DE3014198C2

DE3014198C2 - Blutdruckmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE3014198C2
Application number: DE3014198A
Authority: DE
Inventors: Rudof A. Dr.phil.nat. Freiburg Hatschek
Original assignee: Asulab AG
Current assignee: Asulab AG
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1980-04-14
Publication date: 1982-04-29
Also published as: IT1135510B; FR2475883A1; GB2069706B; US4429699A; JPS56130140A; DE3014198A1; CH642835A5; GB2069706A; IT8119813A0

Description

reitzustellen, bei der unterschiedliche Umfangswerte der Arme oder der anderen Glieder, an denen die Manschetten befestigt werden, automatisch berücksichtigt werden. Dabei sollen Meßfehler vermieden werden können, ohne daß die die Blutdruckmesung durchführende Person hierzu zusätzliche Handhabungen ausführen muß.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ergibt sich der Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit der Manschette bzw. des Meßwandlers, wobei ein

solcher Meßwandler in keiner Weise bei der Handhabung der Manschette störend in Erscheinung tritt, da er in das Material der Manschette eingelassen sein kann.

Bei der Ausgestaltung der Erfindung nach dem Anspruch 3 ergibt sich eine ausgeprägte bzw. verbesserte Meßempfindlichkeit, da die Größe der durch die Elektroden gebildeten Kapazität stark mit der Änderung des Durchmessers des betreffenden Gliedes variiert.

Auch die Ausführungsform gemäß dem Anspruch 4 bietet den Vorteil einer besonders einfachen Herstellbarkeit, wobei ebenfalls die Handhabung der Manschette durch das Vorhandensein des Meßwandiers in keiner Weise negativ beeinflußt wird.

Zur Klarstellung sei noch benie.ict, La?* in den Ansprüchen und der übrigen Beschreibung unter dem Blutdruck und dem Druck in der Lc^f'.kammer stets der bezüglich des Umgebungs-Luftdp.--o.s gemessene Überdruck zu verstehen ist

Im folgenden wird Hie C-~ndung an Hand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert Es zeigt die

F i g. 1 eine Draufsicht auf eine Blutdruckme-ceinrichtung. die

Fig.2 ein Blockschaltbild der Blutdruckmeßeinrichtung,

F i g. 3 eine axonometrische Ansicht einer Manschette mit einem kapazitiven Meßwandler, die

Fig.4 ein Schaltbild mit einem kapazitiven Meßwandler und der mit diesem verbundenen, zur Korrektur der Druck-Meßwerte dienenden Elektronik-Bauteile, die

F i g. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Ablaufs einer Blutdruckmessung, die

F i g. 6 eine axonometrische Ansicht einer Manschette mit einem resistiven Meßwandler und die

Fig. 7 ein Schaltbild mit dem resistiven Meßwandler und der mit diesem verbundenen Meß-Schaltung.

Die in der F i g. 1 dargestellte Blutdruckmeßeinrichtung weist eine am Arm einer zu untersuchenden Person befestigbare Manschette 1 und ein als Ganzes mit 3 bezeichnetes Gerät auf. Die Manschette enthält eine durch einen Gummibeutel gebildete, deformierbare, aufblasbare Luft-Kammer, ein Mikrofon sowie einen Meßwandier zur Ermittlung des Armumfangs und ist durch eine Leitung 2 lösbar mit dem Gerät 3 verbunden, die einen mit der Luft-Kammer verbundenen Schlauch sowie ein mit dem Mikiofon und dem Meßwandler verbundenes Kabel und am gerätseitigen Ende eine Steck-Kupplung 7 aufweist Das Gerät 3 weist ein Gehäuses mit einem Gewindestutzen 9a auf, an dem mit einer Überwurfmutter 11 eine Pumpe 13 mit einem im wesentlichen zylindrischen Pump-Balg aus Gummi lösbar befestigt ist. Am Gehäuse 2 sind ein nippelartiger Luft-Anschluß 15 und ein durch einen Chassis-Stecker gebildeter, elektrischer Ansctiluli 17 befestigt, auf die die Steck-Kupplung 7 aufsteckbar ist Ferner ist ein durch einen Chassis-Stecker gebildeter Anschluß 19 zum Anschließen eines Kopfhörers vorhanden. Das Gerät weist ferner drei nicht-einrastende Drucktastenschalter 21, 23, 25, eine digitale Anzeige-Einheit 27 und verschieden im Innern des Gehäuses 9 untergebrachte, pneumatische und elektrische Bauelemente auf.

In der Fig.2 sind die aufblasbare Luft-Kammer 31, das Mikrofon 33 und der Meßwandler 43, die zur Manschette 1 gehören, sowie ein Teil der im Gerät 3 untergebrachten, pneumatischen und elektrischen Bauteile schematisch dargesteht. Die Luft-Kammer 31 ist durch den in der Leitung 5 vorhandenen Schlauch und durch im Gerät 3 vorhandene Luft-Leitungen über ein Rückschlagventilk 35 mit der Pumpe 13 sowie ierner mit einem elektrisch steuerbaren Abström-Ventil 37 und einem Drucksensor 39 verbunden. Die Pumpe 13 ist noch mit einem ein Rückschlagventil 41 aufweisenden Lufteinlaß versehen. Die beiden Rückschlag" tile 35 und 41 sind derart geschaltet, daß mai durch abwechselndes, manuelles Zusammendrücken und Freigeben des Pump-Balges Luft aus der Umgebung ansaugen und in die Luft-Kammer 31 pumpen kann.

