DEP0036035DA

DEP0036035DA - Arrangement for direct measurement of blood pressure

Info

Publication number: DEP0036035DA
Authority: DE
Inventors: Paul Dr.-Ing. DE Frh. v. Handel; Julius Dipl.-Ing. DE Lorenz; Friedrich Dipl.-Ing. Wegmann
Original assignee: Körting-Radio-Werke, Oswald Ritter, Niedernfels
Publication date: 1950-09-14

Description

Zur direkten unblutigen Messung des Blutdruckes am Menschen sind Versuchsanordnungen bekannt, bei denen der in einer Arterie herrschende Druck durch einen äusseren Gegendruck kompensiert wird, sodass die Aderwandung entlastet ist. In diesem Fall ist offensichtlich der äussere Gegendruck gleich dem zu messenden Innendruck. Bei bekannten Anordnungen wird dieser Gegendruck in einer gänzlich undehnbaren, z.B. manschettenartigen Kammer erzeugt, die fest über der Abnahmestelle, z.B. der Arteria radialis, angebracht ist und nur an der Hautauflage über der Arterie ein durch eine Membran abgeschlossenes Fenster aufweist. Füllt man diese Kammer mit einer inkompressiblen Flüssigkeit, und steigert den Druck langsam, so zeigt ein an die Kammer angeschlossenes Druckmanometer mit wachsender Entlastung der Arterienwand durch den äusseren Gegendruck wachsende Pulsationen, vgl. Abb. 1, deren Maximum im Bereich völliger Entlastung der Aderwandungen liegt. Die Grenzwerte dieser Druckänderungen ergeben den systolischen (oberen) und diastolischen (unteren) Blutdruck. Steigert man den Gegendruck weiter, so werden infolge Verengung des Aderquerschnittes, wie Abb. 1 zeigt, die Pulsationen kleiner, um bei gesperrtem Durchgang schliesslich aufzuhören. Man bezeichnet das Auftreten der maximalen Pulsationen als Kriterium für die Entlastung der Aderwandung.Experimental arrangements are known for the direct bloodless measurement of blood pressure in humans, in which the pressure prevailing in an artery is compensated by an external counterpressure, so that the vein wall is relieved. In this case the external counter pressure is obviously equal to the internal pressure to be measured. In known arrangements, this counter pressure is generated in a completely inextensible, e.g. cuff-like chamber, which is firmly attached above the removal point, e.g. the radial artery, and only has a window closed by a membrane on the skin overlay above the artery. If this chamber is filled with an incompressible liquid and the pressure increases slowly, a pressure manometer connected to the chamber shows increasing pulsations as the arterial wall is relieved from the external counterpressure, see Fig. 1, the maximum of which is in the area of complete relief of the vein walls . The limit values for these changes in pressure result in the systolic (upper) and diastolic (lower) blood pressure. If the counterpressure is increased further, the pulsations become smaller due to the narrowing of the core cross-section, as shown in Fig. 1, and finally stop when the passage is blocked. The occurrence of the maximum pulsations is called the criterion for relieving the vein wall.

Will man diese Änderungen des Blutdruckes auf ein anzeigendes oder schreibendes Mess-System übertragen, so lässt man in bekannter Weise den Kammerdruck auf eine elastische Membran wirken und überträgt deren Auslenkungen auf mechan. oder pneumat. Wege mittels grosser Hebelübersetzungen oder über Schlauchleitungen auf das Mess-System. Derartige, mit grossen Membran- wegen arbeitende Systeme müssen zwangsläufig fehlerhaft arbeiten, weil sich die Ader nur dann über den ganzen Druckbereich im entlasteten Zustand befindet, wenn ihre Volumenänderung durch die Membranbewegung nicht verbraucht wird. Es muss vielmehr zur Erzielung exakter Messwerte gefordert werden, dass die mit der Membranbewegung verbundene Volumenänderung vernachlässigbar klein ist gegen die im Entlastungszustand der Aderwandung mögliche Volumenänderung der Ader. Diese Forderung führt zu ausserordentlich kleinen Membranwegen, die mittels mechanischer Mittel nicht übertragbar sind.If you want to transfer these changes in blood pressure to a display or writing measuring system, the chamber pressure is allowed to act in a known manner on an elastic membrane and its deflections are transferred to mechan. or pneumat. Paths to the measuring system by means of large leverage or via hose lines. Such, with large membrane Due to working systems must inevitably work incorrectly, because the wire is only in the relieved state over the entire pressure range if its change in volume is not consumed by the membrane movement. Rather, in order to achieve exact measured values, it must be required that the volume change associated with the membrane movement is negligibly small compared to the volume change of the vein that is possible in the unloaded state of the vein wall. This requirement leads to extremely small membrane paths that cannot be transferred by mechanical means.

