DE4244646A1

DE4244646A1 - Gerät und Verfahren für nichtinvasive kontinuierliche Blutdruckbestimmung

Info

Publication number: DE4244646A1
Application number: DE19924244646
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl Phys Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-10
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1994-06-16

Description

1. Das beschriebene Gerät gehört in das Gebiet der medizinischen Technik.

2. Als Stand der Technik ist folgendes wichtig:

a.) Indirekte Blutdruckmessung

- Es gibt eine Reihe von Blutdruckmeßverfahren, die nichtinvasiv mit verschiedenen Ausführungen von Druckmanschetten arbeiten, wobei der Blutdruck durch Variation des Manschettendruckes und Auswertung von Geräuschen, Oszillationen der Blutsäule oder Detektion der Blutströmung distal der Manschette bestimmt wird. Diese Geräte arbeiten jedoch nicht kontinuierlich, die maximale Meßfrequenz liegt bei ca. einer Messung pro Minute, sie darf dem Patienten allerdings in den meisten Fällen nicht zugemutet werden.
- Ein Verfahren, das den Druck mittels einer Fgermanschette bestimmt ist, soweit mir bekannt, z.Zt. im Zulassungsverfahren der PTB.

b.) Direkte Blutdruckmessung

Ein Meßverfahren mittels Katheter arbeitet kontinuierlich und erlaubt sogar den genauen zeitlichen Verlauf des Blutdruckes während einer Herzaktion zu verfolgen, aber es ist durch das Einbringen des Katheters invasiv.

3. Das Problem, welches mit Hilfe des beschriebenen Gerätes gelöst werden kann ist, daß es bisher kein Gerät gibt, das den Blutdruck eines Patienten mit jedem Herzschlag, also quasi kontinuierlich neu bestimmen kann, ohne den Patienten auf irgendeine Weise zu verletzen oder zu belasten.

4. Die Erfindung für die hier der Patentschutz begehrt wird liegt darin, daß das entsprechende Gerät mit Hilfe eines Mikrofones den Herzschall eines Patienten aufnimmt und aus bestimmten - für den systolischen Blutdruck charakteristischen - Herzschallparametern auf den gerade vorliegenden systolischen Blutdruck zurück schließen kann. Dabei nutzt man die Tatsache aus, daß es eindeutige, umkehrbare Abbil dungen des systolischen Blutdruckes auf bestimmte (mehrdimensionale) Merkmalsräume (im IRⁿ) gibt, die aufgespannt werden durch Parameter, die aus dem Herzschall berechenbar sind.

5. Das hier beschriebene Gerät deckt eine Lücke in der klinischen Patienten überwachung und in der Langzeit-Blutdruckmessung ab, so daß es an entsprechende Kliniken oder Ärzte verkauft werden kann.

6. Das Gerät ist in der Lage mit jedem Herzschlag eine recht genaue Abschätzung des systolischen Blutdruckes zu liefern, ohne daß ein Eingriff beim Patienten nötig ist. Der diastolische Wert des Blutdruckes steht so oft zur Verfügung, wie die Kalibriermessung gestartet wird.

7. Ein Weg zum Ausführen der Erfindung ist folgender:
In ein gemeinsames Gehäuse integriert werden folgende Komponenten nach Zeichnung 1 (Anlage 3, Blatt 1):

- Ein IBM-kompatibler Personal-Computer mit Festplatte, Diskettenlaufwerk und den üblichen Anschlüssen für Tastatur, Monitor, Maus und Drucker.
- Ein vom Rechner aus steuerbares Blutdruckmeßgerät, das mit Manschetten methode arbeitet (z. B. Critikon "Dinamap"®).
- Eingänge für Herzschallmikrofon und EKG-Elektroden mit Patientenschutz, Vorverstärker, Antialiasingfilter (ca. 2 KHz Bandbreite reichen aus) und Analog-Digital- Wandler (z. B. 12 Bit).

Der Rechner steuert sämtliche Funktionen nach Vorgabe durch den Benutzer.

Das Rechnerprogramm, das die Schallaufnahme und dessen Auswertung steuert, führt die Bestimmung des systolischen Blutdruckes, wie in den Patentansprüchen (Anlage 1) beschrieben in folgender Konkretisierung aus:

Ein geeigneter blutdruckspezifischer Merkmalsraum ist das 2. relative Moment des Kurzzeitspektrums eines ca. 50 ins langen Zeitfensters des 2. Herztones, das zentriert ist auf das Maximum der Hilberteinhüllenden desselben. Dieser Merkmalsraum ist ein dimensional, man kann in diesem Falle also einfach von einem "Merkmal" reden.

Als Abstandsmaß reicht in diesem Falle die lineare Differenz.

7. Fortsetzung
Die Extrapolationsvorschrift geht von einer Geraden aus, die durch den Kalibrierblutdruck und den zugehörigen Wert des Merkmales geht und eine Anfangssteigung aufweist, die mit demselben Gerät gemessen über viele Patienten gemittelt wurde.

Sobald ein weiterer Kalibrierblutdruck mit seinem Merkmal vorliegt, wird die Gerade in ihrer Steigung angepaßt.

Liegen mehr als zwei verschiedene Kalibrierblutdrücke und deren Merkmale vor, so er stellt das Gerät daraus eine immer bessere "Eichkurve", die als Polynom maximal 2. Grades an die gemessenen Werte angepaßt wird, wobei ältere Kalibriermessungen jeweils geringer gewichtet werden, als neuere in ihrer Nähe (mit ähnlichem Blutdruck).

