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GEBIET DER OFFENBARUNG
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet nicht-invasiver Blutdrucküberwachung.
Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung adaptive Filterungstechniken
für die
verbesserte Verarbeitung von Artefakt-kontaminierten oszillometrischen
Daten.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Das
menschliche Herz zieht sich periodisch zusammen, um Blut durch die
Arterien zu drücken. Als
Folge dieses Pumpvorgangs liegen Druckimpulse oder Oszillationen
in diesen Arterien vor und veranlassen diese, zyklisch ihr Volumen
zu ändern.
Der minimale Druck während
jedes Zyklus ist als der diastolische Druck bekannt, und der maximale
Druck während
jedes Zyklus ist als der systolische Druck bekannt. Ein weiterer
Druckpegel, der als der "mittlere
arterielle Druck" (MAP – mean arterial
pressure) bekannt ist, repräsentiert
einen zeitgewichteten Durchschnittswert des gemessenen Blutdruckes über jedem
Zyklus.
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Obwohl
viele Techniken für
die Bestimmung des diastolischen, systolischen und mittleren arteriellen
Drucks eines Patienten zur Verfügung
stehen, wird ein derartiges typischerweise in der nicht-invasiven
Blutdrucküberwachung
eingesetztes Verfahren als die oszillometrische Technik bezeichnet.
Dieses Verfahren der Messung des Blutdruckes beinhaltet das Anlegen
einer aufblasbaren Manschette um eine Körperextremität, wie z.
B. den Oberarm, des Patienten. Die Manschette wird dann auf einen
Druck oberhalb des systolischen Drucks des Patienten aufgeblasen,
und dieser wird dann inkrementell in einer Reihe kleiner Schritte
verringert. Ein pneumatisch mit der Manschette verbundener Drucksensor
misst den Manschettendruck während
des gesamten Luftablassvorgangs. Die Empfindlichkeit des Sensors
ist so, dass er in der Lage ist, die in der Manschette aufgrund
des durch die Arterien des Patienten strömenden Blutes auftretenden
Druckschwankungen zu messen. Mit jedem Herzschlag bewirkt der Blutfluss kleine Änderungen
in dem Arterienvolumen, welche auf die aufgeblasene Manschette übertragen
werden, was ferner leichte Druckveränderungen innerhalb der Manschette
bewirkt, welche dann durch den Drucksensor detektiert werden. Der
Drucksensor erzeugt ein elektrisches Signal, das den Manschettendruckpegel
kombiniert mit einer Reihe kleiner periodischer Druckschwankungen
in Verbindung mit den Herzschlägen
des Patienten für
jeden Druckschritt während
des Luftablassvorgangs repräsentiert.
Es hat sich herausgestellt, dass diese als "Komplexe" oder "Oszillationen" bezeichneten Schwankungen eine Spitze-Spitze-Amplitude
haben, welche für
angelegte Manschettendrücke über dem
systolischen Druck minimal ist. Sobald der Manschettendruck verringert
wird, beginnt die Oszillationsgröße monoton zu
wachsen und erreicht schließlich
eine maximale Amplitude. Nachdem die Oszillationsgröße die maximale
Amplitude erreicht hat, nimmt die Oszillationsgröße monoton ab, während der
Manschettendruck weiter abnimmt. Oszillometrische Daten wie diese werden
oft als solche mit dem Aussehen einer "Glockenkurve" beschrieben. Tatsächlich kann eine Kurve mit
bester Anpassung oder Hüllkurve
berechnet werden, welche die gemessenen oszillometrischen Impulse
repräsentiert.
Physiologisch nähert
sich der Manschettendruck bei dem maximalen Oszillationsamplitudenwert
dem MAP an. Zusätzlich
haben Komplexamplituden bei Manschettendrücken gleich den systolischen
und diastolischen Drücken
eine feste Beziehung zu diesem maximalen Oszillationsamplitudenwert.
Somit basiert das oszillometrische Verfahren auf Messungen detektierter
Oszillationsamplituden bei verschiedenen Manschettendrücken.
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Blutdruckmessvorrichtungen,
die gemäß dem oszillometrischen
Verfahren arbeiten, detektieren die Amplitude der Druckoszillationen
bei verschiedenen angelegten Manschettendruckpegeln. Die Amplituden
dieser Oszillationen sowie der angelegte Manschettendruck werden
zusammen gespeichert, sobald die Vorrichtung automatisch die Manschettendrücke über ein
vorbestimmtes Druckschema verändert.
Diese Oszillationsamplituden definieren eine oszillometrische "Hüllkurve" und werden ausgewertet, um den maximalen
Wert und den zugeordneten Manschettendruck zu finden, welcher angenähert gleich
dem MAP ist. Der Manschettendruck unter dem MAP-Wert, welcher eine
Oszillationsamplitude mit einer bestimmten festen Beziehung zu dem Maximalwert
erzeugt, wird als der diastolische Druck bezeichnet, und ebenso
wird der Manschettendruck über
dem MAP-Wert, welcher Komplexe mit einer Amplitude mit einer bestimmten
festen Beziehung zu diesem Maximalwert ergibt, als der systolische
Druck bezeichnet. Die Beziehungen der Oszillationsamplitude bei
systolischen bzw. diastolischen Drücken zu dem Maximalwert bei
dem MAP sind in Abhängigkeit von
den Präferenzen
des Fachmanns auf diesem Gebiet empirisch abgeleitete Verhältnisse.
Im Wesentlichen werden diese Verhältnisse in dem Bereich von
40% bis 80% der Amplitude bei MAP angegeben.
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Eine
Möglichkeit,
die Oszillationsgrößen zu bestimmen,
besteht in der rechnerischen Anpassung einer Kurve an die aufgezeichneten
Oszillationsamplituden und die entsprechenden Manschettendruckpegel.
Die ein- bzw. angepasste Kurve kann dann zum Berechnen einer Näherung der
MAP-, systolischen und diastolischen Datenpunkte verwendet werden.
Ein Schätzwert
des MAP wird als der Manschettendruckpegel mit der maximalen Oszillation angenommen.
Ein möglicher
Schätzwert
des MAP kann daher bestimmt werden, indem der Punkt auf der angepassten
Kurve gefunden wird, an dem die erste Ableitung gleich Null ist.
Von diesem Datenpunkt eines maximalen Oszillationswertes aus können die
Amplituden der Oszillationen bei den systolischen und diastolischen
Drücken
berechnet werden, indem ein Prozentsatz der Oszillationsamplitude
bei dem MAP verwendet wird. Auf diese Weise können jeweils der systolische
Datenpunkt und der diastolische Datenpunkt entlang der angepassten
Kurve berechnet werden und daher deren Drücke ebenfalls abgeschätzt werden.
Diese Kurvenanpassungstechnik hat den Vorteil einer Filterung oder
Glättung
der oszillometrischen Rohdaten. Es hat sich jedoch in einigen Fällen herausgestellt,
dass zusätzliche
zum Erzeugen und Verarbeiten der oszillometrischen Hüllkurve
verwendete Filterungstechniken die Genauigkeit der Bestimmung der
Blutdruckpegel verbessern könnten.
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Die
Zuverlässigkeit
und Wiederholbarkeit von Blutdruckberechnungen hängt von der Fähigkeit ab,
die Oszillationsamplitude genau zu bestimmen. Jedoch ist die Bestimmung
der Oszillationsamplituden gegenüber
einer Artefaktkontamination empfindlich. Da das oszillometrische
Verfahren von der Detektion winziger Schwankungen in dem gemessenen Manschettendruck
abhängig
ist, können
von außen auf
diesen Manschettendruck einwirkende Kräfte Artefakte erzeugen, die
in einigen Fällen
vollständig
die oszillometrischen Daten verdecken, verschleiern oder anderweitig
unbrauchbar machen können.
