DE3916395A1 - Verfahren und vorrichtung zur drucksteuerung in der manschette eines sphygmomanometers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um den Manschettendruck in einem nichtinvasiven Sphygmoma­ nometer zu steuern. Eine Vorrichtung zum Steuern des Drucks in einer Manschette besteht aus einem oder mehreren Venti­ len, deren Betrieb mittels eines oder mehrerer Steuerele­ mente so geregelt wird, daß die Impulsfrequenz des Ventils oder der Ventile oberhalb der des Herzens liegt.

Im allgemeinen wird der Blutdruck so gemessen, daß in eine beispielsweise um den Arm eines Patienten gelegte Man­ schette Luft gepumpt wird. Wenn der Druck in der Manschette hoch genug ist, um die arterielle Blutzirkulation zu unter­ binden, wird damit begonnen, den Druck abzusenken. Während der Druck in der Manschette abfällt, erfolgt eine Auskulta­ tion der Gefäße nach Korotkoff. Sobald der Ton hörbar wird, kann der systolische Druck abgelesen werden. Bei fortge­ setztem Druckabfall hört das Gefäßgeräusch allmählich ganz auf. Das Ablesen des diastolischen Drucks erfolgt in dem Moment, in dem keine Töne mehr hörbar sind.

In der finnischen Patentanmeldung Nr. 8 53 781 ist ein Gerät beschrieben, welches für die automatische Blutdruckmessung benutzt wird und eine Manschette, eine Pumpe sowie minde­ stens zwei mit einem Drosselelement versehene Magnetventile und einen Mikroprozessor aufweist. Das Drosselelement be­ steht aus einem dünnen Röhrchen oder Schlauch, dessen Länge sich auf die Druckmindergeschwindigkeit auswirkt. Es ist üblich, in einer einzigen Vorrichtung eine Vielzahl von Drosselelementen zu benutzen, die jeweils mit einem Schlauch unterschiedlicher Länge ausgestattet sind. Jedes Drosselelement wird von seinem eigenen Magnetventil gesteu­ ert. Die Magnetventile werden mittels eines Mikroprozessors gesteuert, der ein gegebenes Magnetventil in Abhängigkeit davon öffnet, hinter welchem Magnetventil sich ein Drossel­ element befindet, welches am besten geeignet ist, um in einem gegebenen Moment eine lineare Luftdruckminderge­ schwindigkeit in der Manschette aufrechtzuerhalten. Wenn nötig, können auch mehrere Magnetventile gleichzeitig ge­ öffnet werden. Eine Schwierigkeit bei dieser bekannten Vor­ richtung besteht darin, daß sie eine Vielzahl voluminöser, aus einem Magnetventil und einem Drosselelement bestehender Bauelemente erfordert und es trotzdem nicht möglich ist, eine lineare Geschwindigkeit der Druckminderung in der Man­ schette zu erzielen. Ferner führt das Öffnen und Schließen von Ventilen zu Störungen bei der Untersuchung. Außerdem kann kein Druckabfallprofil frei eingestellt werden.

Die Druckminderung in der Manschette kann auch unter Ver­ wendung eines von einem Schrittschaltmotor angetriebenen Nadelventils gesteuert werden. Um einen gleichförmigen Druckabfall einzuhalten, muß das Ventil während der Unter­ suchung eingestellt werden. Für diese Art von System sind teure Anlagen erforderlich, da der Herstellungsprozeß ziem­ lich kompliziert ist. Eine weitere Schwierigkeit bei dieser Vorrichtung besteht in der Gefahr von Fehlfunktionen, die durch Staub verursacht werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung der vorste­ hend genannten Schwierigkeiten ein einfaches, preisgünsti­ ges und kompaktes Gerät zu schaffen, mit dem ein linearer Druckabfall in der Manschette erzielbar ist.

Die kennzeichnenden Merkmale einer Vorrichtung gemäß der Erfindung gehen aus den beigefügten Ansprüchen hervor.

Die Erfindung beruht auf der bemerkenswerten Erkenntnis, daß es bei Verwendung eines impulsgesteuerten Hochgeschwin­ digkeitsventils möglich ist, den Druckabfall in der Man­ schette auf vollständig lineare Weise zu bewirken. Die Ven­ tilsteuerung erfolgt auf der Grundlage eines abgelesenen Meßwertes, den ein Manschettendruckmeßelement liefert.

Für die Weiterverarbeitung eines abgelesenen Meßwertes und der auf dessen Grundlage bewirkten Ventilsteuerung sind spezielle Steuereinrichtungen nötig, bei denen es sich bei­ spielsweise um eine analoge oder digitale Schaltung handeln kann. Besonders zu erwähnen wäre eine digitale Schaltung in Form eines Mikroprozessors. Mit diesem Gerät kompatible Mi­ kroprozessoren sind handelsüblich. Der Mikroprozessor sollte einen Ausgang mit Impulsbreitenmodulation haben.

