eine besondere Batteriekontrolle entfallen.

Die Diode D 2, über die die Signale der monostabilen Stufe zugeleitet werden, ist eine schwellenbesiimmende Diode. Die Zeit der rnonostabilen Kippstufe liegt selbstverständlich unterhalb der Herzfrequenz, ist aber,

so bemessen, daß eine Doppelimpulskombination verhindert wird. Sie liegt bei ca. 300 ms.

Der Schalter für die Batterie ist ein (nicht gezeigter) Reed-Kontakt, der durch ein ferromagnetisches bewegtes Bauteil des Druckanzeigesystems in Abhängigkeit vom Manschettendmck betätigt wird. Das zu steuernde Magnetfeld liefert ein kleiner Permanentmagnet (ebenfalls nicht gezeigt). Der Einschaltpunkt liegt zwischen 90 und 120mmHg, der Ausschaltpunkt bei ca. 40mmHg. Anschließend wird in einer Übersicht ein Beispiel für in einer Schaltung gemäß Fig. I tatsächlich verwendete Bauteile gegeben.

«3	10 k Ohm
«4	150 k Ohm
«5	150 k Ohm
«6	33 k Ohm
RI	1.1 M Ohm
RS	100 k Ohm
«9	8,2 k Ohm
«io	100 k Ohm
«11	1.1 M Ohm
R\2	IO k Ohm
R\3	68 k Ohm
R\4	2.2 k Ohm
«15	2.2 k Ohm
Cl	2.2 μΡ
C2	0.33 μ F
C3	0,33 μ F
C 4	4,7 nF
C5	4.7 nF
C6	10OnF
Cl	UF
CS	2.2 nF
C9	10OnF
Tl	BC 548 C
T 3	BC 558 C
«16	3.9 k Ohm
«17	150 0hm
«18	120 k Ohm
«19	220 k Ohm
Dl	1 N 4148
Dl	Z - 5,6 V
D4	TIL209 B
Bez.-Z. 2 PXE 52
/CI	LM 324 (VI- V 4)
ICl	NE 555

Spannungsvc-sorgung:
Batterie Typ Mallory MN 1604

Nachfolgend wird die Wirkungsweise der in F i g. 1 gezeigten Schaltung anhand der Impulsbilder in F i g. 2 erläutert.

An der Stelle c(Fig. 1) treffen die vom Vorverstärker weitergeleiteten Impulse praktisch schon in der in F i g. 21 gezeigten Form ein. Diese Impulse sind, solange der Manschettendruck noch über dem systolischen Druck liegt, in der Regel (fails es sich nicht um Störimpulse handelt) Einzelimpulse (a), die als geringe Druckschwankungen gemäß der Herzfrequenz periodisch auftreten. Diese Einzelimpulse werden durch den Hochpaß Ci. «4 sowie Vi und den HochpaB C2, «5 sowie Vl in ihrer Form und Amplitude praktisch nicht verändert. Die Signalform nach den genannten Bauteilen an der Stelle I ist der entsprechenden Zeile in F i g. 2

zu entnehmen. '

Durch den, wie gesagt, als Quasi-Integrator mit Umkehrverhalten und hohem Verstärkungygrad arbeitenden Verstärker V3 wird die Signalform, wie in F i g. 2, Zeile II gezeigt, verändert, d. h. im wesentlichen invertiert. Wie insbesondere in Fig. 2, Il ersichtlich, ist der Verstärker V3 im Gegensatz zu V 4 nicht völlig ausgesteuert, d. h. der obere Pegel liegt etwas unterhalb der maximalen Aussteuerungsgrenze. Es ist dadurch ein

ίο kleiner positiver Höcker feststellbar (F i g. 2, Ha).

Durch den Wiederanstieg des Pegels in Il wird das Signal im Punkt III bis zur Null-Linie nach unten gesteuert. Diese Grenze ist durch die Versorgungsspannung vorgegeben. Die Spannung fällt jedoch »virtuell« entlang der in III in Fig. 2(a) gezeigten gestrichelten Linie weiter ab und steigt entlang eines im unteren Teil ebenfalls nur «virtuellen« zweiten Astes mit einer durch die Rückkopplungsglieder der Verstärker bestimmten Zei'.kons'.än'.p wjprW an. Der Teil dieses zweiten Astes oberhalb der Null-Linie ist aus der Zeichnung wieder erkennbar. Somit entsteht ein Zwischenraum, währenddessen sich der Ausgang des zweiten Verstärkers VA auf NuIi befindet, der durch die Schaltelemente auf 50 bis 80 msek festgelegt ist. Tritt nun, wie beispielsweise im zweiten Impuls (b) in F i g. 2 erkennbar, ein weiterer Impuls (Ik) innerhalb dieses Zeitfensters von 50 bis 80 msek auf, so erzeugt es durch die Inversion mit seiner ansteigenden Flanke in I eine abfallende Flanke in II, die wiederum die Spannung im Punkt III, wie dort gezeigt

so (AiJL steil ansteigen läßt. Die abfallende Flanke in Fi g. Il macht sich im Punkt III allerdings wie die abfallende

Flanke des Herzimpulses als 'rneute öffnung des Zeitfensters bemerkbar (b).