Eine derartige Quelle von Artefakten ist eine willkürliche oder
unwillkürliche
Bewegung durch den Patienten. Unwillkürliche Bewegungen, wie z. B.
das Zittern des Patienten, können
Artefakte mit hoher Frequenz in den oszillometrischen Daten erzeugen.
Willkürliche Bewegungsartefakte,
wie z. B. diejenigen, die dadurch verursacht werden, dass der Patient
seinen Arm, die Hand oder den Körper
bewegt, können
Artefakte mit niedriger Frequenz erzeugen.
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Derzeitig
verfügbare
Systeme können
zur Bestimmung fähig
sein, ob die gesammelten oszillometrischen Daten durch Artefakte
verfälscht
sind oder nicht; jedoch sind derzeitige Filterungstechniken bei
der Beseitigung von Artefakten, die einen ähnlichen Frequenzgehalt wie
die gewünschten
oszillometrischen Daten haben, ineffektiv. Alternativ können nicht-invasive
Blutdrucksysteme einfach oszillometrische Daten verwerfen, die als
durch Artefakte verfälscht
gekennzeichnet worden sind. In diesen Fällen müssen mehr oszillometrische
Daten bei jedem Druckschritt gesammelt werden, bis brauchbare artefaktfreie
oszillometrische Daten erfasst werden können. Dieses kann erheblich
die Zeit für
die Bestimmung des Blutdrucks des Patienten verlängern und den Patienten einem
gesteigerten Missbefinden in Verbindung damit aussetzen, dass die
aufblasbare Manschette den Blutfluss zu der zugeordneten Extremität behindert.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist hier ein Verfahren zum Berechen einer oszillometrischen Hüllkurve
zur Verwendung bei der Bestimmung des Blutdrucks eines Patienten
offenbart. Das Verfahren kann die Schritte eines Empfangs eines
oszillometrischen Signals und einer Anzeige einer Herzrate des Patienten
enthalten. Anschließend
werden die Grundfrequenz und wenigstens eine Oberwellenfrequenz
der Herzrate berechnet. Die oszillometrischen Daten werden dann
in den Frequenzbereich umgewandelt. Das oszillometrische Signal
im Frequenzbereich wird dann bei der Grundfrequenz der Herzrate
und wenigstens einer Oberwellenfrequenz gefiltert. Anschließend kann
das oszillometrische Signal aus den gefilterten Frequenzbereichssignalen
rekonstruiert werden, um ein rekonstruiertes oszillometrisches Signal
zu erzeugen. Schließlich
kann ein Datenpunkt der oszillometrischen Hüllkurve aus dem rekonstruierten
oszillometrischen Signal bestimmt werden.
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Außerdem ist
hierin ein System zur Verarbeitung oszillometrischer Daten aus mehreren
Druckstufen oder schritten einer Blutdruckmanschette, um den Blutdruck
eines Patienten zu bestimmen, offenbart. Das System kann einen mit
dem Patient verbundenen Herzratenmonitor enthalten. Der Herzratenmonitor
erfasst die Herzrate des Patienten bei jedem Druckschritt. Ein Zeit-Frequenz-Bereichs-Wandler empfängt die
bei jedem Druckschritt erfassten oszillometrischen Daten und wandelt
die oszillometrischen Daten in dem Frequenzbereichsdaten um. Eine
Oberwellenfrequenz-Berechnungseinrichtung ist mit dem Herzratenmonitor
verbunden, und die Oberwellenfrequenz-Berechnungseinrichtung leitet wenigstens
die Herzratengrundfrequenz ab. Ein mit dem Zeit-Frequenz-Bereichs-Wandler
und der Oberwellenfrequenz-Berechnungseinrichtung verbundenes. Filter
erzeugt gefilterte oszillometrische Frequenzbereichsdaten. Eine
Rekonstruktions-Berechnungseinrichtung empfängt die gefilterten oszillometrischen
Frequenzbereichsdaten und rekonstruiert ein oszillometrisches Zeitbereichsignal
aus den gefilterten oszillometrischen Frequenzbereichsdaten. Eine
Einrichtung zur Berechnung einer oszillometrischen Hüllkurve
verarbeitet das oszillometrische Zeitbereichssignal bei jedem Druckschritt,
um eine oszillometrische Hüllkurve
aus jedem Druckschritt entsprechenden Hüllkurvendatenpunkten zu erzeugen.
Eine Blutdruckbestimmungs-Berechnungseinrichtung ist mit der Berechnungseinrichtung
für die oszillometrische
Hüllkurve
verbunden und analysiert die oszillometrische Hüllkurve, um den Blutdruck des Patienten
zu bestimmen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine Ausführungsform
eines Systems für
die nicht-invasive Messung von Blutdruck dar;
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2 zeigt
eine graphische Darstellung, welche die von einer Blutdruckmanschette
gesammelten oszillometrischen Daten veranschaulicht;
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3 zeigt
eine Ausführungsform
eines Systems für
eine artefaktresistente Analyse oszillometrischer Daten;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
eines Verfahrens für
die artefaktresistente Analyse oszillometrischer Daten darstellt;
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5a–5d zeigen
graphische Darstellungen, welche Bandpassfilter darstellen, die
an verschiedene Herzraten des Patienten angepasst sind;
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6a–6c zeigen
graphische Darstellungen, welche die an im Wesentlichen artefaktfreien oszillometrischen
Daten ausgeführte
Signalverarbeitung darstellen;
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7a–7c zeigen
graphische Darstellungen, welche die an oszillometrischen Daten
mit einem hochfrequenzhaltigen Artefakt ausgeführte Signalverarbeitung darstellen;
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8a–8c zeigen
graphische Darstellungen, welche die an oszillometrischen Daten
mit einem niederfrequenzhaltigen Artefakt ausgeführte Signalverarbeitung darstellen.
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DETAILLIERTE OFFENBARUNG
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1 stellt
eine Ausführungsform
eines nicht-invasiven Blutdruck-(NIBD)-Überwachungssystems dar. Das
NIBD-Überwachungssystem 10 enthält eine
Druckmanschette 12, die eine herkömmliche elastische aufblasbare
und ablassbare Manschette ist, die am Arm oder einer anderen Extremität eines
Patienten 14 getragen wird. Eine Verarbeitungseinheit 16 steuert
ein Aufblasventil 18, das zwischen einer Druckluftquelle 20 und
einer Druckleitung 22 angeordnet ist. Sobald das Aufblasventil 18 so
gesteuert ist, dass es den Druck in der Manschette 12 erhöht, zieht
sich die Manschette 12 um den Arm des Patienten 14 zusammen.
Nach dem Erreichen eines ausreichenden Druckniveaus in der Manschette 12,
verschließt
die Manschette 12 vollständig die Oberarmarterie des
Patienten 14.
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Nachdem
die Manschette 12 vollständig aufgeblasen worden ist,
steuert die Verarbeitungseinheit ferner ein Luftablassventil 24,
um mit der inkrementellen Ablassung von Druck aus der Manschette 12 zurück durch
die Druckleitung 22 und an die Umgebungsluft zu beginnen.
