DE69304083T2

DE69304083T2 - Drucksignal-Verarbeitungsgerät und Verfahren für ein automatisches Blutdruckmessinstrument

Info

Publication number: DE69304083T2
Application number: DE69304083T
Authority: DE
Inventors: Scott W Newell
Original assignee: Siemens Medical Systems Inc
Current assignee: Draeger Medical Systems Inc
Priority date: 1992-01-17
Filing date: 1993-01-05
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2013-01-06
Also published as: CA2087394C; JP3316016B2; EP0551815B1; EP0551815A1; DE69304083D1; JPH05253197A; US5224484A; CA2087394A1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum automatischen Messen des Blutdrucks einer Person und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verarbeiten eines Drucksignals eines automatischen Blutdruckmeßinstruments, welches eine Signalkomponente des Blutdruckpulses enthält.

2. Stand der Technik

Ein herkömmliches automatisches Blutdruckmeßinstrument umfaßt eine elastische, aufbiasbare Manschette und eine elektrische Pumpe. Die Pumpe wird von einem Mikroprozessor gesteuert, um die Manschette mit einem Fluid wie Luft auf einen voreingestellten Druck aufzupumpen. Zusätzlich umfaßt dieses automatische Meßinstrument einen Druckwandler, der die Momentanwerte des Luftdrucks in der Manschette mißt. Das von dem Wandler erzeugte Drucksignal wird dazu benutzt, sowohl den augenblicklichen Luftdruck in der Manschette als auch den Blutdruckpuls der Person zu bestimmen. Dieses Drucksignal wird üblicherweise einer Bandpaß-Filterung unterzogen, digitalisiert und von dem Mikroprozessor verarbeitet, um die Meßwerte für den mittleren, den systolischen und den diastolischen Blutdruck der Person darstellende Werte zu erzeugen.
Im Betrieb wird die Manschette im Bereich des Oberarms (oder einer anderen Extremität) des Patienten befestigt und dann auf einen Druck, welcher größer als der erwartete systolische Druck ist, beispielsweise 20.000 bis 26.665 Pa (150 bis 200 mmHg), aufgepumpt. Dieser Druckpegel komprimiert die Hauptarterie im Arm und unterbricht wirksam jeglichen Blutfluß zum Unterarm. Anschließend wird die Manschette langsam entleert und das von dem Druckwandler bereitgestellte Signal kontrolliert, um Schwankungen des Manschettendrucks zu detektieren, die durch den Blutdruckpuls des Patienten hervorgerufen werden, welcher mechanisch in die Manschette eingekoppelt wird.
Im allgemeinen hat die Pulskomponente des Drucksignals eine relativ niedrige Amplitude in der Größenordnung von einem Prozent des Gesamtsignals. Ein mit niedrigem Pegel detektiertes Blutdrucksignal erscheint zum ersten Mal dann, wenn der Manschettendruck auf einen Pegel abgesenkt ist, der einen gewissen Blutfluß in die komprimierte Arterie erlaubt. Während des Fortschreitens der Manschettenentleerung wächst die Amplitude des Blutdruckpulssignals in dem Maße an, wie es der komprimierten Arterie möglich ist, sich als Reaktion auf die Pumpwirkung des Herzens weiter auszudehnen. An einem gewissen Punkt erreicht das Pulssignal jedoch eine maximale Amplitudenhöhe und beginnt dann abzunehmen. Dieses Abnehmen der Amplitude tritt in dem Maße auf, wie die Arterie sich vollständiger öffnet, das gepumpte Blut dabei fließt, ohne die Arterie wesentlich zu erweitern, und der Grad der mechanischen Kopplung zwischen der Manschette und dem Arm des Patienten verringert wird.
Bei vielen Systemen zur automatischen Blutdruckmessung werden der systolische und der diastolische Druck auf der Grundlage desjenigen Manschettendrucks bestimmt, bei dem das Blutdruckpulssignal eine maximale Amplitude aufweist. Solch ein System wird in der US-Patentschrift 4 735 213 mit der Bezeichnung DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING SYSTOLIC BLOOD PRESSURE (Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung des systolischen Blutdrucks) beschrieben. Bei diesem System wird der diastolische Blutdruck als derjenige Manschettendruck bestimmt, bei dem, nachdem die maximale Pulsamplitude gemessen worden ist, die Amplitude des Pulssignais 70% ihres Maximalwertes beträgt.
Ein weiteres Beispiel eines System ist in der US-Patenschrift 4 949 710 mit der Bezeichnung METHOD OF ARTIFACT REJECTION FOR NONINVASIVE BLOOD-PRESSURE MEASUREMENT BY PREDICTION AND ADJUSTMENT OF BLOOD-PRESSURE DATA (Verfahren zur Artefaktenunterdrückung bei eingriffsfreier Blutdruckmessung durch Vorhersage und Anpassung von Blutdruckdaten) beschrieben. Bei diesem System werden der systolische und diastolische Blutdruckpegel als die jeweiligen Manschettendrücke bestimmt, welche derjenigen Amplitude des Blutdruckpulssignals entsprechen, die 60% des Maximalwertes vor Erreichen des Maximaiwertes beträgt beziehungsweise 80% des Maximaiwertes nach Erreichen des Maximalwertes.
Figur 1a ist eine graphische Auftragung des Drucksignals gegen die Zeit für ein herkömmliches automatisches Blutdruckmeßinstrument. Dieses Signalbeispiel wurde erzeugt, indem die Manschette rasch auf einen voreingestellten, über dem systolischen Druck liegenden Anfangsdruck aufgepumpt wurde, auf einen Druck unterhalb des diastolischen Drucks linear entleert und anschließend für den Rest der Strecke rasch entleert wurde. Das Blutdruckpulssignal ist als eine dem linearen Entleerungsabschnitt der Druckkurve überlagerte Wellenform dargestellt. Im Interesse der Deutlichkeit ist in Figur 1a die relative Amplitude dieses Pulssignals übertrieben.
Figur 1b ist eine graphische Auftragung des in Figur 1a gezeigten Blutdruckpulssignals nach Abtrennung vom linear abnehmenden Drucksignal. Figur 1c ist eine graphische Auftragung der Amplitudenspitze des in Figur 1b gezeigten Signals. Wie in Figur 1c dargestellt, nimmt die Amplitude des Pulssignals allmählich bis zu einem Zeitpunkt 5 zu, bei welchem der linear abnehmende Manschettendruck gleich dem systolischen Druck des Patienten ist. Die Amplitude des Pulssignals nimmt dann mit einer höheren Rate vom Zeitpunkt S bis zu dem Zeitpunkt M zu, bei welchem die maximale Amplitude erreicht wird. Der Blutdruckpegel, welcher dieser maximalen Pulsamplitude entspricht, wird gemeinhin als mittlerer arterieller Druck (MAP) bezeichnet. Ab dieser maximalen Amplitude nimmt das Pulssignal bis zu einem Zeitpunkt D, bei welchem der Manschettendruck gleich dem diastolischen Druck ist, rasch ab. Ab dem Zeitpunkt D verringert sich die Signalamplitude, bis die Manschette vollständig entleert ist.