Gemäss der Erfindung wird daher -ausgehend von der vorstehenden Erkenntnis- vorgeschlagen, die Membran so zu bemessen, dass ihrer dem ganzen Druckbereich zugeordneten Durchbiegung und Fläche eine Volumenänderung entspricht, die klein ist gegen die im Entlastungszustand der Aderwandung mögliche Volumenänderung der Ader, und gleichzeitig zur Anzeige des Membranweges ein stellunganzeigendes elektrisches Übertragungssystem zu benutzen.According to the invention, based on the above knowledge, it is therefore proposed to dimension the membrane so that its deflection and area associated with the entire pressure range corresponds to a change in volume that is small compared to the change in volume of the vein that is possible in the unloaded state of the vein wall, and at the same time to the Use a position-indicating electrical transmission system to display the diaphragm path.

Zur Durchführung dieser Lehre sind piezoelektrische Kristalle nicht geeignet, da sie keine Stellungsanzeige der Membran (stehende Druckwerte, sondern nur Druckänderungen übertragen können. Zur Messung äusserst kleiner Wege sind indessen induktive oder kapazitive Modulatoren bekannt, bei denen eine dem Weg zugeordnete Änderung der Induktivität oder Kapazität eine Amplituden- oder Frequenzmodulation einer Hilfsfrequenz bewirkt. Diese modulierte Hilfsfrequenz kann beliebig verstärkt werden. Durch nachfolgende Gleichrichtung wird die dem Weg entsprechende Modulation vom Hilfsträger befreit und kann in Längenwerten angezeigt werden. Es bereitet keine Schwierigkeiten, die Übertragungsglieder linear zu bemessen, sodass eine Eichung der Messgeräte in den Membranwegen zugeordneten Druckwerten erfolgen kann. Die Anwendung einer elektrischen Übertragungsmethode zur Druckmessung vermeidet die bisher üblichen Schlauchleitungen sowie die bei mechan. Übertragung notwendige Anordnung der Messapparatur am Patienten.Piezoelectric crystals are not suitable for carrying out this teaching, since they cannot transmit any position indication of the membrane (static pressure values, but only changes in pressure. However, inductive or capacitive modulators are known for measuring extremely small distances, in which a change in inductance or capacitance associated with the path causes an amplitude or frequency modulation of an auxiliary frequency. This modulated auxiliary frequency can be amplified as required. By subsequent rectification, the modulation corresponding to the path is freed from the auxiliary carrier and can be displayed in length values. There are no difficulties in dimensioning the transmission elements linearly, so that a calibration The use of an electrical transmission method for pressure measurement avoids the hitherto customary hose lines as well as the arrangement of the measuring apparatus necessary for mechanical transmission on the patient.