Während
des Aufblasvorgangs und des inkrementellen Ablassvorgangs aus der
Manschette 12 misst ein pneumatisch mit der Druckmanschette 12 über eine
Druckleitung 28 verbundener Druckmesswandler 26 den
Druck in der Druckmanschette 12. In einer alternativen
Ausführungsform
wird die Manschette 12 im Gegensatz zu einer inkrementellen
Ablassung kontinuierlich entleert. In Ausführungsformen mit derartiger
kontinuierlicher Ablassung kann der Druckmesswandler 26 den Druck
in der Manschette kontinuierlich oder inkrementell in regelmäßigen Intervallen
messen.
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Während der
Druck in der Manschette 12 abnimmt, detektiert der Druckmesswandler 26 oszillometrische
Impulse in dem gemessenen Manschettendruck, die die Druckschwankungen
repräsentie ren,
die durch das mit jedem Herzschlag in die Armarterie strömende Blut
des Patienten und durch die sich daraus ergebende Ausdehnung der
Arterie zur Aufnahme des zusätzlichen
Blutvolumens verursacht werden.
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Die
von dem Druckmesswandler 26 gemessenen Manschettendruckdaten,
einschließlich
der oszillometrischen Impulse, werden an die Verarbeitungseinheit 16 geliefert,
so dass die Manschettendruckdaten verarbeitet und analysiert werden
können und
eine einen systolischen Druck, diastolischen Druck und MAP umfassende
Bestimmung des Blutdruckes des Patienten einem Arzt auf einem Display 30 angezeigt
werden kann.
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Die
Verarbeitungseinheit 16 kann ferner eine Anzeige für die durch
den Herzratenmonitor 32 erfasste Herzrate des Patienten 14 empfangen.
Der Herzratenmonitor 32 erfasst die Herzrate des Patienten 14 unter
Verwendung von einem oder mehreren einer Vielfalt von üblicherweise
verwendeten Herzraten-Detektionstechniken. Eine Herzraten-Detektionstechnik,
die angewendet werden kann, wäre
die der Elektrokardiographie (EKG), in der mit spezifischen anatomischen
Stellen auf dem Patienten verbundene elektrische Leitungen 34 die
Ausbreitung der elektrischen Aktivität durch das Herz des Patienten überwachen.
Alternativ kann die Herzschlagrate des Patienten unter Anwendung
von SpO2, Plethysmographie oder anderer
bekannter Techniken einschließlich
einer Signalverarbeitung und Analyse der Manschettendruckdaten,
erfasst werden.
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2 ist
eine graphische Darstellung, welche verschiedene Druckpegel darstellt,
die von dem in 1 dargestellten NIBD-Überwachungssystem 10 erfasst
werden können.
Der von dem Druckmesswandler 26 bestimmte Manschettendruck
ist als eine Manschettendruckkurve 36 dargestellt. Der
Manschettendruck zeigt eine Spitze bei 38a, welche der Manschettendruck
ist, bei welchem die Manschette 12 vollständig, wie
von der Verarbeitungseinheit 16 gesteuert, aufgeblasen
ist. Die Verarbeitungseinheit 16 steuert den Aufblasvorgang
der Manschette 12 so, dass 38a ein Druck ist,
der ausreichend über
dem systolischen Druck des Patienten liegt. Dieser kann durch Bezugnahme
auf zuvor bestimmte Werte von Blutdruckdaten des Patienten, durch
Bezugnahme auf standardmedizinische Praktiken oder Blutdruckschätzungen
gesteuert oder modifiziert werden. Die Manschettendruckkurve 36 nimmt
dann inkrementell mit einer Reihe von Druckschritten oder -stufen 38a–38u ab,
welche jeweils eine durch das Luftablassventil 24 gesteuerte
inkrementelle Druckverminderung in der Manschette 12 reflektieren.
Bevor der Manschettendruck einen Druckschritt erreicht, bei welchem
die Armarterie des Patienten nicht mehr vollständig verschlossen ist, zeigt
der gemessene Manschettendruck oszillometrische Impulse 40.
Die Anzahl der bei jedem Druckschritt detektierten oszillometrischen
Impulse ist als eine Funktion der Herzrate des Patienten und der
Länge der
Zeit, in der das NIBP-System Daten bei jedem Druckschritt sammelt, bestimmt,
aber typischerweise werden die Manschettendruckdaten bei jedem Druckpegel
aufgezeichnet, um wenigstens zwei oszillometrische Impulse zu erhalten.
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Der
Manschettendruck wird bei jedem der Druckschrittinkremente einschließlich der
oszillometrischen Impulsdaten gemessen, bis der Manschettendruck
ein derartiges Inkrement erreicht, dass die oszillometrischen Impulse
klein genug sind, um die oszillometrische Hüllkurve vollständig zu
spezifizieren, wie man sie beispielsweise bei dem Druckinkrement 38u findet.
An diesem Punkt steuert die Verarbeitungseinrichtung 16 das
Ablassventil 24 so, dass es die Druckmanschette 12 vollständig entleert,
und das Erfassen von Blutdruckdaten ist damit abgeschlossen.
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2 veranschaulicht
ferner eine oszillometrische Hüllkurve 42 gemäß Berechnung
unter Verwendung der aus der Reihe von inkrementellen Manschettendruckschritten
gesammelten oszillometrischen Impulsdaten. Die Verarbeitungseinheit 16 grenzt
die oszillometrischen Impulse bei jedem Druckschritt ein und erzeugt
eine Kurve mit bester Anpassung, um die oszillometrische Hüllkurve 42 darzustellen.
Die oszillometrische Hüllkurve
ist für
die Bestimmung des systolischen Druckes, diastolischen Druckes und
MAP nützlich.
Der MAP 44 wird als das Druckschrittinkrement 38k bestimmt,
das der Spitze 44 der oszillometrischen Hüllkurve 42 entspricht.
Sobald der MAP bestimmt worden ist, können der systolische Druck 46 und
der diastolische Druck 48 als die Druckpegelwerte in Verbindung
mit speziellen Oszillationsamplituden identifiziert werden, die
vorbestimmte Prozentsätze
der Oszillationsamplitude bei dem MAP-Druckpegel darstellen. In
einer Ausführungsform
entspricht der systolische Druck 46 dem Druckinkrement 38h,
wo die oszillometrische Amplitude der Hüllkurven 50% von derjenigen
des MAP beträgt.
In einer weiteren Ausführungsform
korreliert der diastolische Druck 48 mit dem Druckinkrement 38n,
wo die Amplitude der Hüllkurve
zwischen 60% und 70% von der Amplitude der Hüllkurve bei dem MAP beträgt. Die
zum Abschätzen
des systolischen Druckes und des diastolischen Druckes verwendeten Prozentsätze der
MAP-Amplitude liegen üblicherweise
in einem Bereich zwischen 40% und 80% abhängig von dem von der Verarbeitungseinheit 16 verwendeten
spezifischen Algorithmus.
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In
einer alternativen Ausführungsform
wird die Amplitude der oszillometrischen Impulse bei jedem Druckschritt
gemittelt, um einen Datenpunkt der oszillometrischen Hüllkurve
zu erzeugen. In einigen von diesen Ausführungsformen können Techniken, wie
z. B. Impulsvergleich bzw. -anpassung (Pulse Matching) oder Elimination
des ersten und/oder letzten oszillometrischen Impulses in einem
Druckschritt, dazu genutzt wer den, die Qualität des berechneten oszillometrischen
Datenpunktes zu verbessern. Die oszillometrische Hüllkurve 42 kann
auch unter Verwendung des Mittelwertes der Komplexamplituden bei
dem Druckschritt als die Eingangsdatenpunkte für eine Kurve bester Anpassung
erzeugt werden. Alternativ können
die Datenpunkte der oszillometrischen Hüllkurve 42 die maximale
Amplitude der oszillometrischen Impulse bei jedem Druckschritt sein.
