Piezoelektrischer Sensor zur Druckfluktuationsmessung Piezoelectric sensor for pressure fluctuation measurement
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 einen piezoelektrischen Sensor für die verbesserte Messung mechanischer Größen wie Kraft, Druck oder davon abgeleiteter Messgrößen, insbesondere einen piezoelektrischen Sensor mit verbesserter Messsignal-Empfindlichkeit und -Temperaturstabilität bei Messungen zeitlich und räumlich veränderlicher Drücke und zur ein- und zweidimensio- nalen Bestimmung der Position und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist die nichtinvasive, belastungsarme und kontinuierliche Messung der Pulsfrequenz sowie des Blutdrucks bei Menschen und Tieren durch Messung der arteriellen Pulswellen mittels eines mit piezoelektrischen PVDF-Folien ausgestatteten Sensors.According to the preamble of claim 1, the invention relates to a piezoelectric sensor for the improved measurement of mechanical quantities such as force, pressure or measured variables derived therefrom, in particular a piezoelectric sensor with improved measurement signal sensitivity and temperature stability for measurements of temporally and spatially variable pressures and for a and two-dimensional determination of the position and rate of propagation of pressure fluctuations and pressure waves. A preferred field of application of the invention is the non-invasive, low-load and continuous measurement of the pulse rate and the blood pressure in humans and animals by measuring the arterial pulse waves by means of a sensor equipped with piezoelectric PVDF films.
Durch die gerichtete Verformung eines piezoelektrischen Materials in Richtung der Polarisierung bilden sich durch Verlagerung der negativen und positiven Ladungsschwerpunkte innerhalb der Elementarzellen mikroskopische Dipole. Die Aufsummie- rung über alle Elementarzellen des Kristalls führt zu einer makroskopisch messbaren elektrischen Spannung, die in einem definierten Verformungsbereich bei Longitudinal- verformung in Polaritätsrichtung direkt proportional zur Verformung ist.The directed deformation of a piezoelectric material in the direction of the polarization forms microscopic dipoles by shifting the negative and positive charge centers within the unit cells. The summation over all unit cells of the crystal leads to a macroscopically measurable electrical voltage, which is directly proportional to the deformation in a defined deformation range during longitudinal deformation in the polarity direction.
Piezoelektrische Folien bestehen heute meist aus Polyvinylidenfluorid (kurz PVDF), einem transparenten, teilkristallinen Fluor-Thermoplast, der zur Herstellung der piezoelektrischen Eigenschaften polarisiert, d.h. erwärmt, eindimensional gestreckt und dabei zur Ausrichtung der Dipole einem starken gerichteten elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird. Die dabei entstehenden piezoelektrischen Eigenschaften sind also durch die monoaxiale Orientierung stark richtungsabhängig. Zur Ableitung der bei Verformungen entstehenden Dipolladungen ist die PVDF-Folie metallisch beschichtet. Diese Metallbe- schichtung besteht meist aus auf die Folie aufgedampften Gold- oder Kupfer-Nickel- Legierungen. Die Ladungen können dann mittels Elektroden am Rand der piezoelektrischen Folie abgegriffen und mittels eines Ladungsverstärkers (Ladungs-Spannungs- Konverter) in eine messbare elektrische Spannung umgewandelt werden.
Das menschliche Herz befördert als diskontinuierlich fördernde Verdrängerpumpe in seiner Kontraktionsphase das Blut durch die Arterien in Richtung der peripheren Blutgefäße, von wo es über das venöse Blutgefäßsystem wieder zum Herzen gelangt. Die bei der Kontraktionsphase des Herzens entstehende Blutdruckspitze in der Aorta ist dabei der systolische Blutdruck, der im Wesentlichen von den Herzfunktionsparametern abhängt - der Blutdruck in der Aorta am Ausgang des Herzens während dessen Erschlaffungsphase ist der diastolische Blutdruck, der im Wesentlichen vom Schlagvolumen und der Elastizität der Aorta abhängt. Als wichtige Grundlage zur Diagnose insbesondere der Vitalfunktionen und eventueller Gesundheitsrisiken des Patienten wird häufig eine kontinuierliche Langzeitüberwachung der beiden Blutdruckwerte u.a. zur Detektierung kurzer Blutdruckspitzen notwendig. Zur Zeit ist dies nur invasiv möglich mittels einer in die Arterie des Patienten applizierten Blutdruckmesskanüle bzw. eines Blutdruckmesskatheters. Die Nachteile dieses invasiven Verfahrens sind neben der Belastung des Patienten die Gefahr von Infektionen und die Verletzungsgefahr bei Armbewegungen des Patienten. Darüber hinaus ist das Verfahren nur in der Klinik einsetzbar.Piezoelectric films today usually consist of polyvinylidene fluoride (PVDF short), a transparent, semi-crystalline fluorine thermoplastic, which is polarized to produce the piezoelectric properties, ie heated, one-dimensionally stretched and thereby exposed to the alignment of the dipoles a strong directional electromagnetic field. The resulting piezoelectric properties are therefore strongly dependent on the direction due to the monoaxial orientation. The PVDF foil is metallically coated in order to dissipate the resulting dipole charges during deformation. This metal coating usually consists of gold or copper-nickel alloys deposited on the foil. The charges can then be tapped by means of electrodes on the edge of the piezoelectric film and converted by means of a charge amplifier (charge-voltage converter) into a measurable electrical voltage. The human heart conveys, as a discontinuous positive displacement pump in its contraction phase, the blood through the arteries in the direction of the peripheral blood vessels, from where it returns to the heart via the venous blood vessel system. The peak blood pressure in the aorta during the contraction phase of the heart is the systolic blood pressure, which essentially depends on the cardiac function parameters - the blood pressure in the aorta at the exit of the heart during its defluxation phase is the diastolic blood pressure, which is essentially the stroke volume and elasticity the aorta depends. As an important basis for diagnosing, in particular, the vital functions and possible health risks of the patient, continuous long-term monitoring of the two blood pressure values, inter alia for detecting short blood pressure peaks, is often necessary. At present, this is only possible invasively by means of a blood pressure measuring cannula or a blood pressure measuring catheter applied in the artery of the patient. The disadvantages of this invasive procedure are, in addition to the burden on the patient, the risk of infections and the risk of injury during arm movements of the patient. In addition, the procedure can only be used in the clinic.
