DE69434177T2

DE69434177T2 - Membran-tonometer und anwendungsverfahren

Info

Publication number: DE69434177T2
Application number: DE69434177T
Authority: DE
Inventors: Robert D. Butterfield; Gary M. Drzewiecki
Original assignee: Rutgers State University of New Jersey
Current assignee: Rutgers State University of New Jersey
Priority date: 1993-11-17
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2014-09-23
Also published as: ES2236694T3; CA2176829C; JPH09509071A; EP0730429A1; DE69434177D1; US5439001A; ATE284166T1; US5605156A; CA2176829A1; WO1995013740A1; EP0730429B1; EP0730429A4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein System zum Überwachen von Wellenformen, und sie bezieht sich mehr im einzelnen auf eine Vorrichtung und auf ein Verfahren zum Überwachen der Wellenform des Blutdrucks innerhalb eines Blutgefäßes auf nicht invasive Weise, dadurch daß der Druck innerhalb eines mit Fluid gefüllten Behälters erfaßt wird, der eine Wand aufweist, die aus einer flexiblen Membran gebildet ist, die über dem Gewebe angeordnet ist, das das Blutgefäß abdeckt, wenn die Vorrichtung in einem kalibrierten Zustand gehalten wird.
TECHNISCHES GEBIET
Verfahren zum präzisen Überwachen der Wellenform des Blutdrucks werden bereits seit einiger Zeit entwickelt und untersucht. Während invasive Verfahren präzise Wellenformen bereitstellen können, macht die Verletzung, die bei einem Patienten hervorgerufen wird, diese Technik in vielen Fällen nicht zweckmäßig. Ein solches Verfahren bringt die Verwendung eines mit Fluid gefüllten Katheters mit sich, das in eine Arterie eines Patienten eingeführt wird. Während präzise Messungen des Blutdrucks mit diesem Verfahren erhalten werden können, können die negativen Auswirkungen bei dem Patienten in vielen Fällen die Vorteile der Erzielung von genauen Ergebnissen eines derartigen Verfahrens überwiegen.
Routinemäßige Verfahren zum Überwachen der Wellenform des Blutdrucks eines Patienten sind beispielsweise das weithin angewendete Abhörverfahren, das auch als Korotkoff-Verfahren bekannt ist. Dieses Verfahren ist nicht invasiv, allerdings stellt es lediglich eine Messung des systolischen und des diasystolischen Drucks auf einer intermittierenden Basis bereit; es stellt nicht die gesamte Wellenform als kontinuierlichen Verlauf bereit. Außerdem führt die Verwendung dieses Verfahrens häufig zu ungenauen Ergebnissen. Außerdem ist die Rate, mit der der Blutdruck aufgezeichnet werden kann, durch die Aufblas- und Ablaßgeschwindigkeit der abdrückenden Manschette begrenzt. Aus diesem Grunde ist eine tatsächlich von Schlag zu Schlag erfolgende, kontinuierliche Überwachung des Blutdrucks unter Verwendung dieses Verfahrens nicht möglich.
Während die Instrumente mit abdrückenden Manschetten geeignet sind, um langfristige Trends im Blutdruck eines Patienten nachzuweisen, sind kurzfristige Veränderungen bis heute nicht ohne weiteres auf nicht invasive Weise meßbar gewesen. Techniken, die ein Potential in diesem Bereich bieten, sind beispielsweise ein Verfahren, bei dem eine Technik mit Druck-Feedback verwendet wird, bei der der Blutdruck in einem Finger eines Patienten aufgezeichnet wird. Feedback-Fehlersignale werden durch Verwendung von optischer Plethysmographie erhalten. Als Alternative sind Verfahren zur arteriellen Tonometrie beispielsweise solche, bei denen der arterielle Blutdruck ausgehend von einer oberflächlichen Pulsarterie bestimmt wird, beispielsweise von der radialen Arterie, indem die Kontaktspannung oder -kräfte an der Oberfläche der Haut mit dem Blutdruck in Beziehung gesetzt werden. Bei solchen Verfahren sind mehrere Nachteile vorhanden. Einer besteht darin, daß die Messung des Blutdrucks zu sehr an der Oberfläche erfolgt und in unerwünschter Weise durch den weichen Muskeltonus der Widerstandsarterien beeinflußt wird. Weiterhin ist es schwierig, die arterielle Tonometrie mit bis heute verfügbaren Vorrichtungen zu realisieren, da ein hohes Maß an Miniaturisierung für Kontaktspannungssensoren erforderlich ist, die bei solchen Vorrichtungen angewendet werden.
Beispielsweise umfaßt ein Typ eines arteriellen Tonometers ein Feld von einzelnen Übertragerelementen, die unmittelbar auf das Gewebe eines Patienten aufgelegt werden, das über einer Arterie oder einem Blutgefäß liegt, deren bzw. dessen Blutdruck bestimmt werden soll. Die Elemente erfassen unmittelbar die mechanischen Kräfte in dem Gewebe, mit dem jedes von ihnen in Kontakt steht. Die Elemente des Felds sind so dimensioniert und weisen einen solchen gegenseitigen Abstand auf, daß eine Vielzahl von solchen Elementen erforderlich ist, um den gesamten Durchmesser oder die Breite des darunter liegenden Blutgefäßes abzudecken; die Größe eines jeden Elements ist so ausgelegt, daß nur ein kleiner Bruchteil des Durchmessers des darunter liegenden Blutgefäßes abgedeckt wird. Der Druck der Anordnung gegen das Gewebe wird vergrößert, um das darunter liegende Blutgefäß in der richtigen Weise abzuflachen, ohne daß ein Verschluß die Folge ist. Der Fluiddruck innerhalb der Arterie wird dann durch die Wand des Gefäßes und das darüber liegende Gewebe zu den Übertragern weitergeleitet.
Ein wesentlicher Nachteil bei diesen Vorrichtungen ist insbesondere die Verwendung der diskreten Elemente. Man hat herausgefunden, daß mit solchen Tonometern eine kontinuierliche Kontur der Gewebespannungen unterhalb der Anordnung nicht erhalten wird. Zusätzlich nimmt man an, daß bei den bekannten Verfahren kein Mittel vorgesehen ist, um Bewegungsartefakte auszugleichen, die die Kräfte, die von der Arterie zu den Sensoren übertragen werden, beeinflussen können.
Ein weiterer Typ eines Druckübertragers ist von Wallace in dem US-Patent 4,610,256 beschrieben worden. Wallace beschreibt ein System und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Druckübertragers zur Messung des Blutdrucks eines Patienten. Bei diesem System wird eine Membran verwendet, um Druckänderungen, die von einem innerhalb befindlichen Katheter zu einem fluidgefüllten Behälter übertragen werden. Die Druckänderungen innerhalb des fluidgefüllten Behälters werden dann erfaßt, wobei druckempfindliche Sensoren verwendet werden.
Unter Berücksichtigung der vorstehenden Ausführungen besteht ein Bedarf nach einer echten, von Schlag zu Schlag erfolgenden, kontinuierlichen Messung des arteriellen Blutdrucks. Aktuelle Forschungen deuten darauf hin, daß Veränderungen in der Druckwellenform aufgrund einer Wellenreflexion für einen Anstieg des systolischen Drucks verantwortlich sein können. Die Überwachung einer solchen Pulswellenform kann beispielsweise während eines chirurgischen Eingriffs entscheidend sein. Techniken auf der Basis von Manschetten befinden sich im Einsatz, um den Blutdruck während eines chirurgischen Eingriffs zu überwachen. Allerdings bringt eine Technik auf der Grundlage von Manschetten nur eine begrenzte Fähigkeit mit sich, die Pulswellenform kontinuierlich zu überwachen. In ähnlicher Weise ist bisher eine kontinuierliche Messung des Drucks während einer körperlichen Belastung begrenzt.
Es ist daher wünschenswert, ein arterielles Tonometer bereitzustellen, das für die kontinuierliche Messung des Blutdrucks ausgelegt ist. Ein solches Tonometer beseitigt in bevorzugter Weise die Notwendigkeit nach einer Technologie mit hochauflösenden Sensoren und besitzt die Fähigkeit, den Druck innerhalb von Gefäßen zu überwachen, die kleiner sind als die radiale Arterie. Die vorliegende Erfindung wendet sich an diese Bedürfnisse und stellt die zusätzliche Möglichkeit bereit, die mechanische Nachgiebigkeit des Gefäßes, das gerade überwacht wird, zu messen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt im allgemeinen einen Druckwellenform-Monitor zum Überwachen der Druckwellenform innerhalb eines Gefäßes, wie etwa einer Arterie, auf nicht invasive Weise bereit. Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist einen Behälter zum Aufnehmen von Fluid auf. Der Behälter weist vorzugsweise drei starre Seitenwände mit einer Öffnung zwischen zwei der Wände auf. Eine flexible Membran erstreckt sich in bevorzugter Weise quer über die Öffnung, so daß der Behälter effektiv durch die Membran geschlossen ist. Die Membran ist in der Lage, sich an die Konturen des menschlichen Körpers anzupassen und ist anpassungsfähig, um sich ansprechend auf den Gefäßdruck durchzubiegen, wenn die Membran richtig gegen ein solches Gefäß angelegt ist. Ein Mittel zum Unterteilen des Behälters in benachbarte, gleiche Abteilungen ist vorgesehen. Die Abteilungen stehen wechselweise in Verbindung miteinander, so daß sich das Fluid innerhalb des Behälters frei zwischen den Abteilungen bewegt. Die Vorrichtung weist ferner ein Mittel zum Bestimmen der relativen Volumina der Abteilungen auf, wenn sich die Membran ansprechend auf den Gefäßdruck durchbiegt und auf diese Weise das Fluid innerhalb des Behälters verteilt. Weiterhin ist ein Mittel zum Zuführen von zusätzlichem Fluid zu dem Behälter vorhanden, wenn sich die relativen Volumina der Abteilungen verändern, so daß die relativen Volumina der unterschiedlichen Abteilungen relativ unverändert aufrechterhalten werden können, um auf diese Weise die Membran in einer kalibrierten Ruheposition zu halten. Schließlich ist ein Mittel zum Bestimmen des Drucks innerhalb des Behälters vorgesehen, um die Druckwellenform des Gefäßes zu überwachen, wenn die relativen Volumina der Abteilungen des Behälters relativ unverändert sind und die Membran daher effektiv in ihrer kalibrierten Ruheposition gehalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenwände des Behälters aus einem Plexiglas mit geringem Gewicht ausgebildet. Der Behälter ist vorzugsweise ein rechteckiger Kanal, der durch die Membran abgedichtet ist. Die Membran ist vorzugsweise aus einer Folie aus Polyurethan ausgebildet, die eine ungefähre Dicke von 4 Mils (4/1000 Zoll) aufweist.