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Wie
man aus 2 ersehen kann, sind die oszillometrischen
Impulse in Bezug auf den Manschettengesamtdruck und die Druckinkrementschritte
relativ klein. Dies macht die Detektion der oszillometrischen Impulse
sehr empfindlich gegen Rauschen und andere Artefakte. Obwohl ein
relativ hochfrequentiges Rauschen, wie z. B. ein elektromagnetisches
Rauschen von 60 Hz, leicht ausgefiltert werden kann, macht es die
relativ kleine Größe der oszillometrischen
Impulse schwierig, Artefakte aufgrund einer menschlichen Bewegung
ausreichend auszufiltern, da diese Artefakte typischerweise bei
einer niedrigeren Signalfrequenz vorliegen, so dass die Frequenz
des Artefakts ähnlich
derjenigen des oszillometrischen Impulssignals ist.
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Das
physiologische Überwachungssystem und
Verfahren zum Bestimmen des Blutdruckes, wie sie hierin offenbart
sind, zielen auf die Bereitstellung einer verbesserten Verarbeitung
von oszillometrischen Impulssignalen ab, um Artefakte mit ähnlicher Frequenz
wie derjenigen der oszillometrischen Impulse zu entfernen. Ausführungsformen,
wie hierin offenbart, können
zur Erzeugung eines oszillometrischen Impulssignals höherer Qualität führen, wenn das
gewünschte
physiologische Signal und das Artefakt spezifische Frequenzgehaltseigenschaften
haben; dies führt
zu einer erhöhten
Genauigkeit bei der Erzeugung der oszillometrischen Hüllkurve
und der Berechnung der Schätzwerte
für den
Blutdruck des Patienten. 2 demonstriert ein Bei spiel
der Erfassung der oszillometrischen Signale unter Anwendung von
schrittweiser Ablassung; jedoch sind auch andere Techniken zur Gewinnung
der oszillometrischen Signale, wie z. B. ein kontinuierliches Druckablassen, möglich, und
die hierin gegebene Beschreibung soll nicht die Brauchbarkeit von
hierin nachstehend offenbarten Ausführungsformen hinsichtlich der
schrittweisen Ablassung beschränken.
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3 stellt
eine Ausführungsform
eines Systems 50 zur Verarbeitung oszillometrischer Daten dar.
Das Datenverarbeitungssystem 50 enthält den Druckmesswandler 26,
der oszillometrische Rohimpulssignale von der Druckmanschette 12 sammelt. Der
Druckmesswandler 26 kann den Manschettendruck mit jeder
geeigneten Abtastrate abtasten. In einer Ausführungsform kann der Druckmesswandler 26 den
Manschettendruck mit einer Rate von 400 Abtastungen pro Sekunde
abtasten; jedoch können
in anderen Ausführungsformen 100 Abtastungen
pro Sekunde oder irgendeine andere dem Fachmann auf diesem Gebiet
bekannte Abtastrate angewendet werden. In weiteren Ausführungsformen
kann der Manschettendruck so gesteuert werden, dass jeder Druckinkrementschritt
wenigstens etwa 5 Sekunden andauert. Jedoch kann die Länge der
Zeit jedes Druckinkrementschrittes und alternativ die Länge der Zeit, über welcher
Daten für
jeden Druckschritt aufgezeichnet werden, von der Abtastrate und
der gewünschten
Auflösung
der aufgezeichneten oszillometrischen Impulse bestimmt sein. Daher
kann eine exemplarische Ausführungsform
für die
Zwecke der Erläuterung 5 Sekunden
lang Daten mit einer Abtastrate von 400 Abtastungen pro Sekunde
aufzeichnen, was ein oszillometrisches Impulssignal mit angenähert 2000
Abtastwerten für
jeden Druckschritt ergibt. Es ist jedoch zu verstehen, dass in anderen
alternativen Ausführungsformen
eine breite Vielfalt von Abtastraten und/oder Druckschrittlängen, die
zu oszillometrischen Impulssignalen mit einer anderen Anzahl von
Abtastwerten führen,
wie der Fachmann auf diesem Gebiet weiß, verwendet werden können.
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Das
oszillometrische Rohsignal 52 wird dann an einen Zeit-Frequenz-Wandler 54 gesendet.
Der Zeit-Frequenz-Wandler kann ein eine diskrete Fourier-Transformation
(DFT) ausführender
Algorithmus sein. Der Zeit-Frequenz-Wandler 54 wandelt
das oszillometrische Rohsignal von einem Zeitbereichssignal in ein
Frequenzbereichssignal um. Obwohl viele Techniken für diese
Umwandlung zur Verfügung
stehen, würde
eine derartige Technik die Anwendung einer schnellen Fourier-Transformation
(FFT) mit 512 Punkten umfassen. Die Größe der FFT kann von 256 Punkten
oder weniger bis 2048 Punkte oder mehr abhängig von der Abtastrate und
der gewünschten
Ausgangsauflösung
reichen. Das Ergebnis der Zeit-Frequenz-Umwandlung ist ein Signal,
das das oszillometrische Signal in Bezug auf seine Frequenzen wiedergibt
im Gegensatz zu einer Wiedergabe des Signals in Bezug auf die Zeit.
Das Frequenzbereichssignal wird dann an ein oder mehrere Frequenzbereichfilter
gesendet. In einigen Fällen
muss abhängig
von der erforderlichen Filterungstechnik keine vollständige FFT-Berechnung
erforderlich sein. Bestimmte Frequenzen oder Frequenzbänder können die
einzig erforderliche Information darstellen. Daher sind im Folgenden,
obwohl die FFT als das Standardbeispiel für den Zeit-Frequenz-Wandler
verwendet wird, andere effizientere Berechnungen möglich, wenn
die hierin offenbarten Prinzipien angewendet werden.
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Das
Datenverarbeitungssystem 50 kann ferner einen Herzratenmonitor 32 enthalten,
der die Herzrate des Patienten zu dem Zeitpunkt erfasst, in dem
das oszillometrische Rohimpulssignal erfasst wird. Wie zuvor festgestellt,
kann der Herzratenmonitor 32 EKG- oder SpO2-Techniken
beinhalten; jedoch kann in einer alternativen Ausführungsform
die Herzrate aus dem oszillometrischen Signale im Frequenzbereich
von dem Zeit-Frequenz- Wandler 54 bestimmt
werden. Die Herzrate 56 wird wenigstens einer Oberwellen-Berechnungseinrichtung
(64, 66, 68) zugeführt, die einem Frequenzbereichfilter
(58, 64, 62) zugeordnet ist. Durch Verwenden
der Herzrate zur Steuerung der Frequenzbereichfilterung kann das
oszillometrische Impulssignal selbst dann optimal gewonnen werden,
wenn sich die Herzrate von Bestimmung zu Bestimmung oder selbst
innerhalb einer Blutdruckbestimmung ändert.