Um den systolischen und diastolischen Druck des Patienten genau zu bestimmen, ist es wichtig, eine gleichmäßige Abtastdichte der Meßpunkte, welche die Kurve 1b definieren, sicherzustellen. Dies wird zum Teil dadurch erreicht, daß man sicherstellt, daß die in Figur 1a gezeigte Entleerungskurve im wesentlichen linear ist.
Die Entleerung eines Behälters mit festem Volumen durch eine Öffnung mit unveränderlichem Querschnitt erzeugt eine Druckentleerungskurve, die einer abnehmenden Exponentialkurve nahekommt. Ein Verfahren zum Erzielen einer linearen Entleerungskurve besteht darin, ein Ventil mit einem regelbaren Öffnungsquerschnitt, beispielsweise ein Nadelventil, zu verwenden, welches mechanisch betätigt werden kann, um seinen Öffnungsquerschnitt zu verändern. Ventile dieser Art können jedoch schwierig zu regeln sein.
Die Größe der Ventilöffnung kann durch Einsatz eines Regelkreissystems geregelt werden, welches den Öffnungsquerschnitt des Ventils in einer Weise verändert, welche die erste Ableitung des gemessenen Manschettendrucks im wesentlichen konstant hält. Es ist wünschenswert, einen Regelkreis mit einer relativ kurzen Zeitkonstante zu verwenden, um Fehler zu minimieren und eine kurze Ausregelzeit, beispielsweise bei durch Patientenbewegungen verursachten vorübergehenden Druckschwankungen, sicherzustellen.
Eine solche Art von System kann jedoch die Messung der Blutdruckpulse beeinträchtigen. Es kann die Blutdruckpulssignale als eine vorübergehende Druckschwankung interpretieren und versuchen, diese zu kompensieren, um eine konstante Entleerungsrate aufrechtzuerhalten. Dieser Vorgang kann unerwünschterweise die Amplitude einiger der Pulse verringern und dadurch die Form der in Figur 1c gezeigten Pulsamplitudenkurve verändern.
Ein weiteres Problem kann auftreten, wenn das System für die Manschettenentleerung geschaltete Magnetventile verwendet, um eine gewünschte Entleerungsrate zu erzielen. Während diese Ventile einund ausgeschaltet werden, wird ein welliges Drucksignal erzeugt, das durch den Druckwandler der Blutdruckmeßeinrichtung erfaßt wird.
Um kostengünstig zu sein, sollte die Schaltfrequenz des Ventils so niedrig wie möglich gehalten werden. Wenn so verfahren wird, können die von dem Schaltsignal herrührenden Signalkomponenten jedoch das Blutdruckpulssignal stören. Diese Komponenten werden gewöhnlich durch Verwendung eines Tiefpaßfilters beseitigt, welches eine Grenzfrequenz zwischen der höchsten Pulsfrequenz, die von Interesse sein kann, und der Schaltfrequenz hat.
Das Frequenzspektrum des Blutdruckpulssignals kann jedoch signifikante Komponenten aufweisen, die Frequenzbänder zwischen der Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters und der Schaltfrequenz des Ventils belegen. Diese Komponenten des Pulssignals können unerwünschterweise durch das Tiefpaßfilter, welches das Schaltsignal entfernt, gedämpft werden, wodurch die Pulswellenform verzerrt wird. Diese Verzerrung kann fehlerhafte Pulsamplitudenmessungen zur Folge haben.
Bei herkömmlichen Systemen wird dieses Problem entweder durch Verwendung einer anderen Art von Entleerungsventil oder durch die Wahl einer Ventilschaltfrequenz gelöst, welche weit oberhalb des Frequenzbandes liegt, das durch das Blutdruckpulssignal belegt werden kann. Diese Wahl kann unerwünschterweise den Bereich der effektiven, vom Ventil bereitgestellten Durchflußraten einschränken, oder sie kann die Kosten des Gerätes erhöhen, wenn ein Hochleistungsmagnetventil benötigt wird, um mit der erwünschten Schaltfrequenz zu arbeiten.
Ein damit zusammenhängendes Problem tritt auf, wenn das Drucksignal ein durch Abtastung gewonnenes Datensignal ist. Selbst wenn die Frequenz des Ventilschaltsignals viel höher liegt als die Frequenz des Blutdruckpulssignals, kann das Abtastsystem ein Artefakt des Schaltsignals in das detektierte Drucksignal einfügen. Dieses Artefakt tritt auf, wenn das Schaltsignal wegen der Faltungsverzerrung des Abtastdatensignals in eine Frequenz in demselben Frequenzband wie das Blutdruckpulssignal übertragen wird.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wird durch ein automatisches Blutdruckmeßgerät verkörpert, in dem ein Drucksignal von einer sich entleerenden Manschette abgetastet und verabeitet wird, um ein Pulssignal zu detektieren. Dieses Gerät verwendet ein geschaltetes Magnetventil, um eine gewünschte charakteristische Kurve für die Manschettenentleerung zu erzielen. Dieses Ventil hat ein vergleichsweise niederfrequentes Schaltsignal. Das System beinhaltet ein Kerbfilter, das so eingestellt ist, daß es die Ventilschaltfrequenz deutlich dämpft und alle mit dem Ventilschaltsignal verknüpften Signalkomponenten aus dem Pulssignal entfernt. Eine einzelne Taktquelle stellt sowohl ein Taktsignal bereit, das für das Abtasten des Manschettendrucksignals verwendet wird, als auch das niederfrequente Ventilschaltsignal.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zwei Entleerungsventile mit jeweils verschiedenen Durchflußraten verwendet, um einen vergleichsweise großen Bereich effektiver Durchflußraten für die Entleerung zu erhalten.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird das Drucksignal unter Verwendung eines Sigma-Delta Analog/Digital-Wandlers abgetastet und digitalisiert und die Ventilschaltfrequenz so gewählt, daß sie innerhalb des Bandes der Frequenzen liegt, die von dem Analog/Digital-Wandler digitalisiert werden, um dadurch alle Faltungskomponenten des Ventilschaltsignals in dem Pulssignal im wesentlichen zu eliminieren.

