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In
dem Arteriensystem eines Menschen, in dem der Blutdruck gemessen
werden soll, werden durch den linken Ventrikel des Herzens in der
Aorta Druckpulsationen erzeugt. Diese Pulsationen breiten sich in
dem Arteriensystem in Richtung auf die Peripherie aus und erreichen
letztere in etwa 0,1 Sekunden. Diese Pulsationen werden manchmal
in der Aorta aufgezeichnet, aber sie werden üblicherweise an einer peripheren
Stelle aufgezeichnet, und zwar mit Hilfe von Kanülen oder Kathetern, die durch
die Haut in den Körper
eingeführt werden
und die mit Hilfe von Leitungen und Sperrventilen mit einem Manometer
verbunden sind, das sich außerhalb
des Körpers
befindet. Sowohl die Form der Pulsationen als auch die des DC-Pegels,
auf dem sie überlagert
sind, sind für
experimentelle oder klinische Untersuchungen sowie für die Überwachung
von Patienten wichtig. Die aus dem Druckimpuls abgeleiteten Parameter,
die für
diese medizinischen Zwecke wichtig sind, sind der höchste bzw.
systolische Pegel, der niedrigste bzw. diastolische Pegel und der
wahre (integrierte) Mittelwert bzw. DC-Pegel von einem Herzschlag,
wie in 1 in einem Beispiel
von einer Druckwelle als Funktion der Zeit angegeben ist.
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Die
Arterien bilden ein weit verzweigtes System mit einem Hauptstrang
und seitlichen Abzweigungen, das in vielerlei Hinsicht einem Baum ähnelt. An
jeder Abzweigungsstelle, und auch entlang der Länge einer Arterie, verändern sich
die Ausbreitungseigenschaften des Systems als eine Folge des stetig
abnehmenden Durchmessers der Arterie und Nachgiebigkeit der Arterienwand.
Folglich treten Verzerrungen der Impulswelle auf, wobei sich in
diesem Fall die Amplitude und deren Form verändert. Wenn die Impulswelle
die peripheren vaskulären
Gefäße (beds)
eines Organs mit ihrem relativ hohen Strömungswiderstand erreicht, findet
die Hauptreflexion der Impulswelle statt, und die letztere kehrt
zur Aorta und zum Herzen zurück.
An dieser peripheren Reflexionsstelle findet die hauptsächliche
Verzerrung der Druckpulsation statt und führt normalerweise zu einer
Verstärkung
der Druckpulsation.
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Neben
der Ausbreitung der Impulswelle, die mit einem impulsartigen Druck
bzw. Strömungswelle
in Beziehung steht, gibt es auch eine stetige (DC) Blutströmung in
dem System vom Herzen zur Peripherie. Diese Strömung wird durch einen Druckgradienten
angetrieben, der normalerweise in der eher breiten Aorta und den größeren Arterien
vernachlässigbar
ist, der aber in kleineren Arterien größer ist, zum Beispiel in den
Extremitäten,
und der in den akralen Gebieten der Zirkulation am größten ist,
wie zum Beispiel in den Händen,
Füßen oder
Ohren. Die Folge von diesem Druckgradienten besteht darin, dass
der Druck in den peripheren Bereichen, wie zum Beispiel am Fußgelenk
oder am Handgelenk, kleiner ist als zentral in der Aorta.
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Es
gibt daher zwei Effekte, durch die die Druckpulsationen in dem Arteriensystem
verzerrt werden: 1) die Ausbreitung der Druckwelle, und 2) der Gradient
des Drucks. Beide sind in den peripheren Bereichen des Arteriensystems
am größten. In
Form einer Darstellung ist in 2 ein
Beispiel von einer simultanen Messung relativ zu der Zeit von dem
Blutdruck in der Aorta (Kurve a), der direkt hinter der Aortenklappe
gemessen wird, und dem Blutdruck (Kurve b) in dem Mittelfinger der
linken Hand der gleichen Person angegeben, aufgezeichnet in einer
Katheterisierungskammer.
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Idealerweise
sollte der Blutdruck daher zentral in der Aorta gemessen werden.