Der Behälter ist in bevorzugter Weise in Abteilungen unterteilt, die als ein Feld oder eine Anordnung von Volumenübertragern dienen. Ein Mittel zum Messen des Volumens ist vorgesehen, das einen Mikrowellensensor, einen Ultraschallsensor oder eine Optik enthalten könnte, der oder die dazu bestimmt ist, ein Volumen zu bestimmen, als Beispiel. Die relativen Volumina dieser Übertrager können auch durch eine Vielfalt von Techniken erfaßt werden, auf die üblicherweise als Plethysmographie Bezug genommen wird. In bevorzugter Weise wird eine Impedanz-Plethysmographie realisiert, da die Volumenabteilungen mit Fluid gefüllt sind, welches einen konstanten Widerstand bereitstellt. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird eine Salzlösung aufgrund ihrer leitenden Eigenschaften verwendet. Alternative Flüssigkeiten sind beispielsweise andere leitende Flüssigkeiten, Gase oder Gele. Unabhängig davon, welches leitende Medium oder Fluid gewählt wird, wird dieses einen unterschiedlichen Widerstand aufweisen. Der elektrische Widerstand einer jeden Abteilung oder eines Volumenübertragers kann dann zu dem relativen Volumen einer jeden Abteilung in Beziehung gesetzt werden.
Der Behälter ist in bevorzugter Weise in eine Anordnung oder ein Feld von Volumenübertragern unterteilt, wobei Volumenmeßelektroden verwendet werden, die in gleichen Abständen entlang einer Behälterwand angeordnet werden, die parallel zu der Membran ist und dieser gegenüberliegt. Auf diese Weise legt ein Paar von Elektroden eine Volumenabteilung fest, und das Volumen der Abteilung wird dadurch kalibriert, daß der elektrische Widerstand der Abteilung gemessen wird. Zwei Elektroden aus rostfreiem Stahl werden bevorzugt an jedem Ende des Behälters an den beiden Seitenwänden, die senkrecht zu der Membran sind, angeordnet. Die letztgenannten beiden Elektroden bringen die Möglichkeit mit sich, daß ein Strom durch das Fluid geschickt wird, so daß eine Spannung über jedem Paar von Volumenelektroden gemessen werden kann, um das individuelle Volumen innerhalb einer jeden Volumenabteilung zu bestimmen. Der Widerstand einer jeden Volumenabteilung verändert sich umgekehrt proportional zu dem gemessenen Volumen.
In einer Ausführungsform weist das Mittel zum Zuführen von zusätzlichem nicht kompressiblem Fluid zu dem Behälter ein Reservoir auf, das mit Salzlösung gefüllt ist, und einen Katheter, der in geeigneter Weise mit einem Fluideinlaß verbunden ist, der in einer der starren Seitenwände des Behälters ausgebildet ist. Wenn die relativen Volumina der Anordnung von Volumenabteilungen sich in unerwünschter Weise verändern, wird zusätzliches Salzlösungsfluid von dem Reservoir zu dem Behälter zugeführt. Wenn die Volumina der jeweiligen Volumenabteilungen relativ unveränderte Volumina aufgrund von arteriellen Pulsationen aufweisen, wird die Membran in einer kalibrierten Ruheposition gehalten. Der Druck innerhalb des Behälters, wenn die Membran in der Ruheposition gehalten wird, ermöglicht es einem Benutzer, die Druckwellenform innerhalb des Blutgefäßes durch die Verwendung einer geeigneten Elektronik zu bestimmen.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zum Überwachen der Druckwellenform in einem Gefäß auf nicht invasive Weise, wie etwa in einer Arterie, umfaßt vier grundlegende Schritte. Als erstes wird der Behälter bereitgestellt, der mit dem inkompressiblen Fluid gefüllt ist, und der die flexible Membran als eine Seite des Behälters aufweist. Als zweites wird die flexible Membran gegen das Gewebe gedrückt, das das interessierende Blutgefäß überdeckt, so daß die Membran über einen Teil der Membran ansprechend auf Spannungen in dem Gewebe, die durch den Druck des Gefäßes verursacht werden, verformt wird. Die relative Volumenverteilung des Fluids über den Behälter hinweg kann dann bestimmt werden, da sie durch die Durchbiegung der Membran verursacht wird. Als nächstes wird zusätzliches Fluid zu dem Behälter zugeführt, bis die relativen Volumina innerhalb einer jeden Abteilung durch arterielle Pulsationen nicht verändert sind. Unter diesen Bedingungen ist die Membran relativ zu einer Ausgangs- oder Ruheposition nicht verformt. Bei dieser Ausgangsposition kann es sich um eine ebene oder in beliebiger Weise ausgelenkte Form handeln, die dem Handgelenk oder einem sonstigen Körperteil entspricht, gegen den die Membran angelegt ist. Die Druckwellenform innerhalb des Gefäßes kann dann dadurch bestimmt werden, daß der Druck innerhalb des Behälters verwendet wird, wenn sich die Membran in der Ruheposition befindet.
Diese und weitere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden für einen Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen Merkmale der vorliegenden Erfindung im Wege eines Beispiels erläutert sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische schematische Ansicht des Tonometers nach der vorliegenden Erfindung, wobei dieses an den Arm eines Patienten angelegt ist.
2 zeigt eine teilweise Ansicht im Querschnitt des Tonometers nach 1.
3 zeigt eine Ansicht von unten, im wesentlichen entlang der Linien 3-3 in 2.
4A und 4B sind schematische Darstellungen der Interaktion zwischen einer flexiblen Membran, einem Blutgefäß und dem Gewebe, das das Blutgefäß umgibt.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines Stromgenerators.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Verarbeitung eines Volumenelektrodensignals.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Druckübertragers, der einen Brückenverstärker für Dehnungsmeßstreifen aufweist.
8 zeigt ein schematisches Diagramm eines Analysators für Impulswellenformen.
9 zeigt ein schematisches Diagramm eines analogen Signalteilers.
10 zeigt eine teilweise im Schnitt dargestellte schematische Erläuterung eines Tonometers, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und gegen menschliches Gewebe benachbart zu einem Blutgefäß angelegt ist.
11 zeigt eine schematische modellhafte Darstellung der Kräfte, die innerhalb eines Blutgefäßes und des umgebenden Gewebes zusammenwirken.
12A und 12B zeigen Verläufe der arteriellen und Gewebevolumina und der analogen Kräfte, die schematisch in 10 und 11 dargestellt sind.
13 zeigt eine übertriebene schematische Darstellung des Tonometers nach 10, wobei die flexible Membran leicht deformiert ist.
14 zeigt eine übertriebene schematische Darstellung des Tonometers nach 10, wobei die flexible Membran gemäßigt durchgebogen ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Tonometeranordnung 10, wie sie an einem Arm 12 eines Patienten angelegt ist, um die Druckwellenform innerhalb einer Arterie 13 gemäß der vorliegenden Erfindung zu messen. Das Tonometer 14 ist mit einem Druckübertrager 16 gekoppelt, der in einer blockdiagrammartigen Form dargestellt ist. Eine Einrichtung 18 zur Signalverarbeitung ist in zweckmäßiger Weise mit dem Tonometer 14 und dem Druckübertrager 16 gekoppelt. Ein Katheter 20 ist vorgesehen, um eine Fließverbindung eines Fluids 23 zwischen dem Tonometer 14 und einem Reservoir 22 zu ermöglichen. Der Katheter 20 weist ein Zweiwegeventil 24 auf, um wahlweise die Strömungsmenge des Fluids in einer der beiden Richtungen zu steuern. Bei dem Fluid 23 handelt es sich in bevorzugter Weise um eine Salzlösung, und zwar aufgrund ihrer elektrisch leitenden Eigenschaften. Bei dem Fluid 23 könnte es sich ebenfalls um andere inkompressible Lösungen oder Gele oder um Gasmischungen handeln. Das Fluid 23 muß nicht elektrisch leitend sein. Alternativ umfaßt das Fluid 23 Medien, die für Mikrowellen, Ultraschall oder für optische Signale, als Beispiel, leitend sind.
2 zeigt in einer Querschnittsansicht die Einzelheiten des Tonometers 14. Das Gehäuse bildet Seitenwände 31 und eine Rückwand 32, die den Behälter 29 festlegen, der das Fluid 23 enthält. Eine Membran 33 ist quer die Öffnung in dem Gehäuse 30 gespannt, die durch die Seitenwände 31 festgelegt ist. Die Membran 33 dichtet den Behälter 29 effektiv ab, so daß das Fluid 23 innerhalb des Behälters 29 gehalten wird.
Wie mehr im einzelnen in 3 dargestellt ist, wird die Membran 33 gegen das Gehäuse 30 durch einen Ring 34 gehalten, der einen Teil des äußeren Umfangs der Membran 33 und der Dichtung 36 deckt. Die Dichtung 36 und die Membran 33 können durch Schrauben oder Befestigungselemente 38 an Ort und Stelle gehalten werden, die in geeigneter Weise in dem Gehäuse aufgenommen sind.
2 zeigt weiterhin Volumenelektroden 40, die bevorzugt mit gleichen gegenseitigen Abständen über die hintere Wand 32 gegenüber der Membran 33 angeordnet sind. Die Volumenelektroden 40 teilen den Behälter 29 effektiv in gleiche benachbarte Volumenabteilungen. Die Elektroden 42 werden dazu verwendet, um einen Strom durch das inkompressible Fluid 23 zu leiten, um die relative Volumenverteilung innerhalb des Behälters 29 zu bestimmen, wie sie durch Auslenkungen oder Durchbiegungen in der Membran 33 verursacht werden. Die Elektroden 40 und 42 können beispielsweise aus rostfreiem Stahl hergestellt sein. 3 zeigt auch einen Fluideinlaß 44, der dazu bestimmt ist, mit dem Katheter 20 verbunden zu werden, um das Fluid 23 zu dem Behälter 29 zuzuführen. Ein Luftauslaß 46 ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß der Behälter 29 mit Fluid gefüllt ist, und daß jegliche unerwünschte Luftblasen innerhalb des Fluids 23 freigesetzt werden können.
