DE19526406A1

DE19526406A1 - Pulsformmeßgerät

Info

Publication number: DE19526406A1
Application number: DE19526406A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1996-01-25
Also published as: DE4439253A1; DE9411668U1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Signalverlaufes des menschlichen Pulses.

Der menschliche Puls entsteht durch eine Druckwelle im Blut, die durch den Herzmuskel erzeugt wird, wenn er das Blut durch die Adern pumpt. Im allgemeinen Sprachgebrauch wird häufig nur die Frequenz dieser Druckwelle als Puls bezeichnet. An den Stellen des menschlichen Körpers, an denen die Arterien direkt unter der Haut verlaufen, wie z. B. an den Handgelenken oder am Hals, können die Pulsfrequenz und auch der Blutdruck leicht gemessen werden. Bekannte Vorrichtungen arbeiten dabei auf der Basis akustischer Sensoren. Es ist allerdings mit diesen Vorrichtungen nicht möglich, den Signalverlauf, also Amplitude und Phase des menschlichen Pulses zu messen.

Die Europäische Patentanmeldung EP 0 032 159-A1 offenbart ein elektronisches Diagnosegerät für druckabhängige Pulsmessung und -Aufzeichnung mittels piezoelektrischer Pulssonden. Diese Pulssonden arbeiten als Drucksensoren und ermöglichen das Messen und Aufzeichnen der Pulsformen, d. h. des Pulssignalverlaufes. Die Pulssonden haben die Form flacher, runder Plättchen und werden auf die Stellen des menschlichen Körpers gelegt, an denen die Pulsform gemessen werden soll, also z. B. auf die Arteria radialis an den Handgelenken. Die Fixierung der Pulssonden während des Meßvorganges erfolgt mittels einer aufblasbaren Druckmanschette, mit der die Pulssonden auf den Meßpunkt gedrückt werden.

Der Nachteil bei diesem bekannten Gerät ist, daß die Stelle am Körper, an der der Puls gemessen werden soll, erst sorgfältig ertastet werden muß. Die Pulssonde muß dann genau auf dieser Stelle plaziert werden und darf beim Anlegen und Aufpumpen der Druckmanschette ihre Position nicht verändern. Weiterhin muß während des Meßvorganges sehr sorgfältig darauf geachtet werden, daß der Patient zumindest das Körperteil, an dem gemessen wird, nicht bewegt, da sonst die Pulssonde verrutschen kann und die Messung wiederholt werden muß. Die Messung ist also sehr störanfällig und nur von erfahrenen Fachleuten durchführbar.

Demgemäß liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zum Messen des Signalverlaufes des menschlichen Pulses zu schaffen, die billig herstellbar, einfach aufgebaut, leicht bedienbar und unempfindlich gegen äußere Einflüsse ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 der vorliegenden Erfindung gelöst, die gekennzeichnet ist durch eine Druckmanschette zum Aniegen an einer entsprechenden Stelle des Körpers, die mit einem Medium gefüllt ist, das vom Pulssignal erzeugte Druckänderungen aufnimmt, und eine mit der Druckmanschette verbundene Druckmeßvorrichtung, die die vom Puls in der Druckmanschette erzeugten und mittels dem Medium in die Druckmeßvorrichtung weitergeleiteten Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt.

Der Vorteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß durch die Druckmanschette eine große Angriffsfläche für den zu messenden Puls zur Verfügung steht, der damit nicht erst lange und umständlich gesucht werden muß. Die große Druckangriffsfläche der Druckmanschette ermöglicht das Anlegen und die Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung selbst durch einen medizinisch nicht vorgebildeten Laien.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei entweder in die Druckmanschette integriert sein, was z. B. bei ambulantem Einsatz von Vorteil ist, oder aber auch durch einen Schlauch mit ihr verbunden sein. Die zweite Möglichkeit hat den Vorteil, daß die Druckkammer mit der piezoelektrischen Membran vom Meßpunkt um die Schlauchlänge entfernt ist und die Druckkammer zusammen mit der Elektronik zum Verarbeiten der Meßsignale in einem Gehäuse oder dergleichen angeordnet werden kann. Dieser Teil der Meßvorrichtung kann somit sicher und vor äußeren Einflüssen geschützt abgestellt werden, während mittels der Druckmanschette die Pulsform eines Patienten gemessen wird.