KURZE DARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN

Figuren 1a bis 1c, mit dem Vermerk 'Stand der Technik' versehen, sind graphische Darstellungen, welche die gemessenen Druckveränderungen gegen die Zeit zeigen und für die Beschreibung des Rahmens von Nutzen sind, in dem die vorliegende Erfindung arbeitet.
Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines automatischen Blutdruckmeßsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 und 3a sind Flußdiagramme, welche für die Beschreibung der Arbeitsweise des Mikroprozessors 216 von Nutzen sind.
Figur 4 ist ein Blockschaltbild einer Schaltung, die geeignet ist, als der in Figur 2 gezeigte Einschaltdauer-Modulator verwendet zu werden.
Figur 5 ist ein Flußdiagramm, welches veranschaulicht, wie der in Figur 2 gezeigte Mikroprozessor den in Figur 4 gezeigten Einschaltdauer-Modulator steuert.
Figur 6 ist ein Flußdiagramm, welches den Prozeß veranschaulicht, durch welchen der in Figur 2 gezeigte Mikroprozessor aus dem Manschettendrucksignal das Blutdruckpulssignal extrahiert.
Figur 6a ist eine graphische Auftragung der Amplitude gegen die Frequenz, welche für die Beschreibung des in Figur 6 gezeigten Vorgangs von Nutzen ist.
Figuren 7a bis 7d sind graphische Auftragungen der Amplitude gegen die Zeit, welche zur Bescheibung des in Figur 6 gezeigten Vorgangs von Nutzen sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels für ein automatisches Blutdruckmeßinstrument gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses Meßinstrument enthält eine herkömmliche Blutdruckmanschette 210, welche durch eine elektrische Pumpe 212 mittels eines Luftkanals 211 aufgepumpt werden kann. Der Pumpenmotor wird durch eine Motorsteuerung 214 ein- und ausgeschaltet, welche auf von einem Mikroprozessor 216 bereitgestellte Signale anspricht. Ein Beispiel für eine Pumpe zur Verwendung bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine durch einen Gleichstrommotor angetriebene Membranpumpe.
Die Manschette wird mittels zweier gesteuerter Magnetventile DV1 und DV2 entleert. Geöffnet hat das Ventil DV1 des Ausführungsbeispiels eine Durchflußrate von 570 Standard-Milliliter pro Minute (Std mumm) bei einem Differenzdruck von 22.665 Pa (170 mmHg), und das Ventil DV2 des Ausführungsbeispiels hat eine Durchflußrate von 1.341 Std ml/mm bei einem Differenzdruck von 2.666 Pa (20mmHg). Diese Ventile können in 1,4 Millisekunden (ms) und 6 ms geöffnet beziehungsweise geschlossen werden. Bei normalem Betrieb ist bei dieser Ausführungsform der Erfindung zu jedem Zeitpunkt nur eines der Ventile geöffnet. Durch Steuerung des prozentualen Zeitanteils innerhalb jedes Zyklus während dem das Ventil geöffnet und geschlossen ist, kann die Öffnungszeit des Ventils effektiv gesteuert werden. Diese Öffnungszeit bestimmt die mittlere Durchflußrate der Luft durch das Ventil. Die Auswahl der Durchflußraten der Ventile DV1 und DV2 erlaubt es dem Mikroprozessor 216, den Druck in der Manschette mit einem vergleichsweise hohen Genauigkeitsgrad zu steuern.
Der Mikroprozessor 216 steuert die Ventile DV1 und DV2 mittels eines Einschaltdauer-Modulators 230. Der Modulator 230, welcher weiter unten unter Bezugnahme auf Figur 4 genauer beschrieben wird, erzeugt ein Signal von 20,35 Hz, welches ein ausgewähltes der beiden Ventile DV1 und DV2 steuert. Die Einschaltdauer von diesem Signal wird gesteuert, um die effektive ffnung des ausgewählten Ventils und somit die Rate, mit der die Manschette 210 entleert wird, zu bestimmen.
Der Mikroprozessor 216 kontrolliert den Luftdruck in der Manschette mittels eines herkömmlichen Druckwandlers 218, welcher über eine Leitung 217 an den Luftkanal 211 angeschlossen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Druckwandler von der herkömmlichen Art mit Halbleiter-Dehnmeßstreifen. Das von dem Wandler 218 erzeugte Signal wird durch einen rauscharmen Meßverstärker 220 verstärkt, welcher ein Signal erzeugt, das an einen Analog/Digital-Wandler (ADC) 222 angelegt wird. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der ADC 222 ein 16-Bit-Sigma-Delta- Analog/Digital-Wandler. Der ADC 222 erzeugt Abtastwerte mit einer Rate von annähernd 50 Hz. Ein Frequenzteiler 226 ist so angeschlossen, daß er ein Taktsignal CLK empfängt, welches von einem quarzgesteuerten Taktsignalgenerator 224 erzeugt wird. Dieses Signal wird frequenzgeteilt, um ein geeignetes Taktsignal für den ADC 222 zu erzeugen.
Der ADC 222 des Ausführungsbeispiels umfaßt ein sechspoliges Gauß-Tiefpaßfilter (nicht gezeigt), welches über ein Paßband von 0 bis 6,5 Hz verfügt. Da die wirksame Abtastrate des Filters 50 Hz beträgt, gibt es keine Faltung des 20,35 Hz Ventilschaltsignals in das von dem Blutdruckpulssignal belegte Frequenzband (0,5 Hz bis 6 Hz). Das Tiefpaßfilter dämpft stattdessen die Amplitude der Ventilschaltsignalkomponente des Drucksignals um mehr als 20 dB.
Das von dem ADC 222 in Form von Abtastwerten bereitgestellte Drucksignal wird von dem Mikroprozessor 216 kontrolliert, um die Pumpe 212 anzuhalten, wenn der gewünschte Manschettenanfangsdruck erreicht ist, um den Durchfluß durch die Entleerungsventile DV1 und DV2 zu steuern und um die Meßwerte für den mittleren, den systolischen und den diastolischen Blutdruck der Person zu bestimmen.
Die Blutdruck-Meßwerte werden auf einem Anzeigegerät 231 dargestellt. Um diese Werte zu erzeugen, wird der Mikroprozessors 216 durch ein in dem Speicher 228 gespeichertes Programm gesteuert. Der Speicher 228 weist auch Speicherzellen auf, die zum Speichern temporärer Daten verwendet werden können. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel besteht der Programmspeicherteil des Speichers 228 aus einem Festwertspeicher (ROM), während der Datenspeicherteil ein Direktzugriffsspeicher (RAM) ist.
Der Mikroprozessor 216 übernimmt die von dem ADC 222 mit der Rate von 50 Hz erzeugten Abtastwerte. Anschließend werden diese Abtastwerte durch den Mikroprozessor 216 weiterverarbeitet, um noch jegliche mit dem Ventilschaltsignal verknüpfte Signalkomponenten herauszufiltern und das Pulssignal zu extrahieren, wie weiter unten mit Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Figur 6 beschrieben.
Die von dem ADC 222 bereitgestellten Abtastwerte werden von dem Mikroprozessor 216 auch in Gruppen zu 45 verarbeitet, um ein rauscharmes Manschettendrucksignal sowie dessen erste Ableitung zu erhalten. Das Signal der ersten Ableitung gibt die Ist-Änderungsrate des Manschettendrucks wieder. Diese Signale, welche eine effektive Abtastrate von 1,11 Hz aufweisen, werden dazu verwendet, die Entleerungsventile DV1 und DV2 entsprechend dem in Figur 3 gezeigten Vorgang zu steuern.
Beim ersten Schritt dieses Vorgangs, Schritt 310, wird das Anfangsvolumen V der Manschette berechnet, eines der Entleerungsventile DV1 oder DV2 ausgewählt und eine anfängliche Einstellung des Durchflusses für das ausgewählte Ventil berechnet. Der Vorgang zum Bestimmen des Anfangsvolumens der Manschette ist in Figur 3a dargestellt.
In Figur 3a setzt der Mikroprozessor 216 bei Schritt 350 eine Variable P auf den aktuellen Druckmeßwert, der von dem Druckwandler 218 erhalten wird, und eine Variable I auf die aktuelle Aufpumprate. Die Aufpumprate ist ein Differenzdruckwert, der durch numerisches Differenzieren des von dem Wandler 218 bereitgestellten Drucksignals über die letzten 45 Abtastwerte erhalten wird. Wie unten ausgeführt, sind neue Werte für P und I in Zeitabständen von 900 ms erhältlich.