Die meisten bekannten Verfahren zur nichtinvasiven Blutdruckmessung arbeiten nach der Riva-Rocci-Methode. Eine meist um den Oberarm eines Patienten angelegte Manschette wird dabei zunächst mit einem Luftdruck aufgepumpt, der über dem erwar- teten systolischen Blutdruck liegt und dazu führt, dass die Arterie im Arm des Patienten soweit abgedrückt wird, dass der Blutfluss an dieser Stelle der Arterie unterbrochen ist. Der Luftdruck in der Manschette wird nun durch öffnen eines Ventils langsam abgesenkt. Sinkt der Manschettendruck unter den systolischen Druck, so wird in der Kontraktionsphase des Herzens für die Zeitspanne, in der der arterielle Druck höher ist als der Manschettendruck, der Blutfluss im Blutgefäß wiederhergestellt. Da der Innenquerschnitt des Blutgefäßes aber immer noch sehr klein ist, erhöht sich wegen der an dieser Stelle höheren Blutstromgeschwindigkeit der Turbulenzgrad, so dass zum Beispiel mittels eines Stethoskops während dieser Zeitspanne in Blutstromrichtung kurz hinter der Gefäßverengung ein erhöhtes Strömungsgeräusch bzw. ein Geräusch durch die Gefäßwandbewegung im Rhythmus der Herzfrequenz, das sogenannte Korotkoff-Geräusch gehört werden kann. Der systolische Blutdruck ergibt sich daher bei diesem Verfahren aus dem abzulesenden Manschettendruck, bei dem während der langsamen Manschettendruckabsenkung zum ersten Mal das Korotkoff-Geräusch zu hören ist. Analog dazu ergibt sich der diastolische Blutdruck aus dem Ablesen des
Manschettendrucks, bei dem bei fortgesetzter Manschettendruckabsenkung zum ersten Mal das Korotkoff-Geräusch nicht mehr zu hören ist, da unterhalb des diastolischen Blutdrucks keine Blutgefäßverengung mehr stattfindet. Möglich ist auch die umgekehrte Reihenfolge der Messschritte durch langsame Manschettendruckerhöhung -von unten herauf-. Zu beachten ist, dass bei bestimmten Bluthochdruckpatienten eine auskultatorische Lücke entsteht, d. h. das Korottkoffgeräusch verschwindet beim Absenken des Druckes zwischen dem systolischen und diastolischen Druck. Wird der Druck weiter abgesenkt, so tritt das Geräusch wieder auf und der diastolische Druck wird beim erneuten Verschwinden des Korottkoffgeräusches ermittelt. Ein solches Verfahren zum nichtinvasiven Messen des Blutdrucks ist in der DE 3424536 beschrieben, bei dem eine aufblasbare Armmanschette ein Mikrofon zum Aufnehmen der Korotkoffgeräusche enthält und der systolische und diastolische Blutdruck mittels einer digitalen Auswerteeinheit ermittelt und angezeigt wird. Die Messgenauigkeit dieses Verfahrens ist insbesondere zur Ermittlung des diastolischen Blut- drucks nicht sehr hoch, außerdem eignet es sich nicht zur kontinuierlichen Dauerüberwachung des Blutdrucks, da durch die langsame Manschettendruckänderung jeder Messvorgang lange dauert und eine häufigere Wiederholung der Messungen als alle 5 Minuten zu einer Messverfälschung führt. Darüber hinaus wird durch den hohen Manschettendruck der Patient belastet und es besteht die Gefahr von Gewebeschädi- gungen an der Applikationsstelle.Most known methods for non-invasive blood pressure measurement work according to the Riva-Rocci method. A cuff usually applied around the upper arm of a patient is initially inflated with an air pressure that is above the expected systolic blood pressure and causes the artery in the arm of the patient to be pushed far enough that the blood flow at this point in the artery is interrupted is. The air pressure in the cuff is now slowly lowered by opening a valve. When the cuff pressure drops below the systolic pressure, blood flow in the blood vessel is restored in the contraction phase of the heart for the period in which the arterial pressure is higher than the cuff pressure. However, since the internal cross-section of the blood vessel is still very small, due to the higher blood flow velocity at this point, the degree of turbulence increases, so that for example by means of a stethoscope during this period in the blood flow direction shortly behind the vessel constriction an increased flow noise or a noise through the vessel wall movement in rhythm with the heart rate, the so-called Korotkoff sound can be heard. The systolic blood pressure in this procedure therefore results from the cuff pressure to be read, during which the Korotkoff noise is heard for the first time during the slow lowering of the cuff pressure. Similarly, the diastolic blood pressure results from the reading of the Cuff pressure, in which the Korotkoff sound is no longer heard for the first time with continued reduction in cuff pressure, since below the diastolic blood pressure no blood vessel constriction takes place. Also possible is the reverse order of the measurement steps by slow cuff pressure increase - from below up. It should be noted that in certain hypertensive patients, an auscultatory gap arises, ie the Korottkoffgeräusch disappears when lowering the pressure between the systolic and diastolic pressure. If the pressure is lowered further, the sound will recur and the diastolic pressure will be determined when the Korottkoff sound disappears again. Such a method for noninvasive measurement of blood pressure is described in DE 3424536, in which an inflatable arm cuff contains a microphone for receiving the Korotkoff noises and the systolic and diastolic blood pressure is determined and displayed by means of a digital evaluation unit. The measurement accuracy of this method is not very high, especially for the determination of the diastolic blood pressure, and it is not suitable for continuous monitoring of the blood pressure, since the slow cuff pressure change makes each measuring process take a long time and a more frequent repetition of the measurements than every 5 minutes leads to a measurement falsification leads. In addition, the patient is stressed by the high cuff pressure and there is a risk of tissue damage at the application site.
