DE3345739C2 - Am Handgelenk zu befestigende Einrichtung zum Erfassen und Anzeigen der Pulsfrequenz und anderer hiervon ableitbarer Kreislaufparameter - Google Patents

Abstract

Am Handgelenk zu befestigendes, nach Art einer Armbanduhr gestaltetes Gerät mit einem Gehäuse (2) und einem Armband (3) und mit mindestens einer aus mindestens einem Ultraschallsender und einem Ultraschallempfänger bestehenden, am Armband (3) angebrachten und auf die a. radialis zu richtenden Ultraschallsonde (1) in Verbindung mit einer im Gehäuse (2) untergebrachten elektronischen Auswerteeinrichtung zur Erfassung und Anzeige (24) von Kreislaufparametern, insbesondere der Pulsfrequenz, die aus den von der Sonde (1) aufgrund des Ultraschall-Dopplereffekts gelieferten Systolensignalen ableitbar sind. Die Sonde (1) ist so gestaltet und am Armband (3) angebracht, daß sich die Systolensignale beim Anlegen des Geräts optimieren lassen und dieser Zustand unabhängig von Hand- und Armbewegungen aufrechterhalten wird. Störsignale, die so noch nicht eliminiert werden können, werden durch die entsprechend ausgebildete Auswerteeinrichtung daran gehindert, sich auf die Anzeige (24) des Geräts auszuwirken. Eine Weiterbildung gestattet die Erfassung und Anzeige des systolischen Blutdrucks und des myokardialen Sauerstoffbedarfs.

Description

Die Erfindung geht aus von einer am Handgelenk zu befestigenden Einrichtung zum Erfassen und Anzeigen der Pulsfrequenz und anderer hiervon ableitbarer Kreislaufparameter nach dem Gattungsbegriff von An-

Spruch 1.

Eine Einrichtung dieser Art ist Gegenstand der US-PS 40 86 916. Bei solchen Geräten wird die Sonde auf den am Handgelenk unterhalb der Daumenwurzel oberflächennah verlaufenden Teil der Pulsader gerichtet.

Die durch Mischung der Frequenz des eingestrahlten mit der Frequenz des reflektierten Ultraschalls erhaltenen Ultraschall-Doppler- bzw. Sondensignale enthalten einen Anteil, der verursacht wird durch die gemeinhin als Pulsschlag, im folgenden auch als Systolenpuls,

bezeichneten Änderungen der Blutströmungsgeschwindigkeit in der Pulsader und Bewegungen ihrer Gefäßwand, die ihrerseits beide durch die Systole des Herzens induziert werden. Dieser Anteil wird im folgenden als Systolen- bzw. als Nutzsignal bezeichnet, aus dem die gesuchte und anzuzeigende Pulsfrequenz abgeleitet wird.

Der von den Geräten dieser Art zu fordernden Zuverlässigkeit stehen im praktischen Einsatz mannig-

fache störende Einflüsse entgegen, durch die ihre Arbeitsweise beeinträchtigt werden kann.

Eine wesentliche Störungsursache ist in der ungenauen Ausrichtung der Sonde auf die Pulsader zu sehen; sie kann sich bereits beim Anlegen des Geräts einstellen und führt dazu, daß das Nutzsignal im Spektrum von Störsignalen, in die es eingebettet ist, untergeht. Vergleichbare Auswirkungen kann eine ungünstige Strahlungscharakteristik der Ultraschallsender bzw. -empfänger haben. Es wird daher in der US-PS 40 86 916 gefordert, daß die Sonde hochempfindlich und scharf auf die Pulsader fokussierbar, im übrigen aber unempfindlich bzw. geräuschabweisend sein soll. Wie diese in gewisser Weise einander widersprechenden Eigenschaften realisiert werden sollen, geht aus der Patentschrift nicht hervor.

Mit hoher Empfindlichkeit für das Nutzsignal und scharfer Fokussierung lassen sich zwar Störsignale bis zu einem gewissen Grade ausblenden bzw. die Unempfindlichkeit gegen Störsignale steigern und damit das Verhältnis von Nutz- zu Störsignalen verbessern, jedoch wird dadurch auch die Empfindlichkeit gegen Abweichungen von der Soll-Richtung der Fokussierung vergrößert, wie sie sich in der Regel schon beim ungenauen Aufsetzen der Sonde ergeben und damit einen Grund für die Beeinträchtigung der Arbeitsweise des Geräts bereits vor seiner Inbetriebnahme liefern können.

Ebenso störend können sich Ultraschall-Dopplersignale auswirken, die bei der Bewegung der Finger, insbesonderer des Daumens, und beim Drehen der Hand auftreten und die auf die Lageänderungen der dabei beteiligten Sehnen und Gelenke zurückzuführen sind. Insbesondere kann eine Drehung der Hand zusätzlich die vorher bestehende Ausrichtung der Sonde auf die Pulsader verschlechtern und damit zu einer relativen Verstärkung der Störsignale führen.

Während die Empfindlichkeit des Geräts gegen Störungen der vorstehenden Art dem Stande der Technik gemäß bis zu einem gewissen Grade durch scharfe Fokussierung einer empfindlichen Sonde herabgesetzt werden kann, ist dies bei Störungen, die auf andere Ursachen zurückzuführen sind, nicht möglich.

Eine der hier in Betracht kommenden Ursachen stellen Bewegungen des Gehäusearmbands dar, die Bewegungen der Sonde in Richtung der Hand oder in Gegenrichtung zur Folge haben. Die SondenbeRegungen geben zur Entstehung von störenden Ultraschall-Dopplersignalen Anlaß, deren Signalpegel höher sein kann als der eines durch das strömende Blut ausgelösten Signals.

An dieser Stelle sind ferner die Störsignale zu nennen, die auf eine vom Puls unabhängige Blutströmung beim Bewegen der Hand oder des Arms zurückzuführen sind. Diese Blutströmungen überlagern oder über decken den normalen Puls und lassen weitere Systolensignale entstehen oder sie führen zu deren Verschwinden. Vergleichbare Folgen können statische Druckänderungen in der Pulsader haben, die durch Hochhalten oder Herabhängen des Arms bewirkt werden. Dabei wird der Bluteinstrom geändert, und es erfolgt eine Anpassung der Druckverhältnisse. Die normalen Pulsschläge können während einiger Pulsperioden von dieser Erscheinung überdeckt werden, mit der Folge, daß für einige Sekunden die Systolensignale ausfallen.

Eine andere Ursache der in Rede stehenden Art besteht darin, daß die Amplitude des Systolensignals abhängig von unterschiedlichen Parametern, wie Tiefe der Lage der Pulsader, Aufsetzpunkt der Sonde, Bewegungen der Sonde und der Hand, dem jeweiligen Probanden eigentümliche individuelle Unterschiede autweist. Zusätzlich kann diese Amplitude auch noch aus anderen Gründen schwanken. Zum Detektieren eines Sondensignals in einem bestimmten Frequenzbereich ist daher immer wieder von anderen Signalamplituden auszugehen.

Von den auf solche Ursachen zurückzuführenden Störungen wird nach dem Stande der Technik gemäß

ίο der US-PS 40 86 916 lediglich der Pulsausfall nach einer gewissen Zeit erkannt und durch Alarmgabe angezeigt Ferner erfolgt dort eine gewisse Signalauswahl, indem ein Signal erst nach Überschreiten eines konstanten Schwellwerts als Systolensignal detektiert wird.

Ein anderes bekanntes Gerät zur Bestimmung der Pulsfrequenz gemäß der DE-AS 25 10 829 bedient sich eines fotoelektrischen Pulsabnehmers mit einem Sende- und Empfangssystem für elektromagnetische Strahlung und einer dazu gehörigen Auswerteeinriehtung. Der Pulsabnehmer umfaßt einen Sender und mindestens zwei Empfänger oder mindestens zwei Sender und einen Empfänger für die elektromagnetische Strahlung, mit deren Hilfe sowohl die Systolensignale als auch die neben diesen auftretenden Störsignale erfaßt werden.