4A und 4B zeigen schematisch den Behälter 29, wobei dieser in drei Volumenabteilungen durch Volumenelektroden 40 unterteilt ist. Drei Volumenabteilungen sind mit V_a, V_b und V_c bezeichnet. Es ist von Bedeutung, festzustellen, daß die Volumenabteilungen V_a, V_b und V_c keine eigentliche physikalische Trennung zwischen sich aufweisen. Daher strömt das Fluid 23 unabhängig durch die und zwischen den unterschiedlichen Volumenabteilungen, so wie es aufgrund etwaiger Durchbiegungen oder Auslenkungen in der Membran 33 erforderlich ist. Diese relative Kommunikation zwischen den Volumenabteilungen bringt den Vorteil mit sich, daß die Überwachung einer Auslenkung der Membran lediglich in zwei oder drei Bereichen erforderlich ist, die zwei oder drei Volumenabteilungen entsprechen. Dadurch wird effektiv die Notwendigkeit nach einer hoch auflösenden Sensortechnologie beseitigt, die bei früheren Konstruktionen von Tonometern benötigt wurden. 4A zeigt die Membran 33, wie sie aufgrund des Drucks innerhalb der Arterie 13 ausgelenkt ist, wenn die Membran 33 gegen die Gewebeschicht 56 angedrückt wird.
Das Tonometer 14 wird gegen die Haut eines Patienten auf eine solche Weise angelegt, daß die Membran 33 das Gewebe 56 in der Nähe einer Arterie 13 berührt. Die Membran 33 stellt effektiv eine Erweiterung des Gewebes, mit dem sie in Kontakt steht, dar, da sie in der Lage ist, sich an die Kontur des Handgelenks oder eines sonstigen Körperteils anzupassen. Ein vorab gewähltes Volumen an inkompressiblem Fluid 23 ist innerhalb des Behälters 29 enthalten, so daß ein Druck innerhalb des Behälters 29 der Membran 33 ermöglicht, durch die arteriellen Drücke innerhalb der Arterie 13 ausgelenkt zu werden. Ein solcher Zustand ist schematisch in 4A dargestellt. In 4A überschreiten die arteriellen Drücke den Druck innerhalb des Behälters 29 des Tonometers, und das Volumen der Arterie 13 breitet sich effektiv in die Volumenabteilung V_b aus. Die Volumenabteilungen V_a und V_c haben ansprechend darauf vergrößerte Volumina, aufgrund der Expansion der Arterie in die Volumenabteilung V_b. Dies tritt deshalb auf, da das inkompressible Fluid innerhalb des Behälters 29 neu verteilt werden muß, da es nicht zusammengedrückt werden kann und auf einem feststehenden Volumen gehalten wird. Ein inkompressibles Fluid 23 wird bei der dargestellten Ausführungsform aus Gründen der Einfachheit verwendet, und da es gegenwärtig bevorzugt wird, wobei allerdings darauf verwiesen sei, daß Gele oder kompressible Gase akzeptable Ersatzstoffe im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind.
Um einen Zustand herzustellen, in dem die flexible Membran 33 in einer ebenen Ruheposition gehalten wird, wird das Gesamtvolumen innerhalb des Behälters 29 des Tonometers vergrößert, wie in 4B dargestellt ist. Der Druck innerhalb des Behälters 29 steigt ansprechend darauf an, und daher flacht sich die Arterie 13 ab bzw. wird eben. Unter der Bedingung, die in 4B dargestellt ist, ist das Volumen in jeder Abteilung gleich. Die Membran 33 ist im wesentlichen eben, und es wird eine tonometrische Kalibrierung erreicht, da der Druck innerhalb des Tonometers gleich dem arteriellen Druck ist. Aus diesem Grunde wird durch Beibehaltung der Volumenabteilungen bei einem gleichen Volumen ein Typ einer kalibrierten Applanationstonometrie mit einer flexiblen Membran realisiert. Alternative und stärker bevorzugte Verfahren zum Erzielen einer kalibrierten Tonometrie werden weiter unten mehr im einzelnen erläutert werden.
In einer Ausführungsform hält die Steuerspritze 23 konsistent und kontinuierlich die Menge an Fluid 23, die in den Behälter 29 eingeleitet wird, so, daß die relativen Volumina einer jeden Volumenabteilung gleich sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, daß herkömmliche Sensorvorrichtungen mit dem Tonometer 14 gekoppelt werden, die die Volumeninformation aus den Volumenabteilungen auswerten und Betätigungssignale für ein elektromechanisches Betätigungsmittel bereitstellen, um die Menge an Fluid einzustellen, die durch die Spritze 22 zugeführt wird. Alternativ könnte die Spritze 22 oder ein beliebiges ähnliches Fluidreservoir durch eine Person überwacht und eingestellt werden, die die Signale von einer geeigneten Erfassungseinrichtung auswertet. Magnetisch aktivierte oder pneumatische Mittel zum Einstellen der Menge an Fluid, die durch ein Reservoir 22 eingeleitet werden, sind annehmbar und werden als innerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet. Zusätzliches Fluid kann zu dem Behälter 29 hinzugefügt werden oder aus diesem entfernt werden, entsprechend dem Druck innerhalb der Arterie, so daß die Volumenabteilungen gleiche Volumina aufweisen. In der Ausführungsform, die gegenwärtig beschrieben wird, ist der Tonometerdruck immer gleich dem arteriellen Druck, wenn die Volumina der Abteilungen fest und relativ zueinander gleich sind.
Auf diese Weise wird eine arterielle Tonometrie mit einem Erfassungsfeld mit einer geringeren Auflösung erreicht als die Auflösung, die bei früher bekannten Tonometervorrichtungen erforderlich war. Der Steuerungs- oder Regelungsalgorithmus mit Rückführung, der bei dieser Erfindung vorhanden ist, verwendet Meßsignale von Volumenabteilungen, um eine Vorrichtung zur Volumenkorrektur in die Lage zu versetzen, eine kalibrierte Tonometrie aufrechtzuerhalten, dadurch daß das Behältervolumen kontinuierlich angepaßt wird. Das Feedbacksystem arbeitet momentan und erzeugt aus diesem Grunde eine kontinuierliche Veränderung im Behälterdruck, der dem Gefäßdruck folgt.
METHODIK DER KALIBRIERUNG
Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Methodik zum Kalibrieren des Tonometers, das die flexible Membran 33 aufweist. Kalibrierungstechniken sind notwendig aufgrund der Natur der flexiblen Membran 33. Die flexible Membran paßt sich an die Konturen des Körpers einschließlich Knochen, Sehnen und Arterien, als Beispiel, an. Eine Vorrichtung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, stellt den Vorteil bereit, daß eine größere Annehmlichkeit für einen Patienten besteht sowie eine genauere Signalübertragung, während gleichzeitig die Empfindlichkeit des Tonometers in bezug auf die Position des Tonometers relativ zu dem Körper des Patienten reduziert wird. Eine ordnungsgemäße Kalibrierung schließt ein, daß bestimmt wird, wann das Volumen an Fluid 23, das in dem Behälter 29 enthalten ist, eingestellt worden ist, um die flexible Membran 33 dazu zu veranlassen, ordnungsgemäß das darunterliegende Gefäß abzuflachen, so daß der Druck des Fluids in dem Behälter 29 präzise den momentanen Druck des Bluts wiedergibt, das durch das Gefäß strömt.
Eine Einstellung des gesamten Volumens innerhalb des Behälters 29, bis alle drei Volumenabteilungen V_a, V_b und V_c gleich sind, stellt ein praktisches Kriterium bereit, um einen Kalibrierungszustand für manche Gewebegeometrien zu erreichen. Allerdings bestehen Begrenzungen für einen Kalibrierungszustand, der die ebene Membran umfaßt, da er eine Unannehmlichkeit für den Patienten bedeuten kann, oder ungenaue Ergebnisse, in Abhängigkeit von der speziellen Anatomie der Stelle, an der das Tonometer an dem Körper des Patienten angelegt wird.
Gemäß einem Verfahren, das der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, wird die Membran 33 in einer ebenen Position gehalten, wie besprochen und im wesentlichen unter Bezugnahme auf 4A und 4B dargestellt worden ist. Ein Volumen-Feetback wird verwendet, um Auslenkungen der Oberfläche entlang der Membran 33 zu verhindern, um eine kalibrierte Tonometrie zu erzielen. Eine das Volumen steuernde Schaltung und das Fluidreservoir 22 werden über einen externen Katheter 20 mit den Volumenabteilungen V_a, V_b und V_c des Tonometers gekoppelt. Auf das Untersystem der Strömungselektronik und des Fluidreservoirs wird generisch als die Volumensteuervorrichtung Bezug genommen. Die Volumensteuervorrichtung kann dazu verwendet werden, das Volumen innerhalb des Behälters 29 einzustellen, auf der Grundlage der relativen Änderung in einem jeden Abteilungsvolumen. Ein Fehlersignal kann dadurch bestimmt werden, daß die Impulsvolumina addiert werden. Das Fehlersignal stellt aus diesem Grunde eine Veränderung in der Ebenheit der Oberfläche der Membran 33 dar. Wenn das Fehlersignal zu- oder abnimmt, veranlaßt die Volumensteuervorrichtung zusätzliches Fluid 23 dazu, zu dem Behälter 29 hinzugefügt oder davon entfernt zu werden, um das Fluidvolumen des Tonometers einzustellen, so daß das Fehlersignal auf einem minimalen Wert gehalten wird, wodurch die flexible Membran 33 effektiv starr und eben gehalten wird.
