DE3916395B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Drucksteuerung in der Manschette eines Sphygmomanometers - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Drucksteuerung in einer Manschette (3) beim Messen des Blutdrucks, welche ein oder mehrere Ventile (4) und ein oder mehrere Steuerglieder (5) aufweist, das/die das Ventil oder die Ventile (4) steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile durch das/die Steuerglieder (5) mit einer Impulsfrequenz angesteuert werden, die höher als 15 Hertz liegt,

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, um den Manschettendruck in einem nichtinvasiven Sphygmomanometer zu steuern. Eine Vorrichtung zum Steuern des Drucks in einer Manschette besteht aus einem oder mehreren Ventilen, deren Betrieb mittels eines oder mehrerer Steuerelemente 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 Manschette Luft gepumpt wird. Wenn der Druck in der Manschette hoch genug ist, um die arterielle Blutzirkulation zu unterbinden, wird damit begonnen, den Druck abzusenken. Während der Druck in der Manschette abfällt, erfolgt eine Auskultation der Gefäße nach Korotkoff. Sobald der Ton hörbar wird, kann der systolische Druck abgelesen werden. Bei fortgesetztem 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. 853 781 bzw. in der DE 3632444 A1 ist ein Gerät beschrieben, welches für die automatische Blutdruckmessung benutzt wird und eine Manschette, eine Pumpe sowie mindestens zwei mit einem Drosselelement versehene Magnetventile und einen Mikroprozessor aufweist. Das Drosselelement besteht 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 gesteuert. 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 Luftdruckmindergeschwindigkeit in der Manschette aufrechtzuerhalten. Wenn nötig, können auch mehrere Magnetventile gleichzeitig geöffnet werden. Eine Schwierigkeit bei dieser bekannten Vorrichtung 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 Manschette 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 Verwendung eines von einem Schrittschaltmotor angetriebenen Nadelventils gesteuert werden. Um einen gleichförmigen Druckabfall einzuhalten, muß das Ventil während der Untersuchung eingestellt werden. Für diese Art von System sind teure Anlagen erforderlich, da der Herstellungsprozeß ziemlich 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 vorstehend genannten Schwierigkeiten ein einfaches und kompaktes Gerät zu schaffen, mit dem ein linearer Druckabfall in der Manschette erzielbar ist.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10 gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es bei Verwendung eines impulsgesteuerten Hochgeschwindigkeitsventils möglich ist, den Druckabfall in der Manschette auf vollständig lineare Weise zu bewirken. Die Ventilsteuerung erfolgt auf der Grundlage eines abgelesenen Meßwertes, den ein Manschettendruckmeßelement liefert.
• Ferner ist im Stand der Technik gemäß der US 4,378,807 A eine Drucksteuerung in einer Manschette zum Messen des Blutdrucks aufgezeigt, bei der die lineare Deflation über die Betätigung von Ein- und Aus-Ventilen erfolgt. Überdies zeigt die US 4,116,230 A eine Schaltung für eine derartige Drucksteuerung, bei welcher Schaltung das Ventil mit einer Frequenz von etwas unter einem Hertz betrieben wird. Gemäß dieser Druckschrift ist eine Schwingungsperiode von 1,25 s zur Betätigung der Ventile sinnvoll, um eine Beeinflussung der Korotkoff-Geräusche, welche zur Blutdruckmessung verwendet werden, zu vermeiden, womit eine Triggerung der Ventile durch die die aufeinanderfolgenden Korotkoff-Geräusche stattfindet. Schließlich zeigt die WO 84/00290 A1 ein Verfahren zur Messung des Blutdrucks, bei dem der Druck der Manschette absichtlich auf Werte oberhalb und unterhalb des jeweiligen Blutdrucks variiert wird. Die Manschette wird hierbei nach jeder Druckerhöhung während eines einzelnen Herzschlags erneut auf Normaldruck entleert. Durch dieses Verfahren kann der andauernde Blutdruck in Form einer Wellenkurve dargestellt werden.
• Für die Weiterverarbeitung eines abgelesenen Meßwertes und der auf dessen Grundlage bewirkten Ventilsteuerung sind spezielle Steuereinrichtungen nötig, bei denen es sich beispielsweise um eine analoge oder digitale Schaltung handeln kann. Besonders zu erwähnen wäre eine digitale Schaltung in Form eines Mikroprozessors. Mit diesem Gerät kompatible Mikroprozessoren 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 Impulsventil 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 Steuereinrichtung 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 geregelt werden. In der Praxis geschieht dies so, daß das Ventil während einer gewissen, festgelegten Zeitspanne offen ist, während der ein in der Manschette enthaltenes Gas oder eine darin enthaltene Flüssigkeit bestrebt ist, herauszuströmen, woraufhin das Ventil während einer festgelegten Dauer geschlossen wird. Die Dauer dieser aufeinanderfolgenden Öffnungs- und Schließzyklen wird durch diese Schaltkreise 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 Impulsfrequenz liegt bei 35 bis 60 Hz. Allerdings muß die Impulsfrequenz höher sein als die des Herzens, um den tatsächlichen Vorgang der Blutdruckuntersuchung nicht zu stören. Tatsächlich gibt es keine Obergrenze für die mögliche Impulsfrequenz.