In der Auswerteeinriehtung ist eine Koinzidenzschaltung mit einstellbaren Zeit- und Zählgliedern vorgesehen, welche durch Korrelation die unter Einhaltung der Koinzidenzbedingung auftretenden Signale als Impulse bewertet, zählt und einerseits beim Über- oder Unterschreiten von einstellbaren Grenzwerten der zu zählenden Pulsfrequenz medizinischen Alarm geben sowie andererseits bei Nichteinhaltung der Koinzidenzbedingung technischen Feueralarm geben kann.
Erfassung und Anzeige der Pulsfrequenz aus aufgrund des Ultraschall-Dopplereffekts gelieferten Signalen finden dort nicht statt. Einbau der Sender und der Empfänger sowie der dazu gehörigen Auswerteeinriehtung in ein am Handgelenk zu befestigendes, nach Art einer Armbanduhr gestaltetes Gerät ist nicht vorgesehen. Den bei einem solchen Gerät auftretenden äußeren Störungen wird nicht Rechnung getragen, weil sie bei dem für den stationären Einsatz gedachten Gerät gemäß der DE-AS nicht auftreten können. Zur Pulsabnahme an der Pulsader am Handgelenk oder am Arm, beispielsweise in der Ellenbogenbeuge, eignet sich das Gerät nicht, weil dort die optische Absorption für die fotoelektrische Messung zu groß wäre.

In der DE-OS 28 48 198 ist eine Sensoranordnung beschrieben, die mit Hilfe einer einem Uhrarmband ähnlichen Vorrichtung fest an die Haut über eine Arterie gepreßt wird und bei der zwei elektrisch gegeneinander geschaltete, piezoelektrische Sensoren derart Verwendung finden, daß der eine Sensor die variable Dehnung der Arterie anzeigt, während der andere Sensor die durch Bewegungen des Patienten erzeugten Signale kompensiert. Diese Anordnung arbeitet nicht mit aufgrund des Ultraschall-Dopplereffekts erzeugten Signalen, und die piezoelektrischen Sensoren dienen daher auch nicht zur Erzeugung oder Detektierung von Ultraschall. Die Anordnung dient zur Erfassung und Anzeige des Blutdrucks; im Prinzip wäre sie auch zur Messung der Druckamplitude des Pulses geeignet. Die Druckmessung als Methode der Pulserfassung wäre aber wesentlich störanfälliger gegenüber Muskelanspannungen bei der Bewegung oder bei isometrischer Belastung als die Methode, die Strömungsamplitude des Pulses zu messen, auf der die Pulserfassung in der Ultraschall-Doppler-Technik beruht.

Eine Optimierung der Anzeige durch eine mechanische Ausbildung der Anordnung, durch die der Einfluß äußerer Störfaktoren, wie sie bei der Verwendung einer einem Uhrarmband ähnlichen Vorrichtung auftreten, herabgesetzt werden könnte, ist in der DE-OS 28 48 198 nicht vorgesehen.

Aus der DE-PS 31 OO 610 ist eine Meßanordnung zur nichtinvasiven Feststellung venöser bzw. arterieller Abfluß- und Durchflußstörungen bekannt, die nach dem Prinzip der Licht-Reflexions-Rheographie arbeitet. Die Ultraschall-Doppler-Technik findet in dieser Patentschrift Erwähnung nur insofern, als sie als nichtinvasives, qualitatives Verfahren zur Beurteilung der venösen Hämodynamik Anwendung findet. Auf die Probleme, die bei der Anwendung dieser Technik zur Ermittlung der Pulsfrequenz auftreten, wird dort nicht eingegangen. Für die Zwecke der Pulserfassung wäre auch diese Anordnung nicht geeignet, weil die optische Absorption am Handgelenk, am Arm oder in der Ellenbogenbeuge für die fotoelektrische Messung zu groß wäre.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art in der Weise weiter zu entwickeln, daß der Einfluß der Störsignale weitgehend ausgeschaltet werden kann und daß dabei neben der Messung der Pulsfrequenz auch die Messung des Blutdruckes auf dem Wege der Bestimmung der sogenannten Blutwellengeschwindigkeit möglich ist.

Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe durch die in den Ansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmale gelöst. Bei dieser Anordnung läßt sich das Systolensignal beim Anlegen der Einrichtung so optimieren, daß es von Hand- oder Armbewegungen weitgehend unabhängig wird. Es werden Systolensignale erhalten, die sich mit Hilfe entsprechender Auswerteinrichtungen sowohl für die Bestimmung der Pulsfrequenz sowie, mittels mehrerer in einem gewissen Abstand voneinander angeordneter Sonden, auch des Blutdrukkes verwenden lassen. Die Genauigkeit der Blutdruckmessung läßt sich noch weiter verbessern, wenn eine an anderer Stelle der Körperoberfläche angesetzte EKG-Sonde an die Auswerteinrichtung anschljeßbar ist.

Für die erfindungsgemäße Einrichtung eignen sich solche Sonden, die sich durch entsprechende Bemessung und Gestaltung der Pulsader gut anschmiegen und die außerdem vor dem Anlegen mit einem den akustischen Kontakt verbessernden Koppelgel gefüllt werden können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur weiteren Erleichterung der genauen Einstellung der Sonde auf die Pulsader ist die Einrichtung gemäß Anspruch 10 weitergebildet und zur Unterdrückung von Störgeräuschen dient die Ausgestaltung nach Anspruch 12.

Die Ausfilterung von Störgeräuschen wird durch die Ausgestaltung nach Anspruch 13 oder 14.

Bei Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 15 und 16 werden die Systolensignale und die Störsignale getrennt voneinander erfaßt.

Zur Anpassung an die unterschiedlichen Signalamplituden der gefilterten Dopplersignale dient die Ausbildung nach Anspruch 18.

Mit dem erfindungsgemäßen Gerät wird nicht nur die Erfassung der Pulsfrequenz durch ein am Handgelenk zu tragendes Gerät verbessert, sondern darüber hinaus bildet das Gerät in seiner Ausbildung mit erweitertem Anwendungsgebiet eine Anzeige- und Alarmeinheit, die beim Freizeittraining oder bei der Rehabilitation eine kontinuierliche Überwachung der für ein wirksames Training und für die gefahrlose Belastung wichtigen Kreislaufparameter

- Pulsfrequenz,

- systolischer Blutdruck bzw. Blutdruckanstieg bei Belastung und

- das Produkt aus diesen beiden Größen, das ein Maß für den myokardialen Sauerstoffbedarf darstellt,

erlaubt.

Das Gerät ist mit Zusatzgeräten grundsätzlich auch für die telemetrische Überwachung, insbesondere für Rehabilitanden oder kreislaufgeschädigte Patienten und Hypertoniker anwendbar. Sein Einsatz ist mit Zusatzgeräten auch zur Patientenüberwachung in der Narkose und auf der Intensivstation möglich.

Die Erfindung wird nachfolgend aufgrund von Ausfühmngsbeispielen anhand der schematischen, nicht maßstäblichen Figuren erläutert. Es zeigt

die Fig. 1 ein Gerät gemäß der Erfindung, bei dem das Gehäuse federnd und die Sonde verschiebbar am Gehäusearmband angebracht sind;

die Fig. 2 und 3 Einzelheiten der Ausbildung von Sonden;

die Fig. 4 und 5 Einzelheiten eines Geräts mit zwei Sonden;

die Fig. 6 Einzelheiten eines mit Koppelgel zu füllenden Sondengehäuses;

die Fig. 7 und 8 eine andere Ausführung des Geräts gemäß der Erfindung, bei der das Gehäusearmband ein an sich davon getrenntes Sondenarmband aufnimmt, an welchem die Sonde angebracht ist;

die Fig. 9 ein Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung;

die Fig. 10 ein Blockschaltbild der in der Auswerteeinrichtung enthaltenen Impulsformerstufe;

die Fig. 11 ein Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung des Geräts mit erweitertem Anwendungsgebiet.

