DE3318746A1

DE3318746A1 - Messeinrichtung zur computerunterstuetzten erfassung und auswertung dermaler blutdruckschwankungen

Info

Publication number: DE3318746A1
Application number: DE19833318746
Authority: DE
Inventors: Vladimir Dr.-Ing. 5100 Aachen Blazek; Thomas Dipl.-Ing. Mühl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-05-24
Filing date: 1983-05-24
Publication date: 1984-11-29
Also published as: DE3318746C2

Description

Dr.-Ing. V. Blazek, Dijji'.^l'nti»· J.*· Mttfol"'„.Aachen _o „ . _r

Aktenzeichen: 83/1G546

Meßeinrichtung zur computerunterstützten Erfassung und Auswertung dermaler Blutdruckschwankungen

Die Erfindung beinhaltet eine Meßeinrichtung und spezielle Berechnungsprogramme zur Analyse und Bewertung analoger Biosignale, die den Durchblutungszustand der menschlichen Haut beschreiben.

Aus der Patentschrift P 3100610 ist eine Meßeinrichtunc zur nichtinvasiven optischen Messung venöser bzw. arterieller Abfluß-„und Durchflußstörungen bekannt, die es ermöglicht, den aktuellen Hautdurchblutungszustand als Funktion der Zeit zu erfassen und au¹, einem x-t-Schreiber darzustellen. Die sog. LRR-Kurven (LRR: Licht-Reflexions-Rheographie) haben nach den kürzlich veröffentlichten klinischen Studien eine große Bedeutung bei der funktionellen Diagnostik des venösen und arteriellen Systems des Menschen. Die Nachteile dieses Systems sind jedoch einerseits, dal aus den LRR-Kurven nur einice weniae di aanostisch wichtir.e

W ^S W ·-*

Aussagen direkt gewonnen werden können und andererseits, ο ei; uurc die subjektive Beurteilung der LRR-Kurven Fehler in der Auswertung, Fehl Interpretationen und unter Umständen eine Fehl diagnose möglich sind. Zudem erlaubt das Verfahren nach P 31G061G nur eine zeitliche Darstellung der Biosirjnale, soaaß eine für manche Diagnosefälle wichtige Aussage über die spektrale Zusammensetzung der Biosignale nicht möglich ist.

Dieser Erfindung · liegt die Aufrebe zugrunde, die analogen LRR-Signale mit einem computergesteuerten Meßplatz so zu erfassen und zu analysierer,, daß einerseits eine Objektivierung cer Ergebnisse frei von subjektiven Entscheidungen ermöglicht wird,

COPYL

-r-

und andererseits,- neue geeignetere Parameter zur fundierten sicheren Diagnose des Durchblutungszustandes der menschlichen Haut bestimmt werden können. Außerdem sollen die Biosignale in einer Datenbank gespeichert werden. Dadurch kann z.B. bei Vergleichsmessungen die Progredienz einer eventuellen Erkrankung rechtzeitig erkannt oder eine Früherkennung der peripheren hämodynamischen Leiden durchgeführt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungsgemäße Meßeinrichtung'der sog. Computerunterstützten Licht-Reflexions-Rheographi'e (CLRR). Die von dem Patienten 1 gewonnenen Biosignale werden^ im LRR-Gerät 2 erfaßt und als Funktion der Zeit auf einem x-t-Schreiber dargestellt. Diese Signale werden gleichzeitig in einer speziellen, quarzgesteuerten Schnittstelle 3 digitalisiert und aufbereitet und über einen Kleinrechner 4 adressiert in die Datenbank 5 eingeschrieben. Die Schnittstelle erfüllt einerseits die Aufgabe des Datentransfers und andererseits die Aufgabe der automatischen Steuerung des Einlesebeginns und -endes des Kleinrechners. Die Daten können entweder unmittelbar oder zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt vom Rechner ausgewertet werden. Die Analyseergebnisse werden dann von einem Printer/Plotter C in Form eines Diagnoseprotokolles ausgedruckt.

Figur 2 zeigt das Blockschaltbild der Schnittstelle 3 aus Figur Sie besitzt auf der Eingangsseite eine Signal- und zwei Steuerleitungen, auf der Auscjangsseite sechs Daten- und zwei Steuerleitungen, alle bezogen auf eine gemeinsame Cerätemasse. Das analoge Biosignal eines konventionellen LRR-Gerätes wird über den Dateneingang A einem 12 Bit Analog-Digital-Wandler 10 zugeführt. Die Kontakte des Startknopfes und des Messen-Eichen-Schalters des LRR-Gerätes werden über die Steuerleitunren B und C mit der

sJ

Schnittstelle verbunden , da die Pegel dieser Leitungen immer den

-Sr-

Meßbeginn (B)-und das Ende (C) einer Untersuchung angeben. Sie werden in einer Kontrollogik 12 aufgearbeitet und dienen als Steuersignal F für Einlesebeginn und Ende für den Rechner. Dies ermöglicht das automatische Einlesen der gesamten Daten einer Untersuchung ohne zusätzliche Bedienung des LRR-Gerätes oder der Schnittstelle. Für eine galvanische Trennung zwischem dem LRR-Gerät und der Schnittstelle können die Eingänge A,B und C auch als optische Eingänge ausgeführt werden.

