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Vorrichtung zur Messung des Pulsverlaufes
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Pulsverlaufes
insbesondere eines Menschen.
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Es ist ein Blutdruckmeßgerät bekannt, welches eine an einem Manometer
angeschlossene aufblasbare Manschette aufweist.
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Zur Messung des Blutdruckes wird die Manschette beispielsweise am
Oberarm des Probanden angebracht und nachfolgend
so weit aufgepumpt,
bis die Blutzufuhr in den Arm unterbrochen ist. Der systolische und diastolische
Blutdruckwert lassen sich dann ermitteln, indem man bei fallendem Druck in der Manschette
ein Gefäß im abgebundenen Teil des Armes, etwa mit einem Stotoskop, abhört und die
Druckwerte feststellt, bei denen der Puls erstmalig und letztmalig hörbar ist. Bei
automatisierten Geräten dieser Art wird anstelle des Stetoskops ein Schallmeßgerät
in der Nähe eines Gefäßes angebracht.
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Eine andere Art der Blutdruckmessung geschieht mit Hilfe einer Kanüle,
die in ein Blutgefäß eingestoch#n wird und dann den Druck innerhalb eines Gefäßes
sehr exakt auf einen extern angeschlossenen Sensor überträgt.
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Neben dieser Blutdruckmessung im eigentlichen Sinne spielt in der
t-ledizin, insbesondere auch auf dem Gebiet der Akupunktur die sog. Pulsdiagnostik
eine Rolle, bei welcher aus der Art der fühlbaren Gefäßdeformation im Rhythmus des
Herz- bzw. Pulsschlages, dem Pulsverlauf, Schlüsse gezogen werden. Bekannt ist beispielsweise
das als ~Pulsdiagnostik nach Nogier" bezeichnete Verfahren, bei welchem der Arzt
die Änderung des Pulses des Patienten als Reaktion auf externe Reizeinflüsse fühlt.
Die Qualität des Pulses wird dabei durch Palpation mit dem Finger festgestellt.
Es liegt auf der Hand, daß diese Methode zur exakten Feststellung des Pulsverlaufes
zu subjektiv ist. Ferner bedingt die Mitteilung des subjektiven Wissens an andere
erheblichen
Zeitaufwand sowie viel Erfahrung und Training. Eine
Dokumentation der Ergebnisse ist kaum möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zu schaffen,
die eine schnelle, exakte und von subjektiven Einflüssen freie Messung des Pulsverlaufes
gestattet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein auf die Körperoberfläche
des - insbesondere - Menschen im Bereich eines Blutgefäßes andrückbares, auf mechanische
Verformung mit Änderung einer elektrischen Eigenschaft reagierendes Sensorelement,
eine die Meßgröße des Sensorelements weiterverarbeitende Elektronik und eine Anzeigeeinheit.
Da sich die im Rhythmus des Pulsschlages erfolgende Erweiterung und Zusammenziehung
eines Blutgefäßes als ein Heben und Senken der angrenzenden Körperoberfläche bemerkbar
macht, durch die das Sensorelement entsprechend verformt wird, erhält man mit einer
solchen Vorrichtung eine Meßgröße, die den Pulsverlauf wiedergibt.
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Ein Sensorelement mit den erforderlichen Eigenschaften läßt sich durch
einen Dehnungsmeßstreifen auf einfache Weise verwirklichen. Eine weitere bevorzugte
Möglichkeit bietet sich in der Verwendung eines auf Verformung mit einer Änderung
des elektrischen Widerstands reagierenden Halbleiterelements.
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Bevorzugt ist das Sensorelement in eine gummielastische, etwa halbkugelförmige
Trägermembran eingebettet. Die Anpassung der Vorrichtung an den unterschiedlichen
Körperbau verschiedener Probanden wird dadurch erleichtert, daß eine
starre
Halterung für die Trägermembran vorgesehen und zur Grobeinstellung des Sensorelements
bezüglich der Körper oberfläche die halterung in einem am Körper anbringbaren Widerlager
gegen die Körperoberfläche verschieblich ist.