Im Teil A der Fig. 1 ist vereinfacht ein Gerät gemäß der Erfindung dargestellt, bei dem die Sonde 1 in einem Ausschnitt 5 des Gehäusearmbands 3 verschiebbar angebracht ist. Über die Zuleitung 8 ist die Sonde 1 an die im Gehäuse 2 untergebrachte Auswerteeinrichtung angeschlossen. Nach dem Anlegen des Gehäusearmbands 3 wird dieses mittels des Verschlusses 4 in der bei Armbanduhren üblichen Weise fixiert. - Auf die Anbringung des Gehäuses 2 am Gehäusearmband 3 wird später eingegangen.

Die Sonde 1 weist gemäß der Darstellung im Teil B der Fig. 2 zwei Führungsnuten 9, die die Längsränder des Ausschnitts 5 aufnehmen, und eine Feststellschraube 11 auf, mit der die Sonde nach Ermittlung ihrer günstigsten Lage innerhalb des Ausschnitts 5 fixiert wird. Um die Einfügung der Sonde 1 in den Ausschnitt 5 zu ermöglichen kann der Teil 13 als vom Sondengehäuse 15 abnehmbare Bodenplatte ausgebildet sein.

Die Sonde 1 enthält drei parallel zueinander orientierte Ultraschallwandler in Form von Piezokristallen 6 und 7 (Fig. 2, Teil A), von denen die beiden äußeren, 6, als Uliraschallsender und der innere, 7, als Ultraschallempfänger dienen. Die Wandler 6 und 7 sind nicht nur parallel zueinander, sondern, wie aus Fig. 1, Teil A, zu entnehmen, nach Anlegen des Gehäusearmbands 3 auch im wesentlichen parallel zur a. radialis orientiert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen andere Ausführungen der Sonden für ein Gerät gemäß der Erfindung. Gemäß der Fig. 3 können die parallel gerichteten Ultraschallwandler 6 und 7 auch gegeneinander versetzt angeordnet sein. Fig. 4 zeigt eine Anordnung mit zwei Sonden, la und Ib, die, in Richtung der a. radialis gesehen, nach Anlegen des Geräts hintereinander zu liegen kommen. Die Sondengehäuse 15a und 156 sind miteinander durch den Steg 12a verbunden. Die durch Abnehmen der Bodenplatte 13a freilegbaren Nuten 9 und 12 dienen zur Führung der in den entsprechenden Ausschnitten 5a und 5b des Gehäusearmbands 3a gemäß der Fig. 5 verschiebbar angebrachten Doppelsonde Ia-Ib. Anordnung und funktionsmäßige Aufteilung der Ultraschallwandler 6α, 7α und 6b, Tb sowie Fixiermöglichkeit der Doppelsonde Ia-Ib entsprechend den anhand der Fig. 2 beschriebenen Verhältnissen.

Um Störeinflüsse durch die Fingersehnen klein zu halten und ein günstiges Nutz-/Störsignal-Verhältnis zu erzielen, muß vermieden werden, daß die Ultraschallwandler auf diese Sehnen zu liegen kommen. Die Sonden sind daher so gestaltet, daß sie sich optimal in die Nische einfügen, die im Aufsetzpunkt der jeweiligen Sonde durch die nächsten zur a. radialis parallel verlaufenden Sehnen sowie die benachbarten Unterarm- und Handwurzelknochen gebildet wird. Es sind dies insbesondere die Sehnen tendo m. flexoris carpi radialis und tendo m. abductoris pollici longi, der proc. styloides radii und die Knochen os trapezium und os scaphoideum.

Zu diesem Zweck sind die schallabstrahlenden und die schallempfangenden Oberflächen der Piezokristalle 6,7 bzw. 6a, la und 6b, Ib vorzugsweise mit etwa 1 mm x 5 mm bemessen, um möglichst kleine Abmessungen der Sonden zu ermöglichen, und die in den Fig. 2 und 4 durch die an anderer Stelle erläuterten Halterahmen 17 bzw. 17a, 17b eingegrenzte Sondenoberfläche ist so gestaltet, daß sie in möglichst engen Hautkontakt treten kann. Diese Oberfläche kann daher nicht nur, wie in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt, eben und dabei gegebenenfalls aus der Ebene der unmittelbar benachbarten Stege der Führungsnuten 9 und 12 hinaustretend geformt sein, sondern es kommen im Rahmen der Erfindung auch andere, insbesondere konvexe, Oberflächenformen in Betracht.

Fig. 6 zeigt im Teil A einen Querschnitt durch das Sondengehäuse 15, in dem die Ultraschallwandler 6 und 7 untergebracht sind und das mit einem Koppelgel für die Übertragung des Ultraschalls zwischen den Wandlern und der Haut am Aufsetzpunkt der Sonde zu füllen ist. Die der a. radialis zugewandte Oberfläche des Sondengehäuses 15 wird durch eine Kunststoffolie 16 gebildet, die durch ein-ϊη Metallrahmen 17 (Fig. 2, 3) bzw. 17a und 176 (Fig. 4) in einem Preßsitz gehalten wird. Die Kunststoffolie verhindert das Austreten des Koppelgels aus dem im übrigen geschlossenen Sondengehäuse 15; sie wird vor dem Aufsetzen der Sonde angefeuchtet, wodurch sich eine gute Ultraschallübertragung ergibt, die in der Folge durch die Hautfeuchtigkeit aufrecht erhalten wird.

Durch Verformung der Kunststoffolie oder durch ihre Verformung unter einem entsprechenden Druck des Koppelgels kann die durch sie gebildete, den Hautkontakt vermittelnde Oberfläche der Sonde eine gewünschte konvexe Form erhalten.

Das Koppelgel kann in einfachster Weise vor dem Einsetzen der Kunststoffolie 16 in das Sondengehäuse 15 eingefüllt werden. Eine vorteilhaftere Möglichkeit bietet die Verwendung einer mit dem Gel gefüllten Patrone 20, die in das Sondengehäuse 15 einzuführen ist und aus der das Koppelgel unter Druck ausgetrieben wird. Die auf der Unterseite mit einer undurchlässigen Folie 23 abgeschlossene Patrone 20 (Fig. 6, Teil B, C) weist auf der Oberseite eine geldurchlässige Membran 18 auf, die mit einer vor der Ingebrauchnahme abzuziehenden Schutzfolie abgedeckt ist. Die Patrone ist auf einer Seite durch einen Foliensack 21 abgeschlossen, der beim Einsetzen der Patrone in das Sondengehäuse durch eine an dem letzteren befestigte Feder 19 (Fig. 6, Teil A) in die Patrone gedrückt wird und dabei das in der Patrone befindliche Gel verdrängt, welches nunmehr durch die geldurchlässige Membran 18 austritt und das Sondengehäuse 15 ausfüllt. Die dabei durch das Koppelgel verdrängte Luft tritt durch eine semipermeable Membran 22 des Sondengehäuses 15, die luftdurchlässig, aber gelundurchlässig ist, aus dem Sondengehäuse 15 aus. Die auf den Foliensack 21 drückende Feder 19 sorgt dafür, daß so viel Gel aus dem Sack verpreßt wird, wie zum Füllen des Sondengehäuses 15 erforderlich ist. Damit kann auch ein Verdunstungsverlust des Gels über geraume Zeit ausgeglichen werden. Bei einer anderen Ausführungsform weist das Son-

dengehäuse 15 zwei selbstschließende Öffnungen auf, die sich beispielsweise nach der für Vorratsflaschen für Injektionsflüssigkeiten üblichen Weise durch Durchstechen von Gummimembranen bilden.
Durch die eine Öffnung wird das Iioppelgel mittels einer Injektionsspritze in das geschlossene Sondengehäuse eingebracht, und durch die andere Öffnung bläst die dabei aus dem Sondengehäuse verdrängte Luft ab. Die Ultraschallwandler 6 und 7 können innerhalb des Sondengehäuses 15 parallel zu dessen der a. radialis zugewandter Oberfläche orientiert sein, wie dies der schematischen Darstellung in den Fig. 2 und 4 entspricht; sie können aber gemäß Fig. 6, Teil A, auch unter einem von 0 verschiedenen Winkel gegen diese Oberfläche geneigt sein. Die Größe des Neigungswinkels hängt im wesentlichen von der Frequenz des verwendeten Ultraschalls ab. Allgemein gilt, daß die Wandler, insbesondere bei Ultraschallfrequenzen unter 5 MHz, gegen den Blutstror> in der a. radialis geneigt sein sollen, damit eine Komponente der Blutströmungsgeschwindigkeit in der a. radialis in Richtung des Schallstrahls zu liegen kommt, um einen brauchbaren Dopplereffekt zu erzeugen.