In der Praxis geschieht dies nur selten, da die Aorta tief im Körper des
Menschen liegt und von der Außenseite
nur mit Hilfe einer langen Leitung erreicht werden kann, die von
einer peripheren Stelle eingesetzt wird, wo die Arterien näher an der
Haut liegen. Daher muss man sich in vielen Bereichen der Medizin
mit den peripheren Druckwellenformen bzw. Pegeln zufrieden geben.
Dies hat an bestimmten peripheren Stellen zu einer Standardisierung
geführt, um
auf diese Weise so viele Erfahrung wie möglich zu sammeln und um in
der Lage zu sein, Anomalien bezüglich
der Messungen zu erkennen. Beispielsweise wird der Arteriendruck
in der Anästhesiologie
virtuell ausschließlich
unter Verwendung einer kleinen Kanüle gemessen, die perkutan in
die Speichenarterie am Handgelenk eingeführt wird, wobei durch die kleine
Kanüle
die Gefahr für
den Patienten vermindert wird. Andere medizinische Spezialisten
bevorzugten eine Punktion der brachialen Arterie am Ellenbogen,
da diese Stelle weniger peripher gelegen ist und sich näher an der
Stelle befindet, wo systolische (Maximum), diastolische (Minimum)
und mittlere Druckpegel der Pulsationen auch mit einer Manschette
gemessen werden. Dies erleichtert den Vergleich von invasiv und
nicht-invasiv gemessenen Drücken
an dieser Stelle.
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Seit
einiger Zeit ist es möglich,
Pulsationen an peripheren Stellen nicht-invasiv zu messen, d. h.
ohne Punktion der Haut und Einsetzen einer Kanüle. Zum Beispiel sind Druckmessvorrichtungen
bekannt, wie zum Beispiel das Finapres Blutdruckmessgerät, mit dem
kontinuierlich und zuverlässig
kalibrierte Arteriendrücke
im Finger eines Menschen unter Verwendung einer Volumenklemmtechnik
gemessen werden können.
Es wurden außerdem
Vorrichtungen entwickelt, um Pulsationen im Handgelenk und im Oberarm
zu messen. Solche Messungen sind natürlich Gegenstand der nachteiligen
Einflüsse
der Effekte von Druckausbreitung und Druckgradient, die mit invasiven
Messungen in Beziehung stehen. Die oben genannte Finapres-Vorrichtung
wird häufig von
medizinischen Spezialisten angewendet, die an proximalen, beispielsweise
brachialen, Arteriendrücken
im Oberarm interessiert sind und darin Erfahrung haben. Es wurden
hier Differenzen zwischen dem intrabrachialen Druck und dem Fingerdruck
gefunden, und in einer Anzahl von Publikationen sind die relative
Verschiebungen und Streuungen bezüglich der Druckpegel und Verzerrungen
der Impulswellenform beschrieben, mit dem Ergebnis, dass die Verbreitung
dieser Messungen in der Diagnose begrenzt ist.
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Um
diese Anwendbarkeit der Fingerdruckmessungen zu verbessern, besteht
eine offensichtliche und auch zufriedenstellende Lösung darin,
die Fingerdruckpegel auf Basis der Resultate von einem oder mehreren nicht-invasiv
gemessenen, systolischen und diastolischen Pegeln des Oberarms zu
kalibrieren. Dies kann leicht mit Hilfe eines Mikroprozessors durchgeführt werden,
um jeden Messwert zu korrigieren, der in der Fingerdruckwellenform
abgenommen wurde. Der auf diese Weise kalibrierte Fingerdruck kann
dann verwendet werden, um eine Veränderung des Blutdrucks von
Herzschlag zu Herzschlag zu überwachen
und aufzuzeichnen. Dieser Lösungsansatz
ist bekannt, hat jedoch eine Reihe von Nachteilen:
- 1) Obwohl die oberen (systolischen) und unteren (diastolischen)
Druckpegel der Fingerdruckwellenform auf diese Weise korrigiert
wurden, wird die Wellenform selbst hier lediglich gestreckt oder
gestaucht oder bezüglich
des Pegels, verschoben, aber nicht verändert. Jegliche Verzerrung
der Impulsform, die zwischen dem intrabrachialen Druck und dem Fingerdruck
vorhanden ist, bleibt unkorrigiert. Insbesondere ist dies hinsichtlich
der mittleren Druckpegel der Fall. Der mittlere Druckpegel von einem
brachialen Impulsdruck beträgt
normalerweise bis zu einem Drittel des Drucks des diastolischen
Pegels. Für
Fingerdruckpulsationen beträgt
er jedoch ein Viertel des Drucks des diastolischen Pegels. Da nach
der Korrektur die Impulsdrücke
identisch gemacht sind, aber die Wellenform nicht beeinflusst wurde,
wird der mittlere Druck der Fingerpulsation um etwa ein Zwölftel des
Impulsdrucks oder in einzelnen Fällen
um bis zu 20 mm Hg unterschätzt.