Das Aufrechterhalten einer ebenen Oberfläche entlang der Membran 33 wird bevorzugt ausgeführt, während gleichzeitig die Kontaktoberfläche wesentlich steifer als das Arterien- und Gewebesystem gehalten wird. Es ist bekannt, daß die Nachgiebigkeit von Gewebe bei einem speziellen Applanationsdruck bei einem maximalen Wert liegt. Relativ zu dem Gewebe wird sich das Tonometer an dem Niveau des Drucks, an dem sich die Nachgiebigkeit des Gewebes an einem Maximum befindet, bei seiner maximalen Steifigkeit befinden. In ähnlicher Weise wird an diesem Punkt das Fehlersignal am kleinsten sein, was die besten relativen Feedback-Steuerbedingungen anzeigt. Es wird bevorzugt, das Feedback-Fehlersignal entlang von zwei Zeitrahmen zu regeln. Das Feedback-Steuersignal sollte während jedes einzelnen Pulses und über mehrere Pulse reguliert werden. Aus diesem Grunde kann die Kalibrierung des Tonometers dadurch erfolgen, daß ein dynamisches Feedback in einem langsamen oder mittleren Feedback aufgebracht wird, welches versucht, jeglichen dynamischen Feedbackfehler zu minimieren.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein allgemeineres Kriterium dazu verwendet, um ein automatisierbares Mittel bereitzustellen, um zu bestimmen, wann kalibrierte Bedingungen für das Tonometer 14 hergestellt sind. Ein mehr allgemeines Kriterium läßt Unterschiede in den relativen Volumina der Volumenabteilungen V_a, V_b und V_c zu und stellt aus diesem Grunde eine Kalibrierungsinformation bereit, während sich die flexible Membran 33 in einer verformten oder ausgelenkten Position befindet. Im allgemeinen werden relative Veränderungen in jeder einzelnen Volumenabteilung überwacht, während das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 19 verändert wird. Wenn die relativen Veränderungen zwischen den einzelnen Volumenabteilungen aufgrund des arteriellen Drucks oder aufgrund von Pulsationen minimiert sind, ist eine kalibrierte Tonometrie erreicht.
Nachfolgend sei auf 10–14 Bezug genommen, wobei die bevorzugte Methodik zum Kalibrieren des Tonometers 14, die in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht, beschrieben werden wird. Es ist notwendig, ein Modell für die Nachgiebigkeit des Gewebes und des Gefäßes zu entwickeln, um die bevorzugte Methodik zu demonstrieren, die mit der vorliegenden Erfindung zusammenhängt. Das Modell für die Nachgiebigkeit von Gewebe und Gefäß, auf das hier Bezug genommen wird, ist ein stark vereinfachtes Modell zum Zwecke der praktischen Umsetzung. Es kann zweckmäßig sein, ein eleganteres analytisches Modell für die Nachgiebigkeit einer Gefäßwand für eine strengere Analyse zu entwickeln, in Abhängigkeit von dem Grad an Genauigkeit, der benötigt wird. Auf das hierbei verwendete Modell wird als das analoge, punktförmig verteilte Kraft-Verlagerungs-Modell Bezug genommen.
10 erläutert schematisch das analoge punktförmig verteilte Kraft-Verlagerungs-Modell davon, wie die unterschiedlichen Kräfte, die beim Erzielen einer kalibrierten Tonometrie beteiligt sind, miteinander zusammenwirken. 10 zeigt, daß die Arterie 150 aus der arteriellen Wand 152 zusammengesetzt ist. Das Blut strömt durch die Arterie 150 innerhalb des inneren Kreises 153. Die arterielle Wand 152 ist mit Federn 154 dargestellt, die eine Federkonstante K_Wand aufweisen. Die Federn 154 stellen die Kräfte dar, die durch die arterielle Wand 152 in das Gesamtsystem eingeleitet werden. Der Pfeil 156 zeigt die Richtung der Kraft der Blutströmung durch die Arterie 150, wie sie durch das Tonometer 14 ausgewertet werden würde. Das Gewebe, das die Arterie 150 umgibt, ist mit 160 bezeichnet und weist Gewebefedern 162 auf. Die Federn 162 weisen eine Federkonstante K_Umfang auf, die die Kräfte darstellt, die durch das Gewebe aufgebracht oder eingeleitet werden, das die Arterie 150 umgibt. Das umgebende Gewebe 160 wird durch die Hautschicht 164, die Arterie 150 und durch benachbarte Bereiche von Knochen 166 begrenzt.
Die Hautschicht 164 ist schematisch so dargestellt, daß sie in drei spezielle Bereiche unterteilt ist. Ein arterieller Bereich 170 entspricht demjenigen Abschnitt der Hautschicht 164, der benachbart zu der Arterie 150 liegt. Umfangs- oder periphere Bereiche 172 entsprechen solchen Bereichen der Hautschicht 164, die mit der flexiblen Membran 33 auf jeder Seite des arteriellen Bereichs 170 in Verbindung stehen. In dem erläuterten Modell grenzen die Umfangsbereiche 172 und der arterielle Bereich 170 im wesentlichen an die Volumenabteilungen V_a, V_b und V_c an.
11 zeigt einen reduzierten, ausgewählten Bereich des Systems nach 10 zu Zwecken der Vereinfachung und Erläuterung. Die Federn 154 und 162 werden verwendet, da das analoge, punktförmig verteilte Kraft-Verlagerungs-Modell ein analoges Element von Volumen zu Verlagerung und Kraft zu Druck aufweist. In 11 ist die arterielle Wand 152 durch die diagonalen Federn 154 dargestellt. Die Federn 154 drehen sich um feststehende Punkte 180 und 182. Die Federn 154 schwenken effektiv relativ zueinander an einem Schwenkpunkt 184. Der Schwenkpunkt 184 stellt auch den Punkt dar, an dem die Kraft, die durch das Blut, das durch das Gefäß 150 strömt, aufgebracht wird, in Richtung auf das Tonometer 14 gelenkt wird, und insbesondere auf flexible Membran 33, wie durch den Kraftpfeil 156 angedeutet ist. In 11 ist das auf dem Umfang angeordnete oder umgebende Gewebe 160 durch eine einzelne Feder 162 dargestellt. Das Volumen des Behälters 29 ist in 11 durch die gesamte Verlagerung der Federkombination dargestellt, die mit X_t bezeichnet ist. Die Kräfte werden an dem Anschluß der arteriellen Wand 152 in dem umgebenden oder peripheren Gewebe 160 erzeugt; diese Kräfte sind analog zu dem Fluiddruck innerhalb des Behälters 29. Die gesamte Verlagerung X_t entspricht dem gesamten Volumen innerhalb des Behälters 29, so daß X_t verändert wird, wenn das gesamte Volumen des Fluids 23 verändert wird. Die Summe der Kräfte, die an dem Punkt 184 wirken, muß gleich Null sein; daraus ergibt sich der Wert von X_w und X_p, die den Volumina der zentralen und seitlichen Volumenabteilungen entsprechen. Es ist wichtig, festzustellen, daß zum Zwecke der Vereinfachung dieses Modells Volumina in Verlagerungen umgewandelt worden sind. Die Federn 162, die das periphere Gewebe 160 darstellen, und die Federn 154, die die arterielle Wand 152 darstellen, sind in Form einer Reihenschaltung dargestellt. Eine Reihenschaltung ist aufgrund der Übertragung der Kräfte durch das Fluid 23 innerhalb des Behälters 29 vernünftig.
12A und 12B zeigen ausgewählte Verläufe der unterschiedlichen Kräfte und Volumina, die für das analoge, punktförmig verteilte Kraft-Verlagerungs-Modell von Bedeutung sind. 12A enthält einen Verlauf der linearen Verlagerung der Federn 154, der als Linie 190 dargestellt ist, und die der linearen Verlagerung X_w entspricht. Der Verlauf 192 entspricht einem Verlauf der Kraft, die durch die arterielle Wand 152 eingeleitet wird. Die Linie 194 ist ein Verlauf der Kraft, die durch die Kombination des Blutdrucks innerhalb der Arterie 150 eingeleitet wird, und der Kraft, die durch die arterielle Wand 152 eingeleitet wird. Die Kraft, die durch den Blutdruck allein eingeleitet wird, ist durch den Pfeil 195 angedeutet. Die Verläufe 190 bis 195 sind bezüglich eines Maßstabs aufgetragen, der aus einer horizontalen Achse 196 besteht, die in herkömmlichen Einheiten die gesamte Verlagerung X_t darstellt, und aus einer vertikalen Achse 198, die eine zunehmende Kraft in herkömmlichen Krafteinheiten zeigt.
12B weist einen Verlauf 200 auf, der das arterielle Volumen darstellt, bei dem es sich um das Fluidvolumen innerhalb des Behälters 29 handelt, das der Volumenabteilung oder den Volumenabteilungen entspricht, die dem Abschnitt der flexiblen Membran 33 entspricht oder entsprechen, die unmittelbar oberhalb oder benachbart zu der Arterie 150 liegt. Der Verlauf 202 stellt das Umfangsvolumen dar, das dem Fluidvolumen innerhalb des Behälters 29 in den Volumenabteilungen entspricht, die den Abschnitten der flexiblen Membran 33 entsprechen, die benachbart zu den Umfangsbereichen 172 in der Hautschicht 164 liegen, wie beispielsweise in 10 dargestellt ist. Die Verläuft 200 und 202 sind in bezug auf einen Maßstab dargestellt, der durch eine horizontale Achse 204 festgelegt ist, die die gesamte Verlagerung X_t zeigt, wie in 11 dargestellt ist, und die vertikale Achse 206, die ein zunehmendes Volumen in herkömmlichen Volumeneinheiten zeigt.
Die Kalibrierung des Tonometers umfaßt den Schritt des Auffindens des optimalen gesamten Behältervolumens für eine präzise Messung und Analyse der Wellenform. Das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 29 wird verändert, bis die optimalen kalibrierten Zustände erreicht sind. Die Veränderungen, die sich hieraus in den arteriellen und peripheren Volumina innerhalb des Behälters 29 ergeben, und die analogen Kräfte, die durch das Gewebe 160 und die Arterie 150 eingeleitet werden, und die aufgrund der Veränderung des Volumens des Fluids innerhalb des Behälters 29 auftreten, sind durch die unterschiedlichen Verläufe in 12A und 12B erläutert. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, daß in 12A und 12B eine Vergrößerung des Volumens innerhalb des Behälters 29 einen abnehmenden Wert der Verlagerungsvariablen X_t entspricht. Wenn das Volumen in dem Behälter 29 vergrößert wird, steigt der Druck (oder, entsprechend dem Modell, F_Wand und F_{Umfangsgewebe}) bis zu einem maximalen Wert, der etwa an dem Punkt 208 angegeben ist. Wie in dem Verlauf in 12A dargestellt ist, nimmt dann der Druck plötzlich ab, wenn die Wand 152 kollabiert, wobei sie ihre Fähigkeit verliert, eine Kraft zu erzeugen oder einzuleiten. In dem Modell, das in 11 schematisch dargestellt ist, entspricht dieser Zustand einem Punkt, an dem die beiden Federn 154 bis zu einer im wesentlichen vertikalen Ausrichtung relativ zueinander rotieren. An diesem Punkt erzeugen sie keinerlei Kraft mehr in der horizontalen Richtung (gemäß der Zeichnung). Aus diesem Grunde ist die einzige verbleibende Kraft diejenige des Bluts, das nach außen drückt, wie durch den Kraftpfeil 156 angedeutet ist. Eine weitere Vergrößerung des gesamten Volumens innerhalb des Behälters 29 sollte den mittleren Blutdruck innerhalb der Arterie 150 nicht beeinflussen.
