DE60306076T2

DE60306076T2 - Vorrichtung für die nicht-invasive Messung des arteriellen Blutdrucks, insbesonders für die ambulante Überwachung des arteriellen Blutdrucks

Info

Publication number: DE60306076T2
Application number: DE60306076T
Authority: DE
Inventors: Yves Faisandier
Original assignee: Ela Medical SAS
Current assignee: Sorin CRM SAS
Priority date: 2002-11-29
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: DE60306076D1; FR2847795A1; EP1424037A1; US20040143191A1; ATE329526T1; ES2266760T3; EP1424037B1; FR2847795B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur nicht-invasiven Messung des Arteriendrucks, insbesondere bestimmt für das ständige ambulante Verfolgen.
Man kennt mehrere Techniken, um den Arteriendruck zu messen.
Eine erste Technik, die eine ständige Messung ermöglicht, besteht darin, einen intra-arteriellen Katheter einzuführen, der mit einem Drucksensor verbunden ist. Diese Technik, die von Natur aus invasiv ist, wird insbesondere für die Reanimation, in der Chirurgie oder bei bestimmten Forschungen verwendet. Ihr invasiver Charakter und das Risiko einer Blutung machen sie jedoch in der Praxis in einem ambulanten Kontext unverwendbar.
Eine andere Technik, die nicht-invasiv ist und häufig ambulant verwendet wird, besteht darin, den Patienten mit einer periodisch aufgepumpten Armbinde zu versehen. Die Anzeige des Arteriendrucks wird mit aufgepumpter Armbinde durch Messung der Korotkov-Geräusche gegeben (ein Geräusch, das von der Arterie abgegeben wird, wenn sein Druck von der einen Seite auf die andere Seite des Drucks des Ballons oszilliert) oder durch die Pachon-Technik (Messung der Variationen des Volumens der Arterie durch einen zweiten Ballon, der stromabwärts vom ersten angebracht wird).
Diese Technik liefert punktuelle Messungen und indem man sie automatisiert, ist es möglich, Werte des Arteriendrucks zu bestimmten Zeitintervallen zu erhalten, um eine Kurve über eine Dauer von mehreren Stunden oder mehreren Tagen zu rekonstruieren.
Sie weist jedoch eine bestimmte Anzahl von Nachteilen auf. Zunächst stört das periodische Aufpumpen des Ballons den Patienten und kann ihn in der Nacht aufwecken. Da der Druck nicht durchgehend gemessen wird, besteht andererseits das Risiko, eine hypertonische oder hypotonische Krise zu verpassen, wenn diese Krise zwischen zwei Messungen auftritt. Schließlich ist es schwierig, sich ein ambulantes Verfolgen von langer Dauer, während mehrer Tage, vorzustellen, weil die wiederholte Kompression des Gewebes des Gliedmaßes, das in den Ballon gesteckt wird, für den Patienten unerträglich ist.
Eine dritte Messtechnik, die von Natur aus nicht-invasiv und kontinuierlich ist, besteht darin, einen. Ballon zu verwenden, der um ein Gliedmaß (im Allgemeinen einen Finger) angebracht und permanent auf einen Druck aufgepumpt wird, der vom internen Blutvolumen abhängt, wobei das Volumen im Allgemeinen mit Hilfe eines Infrarotstrahls gemessen wird, der den Finger durchschreitet. Man erhält so eine kontinuierliche Kurve des Arteriendrucks.
Diese Technik kann miniaturisiert werden, um ambulant umgesetzt zu werden. Um Überwachungen über Perioden von mehreren Stunden durchzuführen, muss man allerdings vorsehen, dass die Position des Ballons häufig geändert wird, weil die Gewebe die ständige Kompression schlecht vertragen. Eine vorgeschlagene Lösung besteht darin, zwei Ballons anzubringen, jeden auf einem unterschiedlichen Finger, und den einen und den anderen alternativ zu verwenden. Die Komplexität der Durchführung dieser Technik und ihre Unbequemlichkeit für den Patienten begrenzen jedoch ihre häufige Verwendung und ihre Verallgemeinerung für ein ambulantes Verfolgen, insbesondere über eine lange Dauer, wie einen vollständigen Tag oder sogar mehrere aufeinander folgende Tage.
Artverwandte Techniken, die dazu bestimmt sind, den Druck im Herzen zu ermitteln, werden durch das Dokument DE-A-197 40 931 offenbart. Das Dokument realisiert einen Drucksensor, dessen Anzeigen durch phonokardiographische und elektrokardiographische Messungen korrigiert werden.
Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, eine neue Technik zur Messung des Arteriendrucks vorzuschlagen:

– die nicht-invasiver Natur ist,
– die eine ständige und ununterbrochene Messung des Arteriendrucks liefert,
– und die keine Unbequemlichkeit für den Patienten aufweist und so eine ambulante Verwendung ohne Nachteil ermöglicht, einschließlich in den Schlafperioden und über Analysedauern, die mehrere aufeinander folgende Tage erreichen können.