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In
dem Datenverarbeitungssystem 50 wird das osziliometrische
Signal im Frequenzbereich an ein Grundfrequenzfilter 58,
ein Filter 60 für
die erste Oberwelle geliefert und kann an eine beliebige Anzahl
zusätzlicher
Filter 62 für
n-te Oberwellen geliefert werden. Jedem von den Frequenzbereichfiltern ist
eine Oberwellen-Berechnungseinrichtung, wie die Grundfrequenz-Berechnungseinrichtung 64,
die Berechnungseinrichtung 66 für erste Oberwellenfrequenz
und die Berechnungseinrichtung 68 für die n-te Oberwellenfrequenz,
zugeordnet. Jede von den Oberwellen-Berechnungseinrichtungen (64, 66, 68) empfängt die
Herzrate des Patienten und berechnet die zugeordnete Oberwellenfrequenz
der Herzrate 56 des Patienten. Die den Oberwellenberechnungseinrichtungen
zugeordneten Frequenzbereichfilter (58, 60, 62)
bestehen aus einem Bandpassfilter mit brauchbar schmaler Bandbreite,
die um die zugeordnete Herzratenoberwelle zentriert ist. Eine brauchbar schmale
Bandbreite für
jedes der Durchlassbänder kann
eine Bandbreite kleiner oder gleich der Oberwellenfrequenz sein.
In einer Ausführungsform
kann die Bandbreite von jedem der Filter 0,6 Hz betragen; wobei
dieses jedoch nicht den Bereich von Bandbreiten einschränken soll,
der innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung verwendet werden
kann.
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5a–5d stellen
Beispiele der adaptiven Filter dar, die auf die EGK-Daten des Patienten angewendet
werden können.
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5b–5d stellen
exemplarische Filter bei drei unterschiedlichen Herzschlagraten
(d. h., 60, 120, 180 BPM – Schlägen pro
Minute) dar. Wenn, Bezug nehmend auf 5b, die
gemessene Herzrate des Patienten 60 BPM ist, dann berechnen die
Oberwellen-Berechnungseinrichtungen die Grundfrequenz zu 1 Hz, die
erste Oberwelle zu 2 Hz und die zweite Oberwelle zu 3 Hz. Daher
zeigt das bei 5b dargestellte Filter ein schmales
Filterdurchlassband 51, das um die Grundfrequenz von 1
Hz zentriert ist. Ein weiteres Filterdurchlassband 53 ist bei
der zweiten Oberwelle von 2 Hz und ein drittes Durchlassband 55 ist
bei der zweiten Oberwelle von 3 Hz zentriert angeordnet.
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Ein
Vergleich des in 5b dargestellten Filters mit
den in 5c und 5d dargestellten
Filtern zeigt, dass, sobald sich die Herzrate des Patienten ändert, die
Mittenfrequenzen der Durchlassbänder
der Filter für
eine Zentrierung bei den Grund- und Oberwellenfrequenzen angepasst
werden, die mit der gemessenen Herzschlagrate des Patienten übereinstimmen.
Somit ist in 5c ein Durchlassband 52 bei
2 Hz zentriert, welche die Grundfrequenz von EGK-Daten mit einer
Herzschlagrate von 120 BPM ist. In ähnlicher Weise sind bei 4 Hz
bzw. bei 6 Hz zentrierte Durchlassbänder 59 und 61 bei
der ersten bzw. zweiten Oberwellenfrequenz der EKG-Daten von 120
BPM zentriert.
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Schließlich haben
in 5d, wenn der Patient eine Herzschlagrate von 180
BPM hat, die EKG-Daten dann eine Grundfrequenz von 3 Hz, bei welcher
ein Durchlassband 63 angeordnet ist. Ein weiteres Durchlassband 65 ist
an der ersten Oberwellenfrequenz von 6 Hz angeordnet, und noch ein weiteres
Durchlassband 67 ist an der zweiten Oberwellenfrequenz
von 9 Hz angeordnet. Somit können, wie
man aus einem Vergleich der in den 5b–5d dargestellten
Filter sehen kann, erhebliche Anteile der Frequenzbandbreite, in
welchen Störungen,
Rauschen oder andere Artefakte auftreten können, durch adaptives Zent rieren
der Durchlassbänder
bei den spezifischen Frequenzen, bei welchen die Herzdaten vorliegen,
ausgefiltert werden. Diese Art einer adaptiven Filterung kann insbesondere
nützlich
sein, wenn Niederfrequenzstörungen
bzw. -rauschen (von weniger als 1 Hz), wie sie beispielsweise Patientenartefakten
zugeordnet sind, entfernt werden. In denjenigen Fällen, in
welchen das Rauschartefakt nur bei Frequenzen außerhalb der adaptiven Durchlassbänder vorhanden
ist, kann eine vollständige
oder nahezu vollständige
Abschwächung
des Rauschartefaktes erzielt werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
ist in 5a dargestellt, in welcher die
Herzrate des Patienten (in diesem Beispiel 36 BPM) unter einem vorbestimmten
Schwellenwert liegen kann. Der Schwellenwert ist nicht auf das vorliegende
Beispiel beschränkt,
sondern kann in Ausführungsformen
auf jede Herzrate in einem Bereich von möglichen Herzraten des Patienten
festgelegt werden. In der in 5a dargestellten
Ausführungsform
wird ein einzelnes Durchlassband 69 verwendet; jedoch enthält das einzelne
Durchlassband 69 jede von den bestimmten Herzratenoberwellen.
Das Signaldurchlassband 69 kann auf die gesamte Gruppe
von Herzratenoberwellenfrequenzen zentriert werden. In dem vorliegenden
Beispiel von 5a haben EKG-Daten mit einer
Herzrate von 36 BPM eine Grundfrequenz bei 0,6 Hz, eine erste Oberwellenfrequenz
bei 1,2 Hz und eine zweite Oberwellenfrequenz bei 1,8 Hz. Daher
kann das einzelne Durchlassband 69 bei dem Mittelwert der
bestimmten Oberwellenfrequenzen oder 1,2 Hz zentriert sein. Als
ein weiteres Beispiel kann, wenn nur die Grundfrequenz (0,6 Hz)
und die erste Oberwellenfrequenz (1,2 Hz) verwendet werden, dann
das einzige Durchlassband bei 0,9 Hz zentriert sein.
-
Das
einzige Durchlassband 69 zeigt daher immer noch adaptive
Filterungseigenschaften bei der Mittenfrequenz, da die Grenzfrequenzen
immer noch durch die Herzrate des Patienten in Verbindung mit den
EKG-Daten bestimmt sind.
-
Unter
erneuter Bezugnahme auf 3 erzeugt das Datenverarbeitungssystem 50 daher
ein gefiltertes Frequenzbereichssignal aus jedem der Frequenzbereichfilter:
dem Grundfrequenzfilter 58, dem Filter 60 für die erste
Oberwelle und dem Filter 62 für die n-te Oberwelle. Jedes
von diesen Signalen besteht aus einem kleinen Band von Frequenzbereichsdaten,
die auf den vorgenannten Oberwellenfrequenzen der Herzrate zentriert
sind. Diese gefilterten Frequenzbereichssignale werden alle an eine Rekonstruktionseinrichtung 70 für oszillometrische Wellenformen
geliefert, die die empfangenen gefilterten Frequenzbereichssignale übernimmt
und ein einziges oszillometrisches Signal im Zeitbereich rekonstruiert.