Bei Schritt 352 wird der als Variable P gespeicherte Wert mit einem Sollwert für den Enddruck verglichen. Wenn der Wert von P kleiner als dieser Sollwert ist, wird anschließend Schritt 350 ausgeführt, um das Aufpumpen der Manschette und ebenso das Messen des Manschettendrucks und der Aufpumprate fortzusetzen.
Wenn bei Schritt 352 der Wert der Variablen P größer gleich dem Sollwert des Enddrucks ist, wird die Steuerung auf Schritt 356 übertragen. Bei diesem Schritt signalisiert der Mikroprozessor 216 der Motorsteuerung 214, die Pumpe 212 und damit das Aufpumpen der Manschette zu stoppen. Zusätzlich benutzt der Mikroprozessor 216 den in der Variablen P gespeicherten aktuellen Druckwert als Index für eine Tabelle, die die aktuelle Pumpendurchflußrate PF liefert. Im Schritt 358 werden die Werte PF und I in die Gleichung (1) eingesetzt, um das Anfangsvolumen der Manschette zu berechnen.
V = (PF * 760) / I (1)
In dieser Gleichung ist PF die Durchflußrate der Pumpe, wenn der Manschettendruck seinen Enddruck-Sollwert erreicht hat, I ist die aktuelle Aufpumprate, und der Wert 760 stellt den Druck des Fluids dar, welches in die Manschette gepumpt wird (der Durchfluß wird unter Standardbedingungen angegeben - 1 Atmosphäre = 101.325 Pa (760 mmHg)).
Die Aufpumprate wird, wie oben ausgeführt, aus dem Differenzsignalwert erhalten, welcher durch die letzte Gruppe von 45 Abtastwerten erzeugt wird. Der Wert PF wird anhand einer Tabelle des Pumpendurchflusses gegen den Manschettenstaudruck (BP) bestimmt. Eine beispielhafte Tabelle ist als Tabelle 1 wiedergegeben. In dieser Tabelle sind die Werte des Pumpendurchflusses durch einen Faktor 50 dividiert. Die Tabellenwerte betragen somit PF/50. TABELLE 1
Diese Tabelle wurde experimentell erstellt. Um eine Tabelle für eine andere Pumpe als die in dem Ausführungsbeispiel verwendete zu erstellen, wird die Pumpe mit einem Druckmeßinstrument und einem steuerbaren Drosselkörper wie einem Nadelventil verbunden. Der Ausgang des Nadelventils wird mit einem Durchflußmesser verbunden. Der Drosselkörper wird so eingestellt, daß auf dem Druckmeßinstrument ein gegebener Staudruck-Meßwert erzeugt wird. Der von der Pumpe bei diesem Staudruck erzeugte Durchfluß wird mit dem Durchflußmesser gemessen und aufgezeichnet. Diese Schritte werden für alle Staudruckwerte wiederholt, welche die Pumpe bei normalem Betrieb erfahren kann. Um für einen gegebenen gemessenen Manschettendruck den Pumpendurchfluß zu bestimmen, wird die Tabelle mit dem Manschettendruck indexiert. Für Druckwerte, welche nicht in der Tabelle enthalten sind, wird der Wert des nächstniedrigeren Eintrags verwendet.
Als Alternative zur Verwendung dieser Tabelle kann ein einzelner Wert angesetzt werden, welcher den Nenndurchfluß der Pumpe in einem Bereich von Staudrücken darstellt, die wahrscheinlich angetroffen werden, wenn das Manschettenvolumen zu bestimmen ist. Dieser Wert kann beispielsweise experimentell ermittelt werden, da die mittlere Durchflußrate der Pumpe bei Staudrücken zwischen 20.000 und 26.665 Pa (150 mmHg und 200 mmHg) für Manschetten für Erwachsene angemesssen sein kann.
Sobald das Anfangsvolumen der Manschette bestimmt worden ist, wird der Anfangswert der Ventilsteuervariablen FA für das Entleerungsventil DV1 oder DV2 unter Verwendung der Gleichungen (2) und (3) berechnet. Der Wert von FA ist eine Kombination aus einer vorausberechneten Ventilsteuervariablen FP und einem Rückkopplungsterm Ffb.
FP = V * R * KP (2)
FA = FP + Ffb(0) (3)
In Gleichung (2) ist R die gewünschte Entleerungsrate, beispielsweise 800 Pa/s (6 mmHg/s), und KP ist ein experimentell bestimmter Faktor, der für unterschiedliche Manschettendrücke die gewünschte Durchflußrate erzeugt. Der Wert für diesen Term hängt davon ab, ob eine Manschette für Erwachsene oder eine Manschette für Neugeborene verwendet wird. Beispiele von Werten von KP für verschiedene Druckwerte für Erwachsenenmanschetten (ACP) sind unten in Tabelle 2 gegeben. Die Werte in dieser Tabelle sind für die Verwendung bei den meisten Standardmanschetten für Erwachsene geeignet (beispielsweise Arm bis Oberschenkel). Bei Manschetten für Neugeborene findet eine unterschiedliche Menge von Werten (nicht gezeigt) Anwendung. Der Manschettendruck in der Tabelle ist in Einheiten von Pa/133,322 (mmHg) angegeben. TABELLE 2
Der Term Ffb(0) in Gleichung 3 ist der Anfangswert eines Rückkopplungs-Korrekturterms Ffb(t). Der Algorithmus zur Ermittlung des Wertes dieses Terms, während die Manschette entleert wird, ist unten ausgeführt. Der Wert von Ffb(0) wird für Erwachsenenmanschetten auf -0,25 * FP gesetzt. Dieser Term kompensiert den anfänglichen Abfall des Manschettendrucks am Ende der Aufpumpphase, der von der Freigabe von Wärmeenergie der komprimierten Luft in der Manschette herrührt.
Der Wert FA definiert die Ventilisteinstellung von DV1. Falls dieser Wert außerhalb des Bereiches von DV1 liegt, wird der Wert von FA für die Verwendung von DV2 skaliert. Wie unten unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben, wird dieser Wert in Einschaltdauern für eines der zwei Ventile DV1 und DV2 umgewertet.
Der nächste Schritt in dem in Figur 3 gezeigten Flußdiagramm, Schritt 314, besteht darin, bis zum Beginn der nächsten Aktualisierungsperiode zu warten. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Einstellung der Ventile DV1 oder DV2 in Zeitabständen von 900 ms aktualisiert. Während dieser Zeit bestimmt der Mikroprozessor den aktuellen Manschettendruck aus den 45 neuesten, vom ADC 222 bereitgestellten Druckabtastwerten. Wie oben beschrieben, werden diese Abtastwerte verarbeitet, um ungewünschte Rauschspitzen zu eliminieren. Das Resultat dieser Verarbeitung ist ein rauschärmeres Manschettendrucksignal.
Bei Schritt 316 wird dieses Manschettendrucksignal numerisch über das Intervall der 45 Abtastungen differenziert, um ein Signal zu erzeugen, welches die Ist-Entleerungsrate darstellt. Dieser Schritt kann beispielsweise jeden Druckabtastwert vom vorhergehenden Abtastwert subtrahieren und die Ergebnisse mitteln, um für das Intervall, in dem die 45 Druckabtastungen durchgeführt wurden, ein Abtastwertsignal für die Entleerungsrate bereitzustellen. Ebenso wird bei Schritt 316 durch Anwendung der Gleichung (2) die Schätz-Ventileinstellung FP bestimmt, indem der neueste Abtastwert des Manschettendrucks als Index für Tabelle 2 verwendet wird.
Bei Schritt 318 wird die Differenz Re zwischen der bei Schritt 316 berechneten Ist-Entleerungsrate und der Soll-Entleerungsrate berechnet. Die Soll-Entleerungsrate beträgt bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform 800 Pa/s (6 mmHg/s).
Bei Schritt 320 verwendet der Mikroprozessor 216 den in Schritt 318 berechneten Wert Re und die Gleichung (4) um einen Rückkopplungsterm Ffb(t) für das aktuelle Zeitintervall t zu berechnen.
Ffb(t) = (V * Re * KG) + Ffb(t-1) (4)
In Gleichung (4) ist KG ein Verstärkungsfaktor für die Rückkopplung. Dieser Faktor wird experimentell ermittelt, um eine gewünschte Kreiszeitkonstante des Rückkopplungskreises zu erzeugen. In dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat dieser Faktor einen Wert von 0,31.