In einem weiteren Verfahren wird der Blutdruck nichtinvasiv und kontinuierlich ohne Verwendung störender und den Patienten belastender Kompressionsmanschetten gemessen. Hierbei nutzt man die Tatsache, dass insbesondere der systolische Blutdruck mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Pulswelle bzw. dem Kehrwert der Pulstransitzeit in der Arterie eines Menschen recht gut korreliert. So führt P.Eiter in seiner Dissertation „Methoden und Systeme zur nichtinvasiven, kontinuierlichen und belastungsfreien Blutdruckmessung" (Universität Karlsruhe, 2001) den analytischen Nachweis dieses Zusammenhanges, indem er als hydraulisches Ersatzmodell für die Pulswellenausbreitung in einer Arterie eine ungedämpften Welle und eine verlustfreie Strömung in einem elastischen Schlauch unter Vernachlässigung äußerer Kräfte wie der Schwerkraft voraussetzt und die BeziehungIn another method, blood pressure is measured non-invasively and continuously without the use of troublesome and cumbersome compression cuffs. Here, one uses the fact that, in particular, the systolic blood pressure correlates quite well with the propagation velocity of a pulse wave or the reciprocal of the pulse transit time in the artery of a human. In his dissertation "Methods and systems for noninvasive, continuous and stress-free blood pressure measurement" (Universität Karlsruhe, 2001), P.Eiter analytically proves this connection by using an undamped wave and a lossless flow as a hydraulic replacement model for the pulse wave propagation in an artery in an elastic tube, neglecting external forces such as gravity presupposes and the relationship
p = (2p/Ep) (R/h) c2 - Eo/Ep (1)
herleitet, wobei p der Blutdruck in der Arterie ist, p die Blutdichte, R der Arterieninnen- radius, h die Arterienwandstärke, c die Pulswellengeschwindigkeit und E0 und Ep empirische Elastizitätskonstanten zur Beschreibung der Arterienwandelastizität. Von diesem Modell ausgehend, kann man also den Druck unter der Annahme der Konstanz des Verhältnisses der Gefäßgrößen R und h nur über die Pulswellengeschwindigkeit bestimmen:p = (2p / E p ) (R / h) c 2 -Eo / Ep (1) where p is the blood pressure in the artery, p is the blood density, R is the internal radius of the artery, h is the arterial wall thickness, c is the pulse wave velocity, and E 0 and E p are empirical elastic constants used to describe arterial wall elasticity. Starting from this model, one can thus determine the pressure under the assumption of the constancy of the ratio of the vessel sizes R and h only over the pulse wave velocity:
Pi cal = Ci * Ci Ca| 2 * C2 , (2)Pi cal = Ci * C i C a | 2 * C 2 , (2)
wobei Ci, C2 Konstanten sind, die beispielsweise über zwei individuelle Kalibriermessungen i = 1 , 2 ermittelt werden können, die bei unterschiedlichen Blutdrücken ausgeführt werden müssen, also beispielsweise eine in Ruhe und eine bei körperlicher Belastung. Darüber hinaus führt P.Eiter in seiner Dissertation den statistischen Nachweis der Korrelation des systolischen Blutdrucks mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Pulswelle bzw. dem Kehrwert der Pulstransitzeit.where Ci, C 2 are constants that can be determined, for example, via two individual calibration measurements i = 1, 2, which must be carried out at different blood pressures, for example, one at rest and one during exercise. In addition, P.Eiter conducts the statistical proof of the correlation of the systolic blood pressure with the propagation velocity of a pulse wave or the reciprocal value of the pulse transit time in his dissertation.
So beschreibt dem entsprechend die DE 10214220 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur nichtinvasiven, belastungsarmen und kontinuierlichen Messung des Pulses sowie des Blutdrucks durch Ermittlung der Pulswellengeschwindigkeit. Hierzu erfolgt die üblicherweise den Patienten besonders belastende Messung des systolischen Blut- drucks durch Ermittlung der Pulstransitzeit mittels wenigstens zweier vorzugsweise am Ober- und Unterarm angebrachten Drucksensoren, insbesondere auf der Basis piezoelektrischer Folien. Die ermittelten Pulstransitzeiten bzw. systolischen Blutdruckwerte werden in einer Auswerteeinheit gespeichert. Die Messung des diastolischen Blutdrucks erfolgt insbesondere nach der oszillometrischen Methode mittels einer Armmanschette, die nur mit einem Druck in der Größenordnung des diastolischen Blutdrucks beaufschlagt ist, wodurch die Belastung des Patienten und des Körpergewebes an der Applikationsstelle auch bei einer Langzeitüberwachung des Blutdrucks gering ist. Die beiden Kalibriermessungen zur systolischen Blutdruckermittlung mittels Pulstransitzeit- Messung erfolgen hierbei oszillometrisch mittels der Armmanschette am Anfang des Messintervalls.Thus, DE 10214220 accordingly describes a method and a device for the non-invasive, low-stress and continuous measurement of the pulse and the blood pressure by determining the pulse wave velocity. For this purpose, the measurement of the systolic blood pressure, which is usually particularly stressful for the patient, takes place by determining the pulse transit time by means of at least two pressure sensors, preferably on the upper and lower arm, in particular on the basis of piezoelectric foils. The determined pulse transit times or systolic blood pressure values are stored in an evaluation unit. The measurement of the diastolic blood pressure is carried out in particular by the oscillometric method by means of an arm sleeve, which is acted upon only with a pressure in the order of magnitude of the diastolic blood pressure, whereby the burden of the patient and the body tissue at the application site even with a long-term monitoring of blood pressure is low. The two calibration measurements for systolic blood pressure determination by means of pulse transit time measurement are performed here oscillometrically by means of the arm sleeve at the beginning of the measurement interval.