Jedoch wird durch die monostabile Kippschaltung sichergestellt, daß während einer längeren Zeitdauer, die jedoch kürzer als die Herzperiode ist, nur ein Signal durch die monostabile Kippstufe weitergegeben wird. Die so auftretenden Flanken werden, wie in Fig.2, IV zu erkennen ist, durch das nachfolgende Differenzierglied C6, «12 differenziert. Dadurch entstehen nadelartige Impulse, und zwar für den Herzpuls negative, die etwas später als die Mitte des Herzpulses liegen. Diese Signale werden von der Diode D2(Fig. 1) nicht durchgelassen, können aber ihrerseits einer monostabilen Kippstufe zugeleitet werden, um die Herzfrequenz zu gewinnen. Durch eine solche monostabile Kippstufe werden auch negative sonstige Impulse wegen der Dauer des von der monostabilen Kippstufe erzeugten Rechteckimpulses, der jedoch kürzer als die Herzperiode sein muß, beseitigt Der Ausgang einer solchen monostabilen Kippstufe ist in F i g. 2, V Ί den nach unten gerichteten Rechtecken gezeigt

Die positive Flanke des Korotkoff-Impuises an III wird nach Differentation (IV) der in F i g. 1 gezeigten monostabilen Kippstufe über die Diode D 2 zugeleitet Die Kippstufe erzeugt die in F i g. 2, V gezeigten, nach oben gerichteten Rechteckimpulse.

Die entsprechende negative Flanke der Korotkoff-Impulse gelangt nicht zu der monostabilen Kippstufe

aus Fig. 1, würde jedoch zu einer monostabilen Kippstufe für die Herzfrequenz gelangen. Da diese negativen Spitzen aufgrund des Korotkoff-Impuises jedoch unmittelbar nach den negativen Spitzen aufgrund des Herzpulses auftreten, werden sie von der

betreffenden monostabilen Kippstufe nicht verarbeitet. Die Dauer der impulse der sn Fig.' gezeigten Kippstufe beträgt ca. 300 msek. Dies ist dementsprechend auch die Dauer der Ton- und Lichtimpulse, die.

wie anhand der I- i g. I geschildert, erzeugt werden.

Unterhalb der Diastole gehen die beiden Impulse, wie in Fi g. 2 ganz rechts (f) zu erkennen ist. ineinander über, so daß kein dem Ko'o'.koff-Signal entsprechendes Signal mehr erzeugt wird.

lis ist ersichtlich, daß es durch die vorliegende

.Schaltung möglich ist, mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln eine sichere Identifizierung der Korotkoff-Signale und ihre deutliche Anzeige zu erhalten, so daß der systolische und diastolische Blutdruck mit großer Sicherheit bestimmt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gerät zur automatischen Bestimmung des Blutdrucks nach Korotkoff/Riva Rocci,

mit einer eine Druckmeßvorrichtung enthaltenden, aufblasbaren Manschette,

mit einem Mikrofon zum Aufnehmen und Weiterleiten der der Herzfrequenz entsprechenden periodischen Signale (Grundpulsation) und der gegebenenfalls auftretenden Korotkoff-Geräusche bzw. der entsprechenden Signale, und mit einer Schaltung, die ein Ausgangssignal beim Auftreten zweier Signale in einem gewissen zeitlichen Abstandsbereich erzeugt wobei ein Zeitfenster vorgesehen ist, das in Abhängigkeit vom Auftreten eines ersten Signals für einen vorbestimmten Zeitraum öffnet und den Durchgang eines zweiten Signals ermöglicht, und wobei in der Schaltuc£ Verstärker vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die weitergeleiteten Signale an den invertierenden (minus) Eingang eines über seinen nicht-invertierenden (plus) Eingang nahezu voll ausgesteuerten ersten Verstärkers mit großer Verstärkung (V3) gegeben werden, wobei dessen (VZ) Ausgang (II) an seinen invertierenden Eingang über einen Kondensator (CA) und einen dazu parallelen Widerstand (Λ7) gegengekoppelt ist, und daß der Ausgang des ersten Verstärkers (V3) an den invertierenden (minus) Eingang eines über seinen nicht-invertierenden (plus) Eingang voll ausgesteuertem zweiten Verstärkers mit großer Verstärkung (VA) gegeben wird, wobei dessen (VA) Ausgang (III) an seinen invertierenden Eingang über einen Kondensator (CS) unc einen dazu parallelen Widerstand (R 7) gegengekoppelt ist

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß hinter dem Ausgang des zweiten Verstärkers ein Differenzierglied (R 12, C6) angeschlossen ist.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Differenzierglied (Ä12, C6) mindestens eine Diode (D 2) angeschlossen ist.

4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß an die mindestens eine Diode ein monostabiler Multivibrator angeschlossen ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß zwischen das Mikrofon und den Eingang des ersten Verstärkers (V3) mindestens ein Hochpaß (A4, Cl; R5, C2) geschaltet ist