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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen des Herzzeitvolumens
aus einer Messung einer arteriellen Druckkurve und insbesondere
aus einer nicht-invasiven Messung der peripheren Zirkulation.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Bestimmen des
Herzzeitvolumens aus der Messung einer arteriellen Druckkurve.
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Während gemäß Anspruch
1 eine nicht-invasive Technik zur Messung der arteriellen Druckkurve verwendet
wird, kann auch eine invasive Technik, wie z.B. die Verwendung eines
intra-arteriellen Katheters, ebenfalls benutzt werden. Eine solche
Technik ist zwar genau, ist jedoch mehr auf qualifiziertes Personal
beschränkt
und auch ihre Anwendung ist beschränkter.
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Hintergrund der Erfindung
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Intra-arterielle
Katheter werden bei größeren Operationen
allgemein verwendet. Sie sind im allgemeinen mit Druckwandlern verbunden,
und das elektrische Signal wird verarbeitet, um die Druckkurve graphisch
auf einem Anzeigemonitor als Kurvenzug darzustellen. Die Anzeige
zeigt den systolischen, diastolischen, mittleren arteriellen Druck
und die Herzfrequenz an.
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Gegenwärtig ist
die zuverlässigste
und allgemein akzeptierte Methode zur Messung des Herzzeitvolumens
bei chirurgischen Patienten eine solche, die das Herzzeitvolumen
aus einer Wärme-Verdünnungstechnik
ableitet, wobei ein Pulmonar-Arterienkatheter eingeführt wird.
Das Verfahren kann gefährlich
sein, da der Katheter zu seiner korrekten Platzierung durch das
rechte Herz geführt
werden muss. Bei Kindern wird davon ausgegangen, dass das Risiko
dieser Technik jeden eventuellen Nutzen aus der erhaltenen Information überwiegt.
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Nicht-invasive
Techniken zum Bestimmen des Herzzeitvolumens sind Doppler-Ultraschallmessungen
unter Verwendung einer Speiseröhrensonde, und
die Echokardiographie unter Verwendung einer Sonde an der Brustwand.
Die Apparatur für
diese Techniken ist sperrig, teuer und ungeeignet für die Routineverwendung
im Operationssaal, wo insbesondere bei einer größeren Operation beengte Platzverhältnisse
herrschen.
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Bei
anderen Techniken zum Messen des Herzzeitvolumens wird eine Analyse
des ausgeatmeten Gases durchgeführt
unter Verwendung einer Vielzahl von Gasen. Die meisten dieser Techniken
sind nur experimentell und noch nicht für allgemeine klinische Anwendung
zugelassen.
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Eine
andere Form der Messung sieht eine Farb-Verdünnungstechnik vor, ist jedoch
von begrenzter Brauchbarkeit, da sie keine häufig wiederholte Messung zulässt.
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US-A-5 647 369 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum nicht-invasiven Messen des
Herzzeitvolumens anhand einer Manschettenmessung des systolischen
minus diastolischen Blutdrucks eines Patienten und einer Messung
der Herzfrequenz. Gleichungen für
das Herzzeitvolumen werden hergeleitet aus einem unmodifizierten
Windkessel-Kreislaufmodell,
welches die arterielle Compliance als eine einzige gehäufte Kapazität abbildet.
Allgemeine Formeln für
die Größe der gehäuften Kapazität werden
geliefert, welche zur noch genaueren Berechnung des Herzzeitvolumens
aus diesem Schaltungsmodell dienen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung hat das Ziel, diese Nachteile des Standes der Technik
zu überwinden
und ein einfacheres und leichteres Verfahren zum Erhalten des Herzzeitvolumens,
durch Messung der arteriellen Druckkurve vorzusehen und dadurch
wiederum eine Messung des Herzzeitvolumens oder des gesamten peripheren
Widerstandes zu realisieren.
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Gemäß der Erfindung
ist ein Verfahren zum Herleiten des Herzzeitvolumens bei einem Patienten gemäß Anspruch
1 vorgesehen.