Das Mikrofon 33 ist durch elektrische Leiter über den Teil 17a des Anschlusses 17 mit dem Eingang von Filtermitteln 51 verbunden, deren Ausgang sowohl mit dem Kopfhörer-Anschluß 19 als auch mit einem Impulsformer und Diskriminator 53 verbunden ist der ein Trimmpotentiometer 54 zum Einstellen eines unteren Schwellwertes und einen Impulsformer aufweist Dessen Ausgang ist mit einem Steuer-Teil 55 verbunden. Der Drucksensor 39 enthält eine Meßwandler-Brückenschaltung, die aus piezor istiven Elementen gebildet und mit dem Eingang eines Verstärkers 57 verbunden ist Dessen Ausgang ist sowohl über einen Differentiator 59 als über eine diesen überbrückende Parallel-Verbindung mit dem Steuer-Teil 55 verbunden. Der Dru-ksensor 39 und der Verstärker 57 sind noch mit einer Vorrichtung 75 für den automatischen Null-Abgleich verbunden, die auch noch durch eine Leitung mit einem Ausgang des Steuer-Teils 55 verbunden ist Der Ausgang des Differentiators 59 ist ebenfalls mit dem Steuer-Teil 55 und ferner mit einem Eingang eines Reglers 61 verbunden. Der Steuer-Teil 55 ist ebenfalls mit einem Eingang des Reglers 61 verbunden, desen Ausgang mit dem elektromagnetisehen Betätigungsorgan des Abström-Ventils 37 verbunden ist Der Steuer-Teil 55 weist ferner zwei Anschlüsse auf, die je mit einem einen Analog-Speicher 63 bzw. 65 bildenden Kondensator verbunden sind. Drei Ausgänge des Steuer-Teils sind ferner mit drei Eingängen eines Anzeigesteuer-Teils 67 verbunden, der se.nerseits mit der Anzeige-Einheit 27 verbunden ist Ein Diskriminator 69 weist einen auch noch mit dem Aasgang des Differentiators 59 verbundenen Eingang und einen Ausgang auf, der mit einem Eingang eines Herzfrequenzmessers 71 sowie mit dem Steuer-Teil 55 verbunden ist. Der Herzfrequenzmesser 71 weist noch einen mit dem Steuer-Teil 55 verbundenen Steuer-Eingang und einen ebenfalls mit dem Steuer-Teil 55 verbundenen Analog-Speicher auf. Der Drucktastenschalter 21 ist mit dem Steuer-Teil 55 und der Drucktastenschaiter ?3 mit dem Anzeigesteuer-Teil 67 verbunden.

Fe-ner ist eine eine Bat'erie enthaltende Speisespannungsqtelle 73 vorhanden, die mit den Speisespannungsanschlüssen der verschiedenen aktiven Elemente und dem Masseanschluß verbunden ist. Der Orucktastenschalter 25 und auch der Steuer-Teil 55 sind mit der Speisespannungsquelle 73 verbunden, die abgesehen von der Batterie noch gewisse Logik-Elemente und einen Regier zur Stabilisierung der Speise-Spannung aufweist. Die Batterie ist in einem durch einen Deckel abschließbaren Batteriefach untergebracht

Der Meßwandler 43 ist über Leitungen und den Teil 176 des Anschlusses 17 mit einer Meß-Schaltung 81 verbunden. Deren Ausgang ist mit einem Eingang eines Korrekturwert-Gebers A3 verbunden. Dieser weist noch einen Steuer-Eingang auf, der mit einem Ausgang des Steuer-Teils 55 verbunden ist Der Ausgang des

Korrekfurwert-Gebers 83 ist mit einem Steuer-Eingang des Anzeigesteuer-Teils 67 verbunden.

Die separat etwas vereinfacht in der Fig.3 dargestellte Manschette 1 weist ein Band 91 mit zwei Enden 91a und 916 auf. Am Ende 9ia ist in einen länglichen Ring bildender Bügel 93 aus elektrisch isolierendem Kunststoff befestigt. Das Band 91 hält oder bildet die durch einen fänglichen Beutel gebildete, deformierbare und aufblasbare Luft-Kammer 31. Am Band 9t ist ferner das in der Fig.3 nicht dargestellte Mikrofon 33 befestigt

Bei der Benutzung der Manschet'e 1 für eine Blutdruckmessung wird diese um einen Arm der zu unte/suchcnden Person hörumgelegt Das Band-Ende 916 wird dann, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist. durch den Bügel 93 hindurchgezogen und um dessen dem Band-Ende 91a abgewandten Teil 93a herumgeschlagen. Das Band-Ende 916 ist auf seiner sich vor dem Umschlagen außen befindenden Seite bei seinen Seitenrändern mit Befestigungselcmenten V> versehen. Der vom umgeschlagenen Band-Ende 916 überlappte Band-Abschnitt ist ebenfalls mit streifenförmigen. entlang den Bandrändern verlaufenden Befestigungselementen 97 versehen. Die Befestigungselemente 95 und 97 bestehen aus Gewebestücken mit ineinander einhakbaren Noppen und bilden also zusammen einen Klett-Verschluß. mit dem das umgeschlagene Band-Ende 91b durch Andrücken am überlappten Band-Abschnitt lösbar befestigt werden kann.