Bei einem analog gesteuerten System wird ein von einem Druckmeßfühler kommendes Signal in einem Trennverstärker mit einem analogen, gleichförmig abfallenden Steuersignal verglichen. Das Verstärkerausgangssignal steuert das Im­ pulsventil mittels Impulsmodulation.

Das wichtigste Merkmal besteht jedoch darin, daß die Steuereinrichtung, die die Ventilsteuerung bewirkt, auf der Basis einer vom Druckmeßelement empfangenen Meßwertablesung das Öffnen und Schließen des Ventils so steuern kann, daß es mit ausreichender Häufigkeit und während Zeitspannen von festgelegter Dauer erfolgt. Eine derartige Steuereinrich­ tung ist zwar ausreichend, aber natürlich können auch mehr als eine benutzt werden.

Durch das Einstellen der Breite eines von einer analogen oder digitalen Schaltung übermittelten Impulses kann die Menge eines pro Zeiteinheit durch das Ventil strömenden Gases oder einer entsprechenden Flüssigkeit stufenlos gere­ gelt werden. In der Praxis geschieht dies so, daß das Ven­ til während einer gewissen, festgelegten Zeitspanne offen ist, während der ein in der Manschette enthaltenes Gas oder eine darin enthaltene Flüssigkeit bestrebt ist, herauszu­ strömen, woraufhin das Ventil während einer festgelegten Dauer geschlossen wird. Die Dauer dieser aufeinanderfolgen­ den Öffnungs- und Schließzyklen wird durch diese Schalt­ kreise entsprechend den von der Druckmeßeinrichtung oder dem Druckmeßglied gelieferten Meßwertdaten automatisch ge­ steuert. Damit ist das Druckabfallprofil frei einstellbar. Die Anwendung einer ausreichend hohen Impulsfrequenz dient dazu, die durch Druckstöße verursachte störende Wirkung bei der Messung des Blutdrucks zu verhindern. Die optimale Im­ pulsfrequenz liegt bei 35 bis 60 Hz. Allerdings muß die Im­ pulsfrequenz höher sein als die des Herzens, um den tatsächlichen Vorgang der Blutdruckuntersuchung nicht zu stören. Tatsächlich gibt es keine Obergrenze für die mögli­ che Impulsfrequenz.

Ein Gerät gemäß der Erfindung kann folglich auf solche Weise arbeiten, daß entweder das Ventil eine konstante Im­ pulsfrequenz bei variierender Impulsbreite hat, wie oben gesagt, oder daß das Ventil eine veränderliche Impulsfre­ quenz bei konstanter Impulsbreite hat. Außerdem läßt sich die Vorrichtung in ihrer Arbeitsweise so anpassen, daß sowohl die Impulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils während eines Blutdruckmeßvorganges geändert werden kann. Natürlich können sowohl die Impulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils konstantgehalten werden; aber dann besteht die Schwierigkeit darin, daß der Druckabfall in der Manschette nicht linear erfolgt. Im zuletzt genann­ ten Fall kann man versuchen, die Linearität dadurch zu kor­ rigieren, daß die Impulsfrequenz, die Impulsbreite oder beides stufenweise in entsprechend gewählten Intervallen während ein und desselben Untersuchungsvorganges variiert wird. Die zuerst genannte Alternative muß als bevorzugt an­ gesehen werden.

Bei einem Gerät gemäß der Erfindung ist ein einziges Ventil ausreichend. Aber natürlich können auch mehrere Ventile in paralleler Anordnung benutzt werden; aber die Verwendung von mehreren Ventilen bringt keinen wesentlichen Vorteil. Allerdings kann man es als einen Vorteil betrachten, daß bei der Benutzung mehrerer Ventile die Lebensdauer der Ven­ tile länger ist. Andererseits kann der für mehrere Ventile notwendige Raum als Nachteil gelten.

Zu den geeigneten Ventilen gehören sogenannte Ein-Aus-Ven­ tile, die sich also entweder in geöffneter oder geschlosse­ ner Stellung befinden. Zu dieser Art von Ventilen gehört zum Beispiel ein Solenoidventil, ein piezoelektrisches Ven­ til und ein magnetostriktives Ventil. Für diese Art von Ge­ rät zum Messen des Blutdrucks ist vermutlich ein Solenoid­ ventil die beste Wahl. Ein Solenoidventil ist höchst dauer­ haft. Die Dauerhaftigkeit eines piezoelektrischen Ventils wäre sogar noch besser, aber ein solches Ventil hat den Nachteil einer verhältnismäßig hohen Betriebsspannung.