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Gemäß der Erfindung
ist ferner eine Vorrichtung zum Herleiten des Herzzeitvolumens bei
einem Patienten gemäß Anspruch
10 vorgesehen.
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Die
Zeitkonstante des arteriellen Systems entspricht der Zeit von der
dicrotischen Kerbe bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Neigung der
arteriellen Druckkurve bei der dicrotischen Kerbe die Zeitachse schneidet,
was äquivalent
ist zu einer Extrapolation der Kurve auf einen arteriellen Druck
Null. Die dicrotische Kerbe entspricht dem Impuls in der arteriellen Druckkurve,
der durch das Schließen
der Aortenklappe erzeugt wird.
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Der
gesamte periphere Widerstand kann aus diesen Faktoren hergeleitet
werden, in dem die Zeitkonstante durch die Compliance dividiert
wird.
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Die
Compliance des arteriellen Systems wird erhalten aus einem Satz
von Nomogrammen, die normiert sind und auf dem Gewicht, der Größe, dem Alter
und dem Geschlecht eines Patienten beruhen.
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Aus
diesen Messungen können
auch andere Faktoren bestimmt werden, wie das Herzschlagvolumen,
welches gleich dem mittleren Herzzeitvolumen geteilt durch die Herzfrequenz
ist. Die Kontrahierfähigkeit
des Herzens kann hergeleitet werden von der positiven Flanke der
Arteriendruckkurve, wobei das Maximum der Kontrahierbarkeit von
dem steilsten Abschnitt dieser Flanke genommen wird, die dann sowohl
als Druckänderungsge schwindigkeit
oder, wenn das Herzschlagvolumen bekannt ist, als Änderungsgeschwindigkeit
des Volumens dargestellt werden kann. Andere Bestimmungen, die mit
den derzeitigen Messtechniken möglich
sind, umfassen auch die Ausstoßdauer,
d.h. das Zeitintervall vom Beginn des Anstiegs der arteriellen Druckkurve
bis zur dicrotischen Kerbe.
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Aus
den oben genannten Messungen können
auch andere Parameter bestimmt werden, wie nachfolgend erläutert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nunmehr mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben;
es zeigt:
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1 die
arterielle Druckkurve eines Patienten über die Zeit, gemessen an einem
peripheren Ort, z.B. an einem Finger des Patienten;
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2 ein
Blockdiagramm für
eine Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und
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3 ein
Fließschema
für die
Vorrichtung von 2 zum Hervorbringen der Werte,
die erfindungsgemäß bestimmt
werden können.
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Bevorzugte Arten der Durchführung der
Erfindung
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Wie
in 1 dargestellt, steigt und fällt die arterielle Druckkurve
mit der Aktivität
des Herzens, wobei der Anstieg 10 der Zusammenziehung des Herzens
entspricht. Diese steigt bis zu einem Maximum, das als systolischer
Blutdruck 12 bekannt ist und fällt ab zu einer Zacke 14,
die dicrotische Kerbe genannt wird und das Schließen der
Aortenklappe anzeigt. Beim Abfall des Druckes hinter der dicrotischen
Kerbe 14 erreicht dieser ein Minimum bei 16, welches
dem diastolischen Blutdruck entspricht, bevor eine erneute Kontraktion
des Herzmuskels den Blutdruck ansteigen lässt und der Zyklus sich wiederholt.
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Der
Zeitraum von dem Minimumpunkt 16 in der Kurve bis zur nächstfolgenden
dicrotischen Kerbe 14 ist als Ausstoßdauer 17 bekannt.
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Die
arterielle Druckkurve, wie in
1 gezeigt,
kann mit einer nicht-invasiven Technik gemessen werden, wie z.B.