Der Meßwandler 43 ist als kapazitiver Meßwandler ausgebildet und v/eist ?«""i Flektrodcn iOl und 103 auf. Die Elektrode 101 besteht aus einem blanken, d. h. nicht isolierten, elektrisch gut leitenden Metall, und ist am Bügel-Teil 93a befestigt, wobei ihre Abmessung in der Längsrichtung des Bandes höchstens etwa 2 cm lang ist Die Elektrode 101 kann starr in einer vorgegebenen Stellung oder schwenkbar am Bügel-Teil 93a befestigt und/oder eventuell etwas biegbar sein. Ferner ist eine Elektrode 103 vorhanden, die durch eine dünne, flexible, einseitig metallische Kunststoff-Folie gebildet ist Die Elektrode 103 ist am Band 91 befestigt und zwar auf derjenigen Seite des Bandes 91 und der aufblasbaren Luft-Kammer 31. die bei dem den Arm umschließenden Band-Abschnitt dem Arm abgewandt ist- Dabei befindet sich die Kunststoff-Folie, die als elektrische Isolation der Elektrode 103 dient, auf der dem Band 91 abgewandten Elektroden-Seite. Wenn das Band 91 um den Bügel-Teil 93a herumgeschlagen wird, bildet also die Kunststoff-Folie das die beiden Elektroden des kapazitiven Meßwandlers 43 trennende Dielektrikum. Die Elektrode 103 hat in der Längsrichtung des Bandes 91 eine wesentlich größere Ausdehnung als die Elektrode 101 und erstreckt sich über mindestens 20% der gesamten Bandlänge. Die Elektrode 103 hat im übrigen die Form eines spitzen gleichscuenkligen Dreiecks, desen Basis rechtwinklig zur Bandlängsrichtung verläuft. Das durch die Spitze des Dreiecks gebildete Elektroden-Ende 103a befindet sich in der Nähe des Bz'^d-Endes 9i b, während das durch die Dreieck-Basis gebildete Elektroden-Ende 1036 weiter vom Band-Ende 916 entfernt ist Die rechtwinklig zur Bandlängsrichtung gemessene Breite der Elektrode 103 ist also in der Bandlängsrichtung veränderlich und nimmt vom Band-Ende 916 weg monoton zu. Die quer zur Bandlängsrichtung gemessene Breite der Elektrode 101 ist mindestens gleich der maximalen Breite der Elektrode 103. Die beiden Elektroden 1Oi und 103 sind durch ein in der Fig.3 nicht dargestelltes, mehradriges Kabel, das auch noch die mit dem Anschluß-Teil 17a verbundenen Leiter für das Mikrofon 33 enthalten kann, mit dem Anschluß-Teil 176 verbunden.
Wenn die Manschette am Arm einer Person befestigt wird, wobei das Band-Ende 916 um den Bügel-Teil 93a herumgeschlagci ist, bilden die Elektrode 101 und die beiden dieser von verschiedenen Seiten her zugewandten Abschnitte der Elektrode 103 zusammen den Kondensator des Meßwandlers 43. Wenn die Kapazität dieses Kondensators mit C und der Abstand der Mittellinie der beiden genannten Abschnitte der Elektrode 103 vom Elektroden-Ende 103a mit χ bezeichnet werden, so gilt die Beziehung;

* = c/a

■wobei Co eine Konstante ist. Der Umfang i/des Armes ist dann gegeben durch die Bezeichnung:

U=L-X

Dabei ist L eine Länge. d<e durch die Ausbildung der Manschette 1 vorgegeben ist Die Länge L ist nämlich gleich dem bei abgewickelter Manschette gemessenen Abstand d··' Flektroden-Endes 103a vom Band-Ende 91a plus der Entfernung des Bügel-Teils 93a vom Band-Ende 91a. Durch Messen der Kapazität C kann also der Arm-Umfang U ermittelt werden.

Wie aus der F i g. 4 ersehen werden kann, ist die eine Elektrode des kapazitiven Meßwar.dlers 43 mit der Masse der Meß-Schaltung 81 und die andere Elektrode über einen kondensator 111 mit einem Ausgang 113a eines Niederfrequenz-Generators 113 verbunden. Ein durch einen Widerstand 117 gegengekoppelter Differential-Operationsverstärker 115 hai einen invertierenden Eingang, der über einen Widerstand 119 mit dem Meßwandler 43 und dem Kondensator 111 verbunden ist Der Verstärker 115 hat ferner einen nicht-invertierenden Eingang, der über einen Widerstand 121 mit der

AO Masse und einen Widerstand 123 mit dem Ausgang 113a des Niederfrequenz-Generators verbunden ist Der Ausgang des Verstärkers 115 ist mit einem Eingang des Demodulators 125 verbunden. Dieser weist noch einen Steuer-Eingang auf, der mit einem Taktgeber-Ausgang des Generators 113 verbunden ist Ein weiterer Anschluß des Generators 113 ist mit der Masse verbunden. Der Ausgang des Demodulators 125 bildet den mit dem Korrekturwert-Geber 83 verbundenen Ausgang der Meß-Schaltung 81. Ferner ist die Meß-Schaltung 81 und/oder der Korrekturwert-Geber 83 mit manuell einstellbaren, nicht dargestellten Einstellorganen zum Abgleichen und Eichen des Umfangsmeß-Kanals versehen.

Der Anzeigesteuer-Teil 67 ist mit einem durch eLen voll gegengekoppelten Verstärker gebildeten Impedanzwandler 131 versehen. Ein Ausgang des Steuer-Teils 55 ist durch eine Verbindung, die zum Obertragen von ein Maß für den Druck gebenden Analog-Signalen dient mit dem nicht-invertierenden Eingang des Impedanzwandlers 131 verbunden. Der Austrag des Impedanzwandlers 131 ist über einen Widerstand 133 mit dem Eingang eines Druck-Korrektors 135 verbunden. Dieser Eingang des Druck-Korrektors 135 ist femer über einen .Widerstand 137 sowie über einen zu diesem parallel geschalteten Widerstand 139 mit einem in Serie geschalteten, elektronischen oder elektroma-"gnetischen Schaltorgan 141 mit der Masse verbunden. Der Steuer-Eingang des Schaltorganes 141, der bei

einem elektromagnetischen Schallorgan durch dessen Spulenanschluß gebildet ist, ist mit dem Ausgang eines Steucrsignalgebers 143 verbunden, der seinerseits mit dem Drucktastcnschalter 23 verbunden ist. Der Ausgang des Druck-Korrektors Π5 ist mit einem Eingangeines Analog'Digital-Wandlers 145 verbunden. Der Steuersignalgeber 143 weist ebenfalls eiricn mit einem Eingang des Analog/Digital-Wandlers 145 verbundenen Ausgang auf. Dessen Ausgang ist mit der digitalen FOssigkristall-Anzeige-Einheil 27 verbunden. Der Ausgang des Korrektur-Gebers 83 ist mit einem Eingang des Druck-Korrektors 135 verbunden. Zwei verschiedene Ausgänge des Steuer-Teils sind durch separate Verbindungen mit dem Analog/Digital-V.'andler 145 verbunden. Die eine dieser Verbindung dient zum Übermitteln der Größe der Herzfrequenz und die andere /um Übermitteln der Signale, die kennzeichnet, welche Variable (fortlaufend gemessener Druck, systoli scher Druck, diastolischer Druck. Herzfrequenz) gerade angezeigt wird. Der Analog/Digital-Wandler 145 v/eist auch noch einen Dekodierer für die Steuerung der Flüssigkristall-Ziffernnzeige und für die Steuerung der anzuzeigenden Einheiten und Symbole auf.