Die zuverlässige Arbeitsweise des Geräts hängt nicht nur davon ab, daß - in noch zu beschreibender Weise die Sonde beim Anlegen des Geräts vor der Ingebrauchnahme optimal auf die a. radialis ausgerichtet werden kann, sondern auch davon, daß die so gefundene günstigste Lage der Sonde in bezug auf die a. radialis für die Dauer des Gebrauchs auch aufrechterhalten bleibt.

In dieser Hinsicht ungünstig wirken sich die Beschleunigungskräfte aus, die infolge von Hand- oder Armbewegungen am Gehäuse auftreten, wenn sie unmittelbar auf die Sonde einwirken und deren Lage verändern können. Um dies zu verhindern und die Einstellung der Sonde zu stabilisieren, werden erfindungsgemäß die Massen des Gehäuses und der Sonde weitgehend voneinander entkoppelt.

Zu diesem Zweck wird, wie in der Fi g. 1, Teil A und B, dargestellt, bei einer Ausführung des Geräts gemäß der Erfindung das Gehäuse 2 nicht unmittelbar, sondern über Federn 14 mit dem die Sonde 1 tragenden Gehäusearmband 3 verbunden. Die Federn 14 sind über elastische Zwischenlagen 14a angelenkt (Fig. 1,

Teil C), in denen die kinetische Energie des Gehäuses 2 weitgehend vernichtet wird.

Eine andere Ausführung zeigen die Fig. 7 und 8. Die Sonde 1 ist hier - in bereits beschriebener Weise verschiebbar - an einem mit einem Ausschnitt 5 versehenen Sondenarmband 36 angebracht (Fig. 7), welches seinerseits in der mit seitlichen Nuten für die Aufnahme des Sondenarmbands 36 versehenen Führung 10 des Gehäusearmbands 3c (Fig. 8) gleitet. Nach Anlegen des Sondenarmbands 36 wird zunächst dieses Armband mittels des Verschlusses 4a fixiert, und nach Einstellung der Sonde 1 wird der Verschluß 46 des Gehäusearmbands 3c geschlossen. Verdrehungen des Gehäusearmbands 3c unter dem Einfluß von Beschleunigungskräften, die am Gehäuse 2 auftreten, werden infolge der gleitenden Verbindung zwischen diesem und dem Sondenarmband 36 von der Sonde i im wesentlichen ferngehalten.

Die bisher beschriebenen Mittel und Maßnahmen dienen zur Verbesserung und Stabilisierung der Trennung von Nutz- und Störsignal, soweit diese von der Gestaltung der Sonde und von ihrer Ausrichtung auf die a. radialis abhängt. Nach dem Anlegen des Geräts wird zunächst die Sonde 1 durch Verschieben innerhalb des sie aufnehmenden Ausschnitts 5 im Armband 3 bzw. 36 in eine den anatomischen Verhältnissen am Handgelenk des Probanden entsprechende Lage gebracht, und danach werden die Sonde und das sie tragende Armband mittels der Feststellschraube 11 und des Verschlusses 4 bzw. 4a fixiert.

Um sodann die günstigste Paarung zwischen einem der beiden Ultraschallsender 6 und dem Ultraschallempfänger 7 zu ermitteln, wird die Ultraschaiierregerspannung von der Auswerteeinrichtung im Gehäuse 2 auf einen der beiden Ultraschallsender 6 gegeben und die Anzeige einzelner Systolen-Pulse auf dem Display 24 des Gehäuses 2 abgewartet. Benötigt werden dafür mindestens 2 Pulse; das dauert bei einer Pulsfrequenz von 70 Pulsen pro Minute bis ca. 1,7 Sekunden. Das Vorhandensein und die Zahl der Pulse werden gespeichert, und anschließend wird der andere Ultraschallsender 6 entsprechend beaufschlagt und die Pulsreaktion in gleicher Weise registriert. Als Umschalterzwischen den beiden Ultraschallsendern 6 dienen dabei Hochfrequenz-Feldeffekt-Transistoren in der Auswerteeinrichtung.

Der Vorgang wird nach einer Handdrehung auswärts sowie nach einer Handdrehung einwärts jeweils wiederholt. Diejenige Kombination eines der beiden Ultraschallsender 6 mit dem Ultraschallempfänger 7, bei der in allen Handstellungen Pulssignale erscheinen, ist die günstigste und wird für die Dauer der anschließenden Beobachtungen beibehalten. Falls keine günstige Kombination ermittelt werden kann, erfolgt eine Warnung durch die Auswerteeinrichtung, so daß der Proband noch einmal kontrollieren kann, ob die Sonde an der richtigen Stelle aufgesetzt worden ist.

Bei einer anderen Ausführung des Geräts finden in Verbindung mit entsprechenden Signalaufbereitungsstufen der Auswerteeinrichtung zwei Sonden Anwendung, von denen die eine optimal auf die a. radialis gerichtet wird, während die andere unmittelbar auf den der a. radialis benachbarten Sehnen aufliegt. Das Gerät kann in diesem Fall beispielsweise entsprechend den Fig. 4 und 5 mit zwei Sonden la und 16 ausgestattet sein, die aber nicht durch einen Steg 12a und eine gemeinsame Bodenplatte 13a miteinander verbunden sind, sondern sich unabhängig voneinander am Armband 3a verschieben und fixieren lassen. Hier können die Bewegungen der Sehnen sowie die Bewegungen des gesamten Meßsystems gegenüber der Haut anhand der durch sie ausgelösten Störsignale mit Hilfe der letztgenannten Sonde erkannt und die Störsignale durch Vergleich mit den von der anderen Sonde erhaltenen, vornehmlich aus Systolensignalen bestehenden Signalen eliminiert werden.
Zur Verbesserung der Systolenerkennung dient bei

ίο einer weiteren Ausführung des Geräts ein System aus drei hintereinander über der a. radialis angebrachten Sonden, die in Fortsetzung des den Fig. 4 und 5 zu entnehmenden Prinzips als Dreifachsonde mit einem entsprechenden Armband ausgebildet sein können.

Aufgrund der Pulslaufzeit wird festgestellt, ob ein Signal unmittelbar nacheinander von jeder der drei Sonden aufgenommen wird und damit als echtes Systolensignal zu werten ist. Wenn ein Signal von allen drei Sonden zugleich aufgenommen wird, handelt es sich um ein Signal, das auf eine Bewegung der Hand oder der Sehnen zurückzuführen ist. Mit der Kenntnis der mittleren Pulswellengeschwindigkeit sind durch Signalvergleich Signale mit größerer oder kleinerer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die beispielsweise durch Schleudem der Hand, welches eine eigene Blutströmung zur Folge hat, ausgelöst werden, auszuschließen.

Die mit den beiden letztgenannten Ausführungen des Geräts durch Signal- bzw. Zeitvergleich - zu erfassenden Störungen und deren Behandlung bilden einen

Übergang zu denjenigen Störungen, die sich durch die Gestaltung der Sonde und ihre Ausrichtung auf die a. radialis allein nicht beherrschen lassen, die aber durch die Auswerteeinrichtung gehindert werden, sich auf die Anzeige des Geräts auszuwirken. Im wesentlichen werden hierzu aus dem Dopplersignal über Filtersysteme (118, 119, 120) und Impulsformerstufen (121, 122,123) Impulse für die Erkennung des Systolenpulses und Impulse für die Erkennung von Störungen (z. B. durch Bewegungen) abgeleitet.

Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild einer Auswerteeinrichtung, die mit einer Sonde gemäß der Fig. 2 zusammenarbeitet. Die mit einem Oszillator 110 erzeugte und durch einen Leistungsverstärker im Sender 111 verstärkte Erregerspannung mit einer Frequenz zwischen 0,5 und 30 MHz, vorzugsweise zwischen 5 und 10 MHz, insbesondere 5 MHz, wird über ein oder mehrere Piezokristalle 112 in Ultraschall umgewandelt, der in das Gewebe eingestrahlt wird. Zwischen dem Ausgang des Senders 111 und den Kristallen 112 ist gegebenenfalls eine hier nicht dargestellte Stufe vorgesehen, mit der in der bereits beschriebenen Weise von einen auf den anderen der Kristalle 112 umgeschaltet werden kann. Der reflektierte und entsprechend dem Dopplereffekt durch das strömende Blut und die Gefäßwandbewegung in der Frequenz verschobene Schallanteil wird je nach Ausführung durch ein oder mehrere Piezokristalle 113 aufgenommen und in eine Signalspannung umgewandelt, die dem Empfänger 114 zugeführt wird und die zusätzlich Amplitudenänderungen durch Veränderungen der Blutmenge und durch Gefäßwandbewegung aufweist. Durch den Empfänger 114 wird das Signal verstärkt und dem Demodulator 115 zugeführt, durch den die Sendefrequenz f_os. abgetrennt und dadurch die Dopplerfrequenz Af- f_me5s-f_O5: ausgesondert wird. Je nach der Bewegungsrichtung des Blutes ist die Frequenzverschiebung Δ f positiv oder negativ, was über eine ^"-Phasenverschiebung der Referenzfrequenz am Demodulator erkannt und ausgewertet werden kann.

Es stehen dann am Ausgang des Demodulators 115 zwei Signale als Dopplerfrequenz zur Verfügung:

Dopplerfrequenz 1 für Bewegung in Flußrichtung, Dopplerfrequenz 2 fur Bewegung in Gegenrichtung.

Die durch den Demodulator 115 abgetrennten Dopplersignale gelangen über die Verstärker 116 bzw. 117 auf Filtersysteme, durch die die Art der Signale hervorgehoben wird.

Das FUtersystem 119 für den Vorwärtsfluß des Blutes, aus dem der Systolenpuls erkannt werden soll, besteht im einfachsten Fall aus einem Bandpaß, dessen Bemessung von der Ultraschallfrequenz sowie von der Geschwindigkeit des strömenden Blutes abhängt; vorteilhaft weist er eine Mittenfrequenz von etwa 1,2 kHz und eine Bandbreite von etwa 500 Hz bei einer Ultraschallfrequenz von etwa 5 MHz auf.

In einer anderen Ausfuhrungsform wird das Filtersystem 119 durch ein Filter gebildet, das aus mehreren Teilfütern besteht und deshalb die zu erwartende Dopplerfrequenz mit höherer Selektivität erkennt (Geräuschanalyse). Aus dem durch dieses Filtersystem hervorgehobenen Signal wird in der Impulsfonnerstufe ein Puls erzeugt, dessen Beginn den Zeitpunkt des Systolenanstiegs anzeigt.

Das Filtersystem 120, dem ebenfalls das Signal für den Vorwärtsfluß zugeführt wird, besteht vorzugsweise aus einem Bandpaß für den Frequenzbereich von etwa 2,7 kHz bis 3 kHz, in dem Dopplerfrequenzen bei einer, meist den Daumen betreffenden, Fingerbewegung entstehen können. Das Ausgangssignal dieses Filtersystems führt zur Impulsformerstufe 123.

Das Filtersystem 118 für den Rückwärtsfluß, welches im einfachsten Fall aus einem Bandpaß für den Frequenzbereich von etwa 1 kHz bis 2000 kHz besteht, liefert dem Impulsformer 121 ein von Null verschiedenes Signal, wenn durch den Demodulator 115 ein Rückwärtsfluß detektiert wird. Das Signal für den Rückwärtsfluß ist ein Zeichen für eine Störung, die entweder auf eine Bewegung der der a. radialis benachbarten Sehnen oder auf einen Blutfluß, wie er beispielsweise bei schnellen Handbewegungen auftreten kann, zurückzuführen ist. In beiden Fällen entsteht ein Zeichen für eine Überlagerung des Systolenpulses durch andere Einflüsse. Das Signal vom Filtersystem 118 gelangt zum Impulsformer 121, der ein Rechtecksignal dann erzeugt, wenn nach der Filterung noch ein nennenswerter Anteil des Signals für den Rückwärtsfluß vorhanden ist.

Da die Amplitude des Dopplersignals von dem Aufsetzort der Sonde, von der Stellung der Hand, von der Feuchtigkeit der Meßstelle, von der Armstellung und vom Blutdruck abhängig ist, müssen die den Filtersystemen nachgeschalteten Impulsformerstufen, die einerseits den Systolenanstieg und andererseits Störungen detektieren sollen, sich an unterschiedliche Signalamplituden anpassen bzw. mit variabler Schwelle ausgebildet sein.

Fig. 10 zeigt das Prinzip der Impulsformerstufen mit variabler Schwelle. Das gefilterte Dopplersignal gelangt nach einer Differentiation im Differenzierer 224 und Gleichrichtung im Gleichrichter 225 zu zwei Integrierern, 226 und 227, die aus dem gleichgerichteten Signal je eine Hüllkurve bilden. Beide Integrierer sind an die zu erwartenden Frequenzen angepaßt. Die Verstärkung des einen Integrierers, beispielsweise 226, ist etwas geringer als die des anderen, 227, und seine Integrationszeitkonstante nur halb so groß wie die des anderen.

Dies führt dazu, daß der Ausgang von Iniegrierer 226 beim Einsetzen des Systolenpulses, d. h., wenn entsprechende Dopplerfrequenzen das Filtersystem passieren, schneller ansteigt als der Ausgang des Integrierers 227 und damit einen Triggerimpuls auslöst, der zu einem Rechteck girformt werden kann. Wenn beim Einsetzen des nächsten Pulses oder infolge einer Rauschspannung die Ausgänge beider Integrierer nicht zu Null geworden sind, beginnt die Auswertung bei einem höheren Pegel.

ίο Ein Impuls wird auch dann nur abgegeben, wenn schnelle Anstiege dafür sorgen, daß der Ausgang von Integrierer 226 höher als der von Integrierer 227 ist. Bei niedrigeren Signalamplituden erfolgt die Systolendetektion bei entsprechend niedrigeren Ausgängen der beiden Integrierer.

Durch die Bildung zweier Hüllkurven und deren Vergleich ist es ferner auch möglich, kleinere Signalstörungen schon bei der Impulsformung auszuschließen. Diese Art der Impulsformung kann für alle drei Filtersysteme angewendet werden. Die digitalen Signale der drei Impulsformer, 121, 122 und 123, geben dem Signalvergleicher 124 die Möglichkeit, aus der zeitlichen Folge der Signale zu erkennen, ob eine Störung oder ein Sysiolensignal vurliegt.

Das Signal vom Impulsformer 122 bildet die Grundlage für die Bet'immung der Pulsfrequenz, denn der Beginn des Impulses von Impulsformer 122 zeigt den Beginn des Systolenpulses in der a. radialis an, so daß der zeitliche Abstand zwischen zwei Impulsen dem reziproken Wert der Pulsfrequenz entspricht.

Durch den Signalvergleicher 124 wird geprüft, ob mit dem Signall für einen Systolenpuls zugleich auch ein Signal für eine Störung über die Filtersysteme 118 oder 120 aufgetreten ist.

