DE3927990A1 - Verfahren und vorrichtung zur korrektur von arteriendruck-messsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur von Arteriendruckmessungen, die mittels eines auf flüssigkeitsgefüllten Katheter basieren­ den Meßsystems durchgeführt werden, wobei der vom Herz oder vom Gefäß auf den Katheter übertragene Druckverlauf in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt, korrigiert und ausgewertet wird.

Bei intravaskulären Blutdruckmessungen wird ein flüssig­ keitsgefüllter Katheter mit einem Ende in ein Blutgefäß eingeführt. Die vom Herz erzeugten Druckwellen werden von einer am anderen Ende des Katheters befindlichen Signal­ erfassung aufgenommen und in elektrische Meßsignale umge­ wandelt und schließlich als eine Druckkurve ausgegeben. Auf­ grund der dynamischen Daten des Meßsystems - Eigenschwingung und Dämpfung - erfahren derartige Kurven dynamische Verzer­ rungen.

Eine bekannte Methode, derartige Messungen zu korrigieren, besteht in der Zwischenschaltung einer Drossel in den Katheterschlauch, mit der eine Verfälschung der Druckwerte durch Eigenschwingung des Meßsystems unterdrückt werden soll. Das bekannte Verfahren erfordert jedoch bei jedem Druckmeßprozeß eine komplizierte und zeitraubende Handhabung beim Anordnen der Drossel, wobei das Problem der Sterili­ sation und der Entlüftung des mit beispielsweise gekochtem oder destilliertem Wasser gefüllten Katheters zusätzlich zu beachten ist. Außerdem ist für jede Katheterart eine gesonderte Drossel erforderlich, oder - wie es üblich ist - ist man darauf angewiesen, eine Standardkorrektor zu ver­ wenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit dem eine Korrektur der Arterien- bzw. Blutdruckmessungen sehr einfach und mög­ lichst universell, d. h. unabhängig von der Katheterart durchführbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Hierbei wird der die Messungen verfälschende Faktor, nämlich die nicht idealen dynamischen Daten des gesamten Druckmeß­ systems in einem Korrekturkreis eliminiert, so daß die aus­ gedruckten Meßkurven dem tatsächlichen Arteriendruck ent­ sprechen. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß man es mit ein und demselben Gerät für unterschiedliche Arteriendruck­ messsungen und unabhängig vom Kathetertyp anwenden kann.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird zur Ermittlung der Eigenschwingung des Katheters bzw. des Meßsystems während des Meßvorganges ein Druckstoß auf den Katheter ausgeübt. Die dabei erzeugte Schwingung dient zur Berech­ nung der Korrekturparameter, die für die Signalkorrektur­ einheit angewandt werden. Damit werden durch Analyse der Dynamik des Systems die nicht idealen dynamischen Daten des Systems eliminiert und das verzerrte Drucksignal entsprechend korrigiert.

Die Erfassung und Verarbeitung der Meß- und Eigenschwin­ gungssignale erfolgt vorzugsweise elektronisch, indem die Meßsignale sowie die Korrektursignale einem Rechner zuge­ führt werden, der die Eigenschwingungssignale zu Korrektur­ signalen verarbeitet und zur Korrektur der Meßsignale ver­ wendet.

Ein Meßvorgang wird in der Weise durchgeführt, daß nach dem üblichen Installieren des Meßsystems der Meßvorgang in der üblichen Weise gestartet wird. Dabei entstehen die üblichen dynamischen verzerrten Druckkurven. Dann wird die Korrektur eingeleitet, indem der Druckstoß auf den Katheter ausgeübt wird und dieses simultan dem Rechner gemeldet wird. Durch den gezielten Druckstoß, der so groß sein muß, daß der Katheter mit ausreichender Amplitude schwingt, erhält der Rechner das Eigenschwingungssignal des Meßsystems, das nach kurzer Dauer gedämpft wird. Der Rechner verarbeitet diese Signale zu Korrekturwerten und wendet sie bei den darauf nachfolgenden Meßsignalen des Arteriendruckes als Korrektur­ faktoren an.