Im folgenden soll nun anhand des Diagramms in der Fig. 5 die Arbeitsweise der Blutdruckmeßeinrichtung erläutert werden. Für eine Messung wird die Manschette 1 durch die Leitung 5 mit dem Gerät 3 verbunden und am Arm der zu untersuchenden Person befestigt.

Das Gerät ist derart bemesen, daß es bequem mit einer Hand gehalten werden kann, wobei die Pumpe 13 gleichzeitig als Handgriff dient.

Nun soll zuerst die Änderung des Druckes ρ in dsr Luft-Kcifiraer 31 im Verlauf der Zeit / diskutiert werden. Der zeitliche Verlauf des Druckes ρ ist durch die Kurve 151 des in der Fig.5 dargestellten Diagramms wiedergegeben. Der Drucksensor 39 erzeugt beim Messen eine Spannung, die proportional zum Druck ρ ist.

Wenn die Manschette befestigt ist, wird das Gerät im Zeilpunkt C₀ durch ein kurzes Drücken des EIN/AUS-Drucktastenschalters 25 betriebsbereit gemacht Das Ventil 37 ist in diesem Zeitpunkt und dem sich vom Zeitpunkt fo bis zum Zeitpunkt t\ erstreckenden Zeitintervall ganz offen. In diesem Zeitintervall wird der Drucksensor 39 durch die Null-Abgleich-Vorrichtung 75 automatisch auf Null abgeglichen. Das Ende dieses Abgleichens im Zeitpunkt t\ wird dadurch signalisiert, daß die Anzeige-Einheit 27 den Wert Null anzeigt

Der Steuer-Teil 55 ist derart beschaffen, daß er den Ausgang des Verstärkers 57 vom Null-Abgleich an bis zum Ende der Messung in regelmäßigen Zeitabständen von beispielsweise 0,3 s mit dem Impedanzwandler 131 des Anzeigesteuer-Teils 67 verbindet Die Anzeige-Einheit 27 zeigt dann jeweils den momentanen Druck an.

Nach dem automatischen Null-Abgleich wird durch manuelles Betätigen der Pumpe 13 Luft in die Luft-Kammer 31 gepumpt Wenn der Druck auf eine Größe angestiegen ist die ausreichend über dem erwarteten systolischen Druck ps liegt, wird der Aufpumpvorgang im Zeitpunkt f2 beendet

Kurz nach Beendigung des Aufpumpvorganges beginnt im Zeitpunkt t₃ Luft aus der Luft-Kammer 31 durch das Ventil 37 in die Umgebung abzuströmen, so daß der Druck in der Luft-Kammer 31 absinkt. Dabei wird mit dem Differentiator 59 der Differentialquotient dpfdt bestimmt Der Regler 61 regelt das Abström-Ventil 37 derart, daß der Differentialquotient άρ/dt bis auf die noch näher erläuterten, durch die Herztätigkeit bewirkten Druckschwanklingen während der eigentlichen Meßphase konstant bleibt.

Wenn nun der Druck ρ beginnend von einem 5 oberhalb des syslolischen Druckes p_s liegenden Maximaldruck abnimmt, treten vom Zeilpunkt /4 an durch die Herzschläge verursachte Druckschwankungen auf. Diese Druckschwankungen werden mit dem Differentiator 59 erfaßt. Der Diskriminator 69 erzeugt dann bei jeder durch einen Herzschlag bewirkten Druckschwankung, bei der der Differentialquotient dp/dt einen vorgegebenen Sch well wert von mindestens 100 Pa/s und beispielsweise 400 Pa/s überschreitet, einen Impuls. Diese Impulsfolge ist in der F i g. 5 mit 155 bezeichnet.

Wenn sich der Druck in der Luft-Kammer 31 bei seiner Abnahme innerhalb eines gewissen Bereiches befindet, erzeugt das Blut beim Durchströmen der von der Manschette 'imschlossenen Arterie bei den durch einen Herzschlag erzeugten Blutstößen Geräusche, die sogenannten Korotkoff-Töne. Diese Korotkoff-Töne werden durch das Mikrofon 33 in elektrische Tonfrequenz-Signale umgewandelt und über die Filtermittel 51, die vorzugsweise auch eine Verstärkung ergeben, auf den Impulsformer und Diskriminator 53 übertragen.

Wenn die Spannungen der Korotkoff-Ton-Signale den durch den Diskriminator 53 festgelegten, unteren Schweliwert übersteigen, führt der zum Diskriminator gehörende Impulsformer dem Steuer-Teil 55 jeweils einen Impuls zu. Diese Impulsfolge ist in der F i g. 5 mit 157 bezeichnet und erstreckt sich zum Zeitpunkt /5 bis zum Zeitpunkt Λ*.

Im Steuer-Teil werden die durch die Druckschwankungen erzeugten Impulse und die durch die Korotkoff-Töne erzeugten Impulse einem UND-Tor zugeführt.

Das UND-Tor bildet eine Koinzidenzschaltung und öffnet während jedes Impulses der Impulsfolge 155 ein Fenster für die Impulse der Impulsfolge 157. Vom Mikrofon herkommende Signale werden also nur weiterverarbeitet, wenn sie in ein durch eine Druck-Schwankung geöffnetes Fenster fallen, d.h. wenn zwischen den Ton-Signalen und den Druckschwankungen eine Koinzidenz besteht Dadurch können die Korotkoff-Töne von Störgeräuschen unterschieden und die letzteren unterdrückt werden.