In der Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Um den im Schnitt dargestellten Unterarm 1, in welchem die Arterie 2 liegt, ist eine undehnbare Manschette 3 satt anliegend gespannt, jedoch derart, dass die Blutzirkulation nicht beeinflusst wird. In der Manschette 3 befindet sich eine Druckkammer 4, die durch eine auf der Haut aufliegende dünne Gummiwandung 5 abgeschlossen ist. In der oberen festen Kammerwand ist ein durch eine an der Grenzfläche zwischen der Druckkammer 4 und dem Kolbenzylinder als Dichtung dienende dünne elastische Haut 6 abgedeckte Fenster vorgesehen, in dem ein auf der Membran 6 ruhender Stempel 7 vertikal beweglich ist. Mit dem zentrisch geführten Stempel 7 steht der ferromagnetische Kern 8 des Spulenpaares 9 in dem zu magnet. Kraftlinienschluss vorgesehenen Mantelkörper 10 in Verbindung. Der Kern ist ausserhalb des Mantels an der elastischen Membran 11 zentriert, welche auch zur Aufnahme des Druckes dient. Mittels des Druckgebers 12 wird nun der Druck einer in der Kammer 4 befindlichen inkompressiblen Flüssigkeit, z.B. Wasser, solange gesteigert, bis ein an die Spulen 9 angeschlossenes Messgerät, welches später beschrieben wird, maximale Druckänderung anzeigt. Das der Hahn 13 mit einer Kapillaröffnung versehen ist, werden Druckänderungen nicht auf das Manometer 14 übertragen, dieses zeigt vielmehr nur den mittleren Druck an und kann dazu dienen, den elektr. Teil des Druckmessers einzueichen. Das Manometer würde zur Betätigung durch die veränderlichen Druckwerte eine viel zu grosse Volumenänderung beanspruchen, also falsch messen. Nach Schliessen des Hahns 13 kann die Druckmessung mit dem elektr. Messgerät, z.B. zur Überwachung des Patienten während der Operation, laufend vorgenommen werden. Der elektrische Teil des Messgerätes bei anhand des Beispieles nach Abb. 3 erläutert. Hier liegen die Spulen 9 des induktiven Gebers in einer Brückenschaltung mit dem Potentiometer 16. Der Oszillator 15 speist diese Brücke mit einer Hilfsfrequenz, z.B. 1000 Hz. Steht der Kern 8 in der Symmetrieebene der Spulen 9, so hat der Nullzweig der Brücke keine Spannung, wird er durch einen festen oder einen sich zusätzlich ändernden Druck aus der Symmetrielage gebracht, so entsteht infolge Störung des Brückenabgleiches eine dem Druckverlauf proportionale Spannungsänderung im Nullzweig. Die Spannung des Generators 15 gelangt dadurch in wechselnder Grösse zum Verstärker 17 und zum Gleichrichter 18, der das Messgerät 19 speist, welches in Druckwerten geeicht ist. Es kann ein gewöhnliches Drehspulmesswerk benutzt werden, welches so dämpfungs- arm ist, dass es die Druckänderungen im Pulsrhytmus mitmacht. An seiner Stelle ist auch ein schreibendes Messgerät verwendbar.In Fig. 2, an embodiment of the invention is shown. An inextensible cuff 3 is tightly stretched around the forearm 1, shown in section, in which the artery 2 lies, but in such a way that the blood circulation is not affected. In the cuff 3 is located a pressure chamber 4 which is closed off by a thin rubber wall 5 resting on the skin. In the upper fixed chamber wall a window is provided which is covered by a thin elastic skin 6 serving as a seal at the interface between the pressure chamber 4 and the piston cylinder, in which window a stamp 7 resting on the membrane 6 is vertically movable. With the centrally guided punch 7, the ferromagnetic core 8 of the coil pair 9 is in the magnet. Power line connection provided casing body 10 in connection. The core is centered outside the jacket on the elastic membrane 11, which also serves to absorb the pressure. By means of the pressure transducer 12, the pressure of an incompressible liquid in the chamber 4, e.g. water, is increased until a measuring device connected to the coils 9, which will be described later, indicates the maximum pressure change. That the cock 13 is provided with a capillary opening, pressure changes are not transferred to the manometer 14, this rather only shows the mean pressure and can be used to control the electr. Part of the pressure gauge to be submitted. The pressure gauge would require a change in volume that is far too large to operate due to the variable pressure values, i.e. it would measure incorrectly. After closing the valve 13, the pressure measurement with the electr. Measuring device, e.g. to monitor the patient during the operation. The electrical part of the measuring device is explained using the example in Fig. 3. Here the coils 9 of the inductive transmitter are in a bridge circuit with the potentiometer 16. The oscillator 15 feeds this bridge with an auxiliary frequency, e.g. 1000 Hz. if it is brought out of symmetry by a fixed or an additionally changing pressure, a voltage change proportional to the pressure curve occurs in the zero branch as a result of a disturbance in the bridge adjustment. The voltage of the generator 15 thus reaches the amplifier 17 and the rectifier 18, which feeds the measuring device 19, which is calibrated in terms of pressure values, in varying quantities. An ordinary moving-coil measuring mechanism can be used, which is so damping what is poor is that it takes part in the pressure changes in the pulse rhythm. A writing measuring device can also be used in its place.