Wenn solche Signale auftreten, muß über die Toleranzabfrage 125 weitergeprüft werden, ob trotzdem ein Systolensignal vorliegen kann. Wenn kein Störsignal aufgetreten ist, kann der Impuls unmittelbar durch den Pulsumrechner 126 ausgewertet werden. Hierbei wird der zeitliche Abstand zum vorherigen Impuls gemessen, gegebenenfalls ein Mittelwert über mehrere Impulse gebildet, und dann der Meßwert »Impulse/Minute« durch eine Division ermittelt und als Pulsfrequenz in der Anzeige 127, d. h. auf dem Display des Geräts, zur Anzeige gebracht.

Wenn der Signalvergleicher 124 nur Signale von den Impulsformern 121 und 123, die auf Störungen hinweisen, erhält, gibt er eine Meldung an die Toleranzabfrage 125 und den Pulsumrechner 126 ab, worauf kein neuer Mittelwert gebildet und die letzte Anzeige für eine gewisse Zeit aufrechterhalten wird. Erst nach beispielsweise 10 Sekunden, während denen nur Störungen auftreten oder gar kein Signal erscheint, erhält der Proband eine Warnung über die Fehlmessung.

Der Signalvergleicher 124 kann auch zugleich mit einem Sysiolensignal ein Signal erhalten, das auf eine Störung hinweist. In diesem Fall erfolgt in der Toleranzabfrage 125 eine Prüfung, ob der jetzige Meßwert in einem vorgegebenen Toleranzfeld in bezug auf den vorhergehenden Meßwert bzw. den Mittelwert liegt. Wenn dies der Fall ist, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß auch ein Systolensigna! vorliegt, so daß der Meßwert weiterverarbeitet werden kann. Wenn der gemessene Wert außerhalb des Toleranzfcldes liegt, wird dieser aktuelle Wert abgespeichert, um ihn mit dem folgenden Meßwert zu vergleichen. Die Anzeige 127 verbleibt dabei bei dem letzten echt gemessenen Wert, und der Mittelwert wird ebenfalls nicht aktuali-

siert.

Beim Auftreten des nächsten Signals wird dieses in der gleichen Weise geprüft. Ohne begleitendes Störsignal kann es unmittelbar als Systolensignal übernommen werden; mit einer Störung erfolgt der vorstehend erläuterte Ablauf der Prüfung von neuem. Fällt auch in diesem Falle der Meßwert auß :ihalb des Toleranzbereichs, wird er mit dem vorhergehenden verglichen, und bei Übereinstimmung werden die beiden Meßwerte abgespeichert und zugleich ein Zähler gestartet, der nach beispielsweise fünfmaliger Wiederholung des gleichen Ergebnisses den neuen Wert für gültig erklärt. Stimmen die aktuellen Meßwerte nicht überein bzw. fallen sie aus dem für gültig erklärten neuen Wert entsprechenden Toleranzfeld heraus, erfolgt eine schrittweise Vergrößerung des Toleranzfeldes, bis wieder stabile Meßwerte erhalten werden.

Der Signalvergleicher 124, die Toleranzabfrage 125 und der Pulsumrechner 126 haben die weitere Aufgabe, Signalausfälle zu überbrücken, die durch Hochhalten 2fi der Hand oder Herabhängen des Armes verursacht werden und auf damit verbundene statische Druckänderungen in der a. radialis zurückzuführen sind. Durch die geänderte Bluteinströmung erfolgt zuerst eine Anpassung der Druckverhältnisse, durch die die normalen Systolenpulse während mehrerer Systolen des Herzens überdeckt werden können, mit der Folge, daß keine Systolensignale erhalten werden. In diesem Fall halten die Toleranzabfrage 125 und der Pulsspeicher den zuletzt ermittelten Wert für einige Zeit, beispielsweise für K) Sekunden, aufrecht, und erst dann, wenn nach Ablauf dieser Zeit immer noch kein Puls kommt, wird der letzte Wert gelöscht und es erfolgt eine Warnung über den Alarm 128.

Die Erweiterung des Anwendungsbereichs des Pulsmeßgeräts geht davon aus, daß zwischen der Pulswellengeschwindigkeit und dem mittleren Blutdruck ein gesetzmäßiger Zusammenhang besteht, in den eine vornehmlich vom Lebensalter abhängige Größe, die Gefäßelastizität, als dem Probanden eigentümlicher individueller Parameter eingeht. Die Pulswellengeschwindigkeit wird aufgrund der Zeitdifferenz bestimmt, mit der ein Systolenpuls zwischen zwei Meßorten derselben Blutbahn auftritt, bzw. mit der ein und derselbe Systolenpuls durch die Sonde des Pulsmeßgeräts und durch eine im Abstand davon plazierte, ebenfalls mit dem Pulsmeßgerät verbundene Sonde erfaßt wird.

Die beiden Sonden können in der in den Fig. 4 und 5 gezeigten Weise in einem Abstand von etwa 2 cm an dem gleichen Armband angebracht und auf die a. radia-Hs gerichtet sein. In einer anderen Ausbildung wird die zweite Sonde an demselben Arm wie die Sonde des Pulsmeßgeräts, mit dem sie durch eine lose Zuleitung verbunden wird, über der a. brachialis plaziert, vorzugsweise am Unterarm m der Nähe der Ellenbeuge, wo sie mit einem Armband oder einer Haftvorrichtung befestigt wird.

Die zweite Sonde kann ferner auch von einer EKG-Sonde gebildet werden, mit der die Herzaktion, insbesondere die Systole, durch Ableitung von der Körperoberfläche erkannt wird. In diesem Fall wird eine Einrichtung benötigt, durch die die EKG-Signale in für die Verarbeitung durch das Pulsmeßgerät geeignete Signale umgewandelt werden.

Die Fig. 11 zeigt als Ausführungsbeispiel das Blockschaltbild der Auswerteeinrichtung des Geräts mit zwei Ultraschallsonden, 51 und 52, der im einzelnen bereits beschriebenen Art. Diese Auswerteeinrichtung enthält für jede der beiden Sonden einen eigenen Pulserkennungsteil PEl bzw. PEl. Die Pulserkennungsteile PEl und PEl sind identisch mit der dem Pulserkennungsteil PE gemäß der Fig. 9 aufgebaut. Der Oszillator 110 kann den beiden Pulserkennungsteilen gemeinsam zugeordnet sein.

Die Ausgänge der Pulserkennungsteile PEl und PEl führen zu dem Zähler 301, durch den der Zeitabstand zwischen dem, beispielsweise vom Unterarm abgeleiteten, Systolensignal von der Sonde 52 und dem entsprechenden Systolensignal von der Sonde 51 bestimmt wird. Jeder der beiden Pulserkennungsteile PEl und PEl erzeugt einen Impuls, der den Beginn des durch seine zugeordnete Sonde 51 bzw. 52 erfaßten Systolenpulses anzeigt. Durch den Impuls von der herznahen Sonde, hier beispielsweise 52, wird der Zähler 301 gestartet, der Impulse des Zählerfrequenzgebers 310 mit fest vorgegebener Zählfrequenz zählt. Der Impuls von der zweiten Sonde, 51, stoppt den Zähler. Mit der fest vorgegebenen Zählfrequenz ergibt sich der Zeitabstand zwischen den von den beiden Sonden aufgenommen, ein und derselben Systole entsprechenden Systolenpulse zu Δ t = Endstand des Zählers 301 dividiert durch die Zählfrequenz.