Der Steuer-Teil 55 enthält ein elektronisches Schaltorgan, das den Ausgang des Verstärkers 57 vom Einschalten des Gerätes an mit dem Speicher 63 verbindet

Der Steuer-Teil 55 enthält ferner Mittel, um das Erscheinen des ersten, das vorgenannte UND-Tor passierenden Korotkoff-Signals festzustellen. Wenn das erste Korotkoff-Signal eintrifft wird die vom Verstärker 57 des Druckmeßkanals kommende Leitung vom Speicher 63 abgetrennt In diesem wird daher die Größe des beim Eintreffen des ersten Korotkoff-Ton-Signals vorhandenen Druckes, d.h. der systolische Druck, gespeichert

Wenn nun der Druck in der Luft-Kammer 31 absinkt, folgen dem ersten Korotkoff-Ton weitere Korotkoff-Töne. Der Steuer-Teil 55 enthält Mittel, die den Ausgang des Verstärkers 57 bei jedem Korotkoff-Ton, d. h. bei jedem Impuls der Impulsfolge 157, kurzzeitig mit dem Speicher 65 verbinden. In diesem wird also bei jedem Korotkoff-Ton ein neuer Druckwert gespeichert.

wobei die Größe dieser Druckwerte sukzessive abnimmt Wie bereits erwähnt erstreckt sich die Impulsfolge 157 bis zum Zeitpunkt k- Da nach dem Zeitpunkt 4 keine λ eiteren Impulse mehr folgen, bleibt

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der im Zeitpunkt /6 gemessene Wert des Druckes ρ bis zum Abschalten des Gerätes im Speicher 65 gespeichert. Dieser Speicher-Wert stellt den diastolischen Druck dar.

Der Steuer-Teil 55 weist nun auch noch Schnltungs-Mittel auf, durch die festgestellt wird, wann während eines vorgegebenen Zeitintervalle von 2 bis 10 und beispielsweise 5 Sekunden kein Korotkoff-Ton mehr auftritt. Am Ende dieses Zeitintervalle, nämlich im Zeitpunkt tj, führt der Steuer-Teil 55 dem Regler 61 ein Signal zu, das bewirkt, daß das Ventil 37 ganz geöffnet wird. Der Druck ρ sinkt dann sehr schnell ab und erreicht im Zeitpunkt .'« wieder den Wert Null. d. h. den Umgebungs- Luftdruck.

Der Steuer-Teil set/t ferner vorübergehend den Herzfrequenzmesser 71 in Betrieb, so daß dieser während des Auftretens der Impulsfolge 155 die Herzfrequenz mißt und deren Mittelwert bestimmt. Dieser wird dann im Speicher des Her/frequenzmesers 71 bis zum Abschalten des Gerätes gespeichert.

Der Steuer-Teil 55 ist nun derart beschaffen, daß der Speicher 63 oder der Speicher 65 oder der die Herzfrequenz speichernde Speicher durch kurzes Drücken des Drucktastenschalters 21 zyklisch abgefragt werden können. Der betreffende, in analoger Form gespeicherte Speicher-Wert wird dann dem Anzeigesteuer-Teil 67 zugeführt und von diesem in ein Digital-Signal umgewandelt. Dieses wird der Anzeige-Einheil 27 zugeführt, so daß diese also wahlweise den systolischen oder der. diastolischen Druck oder die Herzfrequenz anzeigt. Durch ein dabei ebenfalls angezeigtes Symbol, nämlich ein Dreieck mit nach oben gerichteter Spitze, ein Dreieck mit nach unten gerichteter Spitze oder dem Buchstaben P wird von der Anzeige-Einheit noch die gerade angezeigte Variable gekennzeichnet

Wenn alle drei Speicher-Werte abgelesen wurden, kann das Gerät durch kurzes Drücken des EIN/AUS-Drucktastenschalter 25 ausgeschaltet werden, womit die Messung abgeschlossen ist.

Nachdem die allgemeine Arbeitsweise der Einrichtung dargelegt wurde, sollen nun noch einige Besonderheiten im Zusammenhang mit der Druckmessung näher erläutert werden. Die Anzeige des Drückens kann wahlweise in Kilopascal oder Torr erfolgen, und zwar sowohl bei der fortlaufenden Druckanzeige während der Messung als auch beim Herauslesen der Speicher. Die Umschaltung von Kilopascal auf Torr und umgekehrt erfolgt dadurch, daß der nicht-einrastende Drucktastenschalter 23 kurz gedrückt wird. Das Drücken des Schalters 23 bewirkt, daß der Steuersignalgeber 143 das Schaltorgan 141 schließt bzw. wieder öffnet Das dem Druck-Korrektor vom Impedanzwandler 131 zugeführte, ein Maß für den Druck gebende Analog-Signal wird nämlich je nach dem Schaltzustand des Schaltorgans 141 durch das die Widerstände 133, 137, 139 aufweisende Widerstands-Netzwerk verschieden stark abgeschwächt Die Widerstände 133,137 und 139 sind nun derart festgelegt, daß das dem Druck-Korrektor 135 zugeführte Analog-Signal bei offenem, d. h sperrendem Schaltorgan 141 den Druck in Torr und bei geschlossenem, d. h. leitendem Schaltorgan 141 den Druck in Kilopascal darstellt Der Steuersignalgeber 143 führt dann jeweils dem Analog/Digital-Wandler 145 noch ein den Zustand des Schaltorgans 141 kennzeichnendes Signal zu, so daß die Anzeige-Einheit je nachdem die Einheit Kilopascal oder Torr anzeigt

Beim Herauslesen der Speicher 63 und 65, d, h bei der Anzeige des systolischen und diasiolischen Druckes wird der angezeigte Wert in Abhängigkeit vom Armumfang der untersuchten Person korrigiert. Für die Durchführung dieser Korrektur führt die Mcß-Schaltung 81 dem Korrekturwcrt-Gebcr 83 ein Analog-Signal zu, dessen Größe ein Maß für den Armumfang U gibt. Ferner führt der Sicuer-Teit 55 dem Korrekturwcrt-Gcber 83 beim Herauslesen des Speichers 63 oder des Speichers 65 ein diese Vorgänge kennzeichnendes Signal zu. Der Korrekturwert-Geber 83 enthüll nun Mittel, um ein analoges Korreklur-Signal zu erzeugen, dessert Größe einerseits vom Armumfang und andererseits davon abhängig ist. ob gerade der systolische oder der diastolische Druck herausgelesen wird. Der Druck-Korrektor 135 korrigiert dann das ihm vom Impedanzwandler 131 zugeführte. ein Maß für den Druck gebende Analog-Signal entsprechend dem Korrektur-Signal und führt dem Analog/Digital-Wandler 145 ein korrigiertes Signal zu.