Die Nachteile hier sind, dass zur Ermittlung der Pulstransitzeit wenigstens zwei Drucksensoren an zwei Messorten notwendig sind und dass bei den beim Stand der Technik zur Verfügung stehenden Drucksensoren auf der Basis piezoelektrischer Folien die Messempfindlichkeit zu gering ist, insbesondere bei Patienten mit Durchblutungs-
störungen der Extremitäten, beispielsweise bei Patienten, die an Diabetes oder dem sog. Raucherbein erkrankt sind. Zur kontinuierlichen Messung des diastolischen Blutdrucks ist auch hier die permanente Applikation einer Druckmanschette zur Messung nach einer Riva-Rocci-Methode notwendig. Weitere Nachteile der beim Stand der Technik zur Verfügung stehenden Drucksensoren auf der Basis piezoelektrischer Folien sind die schlechte Temperaturstabilität der Messdaten durch Undefinierten und hohen Wärmefluss im Sensor, sowie schlechte Messergebnisse durch unzureichende Anschmiegung der Sensoroberfläche an die unregelmäßig geformte Oberfläche der Haut des Menschen. In der EP 491 655 ist ein in eine Fahrbahn fest verlegtes Kraftsensorsystem zur Gewichtsmessung von Fahrzeugen beschrieben, bei der Piezoelemente, die in einem Hohlprofil eingebaut sind, unter elastischer Vorspannung eingebaut sind. Erreicht wird diese Vorspannung dadurch, dass das Hohlprofil durch seitliches Einspannen elastisch geöffnet und so die Piezoelemente in das Hohlprofil eingeschoben werden können. Nach Lösen der Einspannung tritt somit eine hohe vertikale elastische Druck-Vorspannung der Piezoelemente auf. Die Vorspannung erfolgt also weder auf Zug noch in Richtung der Piezo-Dipolorientierung, so dass der hier vorgestellte Kraftsensor durch die elastische Vorspannung keine Messempfindlichkeitsverbesserung in Piezo-Dipol- richtung durch reduzierte Beeinflussung der Signale durch die anderen Wirkkomponen- ten erfährt.The disadvantages here are that at least two pressure sensors at two measuring locations are necessary for determining the pulse transit time and that the measuring sensitivity is too low in the case of the pressure sensors based on piezoelectric films available in the prior art, in particular in patients with blood circulation. Disorders of the extremities, for example, in patients who have diabetes or the so-called smoker's leg. For the continuous measurement of the diastolic blood pressure, the permanent application of a pressure cuff for the measurement according to a Riva-Rocci method is also necessary here. Further disadvantages of the pressure sensors based on piezoelectric films available in the prior art are the poor temperature stability of the measurement data due to undefined and high heat flow in the sensor, as well as poor measurement results due to insufficient conforming of the sensor surface to the irregularly shaped surface of the human skin. In EP 491 655 a fixed in a roadway force sensor system for measuring the weight of vehicles is described, are incorporated in the piezoelectric elements, which are installed in a hollow profile, under elastic bias. This bias is achieved in that the hollow profile elastically opened by lateral clamping and so the piezo elements can be inserted into the hollow profile. After releasing the clamping thus occurs a high vertical elastic pressure bias of the piezo elements. The bias is thus neither on train nor in the direction of the piezo-dipole orientation, so that the force sensor presented here experiences no improvement in measurement sensitivity in the piezo-dipole direction due to the elastic bias due to the reduced influence of the signals by the other active components.
Die EP 370 203 beschreibt einen Beschleunigungssensor, bei dem ein Piezofolien- element über einem definiert vorgeformten Boden eines metallischen Trägerteils aufgespannt ist, wobei der Boden dazu dient, dass sich die Piezofolie bei entsprechend hoher Beschleunigung an den Boden anlegt und so eine zu große Dehnung der Piezofolie verhindert. Die Piezofolie ist also nicht definiert in Piezo-Dipolorientierung auf Zug vorgespannt und der Hohlraum zwischen Piezofolie und Trägerteil dient nicht der Anschmiegung der Piezofolie z.B. zur Druckwellendetektion an einer unebenen Oberfläche.EP 370 203 describes an acceleration sensor in which a piezo film element is clamped over a defined preformed bottom of a metallic carrier part, the bottom serving to cause the piezo film to hit the ground with a correspondingly high acceleration and thus to cause excessive stretching of the piezoelectric film Piezo foil prevented. The piezo film is thus not defined in piezo-dipole orientation biased to train and the cavity between the piezo film and the support member is not the fitting of the piezoelectric foil, for. for pressure wave detection on an uneven surface.
Der vorliegenden Erfindung liegt demzufolge die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Messung zeitlich und/oder räumlich veränderlicher Drücke sowie daraus ableitbarer Messgrößen mit verbesserter Messempfindlichkeit ermöglicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Messung zeitlich und/oder räumlich veränderlicher Drücke sowie daraus ableitbarer Messgrößen mit verbesserter Temperaturstabilität der Messdaten ermöglicht wird.Accordingly, it is the object of the present invention to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, with the aid of which it is possible to measure temporally and / or spatially variable pressures as well as measurable quantities derived therefrom with improved measuring sensitivity. A further object of the present invention is to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, with the aid of which it is possible to measure temporally and / or spatially variable pressures as well as measured variables derivable therefrom with improved temperature stability of the measured data.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, der hautfreundlich ist.A further object of the present invention is to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, which is kind to the skin.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Bestimmung der Position und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen sowie daraus ableitbarer Mess- großen mit nur einem Mess-Sensor an nur einem Messort ermöglicht wird.A further object of the present invention is to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, with the aid of which the determination of the position and propagation velocity of pressure fluctuations and pressure waves as well as measurement variables derivable therefrom can be performed with only one measuring sensor Only one location is possible.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Messung zeitlich und/oder räumlich veränderlicher Drücke sowie daraus ableitbarer Messgrößen auch an unregelmäßig geformten Oberflächen wie beispielsweise der Haut des Menschen mit verbesserter Messempfindlichkeit ermöglicht wird.A further object of the present invention is to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, with the aid of which the measurement of temporally and / or spatially variable pressures as well as measurable variables can also be applied to irregularly shaped surfaces such as the human skin with improved sensitivity is enabled.
Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Drucksensor auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere piezoelektrischer Folien, bereitzustellen, mit dessen Hilfe die nichtinvasive, belastungsfreie und kontinuierliche Messung und Überwachung der Pulsfrequenz sowie des systolischen und des diastolischen Blutdrucks bei Mensch und Tier ohne Dauerapplikation einer druckbeaufschlagten Manschette zur Messung nach einer Riva-Rocci-Methode ermöglicht wird.A further object of the present invention is to provide a pressure sensor based on piezoelectric transducers, in particular piezoelectric foils, with the aid of which the non-invasive, stress-free and continuous measurement and monitoring of the pulse rate as well as the systolic and diastolic blood pressure in humans and animals without continuous application a pressurized cuff for measurement according to a Riva-Rocci method is made possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den piezoelektrischen Sensor entsprechend der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by the piezoelectric sensor according to the characterizing features of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche beschrieben.
Hauptkennzeichen der Erfindung ist dabei, dass in dem erfindungsgemäßen Drucksensor eine Mehrzahl paralleler Streifen aus einem piezoelektrischen Material als Messmembran dergestalt einem Sensor-Grundkörper zugeordnet ist, dass diese eindimensional elastisch in Richtung der Piezo-Dipolorientierung auf Zug vorgespannt sind und zwischen dem aufgespannten piezoelektrischen Sensormaterial im Messbereich und dem Sensor-Grundkörper durch Aussparung/Ausfräsung ein freier Hohlraum vorhanden ist.Advantageous embodiments of the invention are described in the characterizing features of the subclaims. The main characteristic of the invention is that in the pressure sensor according to the invention, a plurality of parallel strips of a piezoelectric material as a measuring membrane such a sensor base body is assigned such that they are biased one-dimensional elastic in the direction of the piezo-dipole orientation to train and between the spanned piezoelectric sensor material in Measuring range and the sensor base body by recess / cutout a free cavity is present.