Dazu schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zur Messung des Arteriendrucks vor, die die Eigenschaften aufweist, die im Anspruch 1 aufgezählt sind. Die Unteransprüche zählen subsidiäre und vorteilhafte Ausführungsformen auf.
Es wird jetzt ein Beispiel der Durchführung der Erfindung mit Bezug auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Ausführung mit zwei Sensoren, die auf dem Brustkorb des Patienten angebracht sind.
2 zeigt das phonokardiographische Signal, das durch den oder die Sensoren geliefert wird und von der Vorrichtung analysiert wird.
Die Erfindung besteht im Wesentlichen darin, den Arteriendruck indirekt ausgehend von Geräuschen zu messen, die vom Herzen abgegeben werden.
Man kann in jedem Zyklus eines gesunden Herzens zwei größere Geräusche erkennen:

– das erste Geräusch entspricht dem Schließen der Mitralklappen und zusätzlich der Trikuspidalklappen zu Beginn der ventrikulären Kontraktion (Systole),
– das zweite Geräusch entspricht dem Schließen der Aortaklappen und ergänzend der Pulmonalklappen am Ende der Kontraktion des Herzens.

Diese Geräusche werden durch die Vorrichtung der Erfindung mittels einer phonokardiographischen Apparatur aufgenommen, wobei die Technik darin besteht, auf der Brustkorbwand des Patienten auf der Höhe des Herzens einen Sensor anzubringen, der es ermöglicht, die akustischen Signale, die hauptsächlich durch das Schließen der Herzklappen hervorgerufen werden und durch den Brustkorb übertragen werden, in elektrische Signale (phonokardiographische Signale) umzuwandeln.
Der Sensor kann ein Mikrofon oder abweichend davon ein Beschleunigungsmesser sein, aufweisend einen Frequenzbereich, der ausreichend groß ist und sich über die Infraschallgeräusche erstreckt, typischerweise einen Frequenzbereich in der Größenordnung von 10 bis 500 Hz.
In 1 wurde eine Konfiguration mit zwei Mikrofonen 10, 12 dargestellt, die auf beiden Seiten des Maximalpunkts der Amplitude angebracht wurden und daher im Wesentlichen identische Amplitudensignale aufnehmen. Die Signale dieser Mikrofone werden kombiniert, um ein stabiles mittleres Signal zu liefern, das von einem autonomen tragbaren Gehäuse zur Analyse und Speicherung analysiert wird, vom selben Typ wie die Holter-Vorrichtungen, die für das ununterbrochene ambulante Aufzeichnen elektrokardiografischer Signale verwendet werden.
Das erhaltene Signal ist ein Signal, das periodisch bei jedem Herzzyklus die zwei oben angegebenen größeren Geräusche 16 bzw. 18 aufweist.
Das zweite Geräusch 18 weist eine Amplitude auf, die im Lauf der Zeit variieren kann.
Diese Amplitude ist prinzipiell an die Schockwelle gebunden, die durch das schließen der Aortaklappen unter der Wirkung der Abweichung des Drucks zwischen Aorta und Ventrikel erzeugt wird. Wenn das Ventrikel seine Kontraktion beendet hat, ist der intraventrikuläre Druck schwach und der Aortadruck entspricht dem systolischen Arteriendruck.
Es ist so möglich, eine Beziehung zwischen dem systolischen Arteriendruck und dem zweiten Geräusch zu finden. Durch Analyse der Amplitude ist es so möglich, einen Wert zu liefern, der nachfolgend „phonoarterieller Index" genannt wird und eine relative Anzeige des Werts des Arteriendrucks liefert.
Als eine Variante oder in Ergänzung zur Analyse der Amplitude 20 des zweiten Geräusches 18 ist es möglich, den phonoarteriellen Index ausgehend von anderen Parametern dieses zweiten Geräuschs zu bestimmen, wie etwa der Energie des Signals, der Variation der Ableitung des Signals (insbesondere der Maximalwert dieser Ableitung), des Bereichs des Signals oder der Hauptspitze dieses Signals, oder einer Kombination dieser Parameter.