Es sei darauf hingewiesen, daß nur die aus den Speichern 63 und 65 herausgelesenen Druck-Signale nicht aber die im Verlaufe der Mesung fortlaufend in Zeitabständen von beispielsweise 0.3 s zugeführten, ein Maß für den momentanen Druck gebenden Signale korrigiert werden. Die ein Maß für die Herzfrequenz gebenden Signale werden dem Analog/Digital-Wandler 145 vom Steuer-Teil direkt, d. h. unter Umgehung des Druck-Korrektors 135 zugeführt und natürlich auch keiner Korrektur unterworfen.

Nun soll noch der Einfluß des Armumfanges und die Art der vorgenommenem Druck-Korrekturen erläutert werden. Der Druckmeßkanal ist mittels eines nicht dargestellten Einstellorganes derart geeicht, daß bei einem normalen, d. h. mittelgroßen Armumfang, der richtige Druck angezeigt wird. Wenn der Umfang des Armes größer als üblich ist, werden die ohne Korrektur ermittelten Druckwerte größer als die tatsächlichen Druckwerte. Wenn nämlich der Armumfang im Vergleich zur Breite der Manschette zunimmt, wird der durch Aufblasen der Manschette erzeugte Druck durch das Körpergewebe nicht mehr vollständig bis zur Arterie übertragen. Wenn der Armumfan'j unter der normalen Größe liegt, sind dagegen die ohne Korrektur ermittelten Druckwerte kleiner als die tatsächlichen Druckwerte.

Im folgenden sei unter ρ allgemein der unkorrigierte Druck unter p* der wahre, korrigierte Druck zu verstehen. Ferner seien insbesondere unter ps und po der unkorrigierte systolische bzw. diastolische Druck und unter ρ*5 und p*o der korrigierte, systolische bzw. diastolische Druck zu verstehen. Wie experimentelle Untersuchungen ^zeigt haben, kann der Zusammenhang zwischen unkorrigiertem und korrigiertem Druck in guter Näherung durch die folgende, allgemeine Beziehung dargestellt werden:

p*=p-k(U-a)

Dabei ist U wiederum der Umfang des Arms und a und k sind Konstanten. Die Konstanten a und k sind dabei für den systolischen und den diastolischen Druck etwas verschieden. Wenn man unter ks, asdie für die für die Korrektur des diastolischen Druckes gültigen Konstanten versteht, erhält man also die Ausdrücke:

P*s = ps— ks(U- as)

P*d = Pd-

- a_D)

Die Größe der Konstanten ist von der Breite und sonstigen Ausbildung der Manschette ί abhängig. Für eine 12 cm breite Manschette wurden die folgenden Werte ermittelt:

a_s = 28 cm. k_s = 0,17 kPa/cm
Un = 18 cm. kp = 0,12 kPa/cm

Der Korrekturwert-Geber 83 enthält nun Mittel, um aufgrund der gemessenen Kapazität C nach den Formeln (1) und (2) den Umfang U /u ermitteln und dann Korrektur-Signale zu erzeugen. Diese können beispielsweise Analog-Signale. d. h. Spannungen sein, die bei der Anzeige des systolischen Druckes proportional zum Summanden ks(U-a_s)sind.

Wenn nun zur Anzeige des systolischen Druckes der Speicher 63 herausgelesen wird, führt der Korrekturwert-Geber 83 dem Druck-Korrektor 135 das zum Summanden ks (U — as) proportionale Spannung zu. Der beispielsweise eine Addier/Subtrahier-Schaltupv; aufweisende Druck-Korrektor 135 führt dann entspr.. chend dem negativen oder positiven Wert des Summanden ks(U - a^eine Addition bzw. Subtraktion der ihm vom Impedanzwandler 131 und vom Korrekturwert-Geber 83 gelieferten Analog-Signale durch und liefert an seinen Ausgang ein Analog-Signal, nämlich eine Spannung, die proportional zum wahren Druck p*_s ist.

Beim Herauslesen des Speicr-ers 65 und Anzeigen des diastolischen Druckes wird in inaloger Weise eine Korrektur gemäß der Formel (5) vorgenommen.

Die in der F i g. 6 dargestellte Manschette 201 ist mit einem Band 291, einem Bügel 293 und einem resistiven Meßwandler 243 versehen. Dieser weist eine aus elektrischem Widerstandsmaterial gebildete Widerstands-Bahn 301 auf. die in der Längsrichtung des Bandes 291 verläuft und sich mindestens über einen Teil von dessen Länge erstreckt. Die Bahn 3Oi befindet sich dabei auf derjenigen Seite des Bandes, die bei dem den Arm umschließenden Band-Teil dem Arm abgewandt ist. Das eine Ende 291a des Bandes ist am Bügel 293 befestigt, während das Band-Ende 2916 bei befestigter Manschette durch den Bügel 293 hindurchgezogen und um dessen einen Schenkel herumgeschlagen ist. In der Nähe des Band-Endes 2916 ist ein Abgreif-Kontakt 303 am Band 291 befestigt, und zwar auf derjenigen Bandseite, die nach dem Herumschlagen um den einen Bügelschenkel der Widerstands-Bahn 301 zugewandt ist. Das sich beim Band-Ende 291a befindende Ende der Widerstands-Bahn 301 sowie der Abgreif-Kontakt 303 sind je mit dem Leiter des Kabels verbunden, das die Manschette mit dem die Elektronik-Bauteile enthaltenden Gerät verbindet

Im übrigen ist die Manschette 201 ähnlich ausgebildet wie die Manschette 1. Wenn die Manschette 201 an einem Arm befestigt wird. Hegt der Abgreif-Kontakt 303 an einer vom Arm-Umfang abhängigen Stelle an der Widerstands-Bahn 301 an. Der zwischen den Anschlüssen des Meßwandlers 243 gemessene Widerstand gibt also ein Maß für den Umfang des Arms.