Eine Technik, die zur Rekonstruktion des oszillometrischen Zeitbereichsignals
angewendet werden kann, ist eine inverse FFT. Aufgrund der relativ kleinen
Datenmenge, die in den gefilterten Frequenzbereichsignalen (im Vergleich
zu dem ursprünglichen Frequenzbereichsignal)
verbleiben, können
einige Ausführungsformen
vereinfachte Datenverarbeitungstechniken verwenden, um das gefilterte
Frequenzbereichssignal in den Zeitbereich zurückzuwandeln. Das rekonstruierte
oszillometrische Signal 72 wird dann an eine Einrichtung 74 zur
Berechnung der Oszillationsgröße geliefert,
welche die Amplitude der oszillometrischen Impulse in dem rekonstruierten oszillometrischen
Signal 72 misst, so dass unter Verwendung von Daten aus
diesem Druckschritt eine oszillometrische Hüllkurve konstruiert werden
kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Datenverarbeitungssystem 50 ferner einen (nicht dargestellten)
zusätzlichen
Signalprozessor enthalten, der grundsätzliche Signalverarbeitungsfunktionen
an den erfassten oszillometrischen Rohdaten durchführt. Diese
grundsätzlichen
Signalverarbeitungsfunk tionen können
die herkömmliche
Technik einer Bandpassfilterung zum Entfernen von Signaldaten bei
Frequenzen weit über
oder weit unter den gewünschten
oszillometrischen Impulsdaten, eine Trendbereinigung für oszillometrische
Impulse oder die Entfernung aller Gleichkomponenten des erfassten
oszillometrischen Rohsignals umfassen.
-
4 zeigt
ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform
eines Verfahrens zum Verarbeiten eines oszillometrischen Signals
darstellt. Das Verfahren kann bei dem Schritt 100 mit dem
Empfang eines oszillometrischen Rohsignals beginnen, wie es durch einen
Druckmesswandler aus einem Druckschritt einer druckgesteuerten Manschette
aufgezeichnet wird. Anschließend
wird das bei dem Schritt 100 empfangene oszillometrische
Signal im Schritt 102 in den Frequenzbereich umgewandelt.
Wie vorstehend erwähnt,
kann die Umwandlung des oszillometrischen Signals aus dem Zeitbereich
in den Frequenzbereich im Schritt 102 unter Anwendung einer
FFT durchgeführt
werden, deren Größe durch
die Datenmenge in dem oszillometrischen Signal, wie durch die Länge des
Signals selbst sowie durch die Abtastrate, bei welcher das Signal
erfasst wurde, vorgegeben, bestimmt wäre.
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Ein
Frequenzbereichs-Oberwellenfilter wird auf das oszillometrische
Signal im Frequenzbereich in dem Schritt 104 angewendet.
Die Eigenschaften des Frequenzbereichs-Oberwellenfilters werden durch
den Schritt 106 der Erfassung der Herzrate des Patienten
und die Verwendung der erfassten Herzrate des Patienten zum Berechnen
einer oder mehrerer Herzfrequenzoberwellen im Schritt 108 bestimmt. Die
Berechnung wenigstens einer Oberwellenfrequenz der Herzrate des
Patienten im Schritt 108 kann Ergebnisse der Grundfrequenz
der Herzrate, einer ersten Oberwellenfrequenz der Herzrate usw.
ergeben, bis die n-te Oberwellenfrequenz des Patienten berechnet
ist. In einigen Ausführungsformen
können jedoch
nur die Grundfrequenz, die erste Oberwellenfrequenz und die zweite
Oberwellenfrequenz erforderlich sein, um ein oder mehrere Frequenzbereichfilter
mit der gewünschten
Spezifität
für das
hierin offenbarte System und Verfahren zu erzeugen.
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Die
berechneten Grund- und Oberwellenfrequenzen der Herzrate aus dem
Schritt 108 werden zum Erzeugen des Frequenzbereichs-Oberwellenfilters
verwendet, das im Schritt 104 angewendet wird. Obwohl das
System und Verfahren vorstehend unter Bezugnahme auf 3 derart
beschrieben wurde, dass es mehrere einzelne Frequenzbereichs-Oberwellenfilter,
wie unter Bezugnahme auf 5a beschrieben,
enthält
und anwendet, kann eine alternative Ausführungsform die im Schritt 108 berechneten Oberwellenfrequenzen
der Herzrate verwenden, um ein Frequenzbereichsfilter mit nur einem
einzigen Durchlassband zu erzeugen, dessen Eigenschaften (d. h.
Mitten- und Grenzfrequenzen) für
die bestimmten Grund- und Oberwellenfrequenzen der Herzrate anpassungsfähig, adaptiv
sind.
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Unabhängig von
dem Aufbau oder dem Datenfluss des im Schritt 104 verwendeten
Frequenzbereichs-Oberwellenfilters oder der Ergebnisse der Anwendung
des Frequenzbereichsfilters auf das oszillometrische Frequenzbereichssignal
im Schritt 104 muss das gefilterte oszillometrische Signal
im Frequenzbereich im Schritt 110 in ein oszillometrisches Signal
im Zeitbereich rekonstruiert werden. Es gibt eine Vielfalt allgemein
bekannter Techniken für
die Rekonstruktion eines Zeitbereichsignals aus einem Frequenzbereichssignal,
wie z. B. die inverse FFT. Es dürfte
sich verstehen, dass die an dem oszillometrischen Signal im Frequenzbereich
durchgeführte
Filterung die Komplexität
des sich ergebenden gefilterten Frequenzbereichssignal so reduzieren
kann, dass ein vereinfachter Zeitbereichs-Rekonstruktionsalgorithmus
implementiert werden kann.
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Letztlich
wird das im Schritt 110 rekonstruierte oszillometrische
Signal im Zeitbereich dazu verwendet, die oszillometrischen Impulse
für die
Erzeugung einer oszillometrischen Hüllkurve zu identifizieren.
In einigen Ausführungsformen
können
die neu konstruierten oszillometrischen Impulse für jeden Druckschritt
individuell als Eingangsgröße verwendet werden,
um die Hüllkurve,
wie z. B. durch Finden der maximalen Oszillationsamplitude, weiter
zu bestimmen. In weiteren Ausführungsformen
kann der Durchschnittswert der Amplituden der oszillometrischen
Impulse bei jedem Druckschritt als einziger repräsentativer Datenpunkt für diesen
Druckschritt als Eingangsgröße verwendet
werden, um die oszillometrische Hüllkurve weiter zu bestimmen.
Es kann ferner angemerkt werden, dass in einigen Ausführungsformen
die erste und letzte rekonstruierte Oszillation bei jedem Druckschritt
eliminiert werden kann, um die Bestimmung des repräsentativen
Datenpunktes weiter zu verbessern. Nach der Erzeugung der oszillometrischen
Hüllkurve
können
die Schätzwerte
für den
Blutdruck des Patienten berechnet werden.
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6–8 repräsentieren
Graphen verschiedener Signale, die während der Realisierung von Ausführungsformen
der Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden
Offenbarung erfasst oder erzeugt worden sind. Details bezüglich der
Ausführungsformen
des vorliegend offenbarten Systems und Verfahrens können ausführlicher
unter Bezugnahme auf die Graphen der 6–8 beschrieben werden. Jede von den 6–8 repräsentiert
eine andere Art eines erfassten oszillometrischen Signals und somit
der unter einer Vielzahl von Bedingungen durchgeführten Signalverarbeitung.
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6a stellt
ein relativ sauberes oder ideales oszillometrisches Rohsignal 76 dar.
Es sollte angemerkt werden, dass das oszillometrische Rohsignal 76 scheinbar
eine variable Gleichanteils-(DC)-Komponente enthält. Diese Gleichanteilskomponente
kann durch Signalverarbeitung wie z. B. durch Entfernen einer dominanten
Gleichanteilskomponente oder durch lineare Trendbereingung einer sich
langsam verändernden
Gleichanteilskomponente entfernt werden. Es sollte angemerkt werden,
dass das oszillometrische Rohimpulssignal mit einer Abtastrate von
400 Hz erfasst wurde und dass für
den Graphen von 6a 2000 Datenpunkte erfasst
worden sind. Daher repräsentiert
das oszillometrische Rohimpulssignal 76 angenähert 5 Sekunden
von Daten eines Patienten mit einer Herzrate von angenähert 54
Schlägen
pro Minute (BPM).