Das Ventil kann an vielen verschiedenen Stellen im Blut­ druckmeßgerät angeordnet werden. Ein bevorzugter Platz ist im Zusammenhang mit einem Schlauch, der sich von der Pumpe zur Manschette erstreckt. Weitere mögliche Orte sind bei­ spielsweise die Manschette selbst, ein eigenes, von der Manschette ausgehendes Rohr beziehungsweise ein Schlauch, ein von der Manschette zum Druckmeßfühler führender Schlauch beziehungsweise ein Rohr oder möglicherweise die Pumpe oder ein eigenes, von der Pumpe ausgehendes Rohr be­ ziehungsweise Schlauch. Allerdings ist der Ort des Ventils nicht von kritischer Bedeutung für die Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung braucht kein Drosselele­ ment im Zusammenhang mit dem Ventil, da das Ventil allein einen linearen Abfall des Manschettendrucks regeln kann. Dies geschieht ganz einfach dadurch, daß das Ventil so oft wie nötig geöffnet und geschlossen, und daß die Dauer der Ein- und Ausschaltzeitspanne des Ventils eingestellt wird.

Durch die pneumatische Dämpfung von Schläuchen, Verbin­ dungsteilen und Manschette sind im Manschettendruck keine größeren, stoßartigen Änderungen festzustellen, obwohl das Ventil nach der Ein-Aus-Methode arbeitet. Der Druckabfall in der Manschette ist tatsächlich linear.

Ein Manschettendruckabfallsystem hängt keineswegs von der Größe der Manschette ab. Folglich können Manschetten unter­ schiedlicher Größen ohne Schwierigkeiten benutzt werden.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein allgemeines Schema für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.

In dem in Fig. 1 gezeigten Schema ist eine beliebige, her­ kömmliche Pumpe 1 mit einem zu einer Manschette 3 führenden Schlauch 2 gezeigt. Der Schlauch 2 ist mit einem Ventil 4 zur Minderung des Drucks versehen. Das Ventil wird von einem Steuerglied 5 geregelt, welches seinerseits auf der Basis eines abgelesenen Meßwertes arbeitet, den es von einem mit der Manschette in Verbindung stehenden Druck­ meßfühler 6 empfängt. Das gleiche Steuerglied 5 kann auch den Betrieb der Pumpe 1 steuern.

Die Pumpe 1 dient dazu, in der Manschette 3 einen ausrei­ chend hohen Druck zu erzeugen. Während der Druckminderung öffnet und schließt sich ein impulsgesteuertes Hochge­ schwindigkeitsventil 4 wiederholt mehrmals während eines einzigen Blutdruckmeßvorganges. Durch Verwendung eines das Ventil regelnden Steuergliedes 5, beispielsweise einer ana­ logen oder digitalen Schaltung, kann der Druckabfall in der Manschette 3 so geregelt werden, daß er vollständig linear erfolgt. Die Druckabfallgeschwindigkeit kann auch mittels des Steuergliedes 5, welches das Ventil 4 regelt, frei ge­ steuert werden. Der Betrieb des Ventils 4 kann mittels des Steuergliedes 5 hauptsächlich auf vier verschiedene Weisen gesteuert werden:

• A) Die Impulsfrequenz des Ventils 4 wird konstantgehalten, aber die Impulsbreite wird geändert. Ist der Druck in der Manschette 3 hoch, so ist das Ventil 4 während einer kurzen Zeitspanne pro Ein-Aus-Zyklus offen. Ist der Druck bei­ spielsweise niedriger als der Ausgangsdruck, so ist das Ventil 4 während einer längeren Zeitspanne pro Ein-Aus-Zy­ klus offen, da die Menge der pro Zeiteinheit ausströmenden Luft kleiner ist als wenn der Druck in der Manschette 3 hö­ her ist. Die Häufigkeit der Ventilöffnungszeiten bleibt un­ verändert.
• B) Die Impulsbreite des Ventils 4 wird konstantgehalten, aber die Impulsfrequenz des Ventils 4 wird geändert. In diesem Fall bleibt die Öffnungsdauer des Ventils 4 in auf­ einanderfolgenden Ein-Aus-Zyklen während eines ganzen Blut­ druckmeßvorganges gleich. Statt dessen öffnet das Ventil 4 in einer bestimmten Zeiteinheit um so öfter, je niedriger der Druck in der Manschette 3 absinkt.
• C) Sowohl die Impulsbreite als auch die Impulsfrequenz des Ventils 4 werden geändert. In diesem Fall kann sowohl die Öffnungsdauer des Ventils 4 in aufeinanderfolgenden Ein- Aus-Zyklen als auch die Frequenz der Öffnungszeiten des Ventils 4 geändert werden.
• D) Sowohl die Impulsbreite als auch die Impulsfrequenz des Ventils 4 bleibt entweder während der ganzen für einen Blutdruckmeßvorgang erforderlichen Zeit konstant oder nur während eines Teils der für einen Untersuchungsvorgang er­ forderlichen Dauer. Im zuerst genannten Fall bleibt die Öffnungsdauer des Ventils 4 in aufeinanderfolgenden Ein- Aus-Zyklen konstant, und das gleiche gilt für die Frequenz der Öffnungszeiten des Ventils 4. Im zuletzt genannten Fall bleibt die Öffnungsdauer des Ventils 4 in aufeinanderfol­ genden Ein-Aus-Zyklen während einer gewissen Zeitspanne konstant, was auch für die Frequenz der Öffnungszeiten des Ventils 4 gilt. Aber die Öffnungsdauer und die Frequenz der Öffnungszeiten eines Ventils oder beide Werte können in ge­ wissen Intervallen während ein und desselben Untersuchungs­ vorganges geändert werden.