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Die Feineinstellung zur Variation des Anpreßdrucks des Sensorelements
in weiten Bereichen läßt sich in zweckmäßiger Weise dadurch erzielen, daß in einem
dem Körper zugekehrten Bereich zwischen Trägermembran und Halterung eine mit Druckgas
veränderlichen Drucks beaufschlagbare Aussparung vorgesehen ist. Um Dichtungsproblemen
zwischen Membran und Halterung zu entgehen, ist bevorzugt in der Aussparung ein
mit einer nach außen führenden Gasleitung versehener gummielasti scher Ballon zur
Aufnahme des Druckgases vorgesehen.
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Bevorzugt wird die Elektronik so ausgewählt, daß sie die dem Pulsverlauf
entsprechende momentane mechanische Verformung des Sensorelements, deren zeitliche
Änderung und deren Zeitintegral mißt. Dies gestattet eine sehr genaue Analyse des
Pulsverlaufes.
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Bei der Pulsdiagnostik kann es interessant sein, die pulsperiodisch
aufeinanderfolgenden Maximalwerte A der Verformung, die pulsperiodisch aufeinanderfolgenden
Maximalwerte D der Änderung der Verformung und die pulsperiodisch aufeinanderfolgenden,
über eine Pulsperiode genommenen Zeitintegrale I der Verformung zu kennen und miteinander
zu vergleichen. Für einen solchen Fall ist es zweckmäßig, Speicher zur Speicherung
von
in bestimmtem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Meßwerten vorzusehen, Eine
derartige Anordnung gestattet darüber hinaus den Vergleich von zeitlich weiter auseinander
liegenden Pulsen des Probanden - etwa solchen vor und nach einer längeren Ruhepause
desselben in absoluter Dunkelheit -, was sich bei herkömmlicher Palpation mit dem
Finger praktisch nicht durchführen läßt, da der Pulsdiagnostiker nicht in der Lage
ist, die erfühlten Werte in der erforderlichen Genauigkeit zu behalten und zu wesentlich
später genommenen Werten in Beziehung zu setzen.
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Untersucht man, was in der Regel der Fall sein wird, Differenzen t.
A, aD und a I Ivon unmittelbar aufeinanderfolgenden Pulsen nach Vorzeichen und Größe,
so werden etwa im Sekundenrhythmus Werte produziert. Sieht man von der Speicherung
dieser Werte auf Lochstreifen oder dgl. wegen des damit verbundenen erheblichen
apparativen Aufwands ab, so muß der Pulsdiagnostiker in der Lage sein, die Werte
auch im angebotenen Sekundenrhythmus zu erfassen. Dies wird in besonders einfacher
Weise dadurch ermöglicht, daß zur lliedergabc der Werte Balkenskalen verwendet werden.
Bei diesen leuchtet abhängig von Größe und Vorzeichen der gemessenen Differenz ein
bestimmter Balken auf. Zur weiteren Erleichterung der Ablesung können die einzelnen
Balken verschiedenfarbig ausgebildet sein. So kann etwa positiven Änderungen die
Farbe grün, negativen Änderungen die Farbe rot und der Änderung Null die Farbe gelb
zugeordnet werden. Ein periodisch identisches Meßsignal würde dann das Leuchten
gelber Felder bewirken. Wird bei einer Signalveränderung
z. B. festgestellt,
daß 8A C 0, QD <O, #I > Oist, so leuchtet in der Balkenskala für A A ein roter,
in der für 12n ebenfalls ein roter und in der für Al ein grüner Balken für etwa
eine Sekunde.
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Welcher rote oder grüne Balken aufleuchtet, richtet sich nach der
Größe der Differenz. Soll die Anzeige nur das Vorzeichen der Differenz und die Nulldifferenz
wiedergeben, so ist ein einziger Balken jeder Farbe ausreichend, Das menschliche
Auge ist sehr wohl in der Lage, solche Bildmuster zu erkennen. Aus der direkten
Betrachtung der originalen Kurvendarstellung des Pulsverlaufes P(t) wäre die gleiche
Information wegen der raschen Wiederholung des Meßsignals und der häufig nur geringen
Abweichung nicht zu gewinnen.
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Aus ähnlichen Gründen wäre auch etwa ein System mit drei Zeigerinstrumenten
gänzlich ungeeignet.
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Eine einer Balkenanzeige entsprechende räumlich/farblich kombinierte
Anzeigeform wäre z. B. auch durch ein programmiertes Bildschirmsystem mit einer
Farbbildröhre zu lösen.