der Penaz-Technik, die im
US-Patent
4 869 261 beschrieben ist. Dieses Verfahren verwendet eine
Manschette, die um den Finger herumgelegt wird und mit einem Wandler
zur Druckmessung verbunden ist, der eine Luftpumpe mit einem Servosteuerventil
enthält,
mit der die Manschette aufgeblasen werden kann. Ferner wird eine
Infrarotlicht emittierende Diode in Kombination mit einer Photozelle
verwendet, die als ein Photoplethysmograph arbeiten. Die Photozelle
misst die Absorption bei einer Infrarot-Wellenlänge, die für arterielles Blut geeignet
ist, und detektiert dadurch das Volumen von arteriellem Blut in
dem Finger unter der Manschette. Dieses Volumen variiert entsprechend
dem Grad der Dehnung der Arterien während der Systole. Ein elektronischer
Prozessor analysiert den Photoplethysmographen, um das Volumen an
einem Punkt zu bestimmen, der entsprechend dem mittleren Arteriendruck gesetzt
wird. Dann arbeiten das Servosteuerventil und die Luftpumpe als
ein Rückkopplungsmechanismus,
der kontinuierlich die Fingermanschette aufbläst oder ablässt, um den Ausgang des Photoplethymographen
an diesem Punkt konstant zu halten. Der Druck bei dem Wandler ergibt
folglich eine kontinuierliche Nachzeichnung des Arteriendrucks.
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Eine
alternative Methode zum nicht-invasiven Messen der arteriellen Druckkurve
ist die Verwendung einer Druck-Tonometertechnik, wie sie in dem
als SphygmoCorMx(eingetragene Marke)-System vertriebenen Apparat
angewendet wird.
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Die
arterielle Druckkurve kann auch mit einer invasiven Technik gemessen
werden, wie sie zur kontinuierlichen Überwachung von Blutdruck verwendet
wird. Bei dieser Technik ist eine perkutan in eine Arterie eingeführte Kanüle mit einem
Druckwandler über
eine mit Flüssigkeit
gefüllte,
nicht nachgiebige Manometerleitung verbunden, die eine kontinuierliche
und intermittierende Spülvorrichtung
enthält
(vgl. Rinds CJ, Watson D "Intensive
care: a concise textbook" WB
Saunders 1996). Das elektrische Ausgangssignal von dem Druckwandler
ergibt das Kurvenformsignal für
den arteriellen Druck. Der Druckwandler und der Manometerschlauch
werden in sterilen Wegwerfpackungen für sofortigen Gebrauch gelie fert
und werden von Firmen wie Datex/Ohmeda, Abbott, Baxter, Beckton-Dickinson
vertrieben.
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Eine
invasive Technik ist genauer als eine nicht-invasive Technik, aber
bei dieser Technik wird ein kleiner Fehler auftreten, wenn die Zeitkonstante der
Wandler- und Manometerleitungen nicht berücksichtigt wird. Dieser Fehler
liegt im Bereich von 2% bis 5%. Dieser Fehler kann kompensiert werden, wenn
die Zeitkonstante gemessen wird. Die Messung umfasst eine Druckbeaufschlagung
der Manometerleitungen am Arterienende, die Gewährleistung einer stabilen Ablesung
vom Druckwandler, und dann das Aufzeichnen des Druckabfalls, der
bei einer plötzlichen
Freigabe des Druckes am Arterienende der Manometerleitung auftritt.
Die Zeitkonstante ist dann die Tangente an der Kurve für den Druckabfall. Es
wurde gefunden, dass die Zeitkonstante die gleiche bleibt bei Drücken von
100 mm Hg, 200 mm Hg und 300 mm Hg, was den in der klinischen Praxis
auftretenden Bereich von arteriellen Drücken abdeckt. Bei einem Datex/Ohmeda-System
mit Wandler und Manometerschlauch wurde eine Zeitkonstante von 50
Millisekunden gemessen. Um diesen Fehler zu korrigieren, wird die
Zeitkonstante für
den Druckwandler und Manometerschlauch von der Zeitkonstanten des
arteriellen Systems, die gemäß der Erfindung,
wie hier beschrieben, gemessen wird, subtrahiert.
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Wenn
die arterielle Druckkurve einmal gemessen ist, können von ihr verschiedene Parameter in
der folgenden Weise abgeleitet werden.
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Der
mittlere arterielle Druck kann erhalten werden durch Integrierung
der arteriellen Druckkurve über
einen Zeitraum von mehreren Sekunden und Mittelbildung des Ergebnisses.