Wie in 12B dargestellt ist, tritt die Veränderung in den peripheren und arteriellen Volumina gleichzeitig mit der Veränderung des gesamten Volumens und aus diesem Grunde des Fluiddrucks innerhalb des Behälters 29 auf. Wenn das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 29 ansteigt, steigt das arterielle Volumen nach und nach auf eine lineare Weise an, bis die arterielle Wand 152 kollabiert. An diesem Punkt steigt das arterielle Volumen schnell an, wobei eine neue und wesentlich steilere Steigung eingenommen wird, wie sie mit 210 bezeichnet ist, in bezug auf den Anstieg des gesamten Volumens. In ähnlicher Weise steigt das periphere Volumen linear mit dem sich vergrößernden Volumen des Behälters 29 an. Wenn das Volumen innerhalb des Behälters 29 während des Kollabierens der arteriellen Wand 152 an den arteriellen Bereich übertragen wird, nehmen die peripheren Volumina plötzlich ab, wodurch eine Umkehrung zu einer negativ verlaufenden Steigung erzeugt wird, wie in dem Verlauf 202 dargestellt ist. Diese beiden wesentlichen Veränderungen in Druck und Volumen, im Vergleich zu dem gesamten Volumen innerhalb des Behälters 29, stellen die Information bereit, die erforderlich ist, um einen Zustand der kalibrierten Tonometrie zu erzielen, der eine automatische Steuerung des Volumens innerhalb des Behälters 29 ermöglicht, um auf diese Weise einen kontinuierlich kalibrierten Betrieb des Tonometers 14 zu ermöglichen.
Wenn man annimmt, daß 10 eine anfängliche Position der flexiblen Membran 33 darstellt, wenn sie auf eine Hautschicht 164 aufgelegt wird, zeigen 13 und 14 in schematischer Weise die Wirkungen auf die flexible Membran 33, die Arterie 150, das umgebende Gewebe 160 und die Hautschicht 164, die ein vergrößertes Volumen innerhalb des Behälters 29 zur Folge hat. 13 erläutert in schematischer Weise und in einer übertriebenen Form die Antwort dieses Systems, wenn das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 29 um eine kleine Menge vergrößert wird. Die Volumina der arteriellen und peripheren Wand innerhalb des Behälters 29 werden beide vergrößert. Allerdings nimmt das arterielle Volumen mit einer größeren Geschwindigkeit zu als die peripheren Volumina. Vereinfacht ausgedrückt entspricht das arterielle Volumen dem Volumen innerhalb der Volumenabteilung V_b, und die peripheren Volumina würden den Volumina innerhalb der Volumenabteilungen V_a und V_c entsprechen. Der Zustand, der in 13 dargestellt ist, entspricht dem Punkt in der graphischen Darstellung nach 12B, der mit 212 bezeichnet ist.
14 erläutert in schematischer Weise und in übertriebener Form die Antwort des Systems, wenn das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 29 um eine relativ große Menge vergrößert worden ist. In 14 ist die arterielle Wand 152 zusammengedrückt worden, und das periphere Volumen, d. h. die Volumina innerhalb der Volumenabteilungen V_a und V_c, haben abgenommen. Die Bedingungen, die in 14 dargestellt sind, entsprechen dem Punkt in 12B, der mit 214 bezeichnet ist. Demgemäß entsprechen die optimalen Bedingungen für eine kalibrierte Tonometrie einem Volumen innerhalb des Behälters an einem gewissen Punkt zwischen den relativen Volumina, die in 13 und 14 dargestellt sind.
Die Beibehaltung eines kalibrierten Betriebszustands für das Tonometer 14 kann im allgemeinen wie folgt beschrieben werden, auf der Grundlage des Modells, das soeben beschrieben und erläutert worden ist. Zunächst wird das Volumen innerhalb des Behälters 29 in bevorzugter Weise eingestellt, bis der Sensordruck näherungsweise mit einem Druck von Null übereinstimmt. Dieser Druckwert kann als der anfängliche Arbeitspunkt oder der Zustand betrachtet werden, bei dem die flexible Membran 33 in einer Ruheposition gehalten wird. Als nächstes wird das Volumen innerhalb des Behälters 29 nach und nach vergrößert, während die Steigung der Kurve des arteriellen Volumens und des peripheren Volumens innerhalb des Behälters 29 über dem gesamten Volumen innerhalb des Behälters 29 begleitend dazu überwacht werden. Das Volumen innerhalb des Behälters 29 wird vergrößert, bis die Volumina innerhalb der Volumenabteilungen V_a und V_c, d. h. das periphere Volumen, einen Maximalwert erreichen und dann um einen vorbestimmten Anteil bzw. Prozentwert einen Maximalwert erreichen und dann um einen vorbestimmten Anteil bzw. Prozentwert unterhalb des maximalen Werts absinken. Gleichzeitig wird die Steigung des arteriellen Volumens über der Kurve des gesamten Volumens überwacht, um einen Anstieg in dieser Steigung aufzufinden. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, ist eine Grenze des Bereichs der Volumina des Behälters 29 gefunden, bei denen ein kalibrierter Betrieb des Tonometers möglich ist. Eine Vergrößerung des gesamten Volumens innerhalb des Behälters 29 um ein relativ kleines zusätzliches Maß würde den Betriebspunkt des Tonometers 14 an einen gewissen Punkt innerhalb des Bereichs 216 bringen, der in 12A dargestellt ist. An diesem Punkt wird das gesamte Volumen in dem Behälter 29 konstant gehalten, und der Druck innerhalb des Fluids 23 wird überwacht und als Schätzung für den tatsächlichen arteriellen Blutdruck innerhalb der Arterie 150 angesehen. Dieser Betriebspunkt wird als der Betriebspunkt bei statischem Gleichgewicht bezeichnet. Unter bestimmten Bedingungen kann es nötig sein, das Volumen mit der Zeit zu reduzieren und den kalibrierten Betriebspunkt des Tonometers 14 neu festzusetzen, wenn der Patient den Sensor neu positioniert, so daß sich die Membran 23 an einer anderen Stelle befindet als dort, wo sie sich vorher befunden hatte.
Aus diesem Grunde liegt der Unterschied zwischen dem kalibrierten Zustand, in dem die Membran in einem im wesentlichen ebenen Zustand gehalten wird, und dem kalibrierten Zustand, der gegenwärtig im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird, darin, wie die Volumina innerhalb der unterschiedlichen Volumenabteilungen innerhalb des Behälters 29 überwacht werden. Im ersten Fall, in dem die Membran in einer relativ ebenen Position gehalten wird, werden die Volumina innerhalb einer jeden Volumenabteilung oder eines Übertragers des Behälters bevorzugt untereinander gleich gehalten. In der gegenwärtig bevorzugten Herangehensweise wird die Kalibrierung dadurch erreicht, daß das Verhalten der Veränderungen im Volumen und Druck überwacht wird, wie vorstehend beschrieben ist, bis die optimalen Betriebsbedingungen erfüllt sind und die Kalibrierung erreicht ist. Es ist von Bedeutung, daß die relativen Veränderungen zwischen den jeweiligen Volumenabteilungen, die durch Pulsationen des Gefäßes hervorgerufen werden, auf einem Minimum gehalten werden. Eine kontinuierliche Tonometrie und Kalibrierung kann dann dadurch beibehalten werden, daß ein Volumen an Fluid 23 innerhalb des Behälters 29 aufrechterhalten wird, so daß die individuellen Volumina einer jeden Volumenabteilung relativ unverändert durch arterielle Pulsationen bleiben. Mit anderen Worten wird ein repräsentativer Satz von Messungen für die arteriellen und peripheren Volumina, d. h. die Volumina innerhalb der verschiedenen Volumenabteilungen, ausgewählt, und dann wird das gesamte Volumen innerhalb des Behälters 29 dynamisch eingestellt, um die jeweiligen Werte der Volumenabteilungen während jedes Herzschlags innerhalb des Patienten in dem gleichen Verhältnis zu halten. Auf diese Weise wird eine kalibrierte Tonometrie erreicht und beibehalten, so daß die Möglichkeit bereitgestellt wird, die Wellenform des Blutdrucks innerhalb eines Gefäßes wie etwa einer Arterie 150 oder 13 kontinuierlich zu überwachen.
VOLUMENMESSUNG
Das erfindungsgemäße Tonometer mit flexibler Membran weist ein Feld von Volumenübertragern auf, wie vorstehend beschrieben. Das Volumen kann durch eine Vielfalt von Techniken erfaßt werden, auf die in herkömmlicher Weise als Plethysmographie Bezug genommen wird. Eine Technik, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird, ist allgemein bekannt als Impedanz-Plethysmographie. Die Impedanz-Plethysmographie wird aus dem Grunde bevorzugt, weil die Volumenabteilungen mit einem Fluid gefüllt sind. Das inkompressible Fluid, das bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in bevorzugter Weise eine Salzlösung, da eine Salzlösung leitende Eigenschaften aufweist. Das Vorhandensein einer Salzlösung ermöglicht, daß der Widerstand einer jeden Abteilung gemessen und mit jedem Abteilungsvolumen in Beziehung gesetzt wird. Es könnten auch andere leitende Lösungen verwendet werden.