Durch die eindimensional elastische Vorspannung des piezoelektrischen Sensor- materials auf Zug in Richtung der Piezo-Dipolorientierung werden andere als die zu messenden Messgrößen in Richtung der Piezo-Dipolorientierung wegen der nur geringfügigen Beeinflussung der Signale durch die anderen Wirkkomponenten reduziert und somit die Messempfindlichkeit des Sensors erhöht. Damit wird die starke Richtungsabhängigkeit piezoelektrischer Materialien durch ihre monoaxiale Orientierung gezielt zur Verbesserung der Messempfindlichkeit genutzt. Eine weitere Verbesserung der Sensor-Messempfindlichkeit wird durch die Mehrzahl paralleler piezoelektrischer Sensormaterial-Streifen erreicht, da in der Datenauswertung durch den Sensorcontroller nur die Messsignale der piezoelektrischen Sensormaterial-Streifen zur Daten-Weiterverarbeitung ausgewählt werden, deren Messsignale am Besten sind. Da zwischen dem aufgespannten piezoelektrischen Sensormaterial im Messbereich und dem Sensor- Grundkörper ein freier Hohlraum vorhanden ist, wird durch reduzierten Wärmefluss des Sensormaterials zum Sensor-Grundkörper die Temperaturstabilität der Messdaten verbessert und das Sensormaterial im Messbereich kann sich an unregelmäßig geformte Messoberflächen wie beispielsweise die Haut des Menschen optimal anschmiegen, wodurch die Sensor-Messempfindlichkeit nochmals verbessert wird. Da der Abstand der parallelen piezoelektrischen Sensormaterial-Streifen zueinander bekannt ist, kann mit nur einem Messsensor an nur einem Messort Position sowie Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen sowie daraus ableitbarer Messgrößen senkrecht zu den Sensormaterial-Streifen wie die Pulswellengeschwindigkeit bei Tier und Mensch bestimmt werden, bzw. durch Kalibriermessung auch in einem anderen Winkel, wobei die Messgenauigkeit bei senkrechter Anordnung der Sensormaterial- Streifen zur Druckfluktuations-Ausbreitungsrichtung am höchsten ist.
Ergebnis ist somit, dass mit der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Drucksensoren auf der Basis piezoelektrischer Wandler, insbesondere Drucksensoren auf der Basis piezoelektrischer Folien zur nichtinvasiven, belastungsarmen und kontinuierlichen Messung der Pulsfrequenz sowie des Blutdrucks durch Ermittlung der arteriellen Pulswellengeschwindigkeit und der Pulswellen- Signalform bei Menschen und Tieren bereitgestellt werden, die sich durch eine verbesserte Messempfindlichkeit und Temperaturstabilität der Messdaten auszeichnen und mit deren Hilfe die Bestimmung der Position und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen sowie daraus ableitbarer Messgrößen wie der Ermittlung der arteriellen Pulswellengeschwindigkeit und der Pulswellen-Signalform bei Tier und Mensch mit nur einem Messsensor an einem Messort ermöglicht wird. Die Dauerapplikation einer druckbeaufschlagten Manschette nach einer Riva-Rocci- Methode ist mittels der Erfindung nicht mehr notwendig. Durch die verbesserte Messempfindlichkeit des Sensors kann zum Beispiel der Blutdruck und die Pulsfrequenz auch bei Notfallpatienten mit nur sehr geringem Blutdruck und bei Patienten mit Durchblutungsstörungen der Extremitäten, also beispielsweise bei Patienten, die an Diabetes oder dem sog. Raucherbein erkrankt sind, gemessen werden.Due to the one-dimensional elastic bias of the piezoelectric sensor material to train in the direction of the piezo-dipole orientation other than the measured variables to be measured in the direction of the piezo-dipole orientation because of the only slight influence of the signals by the other active components reduced and thus increases the sensitivity of the sensor , Thus, the strong directionality of piezoelectric materials is used by their monoaxial orientation targeted to improve the measurement sensitivity. A further improvement of the sensor measurement sensitivity is achieved by the plurality of parallel piezoelectric sensor material strips, since in the data evaluation by the sensor controller only the measurement signals of the piezoelectric sensor material strips are selected for data processing whose measurement signals are best. Since there is a free cavity between the spanned piezoelectric sensor material in the measuring range and the sensor base body, the temperature stability of the measured data is improved by reduced heat flow of the sensor material to the sensor base body and the sensor material in the measuring range can be on irregularly shaped measuring surfaces such as the skin of the Clinging people optimally, whereby the sensor sensitivity is further improved. Since the distance between the parallel piezoelectric sensor material strips to each other is known, with only one measuring sensor position and speed of propagation of pressure fluctuations and pressure waves and derived therefrom measurable variables perpendicular to the sensor material strips as the pulse wave velocity in animals and humans, or . By calibration measurement at a different angle, the measurement accuracy is highest with vertical arrangement of the sensor material strips to the pressure fluctuation propagation direction. The result is thus that with the present invention over the prior art improved pressure sensors based on piezoelectric transducers, in particular pressure sensors based on piezoelectric films for noninvasive, low-stress and continuous measurement of pulse rate and blood pressure by determining the arterial pulse wave velocity and the pulse wave Signaling in humans and animals are provided, which are characterized by an improved measurement sensitivity and temperature stability of the measured data and with their help, the determination of the position and the propagation velocity of pressure fluctuations and pressure waves and derived therefrom measures such as the determination of the arterial pulse wave velocity and the pulse wave waveform Animal and human is made possible with only one measuring sensor at a measuring location. The permanent application of a pressurized cuff according to a Riva-Rocci method is no longer necessary by means of the invention. Due to the improved measuring sensitivity of the sensor, for example, the blood pressure and the pulse rate in emergency patients with very low blood pressure and in patients with circulatory disorders of the extremities, ie, for example, in patients who have diabetes or the so-called smoker's leg are measured.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass durch die Mehrzahl von Piezosensor- streifen auf einem Sensor die Positionierung des Sensors vereinfacht wird, da er auf Grund der Messsignal-Redundanz nicht so genau auf dem Ort der Druckfluktuation wie beispielsweise einer Arterie platziert werden muss.Another advantage of the invention is that the positioning of the sensor is simplified by the plurality of piezosensor strips on a sensor, since it does not have to be positioned as precisely on the site of the pressure fluctuation as, for example, an artery due to the measurement signal redundancy.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden als piezoelektrische Wandler der Drucksensoren piezoelektrische Folien, insbesondere metallisch beschich- tete Polyvinylidenfluorid-Folien (kurz PVDF-Folien) verwendet.In an advantageous embodiment of the invention, piezoelectric films, in particular metallically coated polyvinylidene fluoride films (PVDF films for short), are used as piezoelectric transducers of the pressure sensors.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die PVDF-Folie des Drucksensors auf ihrer metallischen Seite mit einer Schutzfolie beschichtet und als Messmembran-Laminat auf einer flexiblen Leiterplatte, bevorzugt aus Polyimid, aufge- klebt.In a further advantageous embodiment of the invention, the PVDF film of the pressure sensor is coated on its metallic side with a protective film and bonded as a measuring membrane laminate on a flexible printed circuit board, preferably made of polyimide.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sensor- Grundkörper, auf den das Messmembran-Laminat unter Zug aufgespannt geklebt ist,