Das Gerät, mit dem die Manschette 201 verbunden ist, weist unter anderem eine Meß-Schaltung 281 auf, deren Schaltschema in der Fig.7 ersichtlich ist Die Meß-Schaltung 281 weist eine Gleichstrom-Konstantstromquelle 313 auf. Der eine Anschluß des Meßwandlers 243 ist mit der Masse und dem Massenanschluß der Konstantstromquelle 313 verbunden. Der andere Meßwandler-Anschluß ist mit dem nicht-invertierenden Eingang eines voll gcgengekoppelten Verstärkers 315 sowie über einen Widerstand 311 mit dem nicht an Masse liegenden Anschluß der Konstantstromquelle 313 verbunden.

Der Ausgang des Verstärkers 315 bil<'.it auch den Ausgang der Meß-Schaltung 281 jnd ist mit einem Korrekturwert-Geber verbunden. Dieser ist derart ausgebildet, daß er eine dem Korrekturwert-Geber 8.3

to entsprechende Funktion ausüben kann. Die Meß-Schallung 281 und/oder der nachgeschaltete Korrckturwert-Geber sind mit manuell einstellbaren, nicht dargestellten Einstellorganen /um Abgleichen und Eichen des Umfangsmeß-Kanals versehen. Die restlichen pneuma tischen und elektronischen Bauelemente des Geräts, mit dsm die Manschette 1 verbindbar sind, sind ebenfalls ähnlich ausgebildet wie beim Gerät 3.

Nun sollen noch einige weitere mögliche Varianten der Blutdruckmeßeinrichtung erwähn! werden

Zunächst sei erwähnt, daß der in der F ι g. 4 als separates Bauelement dargestellte Niedcrfreciuen/-Generator 113 ganz oder teilweise mit einem für den Betrieb des Analog/Digital-Wandlers 145 notwendigen Frequenzgeneratur kombiniert werden kann.

Ferner könnte die dreieckige Elektrode 103 des kapazitiven Meßwandlers 43 durch eine Elektrode ersetzt werden, deren Breite in der Bandlängsnchtung nicht linear sondern in einer andern Weise ändert, wobei aber die Änderung der Breite zweckmäßigerweise entweder monoton zj- oder monoton abnehmend ist. Durch eine solche Ausgestaltung der Meßwandler-Elektrode kann ein bestimmter, nicht linearer Zusammenhang zwischen Armumfang und Meßwandler-Kapazität erreicht werden, was unter Umstanden die Ausbildung des Korrektur-Gebers und/oder Druck-Korrektors vereinfacht.

In analoger Weise könnte beim resistiven Meßwandler 243 aach die Breite und/oder Dicke der Widerstands-Bahn 301 entlang der Manschette variiert werden

Gemäß den Formeln (3), (4) und (5) erfolgt die Korrektur der Druck-Meßwerte dadurch, daß man von diesen einen Korrekturwert subtrahiert. Man könnte jedoch die vorzunehmende Korrektur auch durch andere Näherungsformeln ausdrucken. Es ware dann beispielsweise möglich, die unkorrigierten Vuck-Meßwerte mit einem vom Umfang abhängigen Korrekturfaktor zu multiplizieren. In diesem Fall könnte der Druck-Korrektor 135 statt einer Addier/Subtrahier-Schaltung eine Multiplizier-Schaltung für die Multiplikation zweier analog dargestellter Größen enthalten.

In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß die Korrektur statt gemäß irgendwelcher Formeln auch dadurch vorgenommen werden könnte, daß eine Anzahl Korrekturwerte gespeichert werden, von denen jeder einem Umfangswert-Intervall zugeordnet ware. Die Druckwerte wurden dann je nach dem mit dem Meßwandler ermittelten Armumfang mit einem der gespeicherten Korrektlirwerte korrigiert

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Umfang des Armes natürlich auch mit dessen Durchmesser verknüpft ist und daß der Druck auch die Abhängigkeit vom Durchmesser korrigiert werden könnte. Es könnte auch ein Meßwandler zur direkten Messung des Durchmessers vorgesehen werden. Ein solcher Meßwandler könnte beispielsweise eine Ultraschallquelle und Mittel zur Erfassung der Laufzeit der Ultraschallwellen aufweisen.

Bei dem anhand den F i g. 1 bis 5 erläuterten

Ausfuhningsbeispiel der Blutdruckmeßeinrichtung werden die Druckwerte beim Herauslesen aus den Speichern 63 und 65 korrigiert. Es wäre nun auch möglich, die Druckwerte bereits beim Einlesen in die Speicher zu korrigieren. Ferner könnte auch die während der Blutdruckmessung fortlaufend angezeij. ten Druckwerte in Abhängigkeit vom Armumfang korrigiert werden. Des weitern könnte das Gerät mit einem Schalter «lusgesianei werden, mit dem nach Wunsch festgelegt werden könnte, ob das Gerät eine Druck-Korrektur durchführen soü oder nichL

Zudem sei noch erwähnt daß die Einrichtung auch für den Fall adaptiert werden könnte, daß die Manschette nicht an den Armen, sondern an andern Gliedern, nämlich etwa an den Beinen, der zu untersuchenden

Personen befestigt wird.