Die Analyse des phonoarteriellen Index und seine Aufzeichnung über eine lange Dauer wird es dem praktizierenden Arzt ermöglichen, eine Diagnose durchzuführen, diese oder jene Pathologie zu erkennen, das Auftreten und die Bedeutung einer oder mehrerer Hypotensions- oder Hypertensionsepisoden festzustellen, usw.
Im Übrigen kann die Vorrichtung der Erfindung, die wie oben bemerkt wurde, eine relative Anzeige des Arteriendrucks liefert, mit einer anderen Vorrichtung verbunden werden, die eine absolute Messung dieses selben Arteriendrucks realisiert, z.B. eine Vorrichtung, die eine der oben angegebenen Techniken realisiert, die das Aufpumpen eines Ballons mit sich bringen, der um ein Gliedmaß oder um einen Finger herum angebracht wird.
In diesem Fall stellt die Vorrichtung der Erfindung ein kontinuierliches Verfolgen der Variationen des Drucks sicher und wird im Fall einer festgestellten Anomalie (z.B. eines sprunghaften Abfalls des Drucks) die Durchführung der absoluten Druckmessung auslösen können, um die Anzeigen zu vervollständigen, die dem praktizierenden Arzt für seine Diagnose geliefert werden; man riskiert so nicht, eine hyper- oder hypotonische Krise zu verpassen, wenn diese zwischen zwei Messungen stattfindet wie im Fall der Techniken, die nur das periodische Aufpumpen eines Ballons zu vorbestimmten Intervallen verwenden: Im vorliegenden Fall ist es die Vorrichtung der Erfindung, die das Aufpumpen des Ballons steuert, nur wenn die absolute Messung des Drucks nützlich ist.
Umgekehrt kann die Vorrichtung der Erfindung verwendet werden, um eine Vorrichtung zur absoluten Messung des Arteriendrucks zu hemmen, z.B. während der Perioden, in denen der Druck besonders stabil ist, wie in den nächtlichen Phasen: Das periodische Aufpumpen der Armbinde wird während dieser Perioden gehemmt und wird den Patienten während des Schlafs nicht stören.
Die Vorrichtung der Erfindung kann auch mit einer implantierten oder externen Vorrichtung zur Messung und Analyse eines elektrokardiografischen Signals verbunden werden. In der Tat ist es aufgrund der exzellenten Korrelation des phonoarteriellen Index mit dem arteriellen Druck z.B. möglich, eine Synkope von ihrem Anfang an zu entdecken, weit vor der Bradykardie, die durch den Druckabfall hervorgerufen wird. So kann die Entdeckung des Beginns einer Synkope durch die Vorrichtung der Erfindung z.B. ermöglichen, sofort ein detailliertes elektrokardiografisches Aufzeichnen auszulösen, um über feine Messungen des Herzrhythmus verfügen zu können und gegebenenfalls ohne Verzögerung eine geeignete Therapie durchzuführen (durch Steuerung der intrakardialen Prothese oder Abgabe einer medikamentösen Substanz).
Eine korrekte Anwendung der Technik der vorliegenden Erfindung unterstellt einen angemessenen Empfang des Herzgeräuschs, wobei dieser Empfang immer identisch bleiben muss, unabhängig von den Positionsänderungen des Patienten und den Variationen seines Atemzyklus.
Insbesondere im Fall einer ambulanten Aufnahme sind die Positionsänderungen des Patienten wichtig; das Herz bewegt sich im Brustkorb und die akustischen Wellen breiten sich nicht auf dieselbe Art aus, abhängig davon, ob der Patient in stehender, liegender, usw. Position ist. Wenn man daher keine Korrektur durchführt, können die korrelativen Modifikationen des Signals eine schlechte Interpretation der Variationen des Arteriendrucks nach sich ziehen.
Es gibt mehrere Art und Weisen, dieser Schwierigkeit abzuhelfen.