Unter der Annahme, daß jede Abteilung eine rechteckige Form aufweist, ist der Widerstand durch die folgende Gleichung gegeben: R = rL/A (1)wobei r = der Widerstand der Salzlösung ist;
L = die Länge der Abteilung und
A = die Querschnittsfläche der Volumenabteilung ist.
Da das Volumen der Abteilung gleich der Länge der Abteilung multipliziert mit der Querschnittsfläche der Abteilung ist, folgt daraus, daß: R = rL2/V (2)wobei V das Abteilungsvolumen ist. Daher kann das gesamte Behältervolumen dadurch bestimmt werden, daß der Widerstand einer jeden Volumenabteilung gemessen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein Strom I durch das Fluid 23 geleitet wird, so daß eine Spannung v über jedem einzelnen Paar von Elektroden 40 erzeugt wird, die dazu verwendet werden kann, das Volumen der Abteilung gemäß der folgenden Gleichung zu messen: v = IR = IrL2/V (3).
Die Stromelektroden 22 können dazu verwendet werden, einen derartigen Strom über die Länge des Tonometerbehälters 29 zu leiten.
Beispielsweise können die Stromelektroden 22 mit einer Sinuswelle von 10 Kilohertz bei einer Stromstärke von etwa 1 Milliampere versorgt werden. Die relativ hohe Frequenz wird bevorzugt, um die Impedanz der Elektroden zu minimieren und um einer Polarisation der Elektroden vorzubeugen. Ein solcher Elektrodenstrom kann durch die Schaltung erzeugt werden, wie sie schematisch in 5 dargestellt ist.
5 erläutert einen Stromgenerator 78, der eine Komponente Z₁ aufweist, eine Stromversorgung 80 und einen Operationsverstärker 82. Bei der Komponente Z₁ handelt es sich um einen kommerziell verfügbaren Chip, der als Intersil ICL8038 bekannt ist. Die Komponente Z₁ wird dazu verwendet, einen Ausgang in Form einer Sinuswelle zu erzeugen. Der Operationsverstärker 82 ist mit einem Anschluß 2 von Z₁ verbunden und dient als Ausgangspuffer. Die Anschlüsse 1 und 12 sind über variable Widerstände 84 und 86 mit der Stromversorgung 80 verbunden. Die variablen Widerstände 84 und 86 dienen als Mittel zum Einstellen der Frequenz und Amplitude des Ausgangs des Sinuswellengenerators Z₁. Das Ausgangssignal bei 88 wird in geeigneter Weise an die Stromelektrode 42 (2) angekoppelt. Der Stromerzeuger 78 ist ein Teil der Signalverarbeitungseinrichtung 18.
Die Sinuswelle, die als Stromzufuhr zu dem Tonometer 14 verwendet wird, sollte demoduliert und nach arteriellen Druckfrequenzen gefiltert werden. Jedes Paar von Volumenelektroden 40 ist bevorzugt mit der gleichen Signalverarbeitungsschaltung gekoppelt, von der ein Beispiel in 6 dargestellt ist. 6 erläutert einen differentiellen Eingangsverstärker 70, der aus Operationsverstärkern aufgebaut ist und als ein Mittel zum Auffinden der Spannung über einem Paar von Volumenelektroden 40 und zum Bereitstellen einer hohen Impedanz zum Minimieren von Elektrodenimpedanzeffekten dient. Ein Paar von Volumenelektroden 40 sind jeweils mit den Eingängen 71 verbunden. Die Elektrodenspannung wird bevorzugt verstärkt und durch ein Filter 72 hochpaßgefiltert, bevor Messungen abgeleitet werden, um eine etwa vorhandene Offsetspannung zu entfernen. Eine Demodulierung der sinusförmigen Spannung kann durch den Operationsverstärker 73 in dritter Stufe erreicht werden, der einen Teil eines Präzisionsfilters 74 zur Vollwellengleichrichtung und Mittelwertbildung ist. Die Frequenzen sind bevorzugt auf weniger als 30 Hertz begrenzt. Der Spannungsausgang der Demodulatoreinrichtung 74 steht mit dem Volumen zwischen dem ausgewählten Elektrodenpaar in Beziehung. Eine Verstärkungsstufe 76 dient als Mittel zum Bereitstellen einer Kalibrierungseinstellung und Ausgangspufferung. Die Impulskomponente wird unter Verwendung eines Bandpaßfilters gefiltert, bevorzugt zwischen 0,5 und 30 Hertz. Das pulsierende Volumen wird an diesem Punkt ebenfalls verstärkt und kalibriert. Aus diesem Grunde gibt die das Volumen bestimmende Elektronik 70, die in geeigneter Weise mit einem Paar Volumenelektroden 40 gekoppelt ist, bei 77 eine Spannung ab, die so kalibriert ist, daß sie gleich dem Volumen der Abteilung zwischen dem entsprechenden Paar von Elektroden und einer etwaigen pulsierenden Veränderung in diesem Volumen ist.
Der Druckübertrager 16 umfaßt bevorzugt eine Elektronik, wie in 7 dargestellt ist, die einen differentiellen Brückenverstärker für Dehnungsmeßstreifen umfaßt. Der Übertrager 16 wird in bevorzugter Weise mit einer konstanten Anregungs-Gleichspannung 78 versorgt, einem Offset von Null und mit einer Kalibrierungssteuerung. Der Verstärker für Dehnungsmeßstreifen, der in dem Übertrager 16 enthalten ist, arbeitet ähnlich wie ein herkömmlicher Verstärker für Dehnungsmeßstreifen; der Druck innerhalb des Behälters 29 bringt eine Spannung auf den Übertrager 16 auf, so daß ein Spannungssignal erzeugt wird, das proportional zu dem Behälterdruck ist. Der Druckübertrager 16 kann dadurch kalibriert werden, daß ein Quecksilbermanometer verwendet wird, bevor der Übertrager in der geeigneten Weise mit der Tonometeranordnung 10 verbunden wird. Der Übertrager 16 kann an den Katheter 20 oder unmittelbar mit dem Behälter 29 verbunden werden, als Beispiel. Jede Volumenabteilung kann dadurch kalibriert werden, daß unter Verwendung einer Spritze 22 ein bekanntes Volumen an Fluid in den Behälter 29 eingegeben wird. Ein Bruchteil des Volumens zwischen einem gegebenen Paar von Elektroden oder der Bruchteil des Volumens innerhalb einer Volumenabteilung kann aufgrund des Abstands zwischen den Elektroden als ein Bruchteil der gesamten Länge des Behälters 29 des Tonometers bestimmt werden.
Alle Volumenabteilungen werden bevorzugt kalibriert, bevor die flexible Membran auf die Haut und das Gewebe benachbart zu oder oberhalb des jeweils interessierenden Gefäßes aufgelegt wird. Als Beispiel sollten alle Volumenabteilungen kalibriert werden, bevor das Tonometer 14 oberhalb der radialen Arterie in dem Handgelenk eines Patienten aufgelegt wird. Das Tonometer 14 wird bevorzugt oberhalb der radialen Arterie zentriert. Eine ordnungsgemäße Zentrierung kann dadurch erreicht werden, daß zunächst nach dem Gefäß getastet wird und dann das Tonometer 14 oberhalb dieses Punkts zentriert wird. Ein Pulsvolumenausgang kann von der zentralen Volumenabteilung überwacht werden, die durch das zentrale Elektrodenpaar festgelegt ist. Kleinere Neupositionierungen des Tonometers 14 können dazu beitragen, eine genaue Zentrierung zu erreichen, indem das Tonometer 14 erneut positioniert wird, bis die größte Wellenform ausgehend von dem zentralen Elektrodenkanal oder der zentralen Volumenabteilung erzeugt wird. Das Tonometer 14 kann dann an dem Patienten fixiert werden, bspw. dadurch, daß ein Klettbandstreifen um die Vorrichtung und um das Handgelenk des Patienten geschlungen wird. Der Patient sollte sich vorzugsweise während der Aufzeichnung der Wellenform nicht bewegen.
Mehrere Herzschläge von Tonometrietaten können mit der Zeit ausgehend von den Pulsvolumenaufzeichnungen überwacht werden, und jeder einzelne Kanal, der durch das Paar von Elektroden festgelegt ist, kann getrennt überwacht oder graphisch dargestellt werden, um die Beziehung zwischen diesen und untereinander darzustellen. Der diastolische, systolische und mittlere Blutdruck eines Patienten kann bestimmt werden. Auf das Pulsvolumen wird als eine Volumenabweichung von dem mittleren Abteilungsvolumen innerhalb einer jeden Volumenabteilung Bezug genommen. Ein konstantes mittleres Level des Tonometerdrucks kann bestimmt werden. Da sich die Volumenabteilungen in Verbindung miteinander befinden, fallen dann, wenn das arterielle Volumen ansteigt, die Abteilungsvolumina benachbart zu der Arterie ab. Diese typische Eigenschaft des Tonometers 14 ermöglicht eine Messung des zu bestimmenden Pulsvolumens bei jedem gewünschten externen Applanationsdruck. Das mittlere Volumen innerhalb des Behälters 29 kann anhand der Volumenaufzeichnungen der individuellen Kanäle erhalten werden.
MESSUNG DER NACHGIEBIGKEIT VON GEWEBE UND ARTERIE
Das Tonometer 14 bringt auch die Möglichkeit mit sich, die Nachgiebigkeit von Gewebe und die arterielle Nachgiebigkeit zu messen. Die Nachgiebigkeit von Gewebe kann dadurch erhalten werden, daß die Ableitung der Volumenkurve bestimmt wird, die das Volumen innerhalb des Behälters 29 beschreibt. Die Nachgiebigkeit des Gewebes zeigt ein Maximum in der Nähe des mittleren arteriellen Drucks eines Patienten. Dies wird deshalb erwartet, da das Gefäß kollabieren muß, wenn der transmurale Druck geringer als Null ist, und die Nachgiebigkeit des Gewebes ist die der Haut und einer Arterienwand.