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Sobald
das oszillometrische Signal einer Gleichanteils-Entfernung oder Trendbereinigung unterzogen
worden ist, wird die FFT des resultierenden Signals berechnet. Das
resultierende oszillometrische Signal 78 im Frequenzbereich
ist in 6b dargestellt. Die Grundfrequenz
der Herzrate ist die Anzahl von Herzschlägen pro Sekunde. Ferner ist
die n-te Oberwellenfrequenz das (1 + n)-fache der Grundfrequenz.
Daher beträgt
für eine
Herzrate von 54 BPM die Grundfrequenz 0,9 Hz, während die erste Oberwellenfrequenz
bei 1,8 Hz liegt und die zweite Oberwellenfrequenz bei 2,7 Hz liegt.
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Das
Auftreten von Anteilen des oszillometrischen Signals 78 im
Frequenzbereich kann bei der Grundfrequenz 80, der ersten
Oberwellenfrequenz 82 und der zweiten Oberwellenfrequenz 84 identifiziert
werden. Somit kann aus der Darstellung des oszillometrischen Signals 78 im
Frequenzbereich nach 6b ersehen werden, dass eine
adaptive Frequenzbereichsfilterung mit Durchlassbändern, die sehr
nahe sowohl bei der Grundfrequenz als auch bei wenigstens einer
Oberwellenfrequenz zentriert sind, den Durchlass von Daten maximiert,
die den oszillometrischen Impulsen zugeordnet werden sollten, während alle anderen
Signaldaten, die von Störungen,
Rauschen und anderen Artefakten herrühren, entfernt werden.
-
6c stellt
das rekonstruierte oszillometrische Signal 85 im Zeitbereich
dar. Ein Vergleich des oszillometrischen Signals 76 von 6a mit
dem rekonstruierten oszillometrischen Signal 85 von 6c zeigt,
dass jeder oszillometrische Impuls des rekonstruierten Signals 85 eine
verbesserte Qualität
im Vergleich zu dem ursprünglich
erfassten hat. Diese verbesserte Signalqualität führt demzufolge zu einer verbesserten
Bestimmung des Blutdruckes des Patienten.
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7a zeigt
ein oszillometrisches Rohsignal 86, das erfasst wurde,
während
der Patient zitterte. Im Vergleich zu 6a verdeckt
der relativ hochfrequentige Anteil des Zitterartefaktes in dem oszillometrischen
Signal 86 die oszillometrischen Impulse.
-
Es
sollte angemerkt werden, dass die Herzrate des Patienten in Zusammenhang
mit dem oszillometrischen Signal als 80 BPM bestimmt wurde. Diese
könnte
mit einem Herzratenmonitor oder mittels einer auf das oszillometrische
Signal angewendeten Signalverarbeitung bestimmt worden sein. In alternativen
Ausführungsformen
kann die Herzrate durch Verarbeitung des EKG-Signals aus einer vorhergehenden
Blutdruckbestimmungsprozedur oder durch Verarbeitung irgendeines
anderen physiologischen Signals, das mit Herzraten korreliert ist,
bestimmt werden. Die Herzrate von 80 BPM entspricht einer Grundfrequenz
von 1,33 Hz, und die erste und die zweite Oberwellenfrequenz liegt
bei 2,67 Hz bzw. 4,0 Hz. Daher sind in dem in 7b dargestellten
oszillometrischen Signal 88 im Frequenzbereich nur die um
die Grundfrequenz 90, die erste Oberwellenfrequenz 92 und
die zweite Oberwellenfrequenz 94 zentrierten oszillo metrischen
Daten für
die Bestimmung des Blutdrucks des Patienten erwünscht.
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Wie
durch einen Vergleich des oszillometrischen Rohsignals 86 von 7a mit
dem rekonstruierten Signal 96 von 7 ersehen
werden kann, liefert das rekonstruierte oszillometrische Signal 96 ein deutlich
verbessertes Signal zur Bestimmung nicht nur der Lage und des Vorliegens
der oszillometrischen Impulse, sondern auch der Amplitude jedes einzelnen
der oszillometrische Impulse bei dem Druckschritt.
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8a stellt
ein oszillometrisches Rohsignal 98 dar, bei dem die oszillometrischen
Impulse durch ein Bewegungsartefakt aufgrund einer Armbewegung des
Patienten verdeckt bzw. verfälscht
sind. Dieses Bewegungsartefakt hat eine relativ niedrige Frequenz
im Vergleich zu dem zugrunde liegenden oszillometrischen Signal
und verdeckt erheblich die oszillometrischen Impulse innerhalb des
oszillometrischen Rohsignals 98. Wiederum wurde während der Sammlung
des oszillometrischen Signals 98 bestimmt, dass die Herzrate
des Patienten 80 BPM ist. Da die Herzrate 80 BPM beträgt, bleiben
die Grundfrequenz, die erste Oberwellenfrequenz und die zweite Oberwellenfrequenz
alle dieselben wie in 7. Wie das Frequenzbereichssignal 88 von 7 enthält
das oszillometrische Signal 120 im Frequenzbereich im Schritt 8b für die Bestimmung
des Blutdrucks des Patienten relevante Signaldaten, die um die erste
Grundfrequenz 122, die Frequenz der ersten Oberwelle 124 und
die Frequenz der zweiten Oberwelle 126 zentriert sind.
Es sollte auch angemerkt werden, dass, obwohl die Grund-, die erste Oberwellen- und die zweite Oberwellenfrequenz
in dieser Beschreibung verwendet worden sind, die Filterung sich
bis zu den n-ten Oberwellenfrequenz erstrecken kann, wenn dies von
einem Fachmann auf diesem Gebiet für erwünscht erachtet wird.
-
Das
gefilterte oszillometrische Frequenzbereichssignal wird dann in
dem Zeitbereich rekonstruiert, um das in 8c dargestellte
oszillometrische Signal 128 zu ergeben. Anhand des rekonstruierten oszillometrischen
Signals 128 kann der zugeordnete Datenpunkt der oszillometrischen
Hüllkurve
für diesen
speziellen Druckschritt berechnet werden.
-
Die
Verwendung eines im Frequenzbereich adaptiven Filterungssystems
und einer Technik, die sich an die Herzrate des Patienten anpassen
lässt, ergiebt
den Vorteil einer verbesserten Beständigkeit und/oder Toleranz
gegenüber
Artefakten in dem ursprünglich
erfassten oszillometrischen Signal. Dies ergibt die Vorteile einer
Verringerung der bei jedem Druckschritt aufzuzeichnenden Datenmenge,
einer Verringerung von Störungen
bzw. Rauschen und Artefakten in dem oszillometrischen Signal und
einer Verbesserung der Gesamtqualität des oszillometrischen Signals
bei jedem Druckschritt. Oft weist, wenn ein oszillometrisches Signal
Artefakte oder eine andere das Signal verfälschende Störung enthält, das NIBD-System die erfassten
verfälschten Daten
zurück
und verlängert
die Zeit für
den Druckschritt, bis ein brauchbares oszillometrisches Signal erfasst
ist. Viele Techniken stehen derzeit zur Bestimmung, wann das erfasste
oszillometrische Signal von ausreichender Qualität für die Bestimmung des Blutdrucks
des Patienten ist, zur Verfügung.