Die Druckmanschette übergreift die Stelle der Ader, an der der Druck gemessen werden soll, z. B. am Handgelenk, und wird dort z. B. mittels eines Klettverschlusses befestigt. Es ist dabei von besonderem Vorteil für die Qualität der Messungen, wenn der Druck des Mediums in der Druckmanschette, dem Schlauch und der Druckmeßvorrichtung größer ist als der Außen- bzw. Umgebungsdruck. Das Medium kann z. B. gasförmig oder flüssig sein.

Die Druckmanschette, der Schlauch und die Druckmeßvorrichtung bilden also entweder ein dichtes, abgeschlossenes System, dessen Innendruck z. B. durch entsprechend festes Anlegen der Druckmanschette am zu messenden Körperteil erhöht werden kann. Die andere Möglichkeit ist es, eine Vorrichtung zum Druckerzeugen, wie einen Handballon oder eine elektrische Pumpe mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verbinden. Das hat den Vorteil, daß der Druck des Mediums beliebig einstell- und regelbar ist. Diese Vorrichtung zum Druckerzeugen ist entweder mit der Druckmeßvorrichtung, der Druckmanschette, oder aber vorzugsweise mit dem Schlauch zwischen beiden verbunden. Dabei kann weiterhin eine Vorrichtung wie z. B. ein Ventil zum Regulieren des Druckes vorgesehen sein.

Die genaue Stelle der Ader, an der der Puls am besten zu messen ist, muß also nicht lange gesucht werden, da die Druckmanschette mit einer großen Innenfläche am entsprechenden Körperteil anliegt. Das unter Druck stehende Medium in der Manschette nimmt die vom Puls erzeugten Druckänderungen auf und leitet sie durch den Schlauch in die Druckmeßvorrichtung weiter. Diese umfaßt vorzugsweise eine Druckkammer, in der ein Drucksensor angeordnet ist. Dabei kann z. B. eine Wand der Druckkammer eine Membran aufweisen, die den Drucksensor trägt und die Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt.

Von besonderem Vorteil hat sich die Verwendung eines piezoelektrischen Drucksensors erwiesen, da derartige Sensoren wegen der nahezu weglosen Messung, der damit verbundenen kurzen Ansprechzeit und ihrer hohen Eigenfrequenz sehr gut für einen dynamischen Einsatz geeignet sind. Dazu kommen der einfache robuste Aufbau und die hohe Druckbelastbarkeit piezoelektrischer Sensoren. Ein weiterer Vorteil ist, daß diese Sensoren aktive Elemente sind, da sie ohne Vorspannung oder dgl. ein dem einwirkenden Druck proportionales elektrisches Signal liefern. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, durch eine stationäre Vorlast, wie z. B. den erhöhten Innendruck des Manschettensystemes, erzeugte Ladungen kurzzuschließen, so daß das volle Auflösungsvermögen des piezoelektrischen Sensors auch für die Messung sehr kleiner Schwankungen zur Verfügung steht.

Der piezoelektrische Sensor wie in Fig. 2 vorgeschlagen, zeichnet sich sich durch verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlicher Sensorik aus:

Er ist sehr billig herzustellen, da handelsübliche piezosignalgebende Membranen, wie sie in vielen Bereichen der Elektronik zum Einsatz kommen (z. B. elektr. Grußkarten), verwendet werden können. Im hier geschilderten Einsatzbereich wird allerdings der umgekehrte piezoelektr. Effekt ausgenützt, der bei Krafteinwirkung ein elektr. Signal erzeugt.

Alle weiteren Komponenten sind handelsüblich (Platinen, Dichtungen) und ebenso preisgünstig.