Der Faktor V für das Anfangsvolumen im ersten Term der Gleichung normiert das dynamische Verhalten des Rückkopplungsreglers für verschiedene Manschettenvolumina. Wegen dieses Faktors können Manschetten mit vergleichsweise großen Anfangsvolumina relativ große Rückkopplungskorrekturterme aufweisen, während Manschetten mit vergleichsweise kleinen Anfangsvolumina nur kleine Rückkopplungskorrekturterme aufweisen können. Das Anfangsvolumen der Manschette hängt, wie zuvor beschrieben, von einer Anzahl von Faktoren ab, wie der Größe des Armes des Patienten und wie die Manschette um den Arm herumgewickelt ist.
Der durch Gleichung (4) definierte Rückkopplungsterm Ffb(t) ist ein integrierter Wert, da der erste Term in Gleichung (4), (V * Re * KG) zu dem Wert des Rückkopplungsterms Ffb(t-1) aus der vorhergehenden Zeitperiode hinzuaddiert wird, um den Rückkopplungsterm für die aktuelle Zeitperiode Ffb(t) zu erhalten. Wie in den Schritten 322 bis 326 von Figur 3 gezeigt, wird zusätzlich die Amplitude des Rückkopplungsterms auf Werte zwischen -0,75*FP und FP beschränkt. Das Ergebnis dieser Rechnungen ist ein endgültiger Rückkopplungsterm Ffb(t)'. Dieser Term wird, wie in Gleichung (5) dargestellt, zu der vorausberechneten Ventileinstellung FP hinzuaddiert, um eine neue Ist-Ventileinstellung FA zu erhalten.
FA = FP + Ffb(t)' (5)
Der Rückkopplungsterm ist begrenzt, um zu verhindern, daß große Korrekturterme Anwendung finden, wenn eine große kurzzeitige Änderung der Manschettenistentleerungsrate auftritt. Wenn beispielsweise das Manschettenvolumen verändert wird, weil der Patient seinen Arm beugt, kann für eine kurze Zeitdauer eine relativ große Abweichung der Ist-Entleerungsrate von der Soll- Entleerungsrate auftreten. Wenn das System eine solche Abweichung in einem einzelnen Schritt korrigiert, würde ein sich fortpflanzender Fehler auftreten, wenn der ange spannte Muskel entspannt wird. Dieser sich fortpflanzende Fehler wird durch die integrale Natur des Rückkopplungs terms bedingt. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel wird die Größe dieses sich fortpflanzenden Fehler verringert, indem der Betrag, um den der Rückkopplungsterm sich ändern kann, begrenzt wird.
Der Rückkopplungsterm Ffb(t)' tendiert dazu, die Ist-Entleerungsrate an die gewünschte Rate anzugleichen. Er kompensiert die Volumenänderungen der Manschette während des Entleerungprozesses sowie Ungenauigkeiten der Ventil- und Pumpendurchflüsse. Da die Verstärkung des Rückkopplungskreises vergleichsweise klein ist und da der Rückkopplungskorrekturterm nur einmal alle 900 ms aktualisiert wird, neigt er nicht dazu, die Blutdruckpulssignale zu stören. Dies ist sichergestellt, weil die Pulssignalfrequenzen von beispielsweise 0,5 bis 6 Hz außerhalb des Bereiches der Frequenzen liegen, denen der Rückkopplungskreis folgen kann.
Wenn die in Schritt 328 berechnete Ventilisteinstellung sich von der aktuellen Ventileinstellung unterscheidet, stellt Schritt 330 während des nächsten Abtastintervalls von 900 ms allmählich auf die neue Ventileinstellung um. Dieser Schritt wird unter Bezugnahme auf Figur 5 unten ausführlicher beschrieben. Nach Schritt 330 kehrt das Programm zu Schritt 316 zurück, um die Berech nungen zu beginnen, welche die Ventileinstellungen für das nächste Intervall ermitteln.
Figur 4 zeigt ein Beispiel einer Schaltung, welche als der in Figur 2 gezeigte Einschaltdauer-Modulator 230 verwendet werden kann. In dieser Schaltung wird von dem Mikroprozessor 216 ein 12-Bit-Datenwert, welcher den neuesten berechneten Wert für FA dar stellt, in ein Register 410 geladen, um die Öffnungszeit des gegenwärtig ausgewählten Ventils DV1 oder DV2 zu ändern. Wie zuvor beschrieben, handelt es sich bei diesen Ventilen um Magnetventile, die durch Ansprechen auf ein Steuersignal geöffnet oder geschlossen werden können. Das Ventil DV1 oder DV2 ist geöffnet, wenn sein Steuersignal logisch-HIGH ist, und geschlossen, wenn sein Steuersignal logisch-LOW ist.
Die Ventile DV1 und DV2 werden so ausgewählt, daß, wenn beide Ventile geöffnet sind, der Fluß durch DV2 ca. achtmal so groß ist wie der Fluß durch DV1. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform wird Ventil DV1 ausgewählt, wenn niedrige Durchflußraten gewünscht sind, und DV2 wird ausgewählt, um höhere Durchflußraten zu erzielen.
Das Steuersignal für das ausgewählte Ventil wird von einem Vergleicher 412 bereitgestellt. Dieser Verglei cher vergleicht den im Register 410 gespeicherten Wert mit einem von dem 12-Bit-Zähler 414 bereitgestellten Wert. Das Eingangstaktsignal für den Zähler ist das 8 MHz-Signal CLK, welches durch einen Frequenzteiler 416 durch einen Faktor 96 frequenzdividiert wird, um ein Taktsignal mit einer Frequenz von 83,33 kHz zu erzeugen. Als Reaktion auf dieses Taktsignal durchläuft der Zähler 20,35mal pro Sekunde alle seine 4.096 Werte.
Der Vergleicher 412 ist so konfiguriert, daß er ein Signal logisch-HIGH erzeugt, wenn der von dem Register 410 bereitgestellte Wert kleiner als der oder gleich dem vom Zähler 414 bereitgestellte(n) Wert ist, und ansonsten ein Signal logisch-LOW erzeugt. Diese Signal wird in einen Demultiplexer 418 eingegeben, welcher als Reaktion auf ein Gleichspannungssignal vom Mikroprozessor 216 das Steuersignal entweder an DV1 oder DV2 weiterleitet
Wenn der in Figur 3 gezeigte Vorgang bei Schritt 330 Ventil DV1 oder DV2 auswählt und einstellt, führt er die ganze Einstellung nicht in einem einzelnen Schritt aus. Stattdessen ändert er die Einstellung der Ventile allmählich in dem nachfolgenden Intervall von 900 ms. Dies erfolgt, um Artefaktimpulse zu vermeiden, welche infolge plötzlicher Änderungen des Durchflusses auftreten können. Figur 5 ist ein Flußdiagramm, welches das Verfahren darstellt, durch welches der Mikroprozessor 216 die Ventile DV1 und DV2 als Reaktion auf eine neue, in Schritt 328 berechnete Ventileinstellung steuert.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden neue Werte für die Ventileinstellung in Zeitabständen von 900 ms berechnet. Die Ventileinstellungen orientieren sich jedoch an einem Einschaltverhältnis einer Rechteckwelle mit einer Periode von 49 ms (d.h. 1/20,35 Hz), und der Mikroprozessor kann den im Register 410 aus Figur 4 gespeicherten Wert am Ende jedes 49 ms- Intervalls aktualisieren. Somit können die Einstellungen des ausgewählten Entleerungsventils DV1 oder DV2 während jedes Intervalls von 900 ms bis zu 18mal eingestellt werden.
In dem ersten Schritt 506 des Prozesses, welcher die Einstellungen dieser Ventile einstellt, wird ausgewählt, welches der zwei Ventile DV1 oder DV2 eingestellt werden soll. Falls niedrige Durchflußrateneinstellungen erforderlich sind, um die Soll-Entleerungsrate bereitzustellen, beispielsweise wenn eine kleine Manschette bei hohem Druck entleert wird, wird Ventil DV1 ausgewählt. Falls höhere Durchflußeinstellungen erforderlich sind, beispielsweise wenn grßere Manschetten bei niedrigen Drücken entleert werden, wird Ventil DV2 ausgewählt.
Falls Ventil DV1 ausgewählt ist und der in Register 410 eingegebene Wert FA grßer als 3.932 ist, wird Schritt 508 ausgeführt. Bei diesem Schritt ändert der Mikroprozessor 216 das Gleichspannungssignal, welches am Demultiplexer 418 aus Figur 4 anliegt, um Ventil DV2 auszuwählen. Gleichzeitig multipliziert der Mikroprozessor 216 den aktuellen Wert der Ventileinstellung (OLD FA) und den neuen Wert der Ventileinstellung (FA) mit 0,128. Daraufhin speichert er den neuen Wert für OLD FA in Register 410. Diese Schritte bewirken ein unmittelbares Umschalten von Ventil DV1 auf Ventil DV2.