- 2) Die herkömmliche
nicht-invasive Technik zum Erhalten der systolischen und diastolischen
Druckpegel in der brachialen Arterie ist die sogenannte Riva-Rocci/Korotkoff-Technik
(RRK). Diese Technik hat die Tendenz zum Unterschätzen der
systolischen Druckpegel und zum Überschätzen der
diastolischen Druckpegel. Das Ergebnis davon besteht darin, dass
die intrabrachialen Impulsdrücke
durch die nicht-invasive Technik unterschätzt werden. In dem Fall von
Fingerdruckpulsationen, die durch Pegel korrigiert werden, die durch
die RRK-Technik erhalten werden, werden folglich die brachialen
Drücke
ebenfalls unterschätzt.
- 3) Die RRK-Technik kann nicht einfach mechanisiert werden. Das
Korotkoff-Rauschen, das unter der Manschette erzeugt wird und das
vom klinischen Personal gehört
wird, ist schwach und kann leicht durch Umgebungsgeräusche gestört werden.
Es kann auch unqualifiziertes medizinisches Personal und schlechte Computerprogramme
geben, wodurch es passieren kann, dass auskultatorische tote Lücken auftreten,
in denen keine Geräusche
gehört
werden, aber der diastolische Druck noch nicht erreicht wurde. Außerdem, abhängig von
Umständen,
die für
ein Computerprogramm nicht bekannt sind, wie zum Beispiel das Keuchen
eines Patienten, das er selbst physisch abgibt, müssen bei
der Erfassung und Interpretation von Geräuschen und Pegeln spezielle
Maßnahmen
in Betracht gezogen werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, die obigen Probleme zu überwinden
und allgemein, auf der Basis einer distal bestimmten Druckwellenform,
eine korrekte proximale Druckwellenform zu erhalten, in der die
Wellenform, die Druckimpulsamplitude und die relativen Pegel des
systolischen, diastolischen und mittleren Drucks alle qantitativ
korrekt sind und sich außerdem
auf dem korrekten proximalen Pegel befinden.
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Dies
wird gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Bestimmen einer
proximalen Arterienblutdruckwellenform in einer Person erreicht,
beginnend mit einer distal gemessenen Arteriendruckwellenform, durch,
erstens, Anwenden einer vom Alter abhängigen Wellenformfilterung
auf die distale Druckwellenform, um die proximale Druckwellenform
mit jeweils korrekten systolischen, diastolischen und mittleren
Druckpegeln zu erhalten, und dann durch Verschieben der gefilterten
Druckwellenform durch Kalibrieren auf den korrekten proximalen Druckpegel,
wobei die Druckwellenform und Pegel nicht-invasiv gemessen werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird dies durch eine Vorrichtung zur
Durchführung
des vorstehenden Verfahrens erreicht, wobei die Vorrichtung mit
einem Fingerblutdruckmessgerät,
das einen Messkopf und eine Fingerdruckmanschette aufweist, einer
Oberarm-Druckmanschette mit Elektromanometer, und einer Steuerungs-
und Verarbeitungseinheit, wobei diese Einheit zumindest einen inversen,
vom Alter abhängigen
Filter zur Filterung der arteriellen Fingerdruckwellenform aufweist,
und mit einer Kalibrierungsschaltung zum Verschieben der gefilterten
Druckwellenform auf den Brachialdruckpegel versehen ist.