Claims (22)

1. Vorrichtung zur Drucksteuerung in einer Manschette (3) beim Messen des Blutdrucks, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder meh­ rere Ventile (4) und ein oder mehrere Steuerglieder (5) aufweist, das/die das Ventil oder die Ventile (4) auf sol­ che Weise steuert/steuern, daß die Ventile eine Impulsfre­ quenz haben, die höher ist als die des Herzens.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) ein sogenanntes Ein-Aus-Ventil ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (4) ein Solenoidventil, ein piezoelektrisches Ventil oder ein magnetostriktives Ventil ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil oder die Ventile (4) in Verbindung mit einem von einer Pumpe (1) zur Manschette (3) verlaufenden Schlauch (2) angebracht ist, unmittelbar an der Manschette (3) befestigt ist, in Verbindung mit einem getrennten, zur Manschette (3) führen­ den Schlauch angebracht ist, in Verbindung mit einem von der Manschette zu einem Druckmeßfühler (6) führenden Schlauch oder in Verbindung mit der Pumpe (1) oder einem getrennten, zu dieser führenden Schlauch.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (5) das Ventil oder die Ventile (4) auf der Basis eines ab­ gelesenen Meßwertes steuert, den es von einem eine Druckän­ derung messenden Element (6) empfängt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfre­ quenz des Ventils (4) vorzugsweise 35 bis 60 Hz beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (5) eine analoge oder digitale Schaltung ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Schaltung ein Mikroprozessor ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikroprozes­ sor einen Ausgang mit Impulsbreitenmodulation hat.

10. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Steuern des Drucks in einer Manschette (3) des Sphygmoma­ nometers.

11. Verfahren zur Drucksteuerung in der Manschette (3) eines Sphygmomanometers, dadurch gekennzeichnet, daß zum Mindern des Drucks ein Ventil (4) oder Ventile (4) wiederholt mit einer die Impulsfrequenz des Herzens übersteigenden Frequenz ge­ öffnet wird/werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb des Ventils bzw. der Ventile (4) mittels eines oder mehrerer Steuerglieder (5) gesteuert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerglied (5) eine analoge oder digitale Schaltung benutzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die digitale Schaltung ein Mikroprozessor ist.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-14, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventil ein sogenanntes Ein-Aus-Ventil benutzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 11 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Solenoidventil, ein piezoelektrisches Ventil oder ein ma­ gnetostriktives Ventil ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfre­ quenz des Ventils (4) konstantgehalten wird, daß aber die Impulsbreite geändert wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfre­ quenz des Ventils (4) geändert wird, daß aber die Impuls­ breite konstantgehalten wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Im­ pulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils (4) ge­ ändert wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Im­ pulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils (4) ent­ weder während der ganzen für einen Untersuchungsvorgang er­ forderlichen Zeit oder nur während eines Teils der für einen Untersuchungsvorgang erforderlichen Zeit konstant ge­ halten wird.

21. Verfahren zur Drucksteuerung in der Manschette (3) eines Sphygmomanometers, dadurch gekennzeichnet, daß zur Minderung des Drucks eines oder mehrere Ventile (4) auf der Basis von ab­ gelesenen Meßwerten, die von einem Druckmeßelement (6) emp­ fangen werden, wiederholt geöffnet und geschlossen werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Steuerglieder (5) den Betrieb des Ventils oder der Ventile (4) auf der Basis eines abgelesenen Meßwertes steu­ ert/steuern, der von einem Druckmeßelement (6) empfangen wird.