Eine erste Lösung, die oben angesprochen wurde, besteht darin, eine Mehrzahl von Mikrofonen (zwei oder mehr) zu verwenden, die auf beiden Seiten des Maximalpunkts der Amplitude angebracht werden und ein im Wesentlichen identisches Amplitudensignal empfangen. Bei Positionsänderungen wird sich die akustische Schockwelle mehr in Richtung des einen oder des anderen Mikrofons orientieren und eine einfache Berechnung erlaubt es, ein völlig stabiles mittleres Signals ausgehend von zwei oder drei empfangenen Signalen zu erhalten.
Ein andere Lösung besteht darin, ein Referenzelement im Signal selber zu verwenden, z.B. die Amplitude des ersten Geräuschs 16, und die Amplitude des zweiten Geräuschs 18 in Abhängigkeit von diesem Referenzelement zu normalisieren. Im Fall einer Positionsänderung, die die zwei Komponenten identisch verändert, wird man wieder einen völlig stabilen phonoarteriellen Index finden. Dennoch müssen Messungen vorgenommen werden, um Modifikationen des Referenzparameters z.B. aufgrund eines globalen Druckabfalls durch Herzinsuffizienz zu entdecken, was zu einer Verringerung der Amplitude aller Komponenten füh ren würde, ein Phänomen, das es natürlich zu eliminieren gilt, um die Bestimmung des phonoarteriellen Index nicht zu verfälschen.
Noch eine andere Lösung besteht darin, ein Lernen im Moment des Anbringens der Mikrofone durchzuführen, indem der Patient in mehrere verschiedene Positionen gebracht wird und indem für jede Position ein entsprechender Korrekturfaktor ermittelt wird, der später bei jeder Auswertung des phonoarteriellen Parameters in Abhängigkeit von der Position des Patienten zum Zeitpunkt der Messung angewendet werden wird.
Es ist ebenfalls angezeigt, die Atembewegungen des Patienten zu berücksichtigen, die den Empfang des phonokardiografischen Signals nicht stören dürfen. Die Atembewegungen werden in der Tat, indem sie mehr oder weniger Luft in die Lungenflügel einbringen, die einen Absorber darstellen, auf zyklische Weise die Amplitude der durch die Brustkorbwand empfangenen Signale modulieren.
Wenn die Konstante dieser zyklischen Modulation im Verhältnis zu Variationen des phonokardiografischen Signals lang bleibt (typischerweise in der Größenordnung von vier Sekunden), erlaubt es eine einfache Tiefpassfilterung, sie einfach und effizient zu eliminieren.
Nichtsdestotrotz kann es, wenn man eine kurze Antwortzeit für die Vorrichtung erhalten will, vorteilhaft sein, eine adaptive Filterung anzuwenden oder auch eine dynamische Korrektur der Verstärkung. Die adaptive Filterung kann mit Hilfe eines Tiefpassfilters realisiert werden, dessen variable Grenzfrequenz in Abhängigkeit von der Atemfrequenz berechnet wird, wobei letztere ausgehend von der zyklischen Modulation der Amplitude im Bereich 10 bis 20 Zyklen pro Minute erkannt wird. Die dynamische Filterung selbst besteht darin, die Amplitudenvariationen zu erkennen, die es im Lauf des Atemzyklus gibt und die Verstärkung in Abhängigkeit von der Phase dieses Zyklus zu modulieren. Diese Techniken sind für sich wohl bekannt und werden nicht weiter im Detail beschrieben werden.
Die Erfindung ist insbesondere auf externe ambulante Aufzeichnungsvorrichtungen anwendbar, wie etwa die Modelle SYNEFLASH und SYNEVIEW von der Firma ELA Médical, Montrouge, Frankreich. Es handelt sich um Vorrichtungen mit Mikroprozessor, die einfach durch Einbau ausführbarer Softwarekomponenten angepasst werden können, die entworfen sind, um die oben beschriebenen Funktionen der Erfindung auszuführen. Da die Anpassung dieser Vorrichtungen an die Durchführung der Erfindung im Rahmen des Könnens des Fachmann ist, wird sie hier nicht im Detail beschrieben werden. Was das phonokardiografische Signal betrifft, kann es auf an sich bekannte Weise erfasst und verarbeitet werden, indem z.B. die Mittel verwendet werden, die in der EP-A-0 714 627 (ELA Médical) beschrieben werden.