Die arterielle Nachgiebigkeit kann erhalten werden, wenn die Volumen-Feedbacksteuerung abgeschaltet ist; dies ermöglicht der Membran, vollständig flexibel zu sein. Es kann angenommen werden, daß die Veränderung in dem Behältervolumen das Pulsvolumen ist. Die Veränderung des Drucks innerhalb des Containers 29 ist effektiv ein konstanter Druckimpuls, der anhand des systolischen abzüglich des diastolischen Drucks erhalten wird. Hieraus folgt durch Definition, daß die arterielle Nachgiebigkeit gleich der Veränderung in dem Volumen ist, dividiert durch die Veränderung in dem Druck. Experimente zeigen an, daß die arterielle Nachgiebigkeit sich in Abhängigkeit von dem Tonometerdruck verändert. Die arterielle Nachgiebigkeit nimmt bei dem Wert des mittleren arteriellen Drucks einen Maximalwert an. Experimente zeigen ebenfalls an, daß die Nachgiebigkeit mit dem Tonometerdruck abnimmt, so daß die klassische physiologische Beobachtung bestätigt wird, daß die arterielle Wand sich bei zunehmendem inneren Druck versteift. Umgekehrt weist die vaskuläre Wand dadurch, daß ein externer Tonometerdruck aufgebracht wird, effektiv eine reduzierte Belastung auf, die ihr ermöglicht, stärker nachgiebig zu werden.
Das Tonometer mit flexibler Membran ermöglicht es der Arterie, sich frei zu bewegen, so daß eine Volumenpulsation gemessen werden kann und die arterielle Nachgiebigkeit bestimmt werden kann. Diese wertvolle hemodynamische Information ist ein zusätzlicher Nutzen und ein eigenes Merkmal bei einem Tonometer, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Ein Tonometer mit flexibler Membran ermöglicht eine beträchtliche Verbesserung gegenüber Nachgiebigkeitsverfahren, die auf einer Plethysmographie eines Körperglieds oder Fingers beruhen, da das erfindungsgemäße Tonometer Druckdaten für eine einzelne Arterie anstelle für ein Volumen an Gewebe bereitstellt. Außerdem ist das Tonometer mit flexibler Membran nach der vorliegenden Erfindung anpaßbar, um die Druckwellenform in einer Vielfalt von Blutgefäßen zu überwachen, auch in relativ kleinen Gefäßen.
WELLENFORMANALYSE
Eine Frage, die auftritt, während der arterielle Puls auf nicht-invasive Weise gemessen wird, ist, ob die Wellenform zutreffend ist. Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen der Qualität der Pulswellenform. Experimente zeigen an, daß die Wellenform ihre Gestalt in Abhängigkeit des Applanationsdrucks verändert. Solche Ergebnisse gehen nicht auf die Frage ein, ob die Druckkalibrierung korrekt ist, sondern ob das Drucksignal tatsächlich proportional zu dem Druck ist.
Es sei angenommen, daß ein typischer Pulssensor den arteriellen Puls durch ein Haut- und Arteriensystem erhält. Ein solches System ist im wesentlichen nicht linear, mit einem schmalen linearen Bereich, in dem die Tonometrie so wie erwartet funktioniert. Aus diesem Grunde ist für ein Tonometer ein Pulssignal in erwarteter Weise unmittelbar proportional zu dem arteriellen Druck. Dieses Phänomen kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden: S(t) = A + Bp(t) (4)wobei p(t) = der arterielle Puls ist; und
A, B = Konstanten sind.
Unter der Annahme, daß der arterielle Puls eine einfache Sinuswelle ist, folgt daraus: S(t) = A + Bsin(2πft) (5)wobei f die Herzfrequenz ist. Wenn der Pulsübertrager nicht richtig positioniert ist, ist dieser mit einiger Wahrscheinlichkeit nicht linear, so daß gilt: S(t) = A + Bp(t) + Cp2(t) + dp3(t) + ... (6).
Weiterhin wird das System unter der Annahme des einfachsten Falls einer Nichtlinearität von zweiter Ordnung und einem Eingang in Form einer Sinuswelle durch die folgende Gleichung beschrieben: S(t) = A + Bsin(2πft + Csin2(2πft) (7)wobei aufgrund der Trigonometrie folgt: S(t) = A + Bsin(2πft) + C(1-sin(4πft + π/2))/2 (8)
Aus diesem Grunde fügt eine einfache Nichtlinearität von zweiter Ordnung eine phasenverschobene Frequenzkomponente bei der doppelten ursprünglichen Herzfrequenz hinzu. Wenn man die Wellenform des Pulsdrucks analysiert, findet man heraus, daß jede beliebige Frequenzkomponente verdoppelt und zu der aufgezeichneten Pulswellenform addiert werden wird. Hierauf wird als harmonische Impulsverzerrung Bezug genommen.
Jede beliebige elektronische Analyseeinrichtung für die Pulswellenform, wie bspw. die, die in 8 dargestellt ist, kann dazu verwendet werden, die harmonische Pulsverzerrung der arteriellen Pulsaufzeichnung zu reduzieren. Die elektronische Analyseeinrichtung für die Pulswellenform wird dazu verwendet, das Verhältnis von mittleren Pulssignalen bei hoher Frequenz zu mittleren gesamten Pulssignalen zu identifizieren. Dieses Verhältnis kann überwacht werden, während die Positionierung des Pulsübertragers justiert wird, um ein Minimum zu erhalten, und um auf diese Weise eine minimale harmonische Impulsverzerrung zu erhalten.
Die Schaltung, die in 8 dargestellt ist, kann als eine derartige Analyseeinrichtung für die Pulswellenform dienen und arbeitet im wesentlichen wie folgt. Als erstes wird das Pulssignal durch das Filtern 82 hochpaßgefiltert, um jegliche Offsetspannung zu entfernen. Dann wird das Signal durch Betätigen des Schalters 83 durch das Filter 82 hochpaßgefiltert, wiederum in bevorzugter Weise bei etwa 5 Hertz, um den hochfrequenten Anteil des Impulses zu erhalten. Auf diese Weise werden zwei Datenkanäle erzeugt; ein Gesamtimpulskanal 86 und ein Hochfrequenzimpulskanal 84. Jeder von diesen wird durch einen Absolutwertverstärker und Mittelwert 88, 89 geschickt. Das Verhältnis eines jeden mittleren Signals wird dann durch eine analoge Teilerschaltung bestimmt. Ein Beispiel für eine solche analoge Teilerschaltung ist schematisch in 9 dargestellt.
Die Teilerschaltung 90 nach 9 arbeitet wie jeder beliebige herkömmliche elektronische Signalteiler. Die dargestellte Ausführungsform weist eine Komponente Z₂ auf, bei der es sich in bevorzugter Weise um einen kommerziell verfügbaren Chip handelt, der als CA3091/D-Chip bezeichnet wird. Eingänge bei U₁ und U₂ sind mit Ausgängen U₁ und U₂ in 8 gekoppelt, wie vorstehend beschrieben ist. Der Ausgang V₀ bei 92 ist gleich U₂/U₁. Daher ist das Spektrumsverhältnis, das am Ausgang 92 erhalten wird, gleich dem Mittelwert des absoluten Werts des hochfrequenten Impulssignals, dividiert durch den Mittelwert des absoluten Werts des Impulssignals.
Der Ausgang des Druckübertrages 16 ist in geeigneter Weise mit der Schaltung nach 8 gekoppelt. Wenn das Tonometer 10 richtig über der Arterie zentriert ist, während der Applanationsdruck verändert wird, zeigt das Verhältnis des Ausgangs über dem Applanationsdruck, daß ein Minimum in diesem Verhältnis erhalten werden kann. Dieses Minimum zeigt an, daß eine zu große oder zu geringe Applanation zu einer Verzerrung des Pulses führt, und daß eine optimale Position für den Übertrager existiert. Diese optimale Position ergibt einen Meßwert für die Pulswellenform mit dem geringsten Maß an harmonischer Impulsverzerrung. Aus diesem Grunde bietet eine elektronische Analyseeinrichtung für die Pulswellenform gemäß der vorliegenden Erfindung eine Leitlinie bei der Bestimmung der korrekten Position des Tonometers. Experimente zeigen an, daß häufig ein breites Minimum auftritt, was anzeigt, daß das Gewebesystem keine ausreichende Nichtlinearität für eine exakte Qualitätsanalyse aufweist. Es wird anerkannt, daß eine gute Pulswellenform in zahlreichen Positionen erhalten werden kann. Darüber hinaus sollte anerkannt werden, daß man annimmt, daß Eigenschaften, die von der arteriellen Frequenz abhängen, unabhängig von der Position des Tonometers sind. Aktuelle Studien deuten darauf hin, daß diese Beziehung zwischen der Position des Tonometers und den arteriellen Eigenschaften näherungsweise richtig ist. Allerdings kann es sein, daß manche Positionen nicht zu einer richtig kalibrierten Tonometrie führen. Es wird daher anerkannt, daß eine solche Analyseeinrichtung für die Pulswellenform eine Messung der Wellenformqualität bereitstellt, und den zusätzlichen Zweck haben kann, als zweite Überprüfung auf richtige oder präzise Positionierung zu dienen.
Die Vorteile eines Tonometers, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, umfassen die Fähigkeit für eine echte langfristige, nicht-invasive Überwachung der Pulswellenform. Das erfindungsgemäße Tonometer hat die Fähigkeit, präzise, von Schlag zu Schlag reichende und langfristige Wellenformdaten zu erhalten. Ein Tonometer, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, kann leicht an eine Vielfalt von Gefäßen innerhalb eines Patienten angepaßt werden. Eine Anpassung an kleine Gefäßgrößen ist durch das erfindungsgemäße Tonometer einfacher möglich im Vergleich zu herkömmlicher Tonometrie. Das erfindungsgemäße Tonometer hat den weiteren Vorteil, daß es robuster ist in Bezug auf eine Reduktion von Bewegungs- und Positionierungsartefakten, aufgrund seiner inhärenten niedrig auflösenden Eigenschaften.

Claims

Druckwellenform-Monitor zum Überwachen der Druckwellenform innerhalb eines Gefäßes auf eine nicht invasive Weise, mit einem Behälter (29), der eine Öffnung aufweist, wobei sich eine flexible Membran (33) quer über die Öffnung hinweg erstreckt, so daß der Behälter (29) effektiv durch die Membran (33) geschlossen ist, wobei die Membran (33) dazu bestimmt ist, sich ansprechend auf einen Gefäßdruck durchzubiegen, wenn die Membran (33) gegen ein Gewebe angelegt wird, das ein Gefäß abdeckt, wobei sich ein Fluid (23) innerhalb des geschlossenen Behälters (29) befindet, mit einem Mittel zum Verändern des Fluidvolumens (22) in dem Behälter (29) ansprechend auf die Durchbiegung der Membran (33), und mit einem Mittel zum Bestimmen des Drucks (16) innerhalb des Behälters (29), dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Verändern des Volumens ein Mittel zum Unterteilen des Behälters (29) in eine Anzahl von Volumenabteilungen aufweist, ein Mittel zum Zuführen eines elektrischen Stroms an das Fluid innerhalb des Behälters und ein Mittel zum Bestimmen der jeweiligen Fluidvolumina innerhalb einer jeden Volumenabteilung, wobei der zugeführte elektrische Strom verwendet wird.
Monitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Unterteilen eine Anzahl von Elektroden aufweist, die innerhalb des Behälters (29) angeordnet sind, so daß ein Paar von Elektroden (40) eine Volumenabteilung festlegt, wobei sich die Volumenabteilungen in Verbindung miteinander befinden, so daß sich das Fluid (33) ungehindert zwischen den Abteilungen bewegt.
Monitor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zuführen eines elektrischen Stroms ein Paar von Elektroden (42) aufweist, die innerhalb des Behälters (29) angeordnet sind, so daß ein Stromsignal durch das Fluid (23) jeweils innerhalb einer jeden Volumenabteilung hindurchgeleitet wird.
Monitor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Festlegen eines Fluidvolumens umfaßt: ein Mittel zum Festlegen einer Spannung, die dem Fluid innerhalb einer Volumenabteilung ansprechend auf den elektrischen Strom mitgeteilt wird; ein Mittel zum Erzeugen eines Volumensignals, wobei das Volumensignal einer einzelnen Volumenabteilung entspricht, wobei das Volumensignal das Fluidvolumen innerhalb der Volumenabteilung relativ zu der Spannung innerhalb der Volumenabteilung festlegt; und ein Mittel zum Erzeugen eines pulsierenden Änderungssignals relativ zu der Spannung in der einzelnen Volumenabteilung und Festlegen einer Veränderung in dem Fluidvolumen innerhalb der einzelnen Volumenabteilung, hervorgerufen durch die Durchbiegung der Membran ansprechend auf einen Gefäßdruck.
Monitor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Festlegen einer Spannung umfaßt: ein Mittel zum Filtern einer Spannung über eine Volumenabteilung, um auf diese Weise eine etwaige konstante Offset-Spannung zu entfernen und um ein gefiltertes Spannungssignal zu erzeugen; und ein Mittel zum Demodulieren des gefilterten Spannungssignals, um auf diese Weise ein Spannungssignal zu erzeugen, das proportional zu dem Fluidvolumen innerhalb der Volumenabteilung ist.
Monitor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines Volumensignals ein Mittel zum Kalibrieren und Puffern aufweist, um das Spannungssignal zu kalibrieren und zu puffern, um auf diese Weise das Volumensignal zu erzeugen.
Monitor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Erzeugen eines pulsierenden Veränderungssignals aufweist: ein Filterungsmittel zum Filtern des Spannungssignals, um auf diese Weise ein Signal mit einer pulsierenden Komponente zu erzeugen; ein Mittel zum Verstärken des Signals mit einer pulsierenden Komponente; und ein Mittel zum Kalibrieren des verstärkten Signals mit pulsierender Komponente, um auf diese Weise das pulsierende Veränderungssignal zu erzeugen.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Verändern des Volumens weiterhin einen elektromechanischen Übertrager (16) aufweist, der mit dem Mittel zum Festlegen eines Fluidvolumens gekoppelt ist, und einen Speicher (22) von Fluid (23), der mit dem Behälter (29) gekoppelt ist, so daß die Menge an Fluid (23) innerhalb des Behälters (29) verändert wird, wenn das Mittel zum Festlegen eines Fluidvolumens anzeigt, daß sich die Fluidvolumina innerhalb einer jeden Volumenabteilung in unerwünschter Weise verändern, wobei die Fluidmenge geändert wird, um jede Volumenabteilung effektiv relativ unverändert durch Gefäßpulsationen zu halten.
Monitor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich benachbarte Abteilungen in Verbindung miteinander befinden, so daß sich das Fluid (23) ungehindert zwischen den Abteilungen bewegt, wobei die Abteilungen jeweils Volumina aufweisen, die sich in einem im wesentlichen festen Verhältnis befinden, wenn die Membran (33) in der kalibrierten Position ist; ein Mittel zum Festlegen individueller Volumina innerhalb einer jeden Abteilung, wenn sich die Membran (33) ansprechend auf einen Gefäßdruck durchbiegt und auf diese Weise das Fluid (23) über den Behälter (29) hinweg verteilt; ein Mittel zum Zuführen von zusätzlichem Fluid (23) zu dem Behälter (29), wenn sich die einzelnen Volumina der Abteilungen relativ zueinander aufgrund des Gefäßdrucks verändern, so daß die einzelnen Volumina in einem im wesentlichen feststehenden Verhältnis beibehalten werden; und einem Mittel zum Bestimmen des Drucks (16) innerhalb des Behälters (29), wenn die einzelnen Volumina in einem im wesentlichen feststehenden Verhältnis gehalten werden, wodurch die Druckwellenform innerhalb eines Gefäßes bestimmt wird.
Monitor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Verändern des Fluidvolumens ein Mittel zum Einstellen des Fluidvolumens (23) in dem Behälter (29) aufweist, um die Membran (33) in die kalibrierte Position zurückzubewegen, nachdem sich die Membran (33) ansprechend auf einen Gefäßdruck durchgebogen hat, und ein Mittel zum Bestimmen des Drucks innerhalb des Behälters (29), wenn sich die Membran (33) in der kalibrierten Position befindet, wodurch die Druckwellenform des Gefäßes bestimmt wird.
Verfahren zum Überwachen der Druckwellenform eines Gefäßes auf eine nicht invasive Weise, mit den Schritten: Bereitstellen eines Behälters (29), der eine Öffnung aufweist und mit Fluid gefüllt ist, Bereitstellen einer flexiblen Membran (33), die sich quer über die Öffnung erstreckt, um einen geschlossenen Behälter (29) zu bilden, wobei die Membran eine kalibrierte Position aufweist, Anlegen der flexiblen Membran gegen ein Gewebe, das im wesentlichen das Gefäß bedeckt, so daß die Membran (33) über einen Abschnitt der Membran (33) ansprechend auf Spannungen in dem Gewebe, die durch einen Gefäßdruck hervorgerufen werden, ausgelenkt wird, Einstellen des Fluids in dem Behälter, um die Membran (33) in die kalibrierte Position zurückzubewegen, nachdem die Membran verformt worden ist, und Bestimmen des Drucks innerhalb des Behälters (29), wenn sich die Membran in der kalibrierten Position befindet, so daß die Druckwellenform des Gefäßes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bereitstellen des Behälters weiterhin umfaßt, daß der Behälter in eine Anzahl von Volumenabteilungen aufgeteilt wird, die in Verbindung miteinander stehen, so daß sich das Fluid ungehindert zwischen den Abteilungen bewegt.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einstellens des Fluids die Schritte des Bestimmens des Fluidvolumens innerhalb einer jeden Volumenabteilung umfaßt, und des Bestimmens, daß sich die Membran nicht in der kalibrierten Position befindet, wenn sich die jeweiligen Fluidvolumina innerhalb einer jeden Volumenabteilung relativ zueinander verändern.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bereitstellens des Behälters ausgeführt wird, indem eine Anzahl von Volumenelektroden innerhalb des Behälters bereitgestellt werden, um auf diese Weise den Behälter in eine Anzahl von Volumenabteilungen zu unterteilen, wobei die Volumenabteilungen jeweils durch ein Paar von Volumenelektroden festgelegt sind.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Einstellens das Bereitstellen eines Paars von Stromelektroden innerhalb des Behälters und das Einleiten eines Stroms in den Behälter durch das Fluid unter Verwendung der Stromelektroden und das Bestimmen einer Spannung über eine Volumenabteilung umfaßt, um auf diese Weise das Fluidvolumen innerhalb der Volumenabteilung zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung dadurch bestimmt wird, daß ein Spannungssignal über einem Paar von Volumenelektroden, die die Volumenabteilung bestimmen, erfasst wird; daß das Spannungssignal gefiltert wird, um auf diese Weise ein gefiltertes Spannungssignal zu erzeugen; und daß das gefilterte Spannungssignal demoduliert wird, um auf diese Weise ein Volumensignal zu erzeugen, das dem Fluidvolumen innerhalb der Volumenabteilung proportional ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch den Schritt, daß ein kalibrierter Zustand der Membran als der Zustand bestimmt wird, in dem die jeweiligen Volumina der Volumenabteilungen in einem im wesentlichen festen Verhältnis bleiben, und daß die relativen Volumina in dem im wesentlichen festen Verhältnis gehalten werden, um auf diese Weise die Membran in dem kalibrierten Zustand zu halten.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens eines kalibrierten Zustands der Membran durch Unterteilen des Behälters in eine Anzahl von Volumenabteilungen ausgeführt wird, wobei die genannte Anzahl eine arterielle Abteilung und eine periphere Abteilung umfaßt; Einstellen eines Gesamtvolumens innerhalb des Behälters, so daß ein vorgewählter Druck innerhalb des Behälters aufrechterhalten wird; Vergrößern des Gesamtvolumens innerhalb des Behälters, bis ein Satz von Kalibrierungsbedingungen erfüllt ist, und Aufrechterhalten des Gesamtvolumens innerhalb des Behälters auf einem festen Wert bei einem Volumen, das geringfügig größer ist als das Volumen, das den Kalibrierungsbedingungen entspricht.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vergrößerns des Gesamtvolumens dadurch ausgeführt wir, daß das Volumen innerhalb der arteriellen Abteilung relativ zu dem Gesamtvolumen überwacht wird; und daß das Volumen innerhalb der peripheren Abteilung relativ zu dem Gesamtvolumen überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierungsbedingungen als die Bedingungen festgelegt werden, bei denen das Volumen innerhalb der peripheren Abteilung einen maximalen Wert erreicht und anschließend um einen vorbestimmten Wert zurückgeht, und das Volumen innerhalb der arteriellen Abteilung vergleichsweise langsamer zunimmt als das Gesamtvolumen gleichzeitig damit zunimmt.