Bei kranken Patienten oder bei Patienten unter künstlicher Atmung oder Beatmung
wurde beispielsweise gefunden, dass das Herzzeitvolumen häufig von
einem Herzschlag zum nächsten
variiert und eine Mittelbildung über
ein ausreichend langes Intervall nötig ist, um eine verlässliche
Messung zu erhalten. Eine Zeitdauer von fünfzehn Sekunden wird für diesen
Zweck als geeignet angesehen.
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Die
Compliance des arteriellen Systems, d.h. die Fähigkeit des Systems, elastisch
auf gegebene Belastungen oder Eingaben zu reagieren, ist relativ konstant
bezüglich
solcher Faktoren wie Gewicht, Größe, Alter
und Geschlecht. Eine Tabelle solcher Compliance-Werte kann für eine Population
als Funktion von Gewicht, Größe, Alter
und Geschlecht eines Patienten bestimmt werden.
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Ein
Verfahren zum Bestimmen der Compliance beruht auf der folgenden
Analyse. Das normale Blutvolumen kann mit 85 ml pro Kilogramm Körpergewicht
angenommen werden (SCHOLAR H. Am. Heart J. 1965, 69, 701). Eine
Reduzierung dieser Werte um 10% sollte bei fettleibig und alten
Personen vorgenommen werden (ALBERT S. N. Blond Volume, 1963). Der
Prozentsatz des in dem arteriellen System enthaltenen Blutvolumens
ist 11% des gesamten Blutvolumens und umfasst 2% in der Aorta, 8%
in den Arterien und 1% in den Arteriolen (WILLIAM F. GANONG, Review
of Medical Physiology, 15th edition p534).
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Bei
gesunden Patienten wurde gefunden, dass das arterielle System eine
Gesamtzunahme seiner Größe von 25%
bei einem Druckanstieg von 100 mm Hg aufweist. Die Aorta ist sehr
dehnbar und zeigt die größte Volumenzunahme
im Vergleich mit anderen Komponenten des arteriellen Systems. Die Arterien
haben zwar mehr Blutvolumen, sind aber weniger dehnbar (KELMAN G.R.
Applied Cardiovascular Physiology 1971 p73.).
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Die
Beziehungen zwischen Blutdruck und Volumen im Alter zwischen 20
und 75 Jahren zeigen eine mit dem Alter abnehmende Compliance, welche zwar
bei niedrigen Drücken ähnlich und
ziemlich linear ist, bei höheren
Drücken
aber große
Unterschiede zeigt (JOSEPH BOYLE III 2nd edition
Physiology, NMS 1991 P93.)
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Eine
Basis für
die Herleitung der arteriellen Compliance eines Patienten beruht
somit auf Faktoren wie Gewicht, Größe, Alter und Blutdruck. Das
Geschlecht eines Patienten kann ebenfalls relevant sein. Nomogramme
und Formeln für
die Compliance, basierend auf der Größe und dem Gewicht einer Person,
sind erhältlich
(NADLER, S. B. HIDALGO J.V. and BLOCH T. Surgery 1962 51224).
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Ein
Basiswert der Compliance kann aus der folgenden Berechnung hergeleitet
werden: Wenn angenommen wird, dass das gesamte Blutvolumen 85 Milliliter
pro Kilogramm Körpergewicht
ist und dass davon 11% in dem arteriellen System sind, ergibt sich ein
Wert von 9,35 Milliliter Blut pro Kilogramm Körpergewicht im arteriellen
System; die Compliance bei einer 25% Zunahme des arteriellen Volumens
ist 2,3375 ml/100 mm Hg Druckänderungen;
somit ist der Grundwert zum Berechnen der Compliance 0,23375 ml/mm
Hg/kg Körpergewicht.
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Bei
einem jungen gesunden Erwachsenen mit 70 kg Gewicht würde dies
eine Compliance von 1,63625 ml/mm Hg ergeben.
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Es
kann somit eine Compliance-Tabelle für Faktoren wie Alter, Größe und Gewicht
generiert werden, aus der die Compliance bestimmt werden kann.