Claims

Vorrichtung zur nicht-invasiven Messung des Arteriendrucks, insbesondere für das ständige ambulante Verfolgen des Arteriendrucks, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung den Arteriendruck auf indirekte Weise anhand der vom Herzen abgegebenen Geräusche misst, und dass sie folgendes umfasst: – mindestens einen Sensor (10; 12), der an einem Punkt der Brustkorbwand des Patienten angeordnet werden kann, und dazu geeignet ist, die durch den Brustkorb übertragenen, durch das Schließen der Herzklappen verursachten akustischen Signale in ein elektrisches phonokardiographisches Signal umzuwandeln, – Unterscheidungsmittel, die geeignet sind, in dem phonokardiographischen Signal ein Vibrationsprofil (18) zu erkennen und zu entnehmen, das mit dem zweiten Herzgeräusch zusammenhängt, welches regelmäßig am Ende einer Systole erzeugt wird, und – Analysemittel, die geeignet sind, wenigstens einen vorbestimmten Parameter des Vibrationsprofils zu analysieren und in Antwort darauf in Abhängigkeit dieses Parameters (dieser Parameter) einen den Arteriendruck repräsentierenden phonoarteriellen Kennwert zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit Mitteln zur Speicherung des phonokardiographischen Signals, roh oder vorbearbeitet, und bei welcher die Unterscheidungs- und Analysemittel das gespeicherte phonokardiographische Signal zeitversetzt verarbeiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der Parameter ein Parameter aus der Gruppe enthaltend die Amplitude (20), welche die Extrema des phonokardiographischen Signals über die Dauer des Profils (18) trennt, die Energie dieses Signals, die Veränderung der Ableitung dieses Signals, die Fläche dieses Signals, oder einer Kombination dieser Parameter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Analysemittel Mittel umfassen, um auf den Parameter (die Parameter) einen von einem Profil zum anderen variablen Gewichtungswert anzuwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher: – die Unterscheidungsmittel ebenfalls geeignet sind, in dem phonokardiographischen Signal ein anderes Vibrationsprofil (16) zu erkennen und zu entnehmen, das mit dem ersten Herzgeräusch zusammenhängt, welches regelmäßig zu Beginn einer Systole erzeugt wird, – die Vorrichtung Mittel zur Analyse wenigstens eines vorbestimmten Parameters dieses anderen Vibrationsprofils umfasst, die geeignet sind, einen Gewichtungswert in Abhängigkeit zu diesem Parameter (diesen Parametern) zu liefern.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, mit wenigstens zwei Sensoren, sowie Mitteln, um die durch diese Sensoren gelieferten Signale zu einem einzigen durchschnittlichen Signal zu kombinieren, das an die Unterscheidungsmittel angelegt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, außerdem mit Mitteln zur Bestimmung der Körperstellung des Patienten, sowie Lernmitteln, die geeignet sind, vorab eine Vielzahl von mittleren Pegeln des phonokardiographischen Signals in Abhängigkeit entsprechender Körperstellungen zu speichern, und bei welcher die Analysemittel Mittel umfassen, um auf den (die) Parameter einen Gewichtungswert abhängig vom mittleren, für die zum Zeitpunkt der Analyse bestehende Körperstellung gespeicherten Pegel anzuwenden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit Mitteln zur Tiefpassfilterung des phonoarteriellen Kennwertes.
Vorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin mit Mitteln zur Bestimmung der Atmungsfrequenz, und bei welcher die Tiefpassfiltermittel Mittel zur adaptiven Filterung mit variabler Grenzfrequenz in Abhängigkeit des Atmungsfrequenzwertes zum Zeitpunkt der Analyse sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit Mitteln zur Analyse des Atmungszyklus, sowie Mitteln zur Filterung des phonoarteriellen Kennwerts, wobei diese Filtermittel dynamische Filtermittel mit in Abhängigkeit der zum Zeitpunkt der Analyse vorliegenden Phase des Atmungszyklus variabler Verstärkung sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit anderen Mitteln zur Messung des Arteriendrucks, die geeignet sind, einen Absolutwert des Arteriendrucks zu liefern, bei welcher diese anderen Messmittel selektiv in Abhängigkeit des durch die Analysemittel gelieferten phonoarteriellen Kennwerts aktiviert oder gehemmt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit Mitteln zur Steuerung einer Vorrichtung zur Messung und zur Analyse eines elektrokardiographischen Signals und/oder zur Umsetzung einer Therapie.