Es entsteht also gegenüber herkömmlichen oder handelsüblichen Drucksensoren ein hoher Preisvorteil, der noch durch spezielle Vorteile ergänzt wird. Dazu gehören, eine große Unempfindlichkeit gegenüber elektr. und magn. Störfeldern, da die piezokeramische Schicht auf beiden Seiten durch elektrisch leitende Schichten, die zur Kontaktierung und als Träger dienen, abgeschirmt ist.

Durch die Abschirmung ergibt sich gleichzeitig eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber aggressiven Füllmedien.

Auch muß keinerlei Kopplung zwischen Druckmembrane und Sensorsystem (über Hebel, Stangen usw.) wie in vielen Druckmeßsystemen üblich erfolgen, da die Membrane selbst das Druckmeßsystem darstellt. Eine Kopplung ist konstruktiv aufwendiger und zieht eine Verminderung der Empfindlichkeit, einen kleineren Dynamikumfang und eine verminderte Genauigkeit nach sich.

Als besonders effektiv und billig hat sich dabei die Verwendung einer piezoelektrischen Keramikschicht erwiesen. Derartige Schichten finden z. B. als Lautsprechermembranen aller Größen vielseitige Anwendung, können aber auch erfindungsgemäß eingesetzt werden und sind bei ausreichender Empfindlichkeit sehr billig als Massenartikel herstellbar.

Eine andere erfolgversprechende Möglichkeit bietet die Verwendung eines Dehnungsmeßstreifens als Drucksensor für die vorliegende Erfindung. Dabei sind u. a. wegen ihrer kostengünstigen Massenfertigung Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen, aber auch Metallfolien-, Dünnfilm- oder Dickschichtdehnungsmeßstreifen geeignet.

Weitere geeignete Drucksensoren sind induktive, kapazitive oder optoelektrische Drucksensoren.

Während der Messung des Pulssignalverlaufes eines Patienten können Störungen auftreten, wenn der Patient das Körperteil, an dem sich die Druckmanschette befindet, bewegt. Die dabei durch die Bewegung entstehenden Druckänderungen werden zusammen mit den Pulssignalen an die Druckmeßvorrichtung weitergeleitet und in elektrische Signale umgesetzt. Zur Kompensation der durch eine solche Bewegung hervorgerufenen Druckänderungen kann eine zweite Druckmeßvorrichtung vorgesehen sein. Sie kann z. B. aus einem Drucksensor bestehen, der einfach an oder in die Nähe der Stelle, an der der Puls gemessen wird, aufgelegt wird. Die zweite Druckmeßvorrichtung kann aber auch z. B. über einen Schlauch mit der Druckmanschette verbunden sein. Die Druckmanschette ist in diesem Fall mit zwei Druckmeßvorrichtungen verbunden, die beide die Druckänderungen messen, die durch den Puls und durch die Bewegung hervorgerufen werden. Mittels geeigneter Filtereinrichtungen werden aus den Signalen der zweiten Druckmeßvorrichtung die Pulssignale herausgefiltert, so daß nur die Bewegungssignale übrigbleiben. Diese Signale werden dann zur Kompensation der Bewegungssignale der ersten Druckmeßvorrichtung verwendet.

Die zweite Druckmeßvorrichtung weist den gleichen Aufbau wie die erste Druckmeßvorrichtung auf, wobei wahlweise einer der oben beschriebenen Drucksensoren Verwendung findet, vorzugsweise aber ein Halbleiter- Dehnungsmeßstreifen.

zu Liegekissen-Matratze:

Das Herz pumpt mit jedem Pulsschlag mehrere Liter Blut durch den menschlichen Körper. Durch diese Gewichtskraft-Verteilung wird wenn z. B. ein Mensch auf einem gefüllten Luft- oder Flüssigkeitskissen liegt eine Modulation des eingeschlossen Mediums hervorgerufen, die mit dem beschriebenen Sensorsystem detektiert und ausgewertet werden kann. Dadurch kann ohne eine direkte Verbindung zum Patienten eine Messung-Dauerüberwachung erfolgen.