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Die
Erfindung wird in größerem Detail
auf der Basis eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen:
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1 ein Beispiel von einer
Blutdruckwelle als eine Funktion der Zeit zeigt;
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2 ein Beispiel von einer
Blutdruckwelle in der Aorta und in einem Finger der gleichen Person
zeigt;
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3 ein Beispiel gemäß der Erfindung
von der erforderlichen Filterantwort für Personen verschiedenen Alters
zeigt;
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4 ein Beispiel gemäß der Erfindung
von einer Abschätzung
des Alters zeigt, die aus der Wellenform der Druckpulsation abgeschätzt ist;
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5 ein Beispiel gemäß der Erfindung
von einem Vergleich zwischen einer ursprünglichen intrabrachialen Druckpulsation,
einer ursprünglichen
nicht-invasiv gemessenen arteriellen Fingerdruckpulsation und einer
Druckpulsation zeigt, die aus der letztgenannten Druckpulsation
korrigiert ist;
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6 eine Darstellung von einer
Vorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt; und
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7 ein Beispiel von einem
neuronalen Netzwerk zeigt, das in der Vorrichtung aus 6 verwendet wird.
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Aus
dem Artikel "Reconstruction
of brachial arterial pulsation from finger arterial pressure" in Proc. 12th Int.
Conf. IEEE Eng Med Biol Soc 1990; 12: 1046–1047 (Gizdulich P., Wesseling
K. H.) ist bekannt, einen Filter zu verwenden, um die Pulsationen
zu filtern, die an dem Finger erhalten werden, um eine intrabrachiale Wellenform
zu approximieren. Es wurde jedoch herausgefunden, dass diese Filter
für die
oben genannte Approximation zu ungenau sind, und zwar insbesondere
bei älteren
Menschen. Es wurde nun überraschend
herausgefunden, dass ein altersabhängiges Filtern zufriedenstellend
ist. Zum Beispiel gibt 3 ein
Beispiel von der erforderlichen Filterantwort für Personen in drei verschiedenen
Altersstufen an (20, 40 und 60 Jahre). Für diese Kompensation muss das
Alter der Person oder des Patienten in die Filtervorrichtung eingegeben
werden, um für
jede Person die korrekte Filterwirkung zu erreichen. Dies macht
einen zusätzlichen
Vorgang erforderlich, aber dieser Vorgang kann vermieden werden,
indem der Filter mit einem künstlichen
neuronalen Netzwerk verbunden wird. Es wurde in der Tat unerwarteterweise
herausgefunden, dass das Alter einer Person zuverlässig aus
der Druckpulsation, die in dem Finger mit einem Fingerblutdruckmessgerät gemessen
wird, unter Verwendung eines gut trainierten neuronalen Netzwerks
abgeleitet werden kann.
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Aus
der Wellenform der arteriellen Druckpulsation, die zum Beispiel
in dem Finger gemessen wird, kann eine Abschätzung des Alters der Person
angegeben werden. 4 zeigt
eine Darstellung von der Wirksamkeit dieses Lösungsansatzes. Wenn das Alter
aus dieser Abschätzung
abgeleitet wird, kann es als ein Parameter in die Filtervorrichtung
eingegeben werden.
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Wenn
die korrekte Impulswellenform und Amplitude aus der inversen gefilterten
Wellenform erhalten wurde, dann ist eine Kalibrierung von einem
Druckpegel aus den verschiedenen möglichen Druckpegeln ausreichend,
nämlich
systolischer Pegel, diastolischer Pegel und mittlerer Pegel. Theoretisch
wird die beste Kalibrierung aus dem höchsten Druck erreicht, d. h.