als biegesteife, starre Trägerplatine ausgeführt, auf der die Verstärkerelektronik des piezoelektrischen Wandlers direkt aufgelötet ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the sensor base body on which the measuring membrane laminate is adhered under tension, designed as a rigid, rigid carrier board on which the amplifier electronics of the piezoelectric transducer is soldered directly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zwei über- einander liegende Messmembran-Laminatschichten, deren Sensormaterialstreifen- Ausrichtung zueinander vorzugsweise senkrecht ist, verwendet, um eine zweidimensionale Bestimmung der Position und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen sowie daraus ableitbarer Messgrößen wie der arteriellen Pulswellengeschwindigkeit bei Tier und Mensch bei beliebiger Drehanordnung des Sensors auf dem Messort zu ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the invention, two superimposed measuring membrane laminate layers whose sensor material strip orientation is preferably perpendicular to one another are used to provide a two-dimensional determination of the position and the propagation velocity of pressure fluctuations and pressure waves as well as measurement variables derivable therefrom, such as the arterial pulse wave velocity Animal and human at any rotational arrangement of the sensor to allow on the site.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden nebeneinander angeordnete Bereiche von Messmembran-Laminaten, deren Sensormaterialstreifen- Ausrichtung zueinander vorzugsweise senkrecht ist, verwendet, um eine zweidimensio- nale Bestimmung der Position und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Druckfluktuationen und Druckwellen sowie daraus ableitbarer Messgrößen wie der arteriellen Pulswellengeschwindigkeit bei Tier und Mensch bei beliebiger Drehanordnung des Sensors auf dem Messort zu ermöglichen.In a further advantageous embodiment of the invention, juxtaposed regions of measuring membrane laminates whose sensor material strip orientation is preferably perpendicular to one another are used to determine the position and the propagation velocity of pressure fluctuations and pressure waves as well as parameters derived therefrom, such as the arterial pulse wave velocity to allow for animal and human at any rotational arrangement of the sensor at the site.
Somit werden die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben durch den bereitgestellten piezoelektrischen Sensor vollkommen gelöst.Thus, the objects underlying the invention are completely solved by the provided piezoelectric sensor.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung weiter unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be further explained with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig.1 einen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Sensor im Querschnitt, Fig.2 einen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Sensor in der Unteransicht sowie Fig.3 eine erfindungsgemäße am Arm eines Patienten applizierte Mess- und Auswertevorrichtung in perspektivischer Ansicht.1 shows a piezoelectric sensor according to the invention in cross section, FIG. 2 shows a piezoelectric sensor according to the invention in a bottom view and FIG. 3 shows a measuring and evaluation device according to the invention applied to the arm of a patient in a perspective view.
Fig.1 zeigt im Querschnitt einen Sensor-Grundkörper 4, der als starre Trägerplatine ausgeführt ist, auf den die Verstärkerelektronik 6 (Ladungsverstärker) zur Vermeidung von Ladungsverlusten direkt aufgelötet ist. Auf den Sensor-Grundkörper 4 ist das Messmembran-Laminat, das aus einer flexiblen Polyimid-Leiterplatte 3, mehreren
parallelen metallisch beschichteten PVDF-Folien-Streifen 1 sowie einer Polyimid- Schutzfolie 2 besteht, dergestalt aufgeklebt, dass zwischen Messmembran-Laminat und dem Sensor-Grundkörper 4 ein Hohlraum 5 entsteht, der beispielsweise durch Aus- fräsung der Sensor-Grundkörper-Trägerplatine 4 hergestellt werden kann, und dass das Messmembran-Laminat in Richtung der Piezopolarisierung der PVDF-Folien-Streifen 1 auf Zug vorgespannt ist. Verstärkerelektronik 6, Sensor-Grundkörper-Trägerplatine 4, die Polyimid-Leiterplatte 3 sowie die metallische Seite der PVDF-Folie-Streifen 1 sind mittels hier nicht weiter dargestellten Elektroden und Leiterplatinenbahnen elektrisch leitend verbunden. Die Schutzfolie 2 schützt die PVDF-Folienstreifen vor Feuchtigkeit und Verschmutzung und schützt somit vor Oxidation der metallischen Elektroden. Damit wird zusätzlich eine gute Hautverträglichkeit erreicht. Der entstandene Hohlraum 5 erleichtert die Anschmiegung des Messmembran-Laminats an unebene Oberflächen wie beispielsweise die Haut des Menschen und verbessert damit die Messdatengüte. Durch den Hohlraum 5 wird außerdem der Wärmefluss zwischen PVDF-Folie-Streifen 1 und der Sensor-Grundkörper-Trägerplatine 4 reduziert und berechenbar, so dass die Temperaturstabilität der Messdaten verbessert wird.1 shows in cross section a sensor base body 4, which is designed as a rigid carrier board to which the amplifier electronics 6 (charge amplifier) is soldered directly to avoid charge losses. On the sensor base 4 is the measuring membrane laminate, which consists of a flexible polyimide circuit board 3, a plurality parallel metallic coated PVDF film strip 1 and a polyimide protective film 2, glued in such a way that between the measuring membrane laminate and the sensor base 4, a cavity 5 is formed, for example, by milling the sensor base body support plate 4 made can be, and that the measuring membrane laminate is biased in the direction of piezopolarization of the PVDF film strip 1 to train. Amplifier electronics 6, sensor base support plate 4, the polyimide circuit board 3 and the metallic side of the PVDF film strips 1 are electrically conductively connected by means of electrodes and printed circuit board not shown here. The protective film 2 protects the PVDF film strips from moisture and dirt and thus protects against oxidation of the metallic electrodes. In addition, a good skin compatibility is achieved. The resulting cavity 5 facilitates the fitting of the measuring membrane laminate on uneven surfaces such as the human skin and thus improves the measured data quality. The cavity 5 also reduces and calculates the heat flow between the PVDF film strip 1 and the sensor main body support board 4, so that the temperature stability of the measurement data is improved.