Mit dem Druckstoß wird die Korrekturphase eingeleitet. Es ist daher zweckmäßig, diesen Druckstoß zu Beginn des Meßvor­ ganges, nachdem die Meßeinrichtung steht, d. h. der Katheter an die richtige Stelle eingeführt und entlüftet wurde, aus­ zuüben, damit die danach - mit beispielsweise einem Schreiber - aufgenommenen Druckkurven bereits die Korrektur enthalten. Es ist natürlich möglich, den Druckstoß bei Unregelmäßigkeiten, z. B. bei Verlagerung des Meßsystems während der Messung, erneut einzuleiten, um die auf die Eigenschwingung des Systems zurückzuführenden Korrektur­ werte zu aktualisieren.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens, die durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet sind.

Diese Vorrichtung ist eine von den verschiedenen Druckmeß­ systemen unabhängige Baueinheit, im folgenden Korrekturein­ heit genannt, die bei jeder Arteriendruckmessung mittels flüssigkeitsgefülltem Katheter mitverwendet wird. Für einen Arzt in der Klinik oder in der Forschung bedeutet das eine einmalige Anschaffung, während die Druckmeßeinrichtungen bzw. die Katheter in der Regel Einwegteile sind.

Die Korrektureinheit greift das Meßsystem lediglich von außen an, d. h., es wird kein Kontakt zwischen Bauteilen der Korrektureinheit und der Flüssigkeit im Katheter herge­ stellt. Die Korrektureinheit wird am Signalausgang des Druck­ meßsystems angeschlossen, während die Druckstoßvorrichtung auf die Außenseite des Katheters einwirkt. Damit sind keine besonderen Vorkehrungen für eine Sterilisation der Korrek­ tureinheit notwendig.

Eine weiterer wichtiger Vorteil der Erfindung ist die sehr einfache Handhabung der Korrektureinheit bzw. Durchführung einer Korrektur. Nach dem üblichen Installieren des Druck­ meßsystems wird die Auswerteelektronik der Korrektureinheit an den Signalausgang des Meßsystems angeschlossen und die Druckstoßvorrichtung am Druckgeberende des Katheters ange­ bracht. Schließlich braucht zur Durchführung der Korrektur nur eine Drucktaste ausgelöst zu werden, mit der ein Druck­ stoß auf den Katheter abgegeben und die Elektronik zur entsprechenden Berechnung und Ausgabe der korrigierten Meßsignale angesteuert wird.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

In Fig. 1 ist eine Meßanlage gezeigt, die aus dem konven­ tionellen Meßsystem, bestehend aus dem Katheter 10, der mit einer Flüssigkeit, zum Beispiel Kochsalzwasser, gefüllt ist und aus einem Druckgeber 11 zur Umwandlung der Drucksignale in elektrische Meßsignale 12 besteht.

Zur entsprechenden Messung des Blutdruckes eines Patienten 13 wird der Katheter 10 mit dem freien Ende 14 zur gewählten Meßstelle geführt und sorgfältig entlüftet. Der vom Herz des Patienten 13 erzeugte Druckverlauf in der Blutbahn wird über die Flüssigkeit des Katheters 10 auf den Druck­ geber 11 übertragen, der diese in ein elektrisches Signal 12 umwandelt. Mit dem Ausgang des Druckgebers 11 bzw. den Meß­ signalen 12 wird der Schreibkopf 15 eines Schreibers 16 angesteuert und die Druckkurve 17 aufgezeichnet. Gegenüber der fehlerlosen Arteriendruckkurve ist diese Kurve 17, wie bekannt, wegen der dynamischen Daten, insbesondere des Katheters 10, verzerrt.