Der Schritt 510 wird nach Schritt 508 oder, falls der Vergleich in 506 negativ ausfällt, nach Schritt 506 ausgeführt. In Schritt 510 wird der neue Wert der Ventileinstellung FA vom Momentanwert der Ventileinstellung OLD FA subtrahiert, um so einen Wert DS zu erhalten, der den Betrag angibt, um welchen die augenblickliche Einstellung geändert werden muß, um den neuen Wert zu erreichen. In Schritt 512 wird bestimmt, ob der Absolutwert von DS kleiner gleich 8 ist. Falls dies der Fall ist, veranlaßt der Mikroprozessor 216 bei Schritt 514 eine Prozedur, welche die in Register 410 von Figur 4 gespeicherte 12-Bit-Zahl in Einheitsschritten mit Intervallen, welche jedem zweiten der 20,35 Hz-Impulse entsprechen, verändert, bis der gewünschte Einstellwert erreicht ist.
Falls bei Schritt 512 der Absolutwert von DS größer als 8 ist, wird Schritt 516 ausgeführt. Bei diesem Schritt wird bestimmt, ob DS kleiner gleich 16 ist. Falls dies der Fall ist, wird Schritt 518 ausgeführt. Dieser Schritt veranlaßt eine Prozedur, welche die in Register 410 gespeicherte 12-Bit-Zahl in Einheitsschritten bei jedem Impuls des 20,35 Hz-Signals ändert, bis der gewünschte Einsteliwert erreicht ist.
Falls bei Schritt 516 der Absolutwert von DS größer als 16 ist, wird Schritt 520 ausgeführt. Bei diesem Schritt wird der Wert DS durch 16 dividiert, um einen Wert IDS zu erzeugen. Schritt 520 veranlaßt dann eine Prozedur, die den Wert in Register 410 für jeden Impuls des 20,35 Hz Signals um IDS ändert, bis die gewünschte Ventileinstellung erreicht ist.
Durch Anwendung des oben umrissenen Schemas stellen die Ventile DV1 und DV2 eine größere Spanne von Durchflußraten bereit, als von einem einzelnen Ventil bereitgestellt werden würde. Da die Ventileinstellung für DV1 mit 0,128 multipliziert wird, bevor es als 12-Bit- Wert in den Einschaltdauer-Modulator eingegeben wird, beträgt das Verhältnis zwischen den kleinst- und größtmöglichen Ventileinstellungen ca. 32.000:1. Diese große Spanne von Ventileinstellungen erlaubt es dem System, die Linearität der Entleerungskurve mit hoher Genauigkeit zu steuern.
Figur 6 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß darstellt, mit welchem der Mikroprozessor 216 das Pulssignal aus dem digitalisierten, von dem Analog/Digital-Wandler 222 bereitgestellten Drucksignal extrahiert. Dieses Programm verarbeitet die Abtastwerte des Drucksignals, um Blutdruckpulssignale zu lokalisieren, extrahiert diese Pulssignale und verwendet die extrahierten Signale dazu, den mittleren, den systolischen und den diastolischen Blutdruck zu bestimmen.
Bei Schritt 610 filtert der Mikroprozessor 216 die gespeicherten Abtastwerte, um Artefakte zu entfernen, die mit den Schalten der Magnetventile DV1 und DV2 in Verbindung stehen. Das Filter des Ausführungsbeispieles ist ein Tschebyscheff-2-Filter dritter Ordnung mit einem Kerbenfrequenzgang, welcher in Figur 6a gezeigt ist. Dieses Filter kann ohne weiteres als ein nichtrekursives (Finite Impulse Response, FIR-) Filter oder als ein rekursives (Infinite Impulse Response, IIR-) Filter implementiert werden. Techniken zur Implementierung eines FIR-Filters mit diesem Frequenzgang sind in der Veröffentlichung von J.H. McClellan et al. mit dem Titel "A Computer Program For Designing Optimum FIR Linear Phase Digital Filters" (Ein Computerprogramm zum Entwerfen optimaler digitaler FIR-Filter mit linearem Phasengang), IEEE Trans. on Audio and Electroacoustics, Band Au-21, Nr. 6, Dezember 1973, beschrieben, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
Wie in Figur 6a gezeigt, hat dieses Filter bei 20,35 Hz, der Schaltfrequenz der Magnetventile DV1 und DV2, eine Nullstelle. Dieses Filter dämpft Artefakte im Drucksignal bei der Frequenz des Ventilschaltsignals um 90 dB relativ zu den Signalen im Frequenzband von 0,5 bis 6 Hz, welches von den Pulssignalen des Blutdrucks belegt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung erzielt dieser Filterprozeß des Mikroprozessors 216 deswegen einen solch hohen Dämpfungsgrad für das Schaltsignal, weil der Mikroprozessor 216 und die Ventilsteuersignale (die von der Anordnung in Figur 4 bereitgestellt werden) eine gemeinsame Taktsignalquelle haben, d.h. den Taktsignalgenerator 224 in Figur 2.
Mittels Schritt 612 speichert der Mikroprozessor 216 kontinuierlich die kerbgefilterten Abtastwerte des Drucksignals in einem dafür bestimmten Zwischenspeicher- Bereich im Speicher 228. Bei dem erfindungsgemzßen Ausführungsbeispiel implementieren die auf Schritt 612 folgenden Schritte ein Filter, welches auf ein gleitendes Fenster von N Abtastwerten einwirkt, um eine neue Folge von Abtastwerten zu erzeugen.
Bei den Schritten 614 und 616 filtert der Mikroprozessor 216 die gespeicherten Abtastwerte, um ein Hilfs-Abtastdatensignal zu erzeugen, welches in einer Beziehung 1:1 zu den gespeicherten, kerbgefilterten Abtastwerten steht. Dieses Hilfssignal gibt die Startabtastnummern gespeicherter, kerbgefilterter Druckabtastwerte an, welche Blutdruckpulssignalkomponenten aufweisen.
Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden bei den Schritten 614 und 616 die kerbgefilterten Abtastwerte durch ein zweistufiges Ranggrößen-Filter verarbeitet. Ein Ranggrößen-Filter wirkt auf ein gleitendes Fenster von Abtastdaten. Es sortiert effektiv die Abtastwerte im Fenster entsprechend ihrer Beträge und stellt an seinem Ausgang einen der sortierten Abtastwerte bereit. Bei einem Minimum-Ranggrößen-Filter wird der kleinste der sortierten Abtastwerte im gleitenden Fenster als Ausgangssignal des Filters bereitgestellt. Bei einem Maximum-Filter sind es die größten Abtastwerte und bei einem Medianwert-Filter sind es die Medianwerte der Abtastwerte. Für ausführlichere Informationen über Ranggrößen-Filterung siehe beispielsweise den Artikel mit dem Titel "FIR - Median Hybrid Filters" von Heinonen et al., veröffentlicht im Juni 1987 in IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Band ASSP-35, Nr. 6.
Der spezielle, bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendete Filter besteht aus einer Hintereinanderschaltung eines Minimum-Filters und eines Medianwert-Filters. Das Minimum-Filter (Schritt 614) wirkt gleichzeitig auf 21 der gespeicherten, kerbgefilterten Abtastwerte (d.h. N ist gleich 21). Nachdem 21 Werte gespeichert worden sind, mittelt der Mikroprozessor 216 bei Schritt 614 die zehn Abtastwerte vor dem Mittenwert der 21 Werte (d.h. dem Zwischenwert) sowie die zehn Abtastwerte nach dem Mittenwert, um zwei gemittelte Abtastwerte zu erzeugen. Anschließend subtrahiert er von dem Mittenabtastwert den kleinsten von dem Mittenwert und den zwei Mittelwerten und speichert das Ergebnis als gefiltertes Minimumsignal.
Mit jedem bei Schritt 610 bereitgestellten, neuen, kerbgefilterten Wert fährt das durch Schritt 614 implementierte Filter fort, 21 aufeinanderfolgende Abtastwerte innerhalb eines gleitenden Fensters zu filtern, indem es jeden ermittelten Minimumwert vom nächsten neuen Mitten(Zwischen-)wert der gespeicherten, kerbgefilterten Drucksignalwerte subtrahiert.
Das Medianwert-Filter des Ausführungsbeispiels verarbeitet die minimumgefilterten Abtastwerte in einem gleitenden Fenster von 41 Abtastwerten. Es mittelt die ersten 20 Abtastwerte im Fenster sowie die letzten 20 Abtastwerte im Fenster, um zwei gemittelte Werte zu erzeugen. Anschließend subtrahiert es den Medianwert der beiden Mittelwerte und des Mittenwertes von dem Mittenwert der gespeicherten minimumgefilterten Werte. Dieser Schritt der Medianwert-Filterung fährt fort, während neue Minimum-Abtastwerte erzeugt werden. Bei jedem darauffolgenden Schritt wird der Medianwert der drei Werte vom nächsten neuen Mittenwert der gespeicherten minimumgefilterten Abtastwerte subtrahiert.