Die Druckmanschette kann, z. B. für den Fall, daß der Patient schwer verletzt ist und sein Zustand möglichst nicht gestört bzw. beeinträchtigt werden soll, durch eine Matratze, ein Kissen oder dgl. gebildet sein, auf die der Patient gelegt wird. Diese Matratze ist ebenfalls entsprechend mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gefüllt, das die vom Pulssignal bzw. vom Herzschlag des Patienten ausgelösten Druckänderungen aufnimmt und zu der bzw. den Druckmeßvorrichtungen weiterleitet.

Hervorzuhebende Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der hohe Wirkungsgrad, die hohe Empfindlichkeit, und die große Schnelligkeit, die zum Erfassen dynamischer Größen wichtig ist.

Außerdem bemerkenswert sind die sehr geringen Herstellungskosten, insbesondere da die Druckkammer bzw. die Druckkammern des oder der Drucksensoren direkt auf die Leiterplatte einer integrierten Schaltung gebaut werden können.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Messen des Signalverlaufes des menschlichen Pulses, und

Fig. 2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Druckmeßvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Druckmanschette 1, die durch einen Schlauch 15 mit der Druckmeßvorrichtung 2 verbunden ist. Die Druckmanschette 1 ist eine herkömmliche Druckmanschette, wie sie z. B. bei Blutdruckmessungen oder dergleichen verwendet wird. Die Druckmanschette 1, der Schlauch 15 und die Druckmeßvorrichtung 2 sind mit einem Medium gefüllt, das z. B. gasförmig oder flüssig sein kann. Die Druckmeßvorrichtung 2 umfaßt eine Druckkammer mit einem Drucksensor, der die durch den Puls hervorgerufenen Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt.

Eine zweite Druckmeßvorrichtung 16 ist durch einen Schlauch 17 mit der Druckmanschette 1 verbunden und dient unter Verwendung geeigneter Filtereinrichtungen (nicht gezeigt) zur Kompensation von durch Bewegungen des entsprechenden Körperteiles hervorgerufenen Signalen. Dazu werden die Meßsignale der ersten Druckmeßvorrichtung 2 durch die Kompensationssignale der zweiten Druckmeßvorrichtung 16 in einem Operationsverstärker 18 von Bewegungsartefakten befreit, in einem A/D-Wandler 19 umgewandelt und weiteren Auswertungs-, Speicher- und Darstellungseinheiten 22 weitergeleitet.

Eine elektrische Pumpe oder ein Handballon dient als Vorrichtung zum Druckerzeugen 8 und ist über einen Schlauch mit einem einstellbaren Ventil 20 mit der Druckmanschette 1 verbunden. Die Regelung dieses Ventiles 20, der Vorrichtung 8 zum Druckerzeugen, des Operationsverstärkers 18 und des A/D-Wandlers 20 erfolgt durch eine zentrale Steuereinheit 21.

Fig. 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der ersten bzw. zweiten Druckmeßvorrichtung 2 bzw. 16 mit einer Druckkammer 3. Die eine Wand der Druckkammer 3 weist eine Membran 4 mit einem Drucksensor 10 auf, der durch eine piezoelektrische Schicht oder durch einen Dehnungsmeßstreifen gebildet sein kann. Die Membran 4 ist im dargestellten Beispiel zwischen zwei Gummiringen 5 gelagert. Die beiden Gummiringe 5 werden dabei zwischen zwei Platten 6, 7 eingeklemmt, die z. B. durch Schrauben, durch verlötete Drähte oder dergleichen unter gegenseitigem Druck aneinander befestigt sind. Der Außenrand der Membran 4 ist dabei zwischen den Gummiringen gehalten, während der innere Teil der Membran 4, auf dem die piezoelektrische Schicht aufgebracht ist, leicht schwingen kann.