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Schon nach kurzer Eingewöhnungszeit ist der Mensch mit einem derartigen
Anzeigesystem in der Lage, zwischen etwa 50 unterschiedlichen Veränderungen des
Pulses sicher zu differenzieren.
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Der Vorteil eines solchen Systems liegt auch darin, daß es eine sichere,
rasche und daher ökonomische Arbeitsweise ermöglicht.
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Das genannte Anzeigesystem kann ferner auch von ungeschulten Probanden
leicht als "Biofeedback" zur willentlichen Beeinflussung des Pulsverlaufs benutzt
werden.
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Bei Verwendung mehrerer am Körper angebrachter Sensoren können mit
Hilfe der beschriebenen Speicher~ und Anzeigeanordnung neben den Differenzen von
an einer bestimmten Körperstelle gemessenen, zeitlich aufeinander: folgenden Werten
natürlich auch die Differenzen von zu verschiedenen Körperstellen gehörigen gleichzeitig
gemessenen Werten ermittelt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Messung des Pulsverlaufs ist im folgenden in Verbindung mit der beigefügten
Zeichnung im einzelnen beschrieben.
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Auf dieser zeigt Fig. 1 in schenatischer Darstellung einen am Handgelenk
des Probanden anzubringenden Sensorträger, Fig. 2 ein Funktionsschaltbild der Meßelektronik
und Fig. 3 den prinzipiellen Zeitverlauf des Pulssignals und ein aus Balkenanzeigeskalen
aufgebautes Anzeige feld.
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Fig. 1 zeigt einen Sensorträger S, der zur Anbringung am Handgelenk
des Probanden bestimmt ist. Das eigentliche Sensorelement 1, beispielsweise ein
Dehnungsmeßstreifen, ist in einer etwa kalottenförmigen gummielastischen Trägermembran
2 angebracht und wird durch eine an der Innenseite der Trägermembran vorhandene
Lippe 3 in seiner Stellung gehalten. Die elastische
Trägermembran
2 ihrerseits ist mit ihrem Rand in eine Nut 4 einer starren Halterung 5 eingesetzt.
Sensorelement, Trägermembran und Halterung lassen sich im Bedarfsfalle voneinander
trennen. Die Halterung 5 ist in einem das Handgelenk umgreifenden Widerlager 6 verschieblich
angeordnet und kann mit einer in das Widerlager eingeschraubten Rändelschraube 7
relativ zu diesem verschoben werden. Auf diese Weise läßt sich die Vorrichtung zunächst
grob an das Handgelenk des jeweiligen Probanden anpassen. Die Rändelschraube 7 wirkt
auf die Halterung 5 über eine Schraubenfeder 8, die für einen federnden Andruck
des Sensorelements gegen das Handgelenk sorgt und zusammen mit einer Skala 9 ein
Dynamometer darstellt, das die zugehörige Andruckkraft mißt.
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Im Bereich des Sensorelements 1 befindet sich zwischen #1alterung
5 und Trägermembran 2 eine etwa kugelförmige Aussparung 10, in die ein über eine
nach außen führende Leitung 11 mit Druckgas, z. B. Luft, beaufschlagbarer Ballon
12 eingesetzt ist. Durch Einpressen oder Ausströmenlassen des Gases läßt sich die
Elastizität der Trägermembran 2 und damit die Anpreßkraft bzw. der NnpreBdruck des
Sensorelements 1 gegen das Handgelenk in weiten Grenzen variieren. Die Än#derung
des Gasdruckes geschieht mit einer einfachen extern angeschlossenen Gaspumpe 1#
z. B. einem Gummiball, die an ihrem Ausgang mit einem Manometer er 1 3a vers ehen
ist.
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Vom Sensorelement 1 führen elektrische Leitungen 14 weg, die über
einen Steckanschluß 15 mit einer die Meßwerte verarbeitenden
als
Block dargestellten Meßelektronik 16 verbunden sind.
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Das reifenförmige Widerlager 6 läßt sich zum Anlegen und Abnehmen
über ein Scharnier 17 aufklappen und kann mit einem Verschluß 18 verschlossen werden.