Zur Behebung dieses Problems ist eine Korrektureinheit 20, 21 vorgesehen, mit der die auf die dynamischen Daten des Meß­ systems 10, 11 zurückzuführende Verzerrungskomponente von dem Meßsignal 12 eliminiert wird.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Korrektureinheit gezeigt, die aus einem elektro­ magnetischen Druckstoßgeber 20 und einer Auswerteelektronik 21 besteht. Die Auswerteelektronik 21 ist an den Ausgang des Druckgebers 11 bzw. des Meßsystems angeschlossen, um das Ausgangssignal 12 aufzunehmen. Es ist kein Umbau bzw. keine Anpassung des konventionellen Meßsystems notwendig. Das Meßsignal 12 wird über einen A/D-Wandler 22 und gegebenen­ falls einen vorgeschalteten Anpassungsverstärker 23 einem Mikroprozessor 24 zugeführt. Dem Mikroprozessor 24 ist eine Bedienungstaste 25 zugeordnet, mit der ein Startimpuls für den gesamten Korrekturvorgang abgegeben wird. Der Startim­ puls beeinflußt einerseits den Rechenprozeß des Mikroprozes­ sors 24 und löst gleichzeitig ein Ansteuersignal 26 für das elektromagnetische Druckimpulsgerät 20 aus. Dabei wird ein Stift oder Keil 27 aktiviert, derart, daß der Stift 27 einen heftigen, kurzzeitigen Druckstoß auf den Katheter­ schlauch 10 ausübt. Dieser Vorgang löst eine gedämpfte Schwingung im Meßsystem 10, 11 aus, die ebenfalls über den Eingang vom Mikroprozessor 24 aufgenommen und zur Verarbei­ tung von Korrekturwerten 28 der Korrekturelektronik ver­ arbeitet wird.

Über den Schreiber 15, der die direkten vom Druckgeber 11 erzeugten Meßsignale aufzeichnet, erhält man eine gedämpfte Schwingungskurve 30, wie sie in Fig. 2b dargestellt ist. Der mit der Taste 25 ausgelöste Druckstoß wird zweckmäßiger­ weise in der Diastole, d. h. bei einem Zeitpunkt t_s (Fig. 2a) abgegeben, bei dem die Blutdruckkurve einen niedrigen Frequenzinhalt hat. Die Druckkurve mit der ge­ dämpften Schwingung wird digital gespeichert. Die nächste Periode der Druckkurve wird dann ebenfalls gespeichert und von der ersten Druckkurve subtrahiert, wobei die gedämpfte Schwingung 30 (Fig. 2b) allein herausgeholt wird.

Nach dem Abklingen der Eigenfrequenzsignale 30 erhält der Mikroprozessors 24 sowie der Schreiber 15 die üblichen ver­ zerrten Druckmeßsignale 12 entsprechend der Kurve 17. Anhand der gespeicherten gedämpften Schwingung 30 wird der Mikroprozessor entsprechend der nachfolgend erhaltenen Meßsignale 12, 17 den dynamischen Eigenfrequenzanteil, der in Fig. 2c mit der Kurve 31 für die Kurve 17 dargestellt ist, errechnen und einem Korrekturbaustein 35 weitergibt. Der Korrekturbaustein 35 kann ein Multiplex, ein elektro­ nisch verstimmter Filter, Hochpaßfilter oder dergleichen sein, der über einen Eingang 36 die unkorrigierten Meß­ signale 12 erhält und diese entsprechend den vom Mikro­ prozessor 24 erhaltenen, auf den gewählten Korrekturbaustein abgestimmten Korrektursignalen 28 derart verändert, daß die Ausgangssignale 12′ nahezu unverfälscht den vom Kreislauf des Patienten erzeugen Druck wiedergeben. Mit dem Ausgangs­ signal 12′ wird ein zweiter Schreiber 37 angesteuert, der die gewünschte, unverzerrte Arteriendruckkurve 17′ aufzeich­ net. Wie in Fig. 2 angedeutet, ergibt sich die korrigierte Kurve 17′ aus dem dynamisch verzerrten Meßsignal 12 durch frequenzabhängige Multiplikation mit dem Korrektursignal 28. Die Korrektur kann nach irgendeiner bekannten Signalver­ arbeitungsmethode erfolgen, wobei sie entweder direkt im Rechner softwaremäßig durchgeführt oder über gesonderte Korrekturbausteine hardwaremäßig beeinflußt wird.

In Fig. 1 ist zur Verdeutlichung neben dem Ausgang mit den korrigierten Signalen 12′ der Auswerteelektronik 21 der direkte Ausgang aus dem Meßsystem 10, 11 mit dem ver­ zerrten Signalen 12 gezeigt. In der Regel wird man sich lediglich des Ausgangssignales der Auswerteelektronik 21 bedienen, d. h. nur dieses Signal 12′ aufzeichnen lassen. Soll zur Kontrolle auch eine Aufnahme der unkorrigierten Signale erfolgen, so kann dieses dadurch geschehen, daß der Korrekturstart mit dem Druckknopf 25 erst nach Aufnahme einiger verzerrter Druckkurven 17 eingeleitet wird. Außerdem ist es möglich, während des Meßprozesses die Bedienungs­ taste 25 erneut zu bedienen, wodurch ein erneuter Druckstoß mit dem Stift 27 auf den Katheter 10 ausgeübt wird und die dabei neu erzeugte Eigenschwingungskurve 30 zur Grundlage der weiteren Korrektur verwendet wird.