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Nachdem
mehrfache Messungen des Herzzeitvolumens mit dieser Methode geprüft worden sind,
gleichzeitig mit anderen Monitoren für Herzzeitvolumen von existierendem
Design, wird eine statistische Analyse ergeben, ob irgendwelche
Korrekturfaktoren notwendig sind. Da sowohl der Arteriendruck als
auch die Zeitkonstante genau gemessen werden, wurde sich eine etwaige
Korrektur nur auf die Compliance-Tabellen beziehen. Dies wird dann die
Genauigkeit von zukünftigen
Messungen des Herzzeitvolumens verbessern.
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Intra-arterielle
Druckmessungen werden wegen der Genauigkeit bevorzugt, aber nichtinvasive Verfahren,
bei denen eine hergeleitete kalibrierte Arteriennachzeichnung verwendet
wird, dürfte
hinreichend genau sein für
die vielen klinischen Anwendungsfälle, bei denen eine intra-arterielle
Leitung nicht vertretbar ist, z.B. bei Krankenhauspatienten auf
Freigang oder im Arztuntersuchungszimmer.
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Aus
Gründen
der Genauigkeit ist es ferner notwendig, eine Korrektur der Compliance
für fehlende
Gliedmaßen
vorzunehmen oder während
chirurgischer Operationen in denjenigen Zeitspannen, in denen eine
Klemme an einer Gliedmaße
angebracht wird oder beim chirurgischen Abklemmen einer Hauptarterie.
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Wenn
die nach der vorstehenden Methode gewonnenen Zahlen auch augenscheinlich
weniger genau sein mögen
als gewünscht,
so ist die derzeitige Methode doch wertvoll bei der kontinuierlichen Überwachung,
da weniger die Absolutwerte an sich als die Änderungen des Herzzeitvolumens
oder des totalen peripheren Widerstandes von großem Wert sind. Beispielsweise
in Situationen, in denen Blutverlust, oder Flüssigkeitersatz, oder die Wirkung
von Drogen überwacht
werden, ermöglichen
solche Änderungen
des Herzzeitvolumens oder des gesamten peripheren Widerstandes ein
früheres
Anbringen von Korrekturen.
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Ein
alternatives Verfahren zum Erhalten der Compliance des Arteriensystems
ist Durchmessung der Pulswellengeschwindigkeit. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
einer Pulswelle ist umgekehrt proportional zu der Compliance eines
gegebenen Systems. So könnte
z.B. eine nicht-invasive tonometrische Messung des Zeitintervalls
zwischen der karotiden und der femoralen Pulswelle benutzt werden,
um die Pulswellengeschwindigkeit zu bestimmen und so die Compliance
herzuleiten. Ein Gerät
zum Messen der Pulswellengeschwindigkeit wird von PWV Medical Pty
Ltd. als das SphygmoCor Vx System (eingetragene Marke) vertrieben.
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Unmittelbar
hinter der dikrotischen Kerbe, die der Schließung der Aortaklappe entspricht,
wird das arterielle System das elektrische Äquivalent eines kapazitiven
Systems mit einem resistiven Abfluss. Die Arteriengefäße mit ihrem
Volumen und ihrer Elastizität
stellen die Kapazität
des Systems dar, während
die Strömung
durch die kleinen Arteriolen dessen Leckvolumen durch einen Widerstand äquivalent
ist. Die Geschwindigkeit des Druckabfalls in dem arteriellen System
ist eine Anzeige für
die Steigung der arteriellen Druckkurve nach der dikrotischen Kerbe 14.
Wenn das Zeitintervall von der dikrotischen Kerbe 14 zu
dem Zeitpunkt 15, bei dem die Projektion dieser Linie den
Punkt des Arteriendruckes von Null auf der Druckskala schneidet,
d.h. der Schnittpunkt mit der Zeitachse gemessen wird, dann entspricht
dieses Zeitintervall 20, wie in 1 gezeigt,
der Zeitkonstanten des arteriellen Systems.