Fig.2 veranschaulicht in der Ansicht von unten die hier vier auf den Sensor- Grundkörper 4 auf Zug vorgepannt aufgeklebten parallelen PVDF-Folien-Streifen 1, die unter Bildung eines Hohlraums 5 durch Ausfräsung der starren Trägerplatine als Sensor-Grundkörper 4 auf diesen als Messmembran-Laminat aufgeklebt sind.2 illustrates, in the view from below, the four parallel PVDF film strips 1 glued onto the sensor base body 4 in a tension-biased manner to form a cavity 5 by milling out the rigid carrier board as the sensor base 4 on it as a measuring membrane Laminate are glued.
Die Fig.3 zeigt als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Sensors zur Druckfluktuationsmessung den Aufbau eines Gerätes zur nichtinvasiven, belastungsarmen und kontinuierlichen Messung und Überwachung des Blutdrucks und der Pulsfrequenz am Menschen. Um den Oberarm 16 eines Patienten ist eine mit einem Klettverschluss 18 verschließbare Armmanschette 7 angelegt, die zur Kalibrierung der Messung des diastolischen und systolischen Blutdrucks mindestens ein Druckkissen 8 aufweist, das z.B. mit einer Messflüssigkeit gefüllt ist. Das Druckkissen 8 ist an der der Haut zugewandten Seite als elastische Membran ausgeführt. Die Armmanschette 7 enthält außerdem einen erfindungsgemäßen piezoelektrischen Drucksensor als Pulswellensensor 12, der durch entsprechendes Anbringen der Manschette 7 z.B. am Arm des Patienten 16 im Bereich einer Arterie appliziert werden kann und aus mehreren parallelen PVDF-Piezofolien-Streifen 1 besteht, die auf einer
starren Trägerplatine mit direkt integrierter Verstärkerelektronik 6 als Sensor- Grundkörper 4 unter Bildung eines Hohlraumes 5 zwischen PVDF-Piezofolie 1 und Sensor-Grundkörper 4 auf Zug vorgespannt aufgeklebt sind. Die PVDF-Piezofolien- Streifen 1 sind dabei als Messmembran-Laminat mit einer Polyimid-Schutzfolie und einer flexiblen Polyimid-Leiterplatte verklebt. Bei der Ausbreitung einer Pulswelle in der Arterie entsteht in den PVDF-Folien-Streifen 1 des Pulswellensensors 12 durch Dehnung des piezoelektrischen Materials ein elektrisches Spannungssignal, das in der Verstärkerelektronik 6 verstärkt und in der Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 ausgewertet wird. Aus der Phasenverschiebung der Pulswellensignale der unterschied- liehen parallelen PVDF-Folien-Streifen 1 wird in der Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 die Pulstransitzeit, und daraus sowie aus der Form der Pulswellensignale errechnet, der systolische und diastolische Blutdruck bestimmt. Die Anzeige der Messwerte und der Menüführung erfolgt mittels einer LCD-Folie 14, die Eingabe zur Gerätesteuerung mittels einer Tastatur 15. Zu Beginn des Mess- bzw. Überwachungszyklus wird durch die Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 eine Kalibrierroutine gestartet. Dazu wird mittels der Pumpe 9 der Druck im Druckkissen 8 langsam erhöht und mittels des oszillometrischen Sensors 11 der diastolische und systolische Blutdruck des Patienten bestimmt. Gleichzeitig werden durch mindestens zwei der parallelen PVDF-Folien- Streifen 1 die Pulstransit-Zeiten und die Pulswellen-Signalform bestimmt und durch Zuordnung der Pulstransit-Zeitwerte und der Pulswellen-Signalform zu den bei der Systole und der Diastole oszillometrisch ermittelten Druckwerten im Druckkissen 8, gemessen mittels des Drucksensors 10, die Messvorrichtung zur Ermittlung des systolischen und diastolischen Blutdrucks kalibriert. Der Kalibriervorgang wird durch mindestens zwei Kalibriermessungen, z.B. im Ruhezustand des Patienten und nach einer kurzen Bewegungsphase des Patienten zur Erhöhung des Blutdrucks, durchgeführt. Beim Kalibriervorgang kann der Schwellwert des systolischen und diastolischen Blutdrucks zur Auslösung einer eventuellen Alarmfunktion bestimmt werden. Die Druckbeaufschlagung des Druckkissens 8 geschieht automatisiert, indem ein oszillometrischer Sensor 11 die Pulsoszillationsamplituden erfasst und als elektrisches Signal an eine Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 weitergibt, wo durch eine Schwellwertabfrage der Pulsoszillationsamplitude entschieden wird, ob der Druck im Druckkissen dem diastolischen bzw. systolischen Blutdruck entspricht. Ist der Schwellwert niedriger oder höher, veranlasst die Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 die Pumpe 9, den Druck im Druckkissen 8 anzupassen. Der oszillometrische Sensor 11 kann auf der elastischen
Membran des Druckkissens 8 angebracht sein. Der Druck in den Druckkissen 8 wird durch einen Drucksensor 10 aufgenommen und in der Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 als diastolischer bzw. systolischer Blutdruck zur Kalibrierung der Messanordnung ausgewertet und gespeichert. Im normalen Mess- und Überwachungsmodus werden nun ohne den Patienten belastende Druckbeaufschlagungen der Armmanschette 7 mittels des Pulswellensensors 12 laufend die Pulstransitzeitwerte und Pulswellen-Signalformen an die Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 übertragen, wo die Umrechnung auf die systolischen und diastolischen Blutdruckwerte erfolgt und diese abgespeichert werden. Bei Überschreiten eines einstellbaren Schwellwertes des diastolischen und systolischen Blutdrucks kann eine Alarmfunktion ausgelöst werden, die entweder Teil der Steuerungs- und Auswerteeinheit 13 sein kann oder über die Datenschnittstelle 17 durch ein externes Gerät erfolgt. Diese Datenschnittstelle 17 kann z.B. als Datenkabel- steckverbindung, Infrarot- oder Funkinterface ausgeführt sein. Mittels der Datenschnitt- stelle 17 können diese Blutdruckdaten auch auf externe Geräte wie einen PC übertragen und weiter ausgewertet werden.