Da die konventionellen Kleinrechner mit S Bit Prozessoren ausgerüstet sind, können sie maximal 8 Bit parallel einlesen. Die durch die hohen Anforderungen des Meßproblems notwendige Auflösung des A/D-Wandlers 10 von 12 Bit bewirkt, daß die digitalen Daten nicht direkt eingelesen werden können, sondern zunächst in einen Zwischenspeicher 11 abgelegt werden müssen. Danach werden die Daten in zwei Blöcke mit je 6 Bit aufgeteilt und blockweise nacheinander über sechs Datenleitungen E dem Rechner zugeführt. Die dazu notwendige Steuerung des Zwischenspeichers 11 und die Erzeugung eines Steuersignals D zur Unterscheidung der beiden Datenblöcke für den Rechner wird von der Steuerlogik 9 ausgeführt. Sie wird von einem Quarzoszillator 7 mit nachgeschaltetem Teiler S getaktet. Der genaue Quarzzeitgeber als Bestandteil der Schnittstelle ist unbedingt notwendig, da die Steuerlogik 9 auch die Steuerung des Abtastzeitpunktes des A/D-Wandlers durchführt und die zeitliche Konstanz für die Genauigkeit der durchzuführenden Analyse des Biosignals von großer Bedeutung ist. Damit wird erreicht, daß die Kontrolle des Einlesevorganges ohne zusätzliche Bedienung vom LRR-Gerät aus erfolgt und die Steuerung ces Datentransfers von der Schnittstelle ausgeht. Außerdem wird durch die spezielle Ausbildung der Schnittstelle erreicht, üa\l trotz der geforderten hohen Genauigkeit und Auflösung ein einfacher Kleinrechner 4 verwendet werden kann. Diese Aufgabe ist mit keinen der zum Stande der Technik gehörenden Schnittstellen durchführbar.

Die Erfassung, Analyse und Auswertung der hinter der Schnittstelle in digitaler Form vorliegenden Biodaten wird ermöglicht durch

COPY

spezielle Programmpakete, die bestimmte Auswahlkriterien, digitale Filterungen, die der besonderen Art der Biodaten Rechnung tragen, und spezielle Berechnungsalgorithmen beinhalten.

Die Leistungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Meßmethodik im Vergleich zur zum Stande der Technik gehörenden Auswertung wird in den Figuren 3 bis 8 an zwei Beispielen demonstriert.

Figur 3 zeigt eine typische LRR-Venendruckkurve eines venengesunden Mannes (Patienten-Nr. pl/1), gemessen am rechten Bein. Die Bewertung derartiger LRR-Kurven ist z.B. in P 3100610 oder im Inform. Arzt, Jg. 10 (1982), 4-9, beschrieben. Figur 4 zeigt einen Datenflußplan zur Erfassung, Analyse und Auswertung des Biosignals aus Figur 3, Figur 5 das CLRR-Protokoll der Diagnose der peripheren Hämodynamik dieses Patienten.

Im ersten Teil des CLRR-ProtokolIs wird die gespeicherte Patientennummer, Untersuchungsnummer, Datum der Messung, untersuchte Extremität, Hauttemperatur und die äußerliche klinische Diagnose aufgeführt. Danach folgt die vom Kleinrechner analysierte LRR-Kurve, wobei in dieser Graphik bereits die wichtigsten physikalischen Bevvertungsparameter der venösen Hämodynamik, die venöse Auffüllzeit To und die venöse Drainage dR eingetragen sind. Die Computeranalyse der LRR-Kurve ist in vier Punkten zusammengefaßt. Zunächst werden die Ergebnisse der Berechnung der venösen Auffüllphase angegeben. Neben der nach einem objektiven Algorithmus bestimmten Auffüllzeit To (hier 33.5 Sekunden) wird auch die von den störanfälligen Randbedingungen befreite Abfallzeit Ta (Abfall von 90% auf 10%), die Halbwertszeit Th (Abfall von 100% auf 50%) und andere Zeitparameter berechnet. Danach folgt anhand der Ampl i t.udenwerte der gespeicherten LRR-Kurve die Berechnung der Druckdifferenzen durch das Auffüllen und durch die Belastung. Zusätzlich stehen weitere neue Bewertunijsparameter wie die Fläche FR unter der LRR-Kurve oder die mittlere Steilheit SR der Auffüllphase zur sicheren Diagnose des Zustandes der venösen Hämodynamik zur Verfügung. CJe nach der Fragestellung kennen aber

auch nachträglich andere Bewertungsparameter berechnet werden, da die Meßdaten vollständig in der Datenbank abgespeichert sind.