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Unter
Verwendung dieser Determinanten mittlerer arterieller Druck, Compliance
und Zeitkonstante, ist es möglich,
das Herzzeitvolumen zu berechnen, indem zuerst der gesamte periphere
Widerstand berechnet wird, da das Produkt aus Compliance und gesamtem
peripherem Widerstand gleich der für das System bestimmten Zeitkonstante 20 ist. Der
berechnete gesamte periphere Widerstand kann dann zusammen mit dem
gemessenen mittleren arteriellen Druck verwendet werden, um das
mittlere Herzzeitvolumen zu berechnen. Das mittlere Herzzeitvolumen
ist gleich dem mittleren arteriellen Druck geteilt durch den gesamten
peripheren Widerstand. D.h., das mittlere Herzzeitvolumen ist gleich
dem Produkt aus dem mittleren arteriellen Druck und der Compliance
geteilt durch die Zeitkonstante.
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Nach
Bestimmung des mittleren Herzzeitvolumens ergibt sich das Herzschlagvolumen
aus dem mittleren Herzzeitvolumen geteilt durch die Pulsfrequenz.
Die Pulsfrequenz ist der Kehrwert der Periode der arteriellen Druckkurve,
d.h. der Kehrwert der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Zeitpunkten
der Kurve, z.B. der Systolenzeitpunkte 12, die anhand der arteriellen
Druckkurve gemessen werden können. Die
maximale Herz-Kontraktivität
wird hergeleitet aus dem Maximum 22 des Anstiegs 10 der
arteriellen Druckkurve, die dann angezeigt werden kann entweder
als Druckänderungsgeschwindigkeit
oder, wenn das Schlagvolumen berechnet wurde, als die Volumenänderungsgeschwindigkeit.
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Der
Herzindex kann hergeleitet werden, da dieser das Herzzeitvolumen
in Verhältnis
setzt zu der Größe der Körperoberfläche auf
der Grundlage einer existierenden Formel, die Größe und Gewicht eines Patienten
in Beziehung setzt. Ein weiterer Parameter, dessen Anzeige nützlich sein
kann, ist das systolische Vor-Ausstoß-Intervall, welches das Zeitintervall
vom Beginn der ventrikulären
Aktivität
bis zum Beginn des Druckanstieges ist. Die ventrikulare elektrische
Aktivität
kann mit einem Elektrokardiographen gemessen werden. Wenn eine Verzögerung des
vom Herzen zum Wandler sich fortpflanzenden Pulssignals vorliegt,
kann ein über
der Aortenklappe angeordnetes Mikrophon dazu dienen, ein dem Schließgeräusch der
Aortenklappe entsprechendes Signal abzugeben, welches geringfügig vor
der angezeigten dicrotischen Kerbe liegt, um eine Korrektur für die exakte
Bestimmung dieses Vorgangs in der Zeit zu ermöglichen.
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Die
Rolle des neuen Systems wird von Wert sein als eine Anzeige, für jeden
Moment, der Änderungen
des Herzzeitvolumens und des peripheren Widerstandes. Jegliche Änderungen
im Zusammenhang mit Blutverlust oder Ersatzflüssigkeit werden zu sehen sein,
ebenso Änderungen
im Zusammenhang mit der Verabreichung von Narkosemitteln oder anderen
Wirkstoffen. Die Erzielung einer adäquaten peripheren Durchblutung
wird erheblich erleichtert, und das Verfahren könnte eine Rolle spielen beim
Patientenmanagement bei der Intensivbehandlung sowie im Operationssaal.
Das Verfahren ist auch anwendbar bei Unfall- und Notfalleinheiten
sowie auf allgemeinmedizinischen Stationen. Es wird angenommen, dass
die arterielle Compliance einer Person sich über kleine Zeiträume nicht
stark ändern
wird, obwohl eine allmähliche Änderung über die
Jahre hinweg stattfindet, und wenn diese einmal bestimmt worden
ist, können
die bei einem Patienten auftretenden Parameter leicht von einer
gegebenen Startbasis aus identifiziert werden, so dass eine Disfunktion
leichter bestimmbar ist.
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Es
ist auch daran gedacht, dass das Verfahren Verwendung in tierärztlichen
Praxen haben könnte,
wo ein geeignetes Management des Arteriendruckes erfolgen kann.