Der Absolutwert der Pulswellengeschwindigkeit wird erforderlichenfalls mittels des Umrechners 302 aus dem Zeitabstand Δ t und dem ihm zu diesem Zweck einzugebenden Abstand der Sonden 51 und 52 am Arm des Probanden ermittelt. Die Messung des Sondenabstands, seine Eingabe in den Umrechner 302 und letztlich dieser Umrechner selbst und seine Anschlußleitungen, die in der Fig. 11 ebenso wie der Umrechner 302 aus diesem Grund nur strichliert gezeichnet sind, können aber auch entfallen, wenn die Pulswellengeschwindigkeit bei der noch zu besprechenden Kalibrierung des Geräts als Funktion des Zeitabstands Δ t und einer zeitweiligen Konstante angesehen wird, die in den bereits genannten, dem Probandeu eigentümlichen individuellen Parameter eingeht und in der sich der z. Z. der Kalibrierung des Geräts bestehende Abstand der beiden Sonden äußert. Grundsätzlich wäre eine Kalibrierung nach jeder durch An- bzw. Ablegen des Geräts bedingten Änderung der Sondenlage erforderlich. Bei einer angestrebten Meßgenauigkeit von ± 3% ist jedoch bei einem Sondenabstand von ca. 20 cm eine Verschiebung der Sonden gegeneinander um ± 0,5 cm zulässig. Deshalb genügt es für den Gebrauch, die Sonden mit dieser Genauigkeit in ihrer während der Kalibrierung eingenommenen Lage zu fixieren. Eine Fixierung ist zur sicheren Erkennung der Systolenpulse notwendig.

Die Kalibrierung des Geräts erfolgt durch Eingabe des nach der konventionellen Riva-Rocci-Methode ermittelten Wertes für den augenblicklichen systolischen Blutdruck des Probanden. Das üblicherweise bei der Messung des systolischen Blutdrucks durch Auskultation der Gefäße in der Ellenbeuge mit dem Stethoskop des Sphygmomanometers nach Riva-Rocci festzustellende Einsetzen des Korotkoff-Geräuschs wird dabei mit den Sonden 51 und 52 erkannt. Dabei sollen die Manschette des Sphygmomanometers und der Unterarm in Herzhöhe sein.

Der so gemessene Wert des systolischen Blutdrucks wird über die Eingabe 303 von Hand in das Gerät eingegeben und in dem Kalibrierspeicher 304 gespeichert. Die Eichung muß bei zwei unterschiedlichen Systolendrucken erfolgen. Der zweite Eichpunkt kann entweder durch Belastung und erneute Blutdruckmessung nach Riva-Rocci oder allein durch Ausnützen des

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hydrostatischen Druckunterschieds bei erhobenem und gesenktem Arm erhalten werden. Der Zähler 301 mißt die Laufzeit Δ t des Scheitelwertes eines Pulses von der Sonde 52 bis zur Sonde 51. Daraus wird durch den Umrechner 302 die Pulswellengeschwindigkeit PWG errechnet oder unmittelbar an den Rechner 305 übergeben. Durch den Rechner 305, in den der bereits erwähnte gesetzmäßige Zusammenhang zwischen Pulswellengeschwindigkeit und Blutdruck einprogrammiert ist, wird in der Folge aus den ihm vom Zähler 301 bzw. vom Umrechner 302 übergebenen Werten A t bzw. PWG und aus dem im Kalibrierspeicher 3Ö4 eingespeicherten Druckwert der aktuelle systolische Blutdruck des Probanden errechnet und über die Anzeige 306 sichtbar angezeigt.

Gemäß einer anderen Ausführung des Geräts erfolgt die Kalibrierung automatisch, indem über einen eingebauten Druckwandler und Verstärker der Blutdruck ständig gemessen und sein Wert der Eingabe 303 ständig übergeben wird. Beim Erreichen des systolischen Druckwerts wird das Wertepaar aus A t bzw. PWG und dem momentanen Druckwert in den Kalibrierspeicher

304 übernommen und damit die Kalibrierung beendet. Durch den Rechner 307 wird das Produkt aus Pulsfrequenz und systolischem Blutdruck errechnet, das ein Maß für den myokardialen Sauerstoffbedarf darstellt.

Der Wert dieses aus den beiden kontinuierlich vorlie-

genden Größen gebildeten Produkts und sein Verhält-

nis zum Ruhewert werden über die Anzeige 308 sichtbar angezeigt.

Das Vorliegen kritischer Werte für Blutdruck und myokardialen Sauerstoffbedarf wird dem Probanden durch den Alarm 309 zur Kenntnis gebracht. Die Alarmgabe kann akustisch (Summer) und/oder mechanisch (z. B. durch Vibration) erfolgen, wobei die Alarme 128 und 309 miteinander vereint sein können. Bei Verwendung eines geeigneten Displays, vorzugsweise eines LC-Displays, können auch die Anzeigen 127,306 und 308 miteinander vereint werden, wobei die κ anzuzeigenden Werte simultan, im Wechsel oder auf

Abruf sichtbar gemacht werden können. Bei Alarmgäbe mittels eines gemeinsamen Alarmgebers kann

^ä dann auch ein über die Ursache des jeweiligen Alarms

Aufschluß gebender Hinweis (Text) angezeigt werden.

Die Funktionen des Signalvergleichers 124, der Toleranzabfrage 125, des Pulsumrechners 126 und gegebenenfalls auch die Funktionen des Zählers 301, des Umrechners 302, des Speichers 304 und der Rechner

305 und 307 werden vorteilhaft von einem gemeinsamen Mikroprozessor ausgeübt.

\ Das Gehäuse 2 ist im erforderlichen Umfang mit

Mikroschaltern und -tastern für die Bedienung der Auswerteeinrichtung sowie mit Mikroklinken für den Anschluß von Zusatzgeräten versehen.

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Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

60

65

Claims (31)

Patentansprüche:

1. Am Handgelenk zu befestigende Einrichtung zum Erfassen und Anzeige der Pulsfrequenz und anderer hiervon ableitbarer Kreislaufparameter, bei welcher an einem nach Art einer Armbanduhr zu tragenden Armband eine der Pulsader (arteria radia-Hs) anliegende, unter Benutzung des Ultraschall-Dopplereffektes dem Pulsschlag zugeordnete Signale liefernde Ultraschallsonde und ein zumindest Teile der Auswert- und/oder Anzeigeeinrichtung enthaltendes Gehäuse befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Pulsfrequenz die Sonde (1) mindestens zwei Ultraschallsender und mindestens einen Ultraschallempfänger in Form von parallel zueinander orientierten Piezokristallen (6,7) enthält, die in einem mit Koppelgel gefülltem Gehäuse (15) untergebracht sind, daß die Sende (1) verschiebbar am Armband (3) angebracht ist (Fig. 1), und daß die Auswerteinrichtung der Pulssignale von dem einen auf den anderen der beiden Ultraschallsender (6) umschaltbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der für den jeweils vorliegenden Blutdruck charakteristischen Pulswellengeschwindigkeit in einem gewissen Abstand von der Sonde (1, la) eine den Pulsschlag messende weitere Sonde (S2, Ib) vorgesehen ist (Fig. 4, 5).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einem größeren Abstand von der ersten Sonde (1) eine am selben Arm vorzugsweise in der Armbeuge angeordnete, auf die Pulsader gerichtete, weitere, gleichartige Sonde (52) (Fig. 11) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine an anderer Stelle der Körperoberfläche angesetzte EKG-Sonde an die Auswerteinrichtung anschließbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die schallabstrahlenden bzw. schallempfangenden Oberflächen der Piezokristalle so bemessen sind, vorzugsweise mit ca.

1 mm x 5 mm, daß sie sich in die Nische einfügen, die am Aufsetzpunkt der Sonde durch die benachbart und parallel zur Pulsader verlaufenden Sehnen sowie die benachbarten Unterarm- und Handwurzelknochen gebildet wird (Fig. 2).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die der Pulsader zuzuwendende, offene Seite des Sondengehäuses (15) mit einer durch einen Metallrahmen (1) in einem Preßsitz gehaltene Kunststoffolie (16) abgeschlossen ist (Fig. 2, 6).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koppelgel enthaltende, mit einer durchlässigen Membrane (18) abgeschlossene, in das Sondengehäuse (15) zwecks dessen Füllung mit den¹ Koppelgel einführbare und dabei unter Federdruck (Feder 19) entleerbare Patrone (20, Fig. 6) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine semipermeable Membrane (22) des Sondengehäuses (15) zum Abblasen der von der Füllung verdrängten Luft vorgesehen ist (Fig. 6).