dem systolische Druck. Diese Kalibrierung, die auf dem systolischen
Druck basiert, kann in einer geeigneten Weise unter Verwendung des
Zurück-zur-Strömung-Verfahrens
(return-to-flow) durchgeführt
werden. Dieses Verfahren wird selbst nicht häufig angewendet, da es lediglich
einen der beiden arteriellen Hauptdruckpegel zur Verfügung stellt,
aber in diesem Fall ist dieses Verfahren sehr vorteilhaft. In diesem
Fall wird eine Oberarm-Manschette sehr schnell auf einen suprasystolischen
Pegel aufgeblasen. Während
des nachfolgenden langsamen Abblasens wird der Druck der Manschette
in dem Moment abgelesen, in dem die erste Pulsation distal von der
Manschette stattfindet, wie sie beispielsweise in einer Ultraschall-Arterienströmungsgeschwindigkeitswelle
distal von der abblasenden Manschette erfasst wird, die von einem
Beobachter unter Verwendung eines Stethoskops, durch Abfühlen der
Speichenarterie im Handgelenk, durch Beobachtung einer Veränderung
der Farbe in der bleichen Haut oder durch Plethysmographie erfasst
wird.
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Eine
besonders vorteilhafte Lösung
wird erreicht, wenn die Oberarm-Manschette proximal von einem Fingerblutdruckmessgerät am gleichen
Arm angeordnet ist. In diesem Fall kann das Fingerblutdruckmessgerät verwendet
werden, um die erste Pulsation zu erfassen, die beim Abblasen unter
der Manschette durchströmt. Da
das Blutdruckmessgerät
bereits eine Druckluftquelle aufweist, kann das Aufblasen und Abblasen
der Manschette größtenteils
mit Hilfe verfügbarer
Komponenten durchgeführt
werden. Ein Zusatz zu dem Mikroprozessor-Programm innerhalb des
Blutdruckmessgeräts
ermöglicht
dann die Erfassung des Moments der Zurück-zur-Strömung und das Ablesen des entsprechenden
systolischen Oberarmdrucks.
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Eine
noch genauere Lösung
kann erreicht werden, wenn der systolische Druckpegel, der mit der
Zurück-zur-Strömung in
Beziehung steht, nicht direkt verwendet wird, um die Wellenform
zu verschieben, sondern in eine Regressionsgleichung eingegeben
wird, deren Koeffizienten aus einer Lern-Population von Personen
erhalten werden. Für
diesen Zweck wurde in einem Beispiel der Blutdruck von 53 Personen,
die bezüglich
des Alters von 22 bis 83 Jahren variierten, invasiv in der brachialen
Arterie gemessen und in dem Finger von dem kontralateralen Arm mit
einem Blutdruckmessgerät
gemessen, und systolische Drücke
wurden mit einer Manschette am Oberarm proximal von dem Fingerblutdruckmessgerät mit Hilfe
der Zurück-zur-Strömung gemessen.
Eine Regressionsgleichung wurde daraus entwickelt, und zwar wie
folgt: pfc (t) = pf(t) + 18.7 + 0.44prtfs – 0.34pfd 0.36pfs (1)wobei pc f(t) die gefilterte
korrigierte Fingerdruckwellenform als eine Funktion der Zeit ist,
pf(t) die altersabhängige inverse gefilterte Wellenform
ist, ps rtf der systolische
Zurück-zur-Strömung-Druck
ist, pd f der gefilterte
diastolische Druck ist, und pc f der
gefilterte systolische Druck ist.
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In
dem Fall, dass ein systolischer Zurück-zur-Strömung-Pegel nicht verfügbar ist, kann eine geeignete, aber
etwas weniger perfekte Korrektur in einer ähnlichen Weise unter Verwendung
von lediglich den Druckpegeln erreicht werden, die an der Fingerdruckpulsation
gemessen werden, und zwar gemäß: pfc (t) = pf(t)
+ 13.6 – 0.57pfd +0.19pfs (2)wobei die
Symbole die gleiche Bedeutung haben wie in der vorstehenden Gleichung.
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Es
ist bemerkenswert, dass die Fingerdruckpulsation gemäß der Erfindung
verwendet werden kann, um das Alter der Person zu erhalten, wonach
dann die Koeffizienten des altersabhängigen Filters bestimmt werden.