Jedoch empfindet der Patient aufgrund des Druckes der aufgeblasenen
Manschette gegen den Arm des Patienten und des sich daraus ergebenden
Verschlusses des Blutstroms in den und aus dem Arm des Patienten durch
die Druckmanschette Beschwerden, wenn die Dauer der NIBD-Bestimmungsprozedur
steigt. Daher ermöglichen
Ausführungsformen
des vorliegend offenbarten Systems und der hier beschriebenen Technik
die Verwendung eines oszillometrischen Signals, das ansonsten eventuell
als für
die Bestimmung des Blutdrucks des Patienten ungeeignet verworfen
werden könnte.
-
Die
Anwendung eines adaptiven Frequenzbereichfilters verbessert die
Qualität
des resultierenden oszillometrischen Signals, aus welchem die oszillometrische
Hüllkurve
und schließlich
der Blutdruck des Patienten abgeschätzt werden. Oft liegt ein erheblicher
Energiegehalt der Störung
bzw. des Rauschens bei bestimmten Frequenzen in dem oszillometrischen
Rohsignal vor. Derartige Zielbereiche von Störungen bzw. Rauschen mit hohem
Energiegehalt können
niedrige Frequenzen (kleiner oder gleich 1 Hz) für bestimmte Patientenbewegungsartefakte,
höhere
Frequenzen (größer als
7 Hz) für
weitere Patientenartefakte oder elektromagnetisches Netzrauschen von
60 Hz umfassen. Die Verwendung von gezielt eingerichteten adaptiven
Bandpassfiltern ermöglicht eine
Ausfilterung von Frequenzen mit hohem Rauschanteil, während nur
gewünschte
Frequenzen, die bekanntermaßen
oszillometrische Daten enthalten, durch das Filter durchgelassen
werden. Somit wird eine verbesserte Beseitigung von Störungen,
Rauschen und Artefakten sowie eine Verbesserung der oszillometrischen
Daten, die durch das Filter geführt werden,
erzielt. Die verbesserte Signalqualität des rekonstruierten oszillometrischen
Signals verbessert die Genauigkeit des NIBD-Systems bei der Berechnung
des Blutdrucks des Patienten.
-
Ausführungsformen
des Systems und Verfahrens, wie sie hierin offenbart sind, können ausschließlich durch
die Verwendung eines Computers implementiert werden, so dass der
Computer die Funktionen ausführt,
wie sie bezüglich
des hierin offenbarten Systems und Verfahrens offenbart sind. Der
technische Effekt dieser Computer-implementierten Ausführungsformen
können
eine verbesserte Genauigkeit der Bestimmung des Blutdrucks eines Patienten
sowie eine verkürzte
Blutdruckbestimmungszeit durch Reduktion der Gefahr sein, dass das
oszillometrische Signal aus einem Druckschritt als unzureichend
für die
Bestimmung des Blutdrucks des Patienten verworfen wird.
-
Diese
Beschreibung verwendet Beispiele zur Offenbarung von Merkmalen der
Ausführungsformen,
einschließlich
der besten Ausführungsform, und
um einen Fachmann auf diesem Gebiet in die Lage zu versetzen, die
Erfindung auszuführen
und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang ist durch die Ansprüche definiert
und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann auf dem Gebiet
ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen innerhalb des
Schutzumfangs der Ansprüche
enthalten sein, wenn sie Strukturelemente enthalten, die sich nicht
von dem Wortsinn der Ansprüche
unterscheiden, oder wenn sie äquivalente
Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn
der Ansprüche
enthalten.
-
Verschiedene
Alternativen und Ausführungsformen
werden als innerhalb des Schutzumfangs der nachstehenden Ansprüche liegend
betrachtet, welche den als die Erfindung betrachteten Gegenstand besonders
angeben und klar beanspruchen.
-
Es
ist hier ein System 10 zur Verarbeitung oszillometrischer
Daten aus mehreren Druckschritten 38a–u zum Bestimmen des Blutdrucks
eines Patienten offenbart. Ein mit dem Patienten 14 verbundener Herzratenmonitor 32 erfasst
die Herzrate des Patienten. Ein Zeit-Frequenz-Bereichs-Wandler 54 empfängt oszillometrische
Daten und wandelt die oszillometrischen Daten in den Frequenzbereich
um. Eine Oberwellenfrequenz-Berechnungseinrichtung 68 ist mit
dem Herzratenmonitor 32 verbunden und leitet wenigstens
die Herzraten-Grundfrequenz ab. Ein Filter 62, das mit
dem Zeit-Frequenz-Bereichs-Wandler 54 und der Berechnungseinrichtung 68 für die Oberwellenfrequenz
verbunden ist, erzeugt ein gefiltertes oszillometrisches Signal
im Frequenzbereich. Eine Rekonstruktions-Berechnungseinrichtung 70 empfängt das
gefilterte oszillometrische Signal im Frequenzbereich und rekonstruiert
ein oszillometrisches Signal im Zeit bereich. Ein Verfahren zum Berechnen einer
oszillometrischen Hüllkurve 42 zur
Verwendung bei der Bestimmung des Blutdrucks eines Patienten ist
ebenfalls hierin offenbart.
-
- 10
- NIBD-Überwachungssystem
- 12
- Druckmanschette
- 14
- Patient
- 16
- Verarbeitungseinheit
- 18
- Aufblasventil
- 20
- Druckluftquelle
- 22
- Druckleitung
- 24
- Ablassventil
- 26
- Druckmesswandler
- 28
- Druckleitung
- 30
- Display,
Anzeige
- 32
- Herzratenmonitor
- 34
- Leitungen
- 36
- Manschettendruckkurve
- 38a–u
- Druckschritt,
Druckstufe
- 40
- Oszillometrischer
Impuls
- 42
- Oszillometrische
Hüllkurve
- 44
- MAP
- 46
- Systolischer
Druck
- 48
- Diastolischer
Druck
- 50
- Datenverarbeitungssystem
- 52
- Oszillometrische
Rohdaten
- 54
- Zeit-Frequenz-Wandler
- 56
- Herzrate
- 58
- Grundfrequenzfilter
- 60
- Filter
für erste
Oberwellenfrequenz
- 62
- Filter
für zweite
Oberwellenfrequenz
- 64
- Grundfrequenzberechnungseinrichtung
- 66
- Berechnungseinrichtung
für erste
Oberwellenfrequenz
- 68
- Berechnungseinrichtung
für zweite
Oberwellenfrequenz
- 70
- Rekonstruktionseinrichtung
für oszillometrische
Wellenform
- 72
- Rekonstruiertes
oszillometrisches Signal
- 74
- Berechnungseinrichtung
für Oszillationsgröße
- 76
- Oszillationssignal
- 78
- Oszillometrisches
Signal im Frequenzbereich
- 80
- Grundfrequenz
- 82
- Erste
Oberwellenfrequenz
- 84
- Zweite
Oberwellenfrequenz
- 85
- Rekonstruiertes
oszillometrisches Signal
- 86
- Oszillometrisches
Signal
- 88
- Oszillometrisches
Signal im Frequenzbereich
- 90
- Grundfrequenz
- 92
- Erste
Oberwellenfrequenz
- 94
- Zweite
Oberwellenfrequenz
- 96
- Rekonstruiertes
oszillometrisches Signal
- 98
- Oszillometrisches
Signal
- 100
- Schritt
- 102
- Schritt
- 104
- Schritt
- 106
- Schritt
- 108
- Schritt
- 110
- Schritt
- 112
- Schritt
- 120
- Oszillometrisches
Signal im Frequenzbereich
- 122
- Grundfrequenz
- 124
- Erste
Oberwellenfrequenz
- 126
- Zweite
Oberwellenfrequenz
- 128
- Rekonstruiertes
oszillometrisches Signal