3 shows as an exemplary embodiment of a piezoelectric sensor for pressure fluctuation measurement according to the invention the structure of a device for non-invasive, low-stress and continuous measurement and monitoring of the blood pressure and the pulse rate in humans. To the upper arm 16 of a patient is a closable with a Velcro 18 arm sleeve 7 is applied, which has at least one pressure pad 8, for example, is filled with a measuring liquid to calibrate the measurement of diastolic and systolic blood pressure. The pressure pad 8 is designed on the skin-facing side as an elastic membrane. The arm sleeve 7 also contains a piezoelectric pressure sensor according to the invention as a pulse wave sensor 12, which can be applied by appropriate attachment of the sleeve 7, for example on the arm of the patient 16 in the artery and consists of several parallel PVDF piezo film strips 1, which on a rigid carrier board with directly integrated amplifier electronics 6 are glued as a sensor base body 4 to form a cavity 5 between PVDF piezo film 1 and sensor base body 4 biased to train. The PVDF piezo film strips 1 are bonded as a measuring membrane laminate with a polyimide protective film and a flexible polyimide printed circuit board. Upon propagation of a pulse wave in the artery, an electrical voltage signal is generated in the PVDF film strip 1 of the pulse wave sensor 12 by stretching the piezoelectric material, which is amplified in the amplifier electronics 6 and evaluated in the control and evaluation unit 13. From the phase shift of the pulse wave signals of the different parallel PVDF film strips 1, the pulse transit time, and therefrom and from the shape of the pulse wave signals, the systolic and diastolic blood pressure is determined in the control and evaluation unit 13. The display of the measured values and the menu navigation takes place by means of an LCD film 14, the input for device control by means of a keyboard 15. At the beginning of the measurement or monitoring cycle, a calibration routine is started by the control and evaluation unit 13. For this purpose, the pressure in the pressure pad 8 is slowly increased by means of the pump 9 and determined by means of the oscillometric sensor 11 of the diastolic and systolic blood pressure of the patient. At the same time, the pulse transit times and the pulse wave signal shape are determined by at least two of the parallel PVDF foil strips 1, and by assigning the pulse transit time values and the pulse wave signal shape to the pressure values in the pressure pad 8 determined oscillometrically during systole and diastole. measured by means of the pressure sensor 10, the measuring device for the determination of the systolic and diastolic blood pressure calibrated. The calibration procedure is carried out by at least two calibration measurements, for example when the patient is at rest and after a short movement phase of the patient to increase the blood pressure. During the calibration process, the threshold value of the systolic and diastolic blood pressure can be used to trigger a possible alarm function. The pressurization of the pressure pad 8 is done automatically by an oscillometric sensor 11 detects the Pulsoszillationsamplituden and passes as an electrical signal to a control and evaluation unit 13, where it is decided by a threshold value of the Pulsoszillationsamplitude whether the pressure in the pressure pad corresponds to the diastolic or systolic blood pressure , If the threshold value is lower or higher, the control and evaluation unit 13 causes the pump 9 to adjust the pressure in the pressure pad 8. The oscillometric sensor 11 may be on the elastic Membrane of the pressure pad 8 may be attached. The pressure in the pressure pad 8 is recorded by a pressure sensor 10 and evaluated and stored in the control and evaluation unit 13 as diastolic or systolic blood pressure for calibrating the measuring arrangement. In the normal measuring and monitoring mode, the pulse transit time values and pulse wave signal shapes are now continuously transmitted to the control and evaluation unit 13 by means of the pulse wave sensor 12 without the patient burdening the arm sleeve 7, where the conversion to the systolic and diastolic blood pressure values takes place and these are stored , When an adjustable threshold value of the diastolic and systolic blood pressure is exceeded, an alarm function can be triggered, which can either be part of the control and evaluation unit 13 or takes place via the data interface 17 by an external device. This data interface 17 can be designed, for example, as a data cable plug connection, infrared or radio interface. By means of the data interface 17, these blood pressure data can also be transferred to external devices such as a PC and further evaluated.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
I PVDF-Folienstreifen als piezoelektrisches Material mit Metallbeschichtung auf der Unterseite 2 Schutzfolie aus PolyimidI PVDF film strip as piezoelectric material with metal coating on the underside 2 Protective film made of polyimide
3 Flexible Leiterplatte aus Polyimid3 Flexible printed circuit board made of polyimide
4 Starre Trägerplatine als Sensor-Grundkörper4 Rigid carrier board as sensor base body
5 Hohlraum durch Ausfräsung5 cavity through cutout
6 Verstärkerelektronik 7 Armmanschette am Oberarm des Patienten6 Amplifier electronics 7 Arm sleeve on the patient's upper arm
8 Mit Messflüssigkeit gefülltes Druckkissen8 Pressure pad filled with measuring fluid
9 Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Druckkissen9 pump for pressurizing the pressure pad
10 Drucksensor zur Druckmessung in den Druckkissen10 Pressure sensor for pressure measurement in the pressure pad
II Oszillometrischer Sensor zur Kalibriermessung des Blutdrucks 12 Pulswellensensor mit VerstärkerelektronikII Oscillometric sensor for calibration measurement of blood pressure 12 Pulse wave sensor with amplifier electronics
13 Steuerungs- und Auswerteeinheit mit CPU und Speicher13 Control and evaluation unit with CPU and memory
14 LCD-Folie als Anzeigemittel14 LCD film as a display means
15 Tastatur als Eingabemittel15 keyboard as input means
16 Oberarm des Patienten 17 Datenschnittstelle16 Upper arm of the patient 17 Data interface
18 Klettverschluss
18 Velcro fastener