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Die
Apparatur zum Bestimmen der Faktoren kann tragbar ausgestattet werden,
so dass sie für Notfalleinsätze vor
Ort oder für
die Patientenversorgung zuhause verwendbar ist.
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Jeder
Mikrokontroller oder Mikrocomputer, wie er den Technikern auf dem
Gebiet der Elektronik oder medizinischen Elektronik wohlbekannt
ist, kann als programmierbare Vorrichtung zum Messen und Berechnen
der oben angegebenen Parameter verwendet werden. Compliance-Tabellen
können
in einem ROM-Chip geliefert werden oder, wenn die Compliance-Werte
aufwertbar sein sollen, in einem EEPROM oder einem Read Most Memory (RMM-Chip),
und der arterielle Druck kann gemessen werden durch einen Wandler,
wobei die Werte nach Umwandlung in digitale Form in den Mikroprozessor
oder Mikrokontroller eingegeben werden. Die Hardware- und Software-Komponenten
sind dem Fachmann bekannt, und es liegt im Durchschnittskönnen eines
Fachmanns, ein Gerät
zur Bestimmung dieser Parameter zu konstruieren oder eine Software zum
Betreiben des Mikrokontrollers oder des Mikroprozessors zur Durchführung dieser
Funktionen zu schreiben.
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Z.B.,
wie in 2 gezeigt, kann eine typische Apparatur einen
Computer 50 umfassen, der einen Eingang 52 von
Sensoren 54, 56, 58 aufweist, die einem
Wandler für
die arterielle Druckkurve, einem akustischen Wandler bzw. einem
oder mehreren Elektrokardiograph-Leitungen
entsprechen. Der Computer 50 enthält eine Prozessoreinheit 53,
die unter Kontrolle einer Software in RAM 55 oder ROM 57 arbeitet,
wobei eine Folge von Software-Schritten durchgeführt wird,
wie in 3 angegeben. Das Ergebnis dieser Software-Schritte liefert
Werte, die als Tabellen 61, 63, 65, 67 in
einer Ausgabevorrichtung 60, wie z.B. eine visuelle Anzeigeeinheit,
eine Kathodenstrahlröhre,
eine Messanzeige oder ähnliche
Vorrichtung oder einen Drucker 59 dargestellt werden können, oder
die in eine weitere Kommunikationsvorrichtung 52 eingegeben
werden können
zur Übertragung
an eine entfernte Stelle entweder über eine Telefonleitung oder über eine
drahtlose Verbindung 69, die Radio, optische Faser, Mikrowellenverbindung od.
dgl. sein kann. Eine Messanzeige kann eine elektromechanische Vorrichtung
oder ein Display mit lichtemittierenden Dioden oder ein Flüssigkristalldisplay sein.
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Gemäß 3 können mit
der Folge von Software-Schritten die folgenden Vorgänge durchgeführt werden.
Die Kurve des peripheren Arteriendrucks wird mittels der Eingabevorrichtung
eingegeben, wie oben erläutert.
Die Kurve kann von der analogen Form in eine digitale Form zur Verarbeitung durch
den Computer umgewandelt werden, wenn es sich um einen digitalen
Computer handelt. Es ist auch daran gedacht, dass verschiedene Berechnungen
und Ausgaben mittels eines Analogrechners durchgeführt werden
können,
obwohl dies weniger bevorzugt ist.
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Nach
Umwandlung der Kurve in eine digitale Form wird die Kurve über eine
Zeitdauer von typischerweise 15 Sekunden gesampelt und gemittelt, um
den mittleren Arteriendruck zu liefern (Schritt 100).
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Die
Zeitkonstante wird berechnet durch Analysieren der Steigung der
Kurve bei der dicrotischen Kerbe und Extrapolation dieser Steigung
auf den Druck Null (Schritt 102). Wenn die Aortenklappe schließt, dann
enthält
die arterielle Blutkurve hierdurch erzeugte Geräuschkomponenten. Die Messung
der Steigung wird deshalb verzögert,
um den Effekt dieses Geräusches
zu minimieren, und wird jede Millisekunde nach Schließen der
Klappe mehrmals gesampelt, um die Zuverlässigkeit der Messung zu bestimmen.