Die sich auf der Seite der Druckkammer 3 befindende Platte 6 weist eine Öffnung 12 auf, durch die die Druckkammer 3 über den Schlauch 15 mit der Druckmanschette 1 verbunden ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Platte 6 noch eine zweite Öffnung 13 auf, die über einen Schlauch mit einer Vorrichtung 8 zum Druckerzeugen verbunden ist. Diese Vorrichtung 8 besteht im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Handballon z. B. aus Gummi, mit dem der Druck des Mediums in der Druckkammer 3 und der Druckmanschette 1 vor dem Meßvorgang erhöht werden kann. Die andere Platte 7 weist eine Öffnung 14 auf, durch die ein Druckausgleich zum Außendruck erfolgt, damit die Membran 4 frei schwingen kann.

Die Membran 4 ist für den Fall der Verwendung einer piezoelektrischen Keramik vorzugsweise aus mehreren Schichten aufgebaut. Die erste Schicht 9 ist eine Trägerschicht, mittels der die Membran 4 zwischen den Gummiringen 5 gehalten ist. Die zweite Schicht 10 ist die vorzugsweise aus Keramik bestehende piezoelektrische Schicht. Die von den Druckänderungen des Pulses erzeugten Spannungsänderungen an der piezoelektrischen Schicht 10 werden über eine metallische Beschichtung 11 abgenommen, der Meßelektronik zugeführt und dort ausgewertet.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des Signalverlaufes des menschlichen Pulses, gekennzeichnet durch
eine Druckmanschette (1) zum Aniegen an einer entsprechenden Stelle des Körpers, die mit einem Medium gefüllt ist, das vom Pulssignal erzeugte Druckänderungen aufnimmt, und
eine mit der Druckmanschette (19) verbundene Druckmeßvorrichtung (2), die die vom Puls in der Druckmanschette (1) erzeugten und mittels dem Medium in die Druckmeßvorrichtung (2) weitergeleiteten Druckänderungen in elektrische Signale umwandelt.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßvorrichtung (2) mit der Druckmanschette (1) durch einen Schlauch (15) verbunden ist, durch den die vom Puls in der Druckmanschette (1) erzeugten Druckänderungen mittels dem Medium zur Druckmeßvorrichtung (2) geleitet werden.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (8) zum Druckerzeugen mit der Druckmeßvorrichtung (2), dem Schlauch (15) oder der Druckmanschette (1) verbunden ist, durch die der Druck des Mediums verändert werden kann.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßvorrichtung (2) eine Druckkammer (3) aufweist, die einen Drucksensor (4) enthält.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) ein piezoelektrisches Element (10) aufweist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (10) aus einer piezoelektrischen Keramik besteht.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) einen Dehnungsmeßstreifen aufweist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen aus einem Halbleiter-Material besteht.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) ein kapazitiver Drucksensor ist.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) eine induktiver Drucksensor ist.

11. Vorrichtung gemaß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) eine optoelektrischer Drucksensor ist.

12. Vorrichtung gemaß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Druckmeßvorrichtung (16) zur Kompensation der durch eine Bewegung der entsprechenden Körperstelle in der Druckmanschette (1) hervorgerufenen Druckänderungen vorgesehen ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmeßvorrichtung (16) einen Drucksensor (4) umfaßt, der an oder in die Nähe der Körperstelle, an der die Druckmanschette (1) anliegt, angelegt werden kann.

14. Vorrichtung gemaß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmeßvorrichtung (16) mit der Druckmanschette (1) durch einen Schlauch (17) verbunden ist, durch den die in der Druckmanschette (1) erzeugten Druckänderungen mittels dem Medium zur zweiten Druckmeßvorrichtung (16) geleitet werden.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Druckmeßvorrichtung (16) eine Druckkammer (3) aufweist, die einen Drucksensor (4) enthält.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor ein piezoelektrisches Element aufweist.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (4) einen Dehnungsmeßstreifen aufweist.

18. Vorrichtung gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsmeßstreifen aus einem Halbleiter-Material besteht.

19. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmanschette (1) durch ein Kissen gebildet sein kann, das vom Pulssignal bzw. Herzschlag eines auf ihm ruhenden Patienten erzeugte Druckänderungen aufnimmt.