Anstelle des induktiven Brückenzweiges kann auch ein Differentialkondensator benutzt werden, dessen Mittelplatte vom Stempel 7 betätigt wird. Auch können die an sich bekannten Methoden zur Umwandlung von Kapazitätsänderungen in Amplitudenwerte, z.B. mit Frequenzmodulation arbeitende Resonanzkreise benutzt werden.Instead of the inductive bridge arm, a differential capacitor can also be used, the middle plate of which is actuated by the plunger 7. The methods known per se for converting changes in capacitance into amplitude values, e.g. resonance circuits operating with frequency modulation, can also be used.

Die eingangs gegebene Lehre der Übersetzung des Adervolumens findet ihre Begrenzung weniger in der Möglichkeit, auch kleinste Weglängen noch messbar zu machen, als in der Temperaturabhängigkeit der Kompressionsflüssigkeit. Erwärmt sich dieses Übertragungsmittel, so täuscht es infolge Vergrösserung des Volumens eine Drucksteigerung vor. Es wird daher zweckmässig eine Übertragungsflüssigkeit mit kleinem Wärmeausdehnungskoeffizienten verwendet, z.B. Wasser. Um auch noch restliche Volumenänderungen infolge Erwärmung zu kompensieren, können mechanische oder elektrische Kompensationsglieder, z.B. ein auf einen Ausgleichskolben wirkender Bimetallstreifen oder Thermoelemente vorgesehen sein.The teaching of the translation of the vein volume given at the beginning finds its limitation less in the possibility of making even the smallest path lengths measurable than in the temperature dependence of the compression fluid. If this transfer medium heats up, it simulates an increase in pressure as a result of the increase in volume. It is therefore advisable to use a transfer fluid with a low coefficient of thermal expansion, e.g. water. In order to compensate for any remaining volume changes as a result of heating, mechanical or electrical compensation elements, e.g. a bimetal strip or thermocouples acting on a compensating piston, can be provided.

Claims

1.) Arrangement for the direct measurement of the blood pressure using an external counterpressure, which serves as a measured variable, relieves the vein wall and acts on an elastic membrane attached to a counterpressure chamber, characterized in that the deflection of the membrane and its area for the entire pressure range of a The change in volume corresponds to that which is small compared to the possible change in volume of the vein in the unloaded state of the vein wall, and that a position-indicating electrical transmission system is used to display the membrane path.

2.) arrangement according to cont. 1, characterized in that as electr. Transmission system a magnet. or capacitive modulator is used in a bridge circuit.

3.) Arrangement according to cont. 1 and 2, characterized in that a liquid with a small thermal expansion factor is used to transfer pressure between the core and the membrane.

4.) Arrangement according to cont. 1 and the following, characterized in that to compensate for changes in the pressure chamber volume caused by thermal fluctuations, mechanical or electrical. Compensation elements are provided.

5.) arrangement according to cont. 1 and following, characterized in that the counter pressure is transmitted to the transmitter by means of a pressure piston, and that a very thin elastic skin stretched over the interface between the pressure chamber and the piston cylinder is used as a seal for the pressure piston.