Ferner wird die Steigung dann über eine
Anzahl, z.B. 15, Herzschläge
gemittelt. Dem Computer steht eine Tabelle von Compliance-Werten zur
Verfügung,
die z.B. in ROM 57 gespeichert sind, und die, wie oben
erläutert,
von einer Folge von Nomogrammen hergeleitet sind oder mittels einer
Pulswellen-Geschwindigkeitstechnik, die gleichzeitig mit der arteriellen
Druckkurve bestimmt wird, hergeleitet sind (Schritt 104).
Die Zeitkonstante wird durch die Compliance dividiert, um den gesamten
peripheren Widerstand zu bestimmen (Schritt 106). Der gesamte periphere
Widerstand kann dann zusammen mit dem mittleren arteriellen Druck
dazu verwendet werden, das Herzzeitvolumen zu bestimmen (Schritt 108). Das
Herzzeitvolumen kann dann dazu dienen, verschiedene Folgewerte zu
bestimmen, wie den Herzindex (Schritt 110) und das Herzschlagvolumen (Schritt 112).
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Aus
der arteriellen Druckkurve ergibt sich aus der maximalen Steigung
des Anstiegs der arteriellen Druckkurve vom Beginn der Systole die
Kontraktionsfähigkeit
(Schritt 114). Das Herzschlagvolumen kann dann dazu verwendet
werden, das Herz-Kontraktionsvermögen als
Geschwindigkeit der Volumenänderung
auszudrücken.
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Eine
Berechnung des Zeitintervalls vom Beginn des Anstiegs der arteriellen
Druckkurve bis zur dicrotischen Kerbe liefert die Ausstoßdauer in
Sekunden (Schritt 116).
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Eine
Kombination der arteriellen Druckkurve mit einem ECG-Eingangssignal
vom Eingang 58 und mit dem über der Aorta angeordneten
Mikrophon 56 (zum Detektieren des Schließens der
Aortenklappe) kann zur Ableitung der Zeitdauer vor dem Ausstoß (Schritt 118)
dienen.
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Die
Ergebnisse von diesen Berechnungen oder Schritten können dann
in Tabellenform, oder numerisch oder in histographischer Form 120 für die Interpretation
dargestellt werden, während
die arterielle Druckkurve als eine analoge Kurve 122 dargestellt wird.
Die Darstellung von Ausgangswerten 120 kann z.B. die Werte
für den
systolischen Druck, den diastolischen Druck, die Herzfrequenz, den
mittleren arteriellen Druck, die Compliance, den gesamten peripheren
Widerstand, das Herzzeitvolumen, den Herzindex, das Herzschlagvolumen,
die maximale Kontraktionsfähigkeit
(ausgedrückt
als Volumen und/oder Druckänderung),
die Ausstoßdauer
und die Prä-Ejektionsdauer
umfassen.
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Alternativ
können
diese Werte mittels einer Telekommunikationsverbindung 69 an
eine entfernte Stelle übertragen
werden für
die Auswertung durch einen Spezialisten, z.B. im Fall eines Straßenunfalls oder
bei häuslicher
Behandlung.
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Es
wird nicht für
erforderlich gehalten, in dem in 3 gezeigten
Flussdiagramm die exakte Schrittfolge zum Berechnen der verschiedenen
Werte aufzunehmen, da dies innerhalb des Durchschnittskönnens eines
Programmierers oder Technikers auf diesem Gebiet liegt.
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Obwohl
die Erfindung vorstehend im Bezug auf eine bevorzugte Ausführungsform
beschrieben wurde, können
andere Verkörperungen
innerhalb des Fachwissens eines Fachmanns in Betracht kommen. Z.B.
kann eine andere Technik als die Methode von Penaz, die Methode
von PWV Medical verwendet werden, oder es kann eine invasive Methode
unter Verwendung eines Katheters in der radialen Arterie verwendet
werden, um die arterielle Druckkurve zu bestimmen.