In einem zweiten Beispiel zeigt die Figur 6 einen Ausschnitt aus der an der Stirn eines Patienten gemessenen Durchblutungsschwankungen der Haut (sog. Kreislaufrhythmen), die mit einem LRR-Gerät bei sitzendem Patienten nach dem Stande der Technik aufgenommen wurden. Man erkennt aus dieser Figur neben de schnellen Pulsatorik (Kreislaufrhythmus 1.Ordnung, entspricht der Pulsfrequenz) auch mehrere langsamere periodische Durch blutungsschwankungen, die in der zeitlichen Darstellung jedoch nu sehr schwer deutbar sind. Figur 7 zeigt einen Datenflußplan zur Erfassung, Analyse und Auswertung des Kreislaufrhythmen-Biosicnal aus Figur 6. Hier wird besonderen Schwerpunkt auf den Transfer de Kreislaufrhythmik aus dem Zeit- in den Frequenzbereich über einen "speziellen Filter- und Transformationsalgorithmus gelegt. In der Figur S sind die Ergebnisse der erfindungsgemäßen CLRR-Kreislaufrhythmenanalyse dargestellt. Aus dem dort aufgeführten Amplitudendichtespektrum erkennt man, daß die größte Amplitude der Kreislaufrhythmus 1.Ordnung bei ca. 1.1Hz (ca. 70 Pulse/Minute) hat. Die höheren Harmonischen erlauben außerdem diagnostisch wichtige Rückschlüsse auf die Form des arteriellen Pulses. Auch die Kreislaufrhythmen 2.Ordnung (Atemrhythmen) um Cc 0.2Hz (12/Minute), die Kreislaufrhythmen S.Ordnung um 0.1Hz (10 Sekunden) und die Minutenrhythmen um ca. O.OlGHz werden durch cie erfindungsgemäße Meßeinrichtung sicher erkannt. Die Art dieser Erfassung und Darstellung ist absulut neu und wird nach der Oberzeugung der Anmelder neue Möglichkeiten und l'ege in der physiologischen Crundlagenforschunc- eröffnen.

copy

Claims

Dr.-Ing. V. Blazek, Dipl.-Ing. T. Mühl , Aachen Aktenzeichen: 83/16546

PATENTANSPRÜCHE

IJ Meßeinrichtung zur Erfassung und Analyse des Curchblutungszustandes der menschlichen Haut, speziell der durch optische Abtastung nichtinvasiv gewonnenen, analogen LRR-Signale,
gekennzeichnet dadurch,

a) daß die analogen Biosignale einer speziellen Latenschnittstelle (3) zugeführt und dort quarzgesteuert digitalisiert und aufbereitet werden,

b) daß mit Hilfe zweier Steuerleitungen (B), (C), einer Kontrollogik (12) und zweier Steuerausgangsleitungen (C), (F) die Steuerung des Datentransfers zu einem einfachen Kleinrechner (4) sowie die Kontrolle von Einlesebeginn und Einleseende ohne zusätzliche Bedienung automatisch von cer Schnittstelle (3) durchgeführt wird,

c) daß die Erfassung der Daten , deren Analyse nurch spezielle Algorithmen sowie die Ausgabe der Meßprotokolle frei von menschlichen Fehleinschätzungen von einem einfachen, konventionellen Kleinrechnersystem (4),(5),(C) automatisch erfolrt und dabei neue, nicht direkt erkennbare, für eine gesicherte Diagnostik jedoch wichtige physikalische Bewertunrspararneter berechnet werden und deren Vergleich ermöglicht wiro.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß die Schnittstelle (3) eine quarzgesteuerte Abtastung des Biosignals, dessen Wandlung in einen 12 Bit Cic-i tolvcrt ure:

COPY

-7-

anschließende Datenaufbereitung in zwei Blöcken mit je 6 Bit durchführt und damit bezüglich der Auflösung, Genauigkeit, der zeitlichen Konstanz und Frequenzstabilität den hohen Anforderungen des Meßproblems entspricht.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, . gekennzeichnet dadurch,

daß mit Hilfe spezieller Programmpakete eine automatische Analyse der peripheren venösen Hämodynamik des Menschen von einem einfachen Kleinrechner durchgeführt wird und mehrere physiologische Bewertungsparameter dem Arzt zur Verfügung gestellt und für eventuelle statistische Auswertungen in eine Datenbank (5) eingeschrieben werden.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet dadurch,

daß mit Hilfe spezieller Programmpakete eine automatische Bewertung der menschlichen Kreislaufrhythmik in der Frequenzdomäne durchgeführt wird und somit neben dem Amplitudenverlauf der Kreislaufrhythmik auch deren Frequenzzusammensetzung ohne zusätzlichen Geräteaufwand analysiert wird.