• Ein Gerät gemäß der Erfindung kann folglich auf solche Weise arbeiten, daß entweder das Ventil eine konstante Impulsfrequenz bei variierender Impulsbreite hat, wie oben gesagt, oder daß das Ventil eine veränderliche Impulsfrequenz 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 genannten Fall kann man versuchen, die Linearität dadurch zu korrigieren, 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 angesehen 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 Ventile länger ist. Andererseits kann der für mehrere Ventile notwendige Raum als Nachteil gelten.
• Zu den geeigneten Ventilen gehören sogenannte Ein-Aus-Ventile, die sich also entweder in geöffneter oder geschlossener Stellung befinden. Zu dieser Art von Ventilen gehört zum Beispiel ein Solenoidventil, ein piezoelektrisches Ventil und ein magnetostriktives Ventil. Für diese Art von Gerät zum Messen des Blutdrucks ist vermutlich ein Solenoidventil die beste Wahl. Ein Solenoidventil ist höchst dauerhaft. 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 Blutdruckmeßgerät angeordnet werden. Ein bevorzugter Platz ist im Zusammenhang mit einem Schlauch, der sich von der Pumpe zur Manschette erstreckt. Weitere mögliche Orte sind beispielsweise 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 beziehungsweise Schlauch. Allerdings ist der Ort des Ventils nicht von kritischer Bedeutung für die Erfindung.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung braucht kein Drosselelement 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, Verbindungsteilen und Manschette sind im Manschettendruck keine größeren, stoßartigen Anderungen 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 unterschiedlicher Größen ohne Schwierigkeiten benutzt werden.
• Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
• 1 ein allgemeines Schema für eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
• In dem in 1 gezeigten Schema ist eine beliebige, herkömmliche 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 Druckmeßfühler 6 empfängt. Das gleiche Steuerglied 5 kann auch den Betrieb der Pumpe 1 steuern.
• Die Pumpe 1 dient dazu, in der Manschette 3 einen ausreichend hohen Druck zu erzeugen. Während der Druckminderung öffnet und schließt sich ein impulsgesteuertes Hochgeschwindigkeitsventil 4 wiederholt mehrmals während eines einzigen Blutdruckmeßvorganges. Durch Verwendung eines das Ventil regelnden Steuergliedes 5, beispielsweise einer analogen 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 gesteuert 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 beispielsweise niedriger als der Ausgangsdruck, so ist das Ventil 4 während einer längeren Zeitspanne pro Ein-Aus-Zyklus offen, da die Menge der pro Zeiteinheit ausströmenden Luft kleiner ist als wenn der Druck in der Manschette 3 höher ist. Die Häufigkeit der Ventilöffnungszeiten bleibt unverändert.
• 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 aufeinanderfolgenden Ein-Aus-Zyklen während eines ganzen Blutdruckmeßvorganges gleich. Stattdessen 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 erforderlichen 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 aufeinanderfolgenden 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 Untersuchungsvorganges geändert werden.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Drucksteuerung in einer Manschette (3) beim Messen des Blutdrucks, welche ein oder mehrere Ventile (4) und ein oder mehrere Steuerglieder (5) aufweist, das/die das Ventil oder die Ventile (4) steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile durch das/die Steuerglieder (5) mit einer Impulsfrequenz angesteuert werden, die höher als 15 Hertz liegt,
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) führenden 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 abgelesenen Meßwertes steuert, den es von einem eine Druckänderung messenden Element (6) empfängt.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz 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 eine Mikroprozessor ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor einen Ausgang mit Impulsbreitenmodulation hat.
10. Verfahren zur Drucksteuerung in der Manschette (3) eines Sphygmomanometers, wobei zum Mindern des Drucks ein Ventil (4) oder Ventile (4) wiederholt geöffnet wird/werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz zum Öffnen und Schließen der Ventile oberhalb von 15 Hertz liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz des Ventils (4) konstant gehalten wird, dass aber die Impulsbreite geändert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfrequenz des Ventils (4) geändert wird, dass aber die Impulsbreite konstant gehalten wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Impulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils (4) geändert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Impulsfrequenz als auch die Impulsbreite des Ventils (4) entweder während der ganzen für einen Untersuchungsvorgang erforderlichen Zeit oder nur während eines Teils der für einen Untersuchungsvorgang erforderlichen Zeit konstant gehalten wird.
15. 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 abgelesenen Meßwerten, die von einem Druckmeßelement (6) empfangen werden, wiederholt geöffnet und geschlossen werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Steuerglieder (5) den Betrieb des Ventils oder der Ventile (4) auf der Basis eines abgelesenen Meßwertes steuert/steuern, der von einem Druckmeßelement (6) empfangen wird.