Für die Erzeugung des Druckstoßes kann jede andere Methode verwendet werden, die entweder direkt oder über die Aus­ werteelektronik betätigbar ist. Wichtig ist nur, daß die Auswerteelektronik einen simultanen Impuls erhält.

Im übrigen kann die Auswerteelektronik 21 zur Anzeige oder Ausgabe von Daten, die im Zusammenhang mit den Messungen stehen, ausgelegt werden. Fig. 1 zeigt beispielsweise einen Display 40 zur Anzeige der gedämpften Schwingung des Meß­ systems 10, 11 und einen Display 41 für die Anzeige der Dämpfung des Systems. Diese Werte sind zugleich über Schnittstellen 42 bzw. 43 für andere Zwecke verfügbar, z. B. für zusätzliche digitale Displays oder einen Rechner für klinische oder wissenschaftliche Dokumentation.

Claims (10)

1. Verfahren zur Korrektur von Arteriendruckmessungen, die mittels eines auf einen flüssigkeitsgefüllten Katheter basierenden Meßsystems durchgeführt werden, wobei die vom Herz oder vom Gefäß auf den Katheter übertragenen Druckwellen in elektrische Meßsignale umgewandelt, korrigiert und ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die dynamischen Eigenschaften bzw. Daten des Kathetermeßsystems (10, 11) im Meßvorgang ermittelt und zur Korrektur des Meßsignals (12) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung der dynamischen Daten des Kathetermeß­ systems (10, 11) während des Meßvorganges ein Druckstoß auf den Katheter ausgeübt wird und daß die dabei er­ zeugten Schwingungen (30) aufgenommen und zur Bildung von Korrekturwerten (28) verarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßsignale (12) einem Rechner (21) zuge­ führt werden, daß zu Beginn des Meßvorganges ein Druck­ stoß auf den Katheter (10) ausgeübt wird und die dabei erzeugten, auf die Eigenschwingung des Meßsystems (10, 11) zurückzuführenden Signale (30) im Rechner zur Bildung von Korrekturwerten (28) verarbeitet werden und daß das Drucksignal (12) anschließend mit den Korrektur­ werten korrigiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckstoß während des Arteriendruckmeßvorganges wiederholt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Mittel (20) zur Ausübung eines Druckstoßes auf den Katheter (10) eines Arteriendruck-Meßsystemes (10, 11) sowie eine Auswerteelektronik (21) mit einem Eingang für die Meßsignale (12) des Meßsystems hat, daß die Auswerteelektronik so ausgelegt ist, daß sie die vom Druckstoß erzeugten Signale (30) zu Korrekturwerten (28) auswerten und zur Korrektur der Meßsignale des Arterien­ druckes zu verarbeiten vermag.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (20) zum Ausüben eines Druckstoßes von der Auswerteelektronik (21) ansteuerbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektromagnetisch betätigbarer Stift (27) zur Ausübung des Druckstoßes verwendet wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (21) einen Rechner (24) aufweist, der einen Eingang für die Meßsignale (12) hat und der so programmiert ist, daß er nach Einleitung des Korrekturvorganges die Druck­ kurve mit der gedämpften Schwingung (30) speichert und davon die nächste Periode der Druckkurve subtrahiert, um die gedämpfte Schwingung allein als Korrektur­ werte (28) herauszuholen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (21) einen Mikroprozessor (24) aufweist, der einen Eingang für die Meßsignale (12) bzw. dynamischen Daten (30) hat, daß der Mikroprozessor die Eigenschwingungssignale zu Korrektursignalen (28) verarbeitet und an einen Korrek­ turbaustein (35) weitergibt, der unter Anwendung der Korrektursignale die Meßwerte (12) beeinflußt und als korrigierte Meßsignale (12′) ausgibt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (21) eine Bedienungstaste (25) zur Einleitung des Druckstoßes sowie des Korrekturvorganges aufweist.