Der durch die Schritte 614 und 616 durchgeführte Prozeß ist in den Figuren 7a und 7b dargestellt. Figur 7a ist eine graphische Darstellung eines Beispiels für ein kerbgefiltertes Drucksignal, und Figur 7b ist eine graphische Darstellung des Ausgangssignals, welches durch Schritt 616 des in Figur 6 gezeigten Programms erzeugt wurde, nachdem Abtastwerte verarbeitet wurden, welche drei Blutdruckpulse beinhalten. Wie in Figur 7b gezeigt, ist die Folge von Abtastwerten, welche durch die Filterungsschritte 614 und 616 erzeugt wurden, ein Signal (hierin als Hilfssignal bezeichnet) mit negativen Spitzen bei Abtastungsnummern, welche dem Startpunkt jedes Blutdruckpulses in dem gespeicherten, kerbgefilterten Drucksignal entsprechen (Punkte A, B, C in Figur 7a).
Nach Schritt 616 verarbeitet der Mikroprozessor 216 die kerbgefilterten Abtastwerte, um die Information über die Blutdruckpulssignale zu extrahieren. Aus den Abtastwerten, die ein kerbgefiltertes Drucksignal wie die in Figur 7a gezeigten darstellen, erzeugt die mittels der Schritte 618 bis 630 in Figur 6 durchgeführte Verarbeitung Abtastwerte für das Blutdruckpulssignal, wie die in Figur 7d gezeigten. Sie berechnet Werte eines abnehmenden rampenartigen Signals, welches das Drucksignal ohne die Blutdruckpulssignal-Komponente darstellt, und subtrahiert dann diese berechneten Werte von den kerbgefilterten Abtastwerten, um Werte zu erzeugen, welche das Blutdruckpulssignal ohne die rampenartige Druckkomponente darstellen. Die berechnete Rampenfunktion ist eine segmentierte Funktion, welche einer Menge von geraden Linien entspricht, die zwischen den in Figur 1a gezeigten Anfangspunkten von aufeinanderfolgenden Blutdruckpulsen gezogen sind.
In dem ersten Schritt 628 dieses Prozesses werden die aufeinanderfolgenden alktuellen Abtastwerte des Hilfssignals (Fig. 7b) untersucht, um einen lokalen Minimumwert aufzufinden, der einen Schwellenwert überschreitet. Dieser Wert (beispielsweise der Wert bei Punkt A' in Figur 7b) zeigt an, daß der zugehörige kerbgefilterte Abtastwert (Punkt A in Figur 7a) zum Beginn eines Blutdruckpulssignals gehört. Wenn kein Puls detektiert wird, kehrt der Prozeß zu Schritt 610-zurück.
Falls ein Puls detektiert wird, wird bei Schritt 620 ermittelt, ob dies der erste vom Programm detektierte Puls ist. Ist dies der Fall, wird der zugehörige kerbgefilterte Druckabtastwert bei Schritt 622 als erster Abtastwert der Rampenfunktion sowie als Variable mit Namen RAMP START gespeichert. Der Prozeß kehrt dann zu Schritt 610 zurück.
Wenn in dem Hilfssignal ein darauffolgendes geeignetes lokales Minimum aufgefunden wird, wird bei Schritt 620 festgestellt, daß es nicht der erste detektierte Puls ist, und der Prozeß springt zu Schritt 624. Bei Schritt 624 wird der kerbgefilterte Druckabtastwert (beispielsweise der Punkt B in Figur 7a) der zu dem Hilfsabtastwert des lokalen Minimums (B' in Figur 7b) gehört (beispielsweise dieselbe Abtastnummer hat), einer Variablen mit Namen RAMP END zugewiesen. Die Punkte für die Rampenfunktion werden dann zwischen den Variablen RAMP START und RAMP END interpoliert (beispielsweise zwischen den Punkten A'' und B'' in Figur 7c).
Bei Schritt 626 subtrahiert der Mikroprozessor 216 die neu berechneten Punkte auf der Rampenfunktion (Figur 7c) von den zugehörigen kerbgefilterten Druckabtastwerten (Figur 7a) . Die resultierenden Abtastwerte (Figur 7d) stellen die Blutdruckpulssignal- Komponenten in dem Drucksignal dar, unter Ausschluß aller anderen Komponenten des Drucksignais. Die bei diesem Schritt berechneten Abtastwerte beinhalten ein einzelnes Blutdruckpulssignal (d.h. den bei Punkt A in Figur 7a beginnenden Puls). Schließlich wird am Ende von Schritt 626 die Variable RAMP START auf den Wert von RAMP END gesetzt.
Bei Schritt 628 untersucht der Mikroprozessor 216 die Blutdruckpulssignal-Kornponenten (Figur 7d), um die Abtastnummer zu ermitteln, welche zwischen zwei benachbarten Blutdruckpulskomponenten auftritt, die den maximalen Amplitudenwert haben ( d.h. MAX im Abschnitt A''' - B''' in Figur 7d). Darauf identifiziert der Mikroprozessor 216 die Abtastnummer mit einer lokalen minimalen Amplitude, welche in dem Blutdruck-Abtastsignal unmittelbar vor der Abtastnummer auftritt, welche den maximalen Amplitudenwert hat (d.h. MIN in Figur 7d). Anschließend wird für diese Blutdruckkomponenteninformation ein geordnetes Datenpaar gebildet, bestehend aus der Spitze-Spitze-Amplitude des Blutdruckpulses (d.h. MAX-MIN) und dem Manschettendruck für diese Komponente des Blutdruckpulses. Der Manschettendruck ist der Betrag des kerbgefilterten Drucksignals (Figur 7a) bei derjenigen Abtastnummer, die der Abtastnummer des MIN-Amplitudenabtastwerts des Blutdruckpulssignals entspricht (Figur 7d).
Bei Schritt 630 wird ermittelt, ob weitere Puiswerte benötigt werden, indem verschiedene Analysen der Wellenform der bis dahin aufgenommenen, geordneten Datenpaare durchgeführt werden. Falls weitere Pulsdaten benötigt werden, kehrt die Steuerung zu Schritt 610 zurück, um den nächsten kerbgefilterten Druckabtastwert zu erhalten. Ansonsten ermittelt der Mikroprozessor 216 bei Schritt 632 eine stetige Funktion, welche die aufgezeichneten Spitzenwerte als Funktion der zugehörigen Werte des Manschettendrucks beschreibt. Diese Funktion definiert eine Kurve, welche mit der in Figur 1c gezeigten identisch sein kann, abgesehen davon, daß die horizontale Achse den abnehmenden Manschettendruck anstelle der zunehmenden Zeit darstellt. Bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel werden zwei Kurven vierter Ordnung an die Abtastwerte angepaßt. Die eine Kurve vierter Ordnung wird an diejenigen Punkte angepaßt, welche demjenigen mit der größten Amplitude (d.h. dem MAP-Punkt) vorrausgehen, und die andere wird an die Punkte angepaßt, die dem MAP-Punkt folgen.
Der abschließende Schritt in dem in Figur 6 dargestellten Prozeß ermittelt die systolischen und diastolischen Punkte, indem er die bei Schritt 632 erzeugte Kurve auswertet. Gemäß der Lehre von Professor Erlanger (siehe beispielsweise "Studies in Blood Pressure Estimation by Indirect Methods", Am. J. Physiol. 40:82-125, 1916 und Am. J. Physiol. 55:84-158, 1921) sowie anderen auf diesem Gebiet bekannten Fachleuten kann der systolische und diastolische Druck als Funktion der Pulsamplitude bestimmt werden, welche dem mittleren arteriellen Druck (MAP) entspricht. Wie oben ausgeführt, ist der MAP derjenige Manschettendruck, bei dem das Blutdruckpulssignal seine Amplitudenspitze aufweist (d.h. die Spitze der bei Schritt 632 erzeugten Kurve).
Es wurde somit ein neuartiges Blutdruckmeßinstrument dargestellt und beschrieben, welches alle Aufgaben vorteilhaft erfüllt. Jedoch sind für den Fachmann nach Betrachtung dieser Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, die deren bevorzugte Ausführungsformen offenbaren, viele Änderungen, Modifikationen, Variationen sowie weitere Anwendungen der vorliegen den Erfindung ersichtlich. Alle derartigen Änderungen, Modifikationen, Variationen sowie weitere Verwendungen und Anwendungen, welche nicht von dem Schutzbereich der Erfindungs abweichen, sollen als zur Erfindung gehörig gelten, welche nur durch die folgenden Ansprüche beschränkt wird.