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Fig. 2 zeigt das Funktionsschaltbild einer Meßelektronik' welche unter
anderem die pulsperiodische Messung der weiter oben genannten Differenzen #A, #D
und #I gestattet. Der das Sensorelement 1, beispielsweise, bildende Dehnungsmeßstreifen
ist (nicht gezeigt) als Teil einer Widerstandsbrückenschaltung geschaltet, Der Ausgang
eines in der Brücke liegenden Brückenverstärkers BV liegt einerseits am Eingang
einer Kathodenstrahlanzeige KA,welche den Pulsverlauf P(t) analog wiedergibt und
andererseits an einem den Maximalwert haltenden Kreis HM 1einer Differenzierstufe
DS und einer Integratorstufe IS. Der Differenzierstufe DS ist ein weiterer das Maximum
haltender Kreis HM2 nachgeschaltet. Der Ausgang des Kreises 11M1 liegt am Eingang
eines Speichers SP1, der Ausgang des reises IbI2 am Eingang eines Speichers SP2
und der Ausgang der Integratorstufe IS am Eingang eines Speichers SP3. Die Speicher
SP1,SP2 und SP kön-3 3 nen jeweils zwei Werte speichern und arbeiten als Schieberregister,
d. h, bei Speicherung eines dritten Wertes, wird der erste Wert gelöscht und der
zweite Wert rückt an den Platz des ersten. Die im Speicher SP1 gespeicherten Werte
werden den Eingängen eines Differenzverstärkers DV1, die im Speicher sP2 gespeicherten
Werte den Eingängen eines Differenzverstärkers DV2 und die im Speicher Sp3 gespeicherten
Werte den Eingängen eines
Differenzverstärkers DV3 zugeführt. Die
Ausgänge der Differenzverstärker DV1, DV2 und DV3 liegen beziehentlich an Anzeigespeichern
AS1, AS2 und AS3, deren Ausgänge jeweils an einer Balkenanzeigeskala BA1, BA2 bzw.
BA liegen.
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3 Mit dem Ausgang des Brückenverstärkers BV ist ferner ein auf eine
bestimmte Ansprechschwelle eingestclltes, zeitverzögertes Triggerglied VT verbunden,
das mit seinem Ausgang an den Triggereingängen der die Maximalwerte haltenden Kreise
IM und RI2, der Integratorstufe IS und der Speicher SP1, SP2 und SP liegt. Ein vom
Triggerglied VT abgegebene Trigger-3 impuls bewirkt bei entsprechender Einstellung
der Verzögerungszeit, daß die Werte in den Kreisen HM1 und H#12 sowie in der Integratorstufe
IS am Ende einer Pulsperiode gelöscht und gleichzeitig in die Speicher SP. SP2 bzw.
SP übernommen 3 werden.
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Die geschilderte Anordnung gestattet neben der analogen Wiedergabe
des Pulsverlaufes P(t) durch die Kathodenstrahlenanzeige KA die Wiedergabe der Differenz
pulsperiodisch aufeinanderfolgender Maximalwerte des Pulses # A = Ai - Ai 1-1, der
entsprechend aufeinanderfolgenden Differenzen maximaler Änderungen #D D = Di - Di-1
und der Differenzen entsprechender Pulsflächenintegrale "I = Ii - Ii-1.
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Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Zeitverlauf eines Pulssignals und ein
aus Balkenskalen aufgebautes Anzeigefeld, Ai-1 Ai sind die Maxima aufeinanderfolgender
Pulsperioden. Die Dauer T eincr Pulsperiode ist durch die Aufeinanderfolge zweier
absoluter
Minima definiert, Die Größe D (nicht eingezeichnet) ist die maximale zeitliche Änderung
des Pulses innerhalb einer Pulsperiode, also D = (dP/dt) max die Größe I das über
eine Pulsperiode genommene Zeitintegral des Pulses, also
wobei t. - ti 1 = T, und entspricht der zu einer Pulsperiode gehörigen Fläche unter
der Kurve P(t).
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Das Anzeigefeld enthält jeweils eine Balkenskala für # A, # und Al.
Jede Balkenskala enthält jeweils 5 Balken für positive und negative Wertebereiche
der Änderungen und jeweils einen Balken für die Änderung Null. Zur Erleichterung
der Ablesung leuchten die Balken für positive Änderung grün auf diejenigen für negative
Änderungen rot und diejenigen für die Änderungen Null gelb.
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- PatentansprüchePa
L e e r s e i t e