Durch diesen Filter wird schließlich
eine brachiale, arteriell-ähnliche
Pulsation erreicht, deren DC-Pegel unter Verwendung von Druckpegeln
des gefilterten Fingerdrucks korrigiert werden kann. Die Tatsache, dass
dies möglich
ist, ist ein Ergebnis einer offensichtlichen physiologischen Eigenschaft,
das niedrige Impulsdrücke
mit einem hohen DC-Druck nach unten gerichtet korrigiert werden
müssen,
wohingegen hohe Impulsdrücke
mit einem geringen DC-Druck nach oben korrigiert werden müssen.
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Eine
weitere Lösung
ist eine Korrektur des mittleren Druckpegels unter Verwendung eines
oszillometrischen mittleren Drucks von einer Oberarm-Manschette,
was eine bekannte und vollständig
automatisierte Technik mit akzeptierter Zuverlässigkeit ist.
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Noch
eine weitere Lösung
besteht darin, eine diastolische Pegelkorrektur durch einen RRK
oder einen oszillometrischen diastolischen Pegel zu erhalten. Da
dies der schwierigste Pegel ist, der nicht-invasiv erhalten werden
kann, ist die Verwendung dieser Lösung in der Tat möglich, aber
wenig vorteilhaft.
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Das
obige Verfahren ist nicht auf die Korrektur des Fingerdrucks auf
einen intrabrachialen Druck begrenzt, sondern kann auch für die Korrektur
von irgendwelchen distal gemessenen Druck hin zu einem etwas mehr
proximal oder zentral vorhandenen Druck verwendet werden, und umgekehrt.
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5 zeigt ein Beispiel von
der Wirkung der Erfindung bei einer einzelnen Druckwelle. Drei Impulse sind
angegeben, nämlich
die ursprüngliche
intrabrachiale Druckpulsation als Kurve a (dicke Linie), die ursprüngliche,
nicht-invasiv gemessene arterielle Fingerdruckpulsation als Kurve
b (dünne
Linie) und die korrigierte Druckpulsation als Kurve c (gestrichelte
Linie). Die rekonstruierte intrabrachiale Pulsation c ist relativ
zu der ursprünglichen
intrabrachialen Pulsation a zeitlich etwas verzögert, und zwar als ein Ergebnis
der Transportzeit in den Arterien von dem Arm zu dem Finger, und
als eine Folge der Filterverzögerung.
Die Steilheit des systolischen Aufwärtsbewegung und die allgemeine
Form sind nahezu identisch mit dem Original. Das gleiche betrifft
auch die Druckpegel, obwohl die Pegel nicht immer bei verschiedenen
Personen als so nahe zueinander gefunden werden, wie hier gezeigt
ist.
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Durch
die Verwendung des oben genannten Verfahrens, das mit der nachfolgend
beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird, wird ein proximaler
oder beispielsweise brachialer Blutdruck, der sowohl bezüglich der
Form als auch des Pegels korrekt ist, folglich aus einer nicht-invasiven
Aufzeichnung des distalen Drucks bzw. Fingerblutdrucks bestimmt.
Mit anderen Worten, der proximale Blutdruck, der durch eine Korrektur
aus diesem distalen Druck bzw. Fingerblutdruck bestimmt wird, kommt
ausreichend nahe an den Druck heran, der intraarteriell in der brachialen
Arterie gemessen wird, um somit gut in die Standards der Association
for the Advancement of Medical Instrumentation zu fallen.
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Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist schematisch in 6 dargestellt.
Sie weist ein bekanntes Standard-Fingerblutdruckgerät auf, beispielsweise
das kommerziell verfügbare
Ohmeda 2300 Finapres. Die Manschette 1 des Blutdruckmessgeräts wird
um einen Finger von der zu untersuchenden Person 13 gewickelt und
mit dem Messkopf des Blutdruckmessgeräts 3 verbunden. Eine
herkömmliche
Oberarm druckmanschette 4 wird um den gleichen Arm gewickelt,
wie der, an dem die Fingermanschette 1 angeordnet ist.
Die Mitte der Fingermanschette 1 und die Mitte der Oberarmmanschette 4 haben
den gleichen hydrostatischen Pegel. Die Oberarmmanschette 4 ist
mit Hilfe einer Leitungsverbindung mit einem T-Stück 5 verbunden.