Eine Nachkalibrierung wird ausgelöst, wenn eine der folgenden Bedingungen (1. bis 3.) erfüllt ist:

1. Der Blutdruck, den das Gerät bestimmt hat, weicht um mehr als 10% von der Kalibrier messung mit kleinstem oder größtem gemessenen Druck ab.
2. Ein Zeitintervall von (z. B.) 30 min ist abgelaufen.
3. Der Benutzer möchte einen Manschettenwert messen lassen und löst die Messung von Hand aus.

Durch 1. und 2. wird sichergestellt, daß das Gerät sich langsamen physiologischen Veränderungen der Blutdruckabhängigkeit des Herzschalles (z. B. durch schweiß bedingten Flüssigkeitsverlust) anpassen kann.

Durch Miniaturisierung entsteht ein tragbares Gerät, das über ein Tastenfeld und eine kleine LCD-Anzeige mit dem Benutzer kommuniziert (Zeichnung 2, Anlage 3.2) und für 24h-Messungen geeignet ist.

Claims

1. Geschützt werden soll ein Gerät und Verfahren, welches den systolischen Blutdruck nichtinvasiv und quasi kontinuierlich bestimmt, dessen Arbeitsweise dadurch gekenn zeichnet ist, daß die Blutdruckbestimmung durch Auswertung der im Herzschall enthaltenen Amplituden- oder Frequenzinformationen geschieht. Dafür wird die Tatsache ausgenutzt, daß es eindeutige, umkehrbare Abbildungen des systolischen Blutdruckes auf bestimmte (mehrdimensionale) Merkmalsräume (im IRⁿ) gibt, die aufgespannt werden durch aus dem Herzschall berechenbare Parameter. Zur Blutdruckbestimmung extrapoliert das Gerät von einer physikalischen Kalibriermessung ausgehend und es erweitert oder überprüft den Extrapolationsbereich durch weitere Kalibriermessungen selbständig beim Verlassen des aktuellen Extrapolationsbereiches (= Vertrauensbereich), regelmäßig in einstellbaren Zeitintervallen, oder vom Benutzer ausgelöst.

2. Mit jeder Kalibriermessung wird parallel zur Messung des systolischen Blutdruckes der Herzschall aufgenommen und aus diesem ein für den gemessenen Blutdruck spezifischer Merkmalsvektor berechnet. Dieser ist ein Element des gewählten, eventuell mehrdimensionalen Merkmalsraumes, der aufgespannt wird von bestimmten aus dem Herzschall zu berechnenden Parametern. Wird zu einem späteren Zeitpunkt ein Merkmalsvektor desselben Merkmalsraumes aus dem dann aufgenommenen Herzschall berechnet, so kann mittels eines Abstandsmaßes in diesem Merkmalsraum und mittels einer Extrapolationsvorschrift der aktuelle systolische Blutdruck auf besser als 6% genau bestimmt werden.

2.1. Die Kalibriermessungen werden nach einer Blutdruckmeßmethode durchgeführt, die zwar nichtinvasiv, aber nicht kontinuierlich auf physikalische Weise den Blutdruck mißt, wie z. B. nach der Manschettenmethode mit oszillometrischem Verfahren. Bei jeder Kalibriermes sung wird auch der diastolische Blutdruck gemessen.
2.2. Als blutdruckspezifische Merkmalsräume sind die verschiedensten Frequenzinforma tionen des 2. Herztones geeignet, wie z. B. einige Koeffizienten der Fouriertransformierten oder des LPC-Spektrums, ParCor-Koeffizienten, o.Ä., weiterhin auch die Lautstärken, Amplituden oder Leistungen des 2. Herztones relativ zu denen des 1. Herztones. Ebenfalls geeignet sind das 0. bis 2. (statistische) Moment des Frequenzspektrums des 2. Herztones.
2.3. Als Abstandsmaß findet neben dem linearen ("Euklidischen") Abstand im n-dimensio nalen Merkmalsraum auch die Summe der Abstandsbeträge in den einzelnen Dimensionen des Merkmalsraumes Verwendung ("City-Block-Metrik").
2.4. Statt Extrapolation kann bei mehreren Kalibrierblutdrücken auch Interpolation Verwendung finden. Beides geht von einer Blutdruckabhängigkeit des gewählten Merkmalsvektors aus, die Blutdruckdifferenzen auf Abstände im Merkmalsraum abbildet.

3. Ein konkreter Weg zur Ausführung der Erfindung (nach § 5.7 PatAnmV) ist in der Beschreibung (Anlage 2, Punkt 7) niedergelegt in Form einer konkreten Zusammen stellung von geeignetem blutdruckspezifischem Merkmal, Abstandsmaß und Extrapola tionsvorschrift.

4. Mögliche Ausführungsformen des Gerätes sind in den Zeichnungen dargestellt (Anlage 3, Blatt 1 und 2).

5. Die wesentlichen Merkmale des Gerätes sind:

- Die völlig neue Technik der Herzschallauswertung für die Blutdruckbestimmung, die bisher noch nie zur Anwendung gekommen ist, und die eine "beat-to-beat"-Analyse des systolischen Blutdruckes erlaubt.
- Die Ausstattung des Gerätes mit einem Mikrofon zur Herzschallaufnahme, einer Druckmanschette für die Kalibriermessung und ggf. von EKG-Elektroden-Anschlüssen für einfachere Synchronisation des Gerätes auf den 2. Herzton.
- die regelmäßige selbständige (bzw. vom Benutzer ausgelöste) Kalibrierung des Gerätes nach einer physikalischen Manschettenmethode,
- die selbständige Erweiterung des Extrapolationsbereiches durch weitere Kalibrier messungen bei deutlich verändertem Blutdruck.
- die Möglichkeit, das Gerät zu miniaturisieren und als tragbaren 24-Stunden-Rekorder für den systolischen Blutdruck einzusetzen.