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondengehäuse eine selbstschließende Öffnung zum Einfüllen von Koppelgel mittels einer Injektionsspritze und eine weitere selbstschließende Öffnung zum Abblasen der von der Füllung verdrängten Luft aufweist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) in einem Ausschnitt (5) des Armbandes (3) verschiebbar und durch eine Feststellschraube (11) fixierbar angebracht ist (Fig. 1, 2).

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) an einem weiteren, gegenüber dem die Auswerteinrichtung tragenden Armband (3c) verschiebbaren Sondenarmband (3b) angebracht ist (Fig. 7, 8).

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sondengehäuse (2) über eine gedämpfte Federung (14, 14a) mit dem Armband (3) verbunden ist (Fig. 11).

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwei am Armband (3) angebrachte Sonden vorgesehen sind, von denen eine auf die Pulsader und die andere zur Erfassung von Störsignalen auf die Umgebung der Pulsader ausgerichtet ist.

14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß drei in festen Abständen entlang der Pulsader positionierte Sonden vorgesehen sind.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung ein Filtersystem (119) zur Ausfilterung der in den Sondensignalen enthaltenen, demodulierten (115) und verstärkten (117) Systolensignale und zwei Filtersysteme (118, 120) zur Erfassung der in den Sondensignalen enthaltenen, demodulierten (115) und verstärkten (116, 117) Störsignale enthält (Fig. 9).

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer, von einem Oszillator (110) der Auswerteeinrichtung gelieferten, Ultraschallfrequenz von etwa 5 MHz das Filtersystem (119) zur Ausfilterung der Systolensignale BandpaßcharaKter mit einer Mittenfrequenz von etwa 1,2 kHz und einer Bandbreite von etwa 500 Hz und von den Filtersystemen (118,120) zur Erfassung der Störsignale das eine (120) Bandpaßcharakter mit einem Durchlaßbereich von etwa 2,7 IcHz bis 3 kHz und das andere Bandpaßcharakter mit einem Durchlaßbereich von 1 bis 2000 kHz hat.

17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung Impulsumformer (121, 122, 123) mit variabler Schwelle zur Anpassung an unterschiedliche Signalamplituden der gefilterten Dopplersignale enthält.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsformer jeweils einen Differenzierer (224) zur Differentiation der gefilterten Dopplersignale, einen Gleichrichter (225) zur Gleichrichtung der differenzierten Dopplersignale und zwei an die zu erwartenden Frequenzen angepaßte Integrierer (226, 227) zur Bildung je einer Hüllkurve aus den gleichgerichteten Signalen enthalten, von denen der eine (226) eine geringere Verstärkung und eine kleinere, vorzugsweise halb so große, Integrationszeitkonstante als der andere (227) aufweist, dergestalt, daß durch einen nachgeschalteten Vergleicher (228) der Zeitpunkt des Systoleneinsutzes unabhängig von der Amplitude des Systolensi-

giials bestimmt werden kann (Fig. 10).

19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen Signalvergleicher (124) zur Prüfung auf Gleichzeitigkeit von Systole.i- und Störsignalen sowie eine Toleranzabfrage (125) zur Prüfung, ob bei Gleichzeitigkeit von Systolen- und Störsignaien ein Systolensignal vorliegt, aufweist, dergestalt, daß in diesem Falle in der Toleranzabfrage (125) eine Prüfung erfolgt, ob der Meßwert für die offenbare Pulsfrequenz in einem voigegebenen Toieranzfeld gegenüber dem vorher gemessenen Wert bzw. einem Mittelwert liegt.

20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Toleranzabfrage (125) Meßwerte, die außerhalb des Toleranzfeldes liegen, zwecks Vergleichs mit dem jeweils folgenden Meßwert abgespeichert und nach mehrmaligem Auftreten als neuer Vergleichswert übernommen werden.

21. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Toleranzabfrage (125) das Toleranzfeld bei Nichtübereinstimmung der außerhalb des Feldes liegenden Meßwerte schrittweise vergrößert wird, bis wieder stabile Meßwerte auftreten.

22. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Toleranzabfrage (125) im Falle nicht eindeutiger, insbesondere gestörter oder vorübergehend ausbleibender Systolensignale über die Anzeige (127) der Auswerteinrichtung für einen bestimmten Zeitraum, beispielsweise für 10 see, der jeweils letzte echte Meßwert ausgegeben wird, bevor anstelle der Meßwertausgabe eine Alarmgabe (128) erfolgt.

23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit drei in festen Abständen entlang der Pulsader positionierten Sonden, dadurch gekennzeichnet, das die Auswerteinrichtung je eine Filterstufe und einen Impulsumformer für jede der drei Sonden sowie eine Stufe zur Feststellung der laufzeitabhängigen Koinzidenz der von diesen Stufen gelieferten Sondensignale aufweist.

24. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinrichtung Filtersysteme (118,119,120), Impulsumformer (121, 122, 123), Signalvergleicher (124) und eine Toleranzabfrage (125) für jede der beiden im Abstand voneinander zu positionierenden Sonden (.VI, 52) sowie einen Zähler (301) zur Messung des Zeitabstandes (A t) zwischen den von den Sonden (51, 52) gelieferten, ein und derselben Systole entsprechenden Systolensignalen sowie einen Umrechner (302) zur Berechnung der Pulswellengeschwindigkeit aufgrund des Zeitabstande«- (A t) und des der aktuellen Position der Sonden (51, 52) entsprechenden, in die Auswerteinrichtung einzugebenden Abstandes der Aufsetzpunkte der Sonden (51, 52) enthalt (Fig. 11).

25. Einrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Kalibrierspeicher (304), in dem berechnete Werte der Pulswellengeschwindigkeit und ihnen entsprechende, in die Auswerteeinrichtung über eine Eingabe (303) einzugebende, unmittelbar gemessene Werte des systolischen Blutdrucks für die folgenden Berechnungen des Blutdrucks durch einen Rechner (305) aufgrund gemessener Werte der Pulswellengeschwindigkeit gespeichert

werden.

26. Einrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen Kalibrierspeicher (304), in dem die gemessenen Zeitabstände (A ή mit ihnen entsprechenden, in die Auswerteeinrichtung über eine Eingabe (303) einzugebenden, unmittelbar gemessenen Werten des systolischen Blutdrucks korreliert werden und die Korrelationsergebnisse für die folgenden Berechnungen des Blutdrucks durch einen Rechner (305) aufgrund gemessener Zeitabstände (A t) gespeichert werden.

27. Einrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei unmittelbarer Blutdruckmessung mit einem Sphygmomanometer nach Riva-Rocci das das Einsetzen des Systolenpulses kennzeichnende Korotkoff-Geräusch durch eine oder beide Sorten (51, 52) des Geräts detektiert wird.

28. Einrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät ein bestimmter Wert des Blutdrucks vorgegeben werden kann, bei dessen Überschreiten eine Alarmgabe erfolgt.

29. Einrichtung nach Anspruch 25 oder 26, gekennzeichnet durch einen Rechner (307) zur Ermittlung des Produkts aus Blutdruck und Pulsfrequenz als Maß des myokardialen Sauerstoffbedarfs, dessen Wert durch eine Anzeige (308) des Geräts unmittelbar angezeigt wird.

30. Einrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gerät ein bestimmter Wert des myokardialen Sauerstoffbedarfs vorgegeben werden kann, bei dessen Überschreiten eine Alarmgabe erfolgt.

31. Einrichtung nach Anspruch 19 oder 25, gekennzeichnet durch einen gemeinsamen Mikroprozessor, durch den die Funktionen der Signalvergleicher (124), der Toleranzabfrage (125), der Pulsumrechner (126) bzw. die Funktionen des Zählers (301), des Umrechners (302), des Speichers (304) und der Rechner (305, 307) ausgeübt werden.