Claims

1. Vorrichtung geeignet zur Verwendung in einem automatischen Blutdruckmeßinstrument mit einer durch ein Fluid druckbeaufschlagten Manschette (210), welche folgendes aufweist: Ventilmittel (DV1, DV2), die auf ein periodisches Ventilsteuersignal mit einer vorbestimmten Nennfrequenz ansprechen, zum steuerbaren Ablassen des Fluids aus der druckbeaufschlagten Manschette gemäß einer vorbestimmten Druckverminderungsfunktion sowie Druckmeßmittel (218), welche an die druckbeaufschlagte Manschette (210) angeschlossen sind, zum Messen des momentanen Druckpegels des Fluids in der Manschette während das Fluid aus der Manschette abgelassen wird, um so ein Drucksignal bereitzustellen, welches eine Blutdruckpulssignal-Komponente aufweist, gekennzeichnet durch

eine einzelne Taktquelle (224) zum Bereitstellen sowohl eines Abtasttaktsignals mit einer vorbestimmten Frequenz als auch des periodischen Ventilsteuersignals,

Mittel (222) zum Abtasten des Drucksignals zu Zeitpunkten, welche durch das Abtasttaktsignal bestimmt werden, um ein Abtastdaten-Drucksignal zu erzeugen,

Filtermittel (610) mit dem Frequenzgang eines Kerbfilters zum Filtern des Abtastdaten-Drucksignals, um selektiv Signale zu dämpfen, deren Frequenz der Frequenz des periodischen Ventilsteuersignals gleicht, um ein gefiltertes Abtastdaten-Drucksignal zu erzeugen und

Mittel (216) zum Verarbeiten des gefilterten Abtastdaten- Drucksignals, um davon die Blutdruckpulssignal-Komponenten abzutrennen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Frequenz des Taktsignals für die Abtastung größer als die doppelte Nennfrequenz des periodischen Ventilsteuersignals ist und daß das Abtastdaten-Drucksignal im wesentlichen frei ist von irgendwelchen Faltungs-Anteilen, die in Beziehung zu dem periodischen Ventilsteuersignal stehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel zum Abtasten des Drucksignals einen Sigma-Delta-Analog/Digital-Wandler (222) mit einer Tiefpaßfiltercharakteristik aufweisen, welcher Signale mit der Nennfrequenz des periodischen Ventilsteuersignals relativ zu Signalen im Bereich derjenigen Frequenzen dämpft, die von dem Blutdruckpulssignal belegt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Filtermittel (610) und das periodische Ventilsteuersignal beide realisiert werden, indem ein Programm eingesetzt wird, welches auf einem Mikroprozessor (216) läuft, wobei der Mikroprozessor auf die einzelne Taktquelle (224) und das Abtastdaten- Drucksignal anspricht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Taktsignals zur Abtastung höher als die doppelte Nennfrequenz des periodischen Ventilsteuersignals ist und

die Filtermittel (610) ein Tschebyscheff-2-Filter dritter Ordnung, mit einem Frequenzgang umfassen, der eine Nullstelle bei der Nennfrequenz des periodischen Ventilsteuersignals hat, wobei dieses als ein auf einem Mikroprozessor (216) laufendes Programm implementiert ist, zum Filtern des Abtastdaten-Drucksignals, um selektiv Signale mit der gleichen Frequenz wie die periodischen Ventilsteuersignale zu dämpfen, um das gefilterte Abtastdaten- Drucksignal zu erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ventilmittel (DV1, DV2) ein erstes und zweites Magnetventil beinhalten, wobei das erste Magnetventil (DV1) eine kleinere Durchflußrate aufweist als das zweite Magnetventil (DV2).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ventilmittel außerdem Mittel (230) zum selektiven Anlegen des periodischen Ventilsteuersignals an das erste und/oder zweite Magnetventil umfassen, um eine Durchflußrate des Fluids aus der Manschette zu erzielen, welche eine Verminderung des Drucks der Manschette erzeugt, die mit der vorbestimmten Druckverminderungsfunktion übereinstimmt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

die Mittel (230) zum selektiven Anlegen das periodische Ventilsteuersignal an das erste Ventil (DV1) anlegen, wenn ein relativ niedriger Entleerungsfluß erforderlich ist, und das periodische Ventilsteuersignal an das zweite Ventil (DV2) anlegen, wenn ein relativ hoher Entleerungsfluß erforderlich ist.

9. Verfahren zum Erhalten eines Blutdruckpulssignals von einem automatischen Blutdruckmeßinstrument mit einer durch ein Fluid druckbeaufschlagten Manschette, welches die folgenden Schritte aufweist: steuerbares Ablassen des Fluids aus der druckbeauf schlagten Manschette gemäß einer vorbestimmten Druckverminderungsfunktion als Reaktion auf ein periodisches Ventilsteuersignal mit einer vorbestimmten Nennfrequenz sowie das Messen des momentanen Druckpegels des Fluids in der Manschette, während das Fluid aus der Manschette abgelassen wird, um ein Drucksignal bereitzustellen, welches eine Blutdruckpulssignal-Komponente beinhaltet, gekennzeichnet durch

das Abtasten des Drucksignals zu Zeitpunkten, die durch ein Abtasttaktsignal bestimmt werden, um ein Abtastdaten- Drucksignal zu erzeugen, wobei das Filtern des Drucksignals und das Erzeugen des periodischen Ventilsteuersignals eine Reaktion auf eine gemeinsame Taktsignalquelle sind,

das Filtern des Abtastdaten-Drucksignals, um selektiv Signale im Bereich von Frequenzen, welche in der Umgebung der Frequenz des periodischen Ventilsteuersignals liegen, im Verhältnis zu den Frequenzen oberhalb und unterhalb des genannten Frequenzbereichs zu dämpfen, um ein gefiltertes Abtastdaten-Drucksignal zu erzeugen, wobei ein Filter mit der Frequenzcharakteristik eines Kerbfilters verwendet wird, und

das Verarbeiten des gefilterten Abtastdaten-Drucksignals, um die Blutdruckpulssignal-Komponente davon abzutrennen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Frequenz des Abtasttaktsignals größer als die doppelte Nennfrequenz des periodischen Ventilsteuersignals ist und daß das gefilterte Abtastdaten-Drucksignal im wesentlichen frei ist von irgendwelchen Faltungs-Anteilen, die in Beziehung zu dem periodischen Ventilsteuersignal stehen.