Ferner sei noch darauf hingewiesen, daß statt eines separaten Mikrofons und eines separaten Drucksensors auch ein Ton-Druck-Aufnehmer vorgesehen werden könnte, der sowohl zur Erfassung der vom Blut erzeugten Töne als auch zur Erfassung des quaststatischen Blutdruckes und der durch die Herzschläge erzeugten Druckmodulation dient Dieser kombinierte Ton-Druck-Aufnehmer könnte entweder in der aufblasbaren Manschette oder im Gerät mit den Elektronik-Bauteilen enthalten sein. Die vom Ton-Druck-Aufnehmer gelieferten elektrischen Signale können dann durch eine Frequenzweiche aufgezweigt und dem Ton- bzw. Druck-Kanal der Elektronik zugeführt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

30 14 19'r Patentansprüche:

1. Biutdruckmeßeinrichtung mit einer zum Befestigen an einem Glied einer zu untersuchenden Person bestimmten Manschette mit einer deformierbaren, aufblasbaren Kammer, einem mit dieser verbundenem Drucksensor und elektrisch rrh diesem verbundenen, elektronischen Schaltungsmitteln zum Ermitteln des in der Kammer vorhandenen Druckes, und mit Mitteln zum Erfassen des Umfangs oder Durchmesers des Gliedes, an dem die Manschette befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (1) derart ausgebildet ist daß bei ihrem Befestigen am Glied der Umfang des Gliedes elektrisch auswertbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Manschette (1) ein Meßwandler (43) angeordnet ist, der aus zwei an der Manschette (1) befestigten Elektroden (10t, 103) besteht, die zusammen enen Kondensator mit einer ν
Gliedumfang aohängigen Kapazität bilden.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (103) einen Abschnitt aufweist, dessen Breite in der Längsrichtung, in der die Manschette (1) um das Glied herumwickelbar ist, entlang der Manschette (1) variiert, und daß die andere Elektrode (101) in der genannten Längsrichtung eine kleinere Abmessung hat als der eine variable Breite aufweisende Abschnitt der erstgenannten Elektrode (103).

4. Einrichtung räch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß in der Manschette (1) ein Meßwandler (243) angeordnet ist, eier zwei ,-.nschiüse aufweist zwischen denen der elektrisr ie Widerstand in Abhängigkeit vom Gliedumfang vr-riiert

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Speicher (63,65) eine Anzeige-Einheit (27) zum Anzeigen von Druckwerten und Schaltungsmittei vorhanden sind, um den systoiischen und diastolischen Druck in der Form elektrischer Signale zu verarbeiten, in den beiden Speichern (63, 65) zu speichern sowie der Anzeige-Einheit (27) zuzuführen und dabei vor oder nach der Speicherung in Ahhängigkeit von dem mit dem Meßwandler (43,243) ermittelten Umfang bzw. Durchmesser zu korrigieren.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (39) und der Meßwandler (43, 243) Mitte! aufweisen, um die von ihnen gemessenen Größen durch analoge, elektrische Signale darzustellen und daß ein Druck-Korrektor (135) mit Mitteln vorgesehen ist, um ein Maß für den Druck gebende Analog-Signale und ein Maß für den Umfang oder Durchmesser Bebende Analng-Signalp mifpinanHpr in annlogpr Form zu verknüpfen.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Speicher (63, 65) um einen Druck in analoger Form zu speichern, eine Anzeige-Einheit (27) zum Anzeigen des Druckes und ein zwischen (63, 65) und der Anzeige-Einheit (27) eingeschaltetes Netzwerk mit Widerständen (133,137,139) und einem Schaltorgan (141) vorhanden sind, so daß die Druckanzeige wahlweise auf verschiedene Einheiten umschaltbar ist.

Eine aus der US-Patentschrift 34 50 131 bekannte Blutdruckmeßeinrichtung weist eine am Arm einer Person befestigbare Manschette mit einer aufblasbaren, deformierbaren Kammer und einem Mikrofon auf. Die Kammer is mit einem Drucksensor verbunden, der über einen ein- und ausschaltbaren Analog/Digital-Wandler und eine Tor-Schaltung mit einem Druckregistriergerät verbunden ist. Das Mikrofon ist über einen Verstärker mit einer Logik-Schaltung verbunden.

Beim Durchführen einer Blutdruckmessung wird die Manschette auf einen über dem systoiischen Druck liegenden Druck aufgeblasen und dann langsam entlüftet Dabei werden in einem gewissen Druckbereich Korotkoff-Töne erzeugt und durch das Mikrofon in elektrische Signale umgewandelt Bei jedem Korotkoff-Ton-Signal werden der Analog/Digital-Wandler und die Tor-Schaltung durch die Logik-Schaltung derart gesteuert daß der momentane, vom Drucksensor gemessene Druck im Druckregistriergerät registriert wird. Der erste registrierte Druckwert entspricht dann üem systoiischen und der letzte registrierte Druckwert dem diastolischen Druck.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 54 195 ist eine ähnliche Blutdruckmeßeinrichtung bekannt bei der die beim ersten und letzten Korotkoff-Ton mit einem Meßwandler erfaßten Druckwerte gespeichert und in digitaler Form angezeigt werden.

Aus dem von G. ν in Bergmann, W. Frey und H. Schwiegk herausgegebenen »Handbuch der inneren Medizin«, 9. Band, »Herz und Kreislauf«, 5. Teil, 1960, Springer Verlag sowie aus dem Buch »Arterielle Hochdruckerkrankungen« von A. Sturm Jr, 1970, Dr. Dietrich Steinkopff Verlag, ist es nun bereits bekannt daß die gemessenen Druckwerte mit einem vom Armumfang abhängigen Fehler behaftet sein können. Diese Fehler sind vom Verhältnis zwischen der Manschettenbreite und dem Armumfang abhängig.

Gemäß den beiden zitierten Literaturstellen könnten die fraglichen Fehler dadurch eliminiert werden, daß man den Armumfang mißt und entw der verschieden breite Manschetten bereitstellt und dann je nach dem Armumfang eine schmälere oder breitere Manschette befestigt oder daß man den gemessenen Druckwert in Abhängigkeit vom gemessenen Armumfang unter Verwendung einer vorher erstellten Korrektur-Tabelle oder einer Korrektur-Formel korrigiert.

Diese Korrekturverfahren haben den Nachteil, daß die die Blutdruckmessung durchführende Person durch eine separate Messung den Armumfang ermitteln sowie entweder eine von mehreren vorhandenen Manschetten auswählen und anschließen oder aber nachträglich eine Korrektur-Rechnung durchführen muß. Diese Korrekturverfahren sind also zeitraubend sowie kompliziert und daher für die Praxis nicht geeignet.

D— im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die

~'*t}niw**l'·U*.. I—