Der Durchgangskanal von dem T-Stück 5 ist
mit einem elektrisch steuerbaren Wechselschalter 7 verbunden.
Die seitlichen Abzweigungen von dem T-Stück 5 ist mit einem
Elektromanometer 6 verbunden. Der Auslass des Wechselschalters 7 ist
mit einem zweiten elektrisch steuerbaren Wechselschalter 8 verbunden.
Der Auslass c von dem Wechselschalter 8 ist ohne Beschränkung zur
Außenluft
belüftet,
und der Auslass d des Wechselschalters 8 ist ebenfalls
zur Außenluft
mit Hilfe eines Ventils belüftet,
das lediglich einmal eingestellt werden muss. Der Auslass b des
Wechselschalters 7 ist mit einer Luftkammer 10 verbunden,
die von einer Luftpumpe 12 mit Hilfe eines Überdruckventils 11 beliefert
wird, das nur einmal eingestellt werden muss. Der Wechselschalter 7 wird mit
Hilfe eines Signals e eingestellt, der Wechselschalter 8 wird
mit Hilfe eines Signals g eingestellt, und die Pumpe wird mit Hilfe
eines Signals f ein- und ausgeschaltet. Die Signale e, f und g werden
von einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 14 geliefert,
beispielsweise ein Personalcomputer, der mit einer Echtzeit-Schnittstellenkarte
(RTI) ausgestattet ist. Das Messsignal x von dem Elektromanometer 6 und
das Messsignal y von dem Blutdruckmessgerät 3 werden einem Analog/Digital-Wandler zugeführt, der
auf der RTI-Karte vorgesehen ist. Diese RTI erzeugt ein Ausgangssignal
z mit Hilfe des Digital/Analog-Wandlers.
Dieses Ausgangssignal stellt die distale bzw. brachiale Blutdruckkurve
dar, die bezüglich
Form und Pegel korrigiert ist.
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Ein
Programm, das konstant die Signale x und y überwacht und das Signal z daraus
erzeugt, läuft
auf dem Computer. In dem Fingerblutdrucksignal y werden die Herzschläge erfasst,
und der obere Druck (systolischer Druck), der untere Druck (diastolischer
Druck) und der mittlere Druck werden gemessen und bestimmt. Beim
normalen Betrieb misst das Blutdruckmessgerät 3 den Fingerblutdruck
und erzeugt das Signal y. Dieses Signal wird abgetastet, gefiltert
und bezüglich
des Pegels verschoben, wonach das Ausgangssignal z erzeugt wird.
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Die
Betriebsart ist folgende. Der Wechselschalter 7 befindet
sich in Position a, und der Wechselschalter 8 befindet
sich in Position c. Die Manschette 4 ist folglich in Kommunikation
mit der Außenluft
und hat einen Druck von Null. Irgendein gewünschter Druck, der gleich Null
sein kann, herrscht in der Luftkammer 10. Zu einem bestimmten
Zeitpunkt, der durch den Computer oder durch einen Benutzer bestimmt
wird, wird die Luftpumpe 12 mit Hilfe des Signals f eingeschaltet.
Die Luftpumpe drückt
mit Hilfe des Ventils 11 für eine reguläre Periode
eine Luftmenge in die Luftkammer 10. Der Wechselschalter 7 wird
dann in Position b gebracht, und die Manschette 4 wird
schnell mit einem Druck gefüllt,
der etwa 50 mm Hg über
dem oberen Druck (systolischer Druck) liegt, der in dem Finger gemessen
wird. Der Manschettendruck wird mit Hilfe des Manometers 6 gemessen
und dem Computer mit Hilfe eines Signals x zugeführt. Der Wechselschalter 8 wird
dann in die Position d gebracht, und unmittelbar danach wird der
Wechselschalter 7 in die Position a gebracht, und die Luftpumpe 12 wird
ausgeschaltet. Der Druck in der Manschette 4 wird nun schrittweise
gleich dem der Außenseite
gemacht, und zwar mit Hilfe der Leitung, dem T-Stück 5,
den Wechselschaltern 7-a und 8-d sowie dem Ventil 9.
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Infolge
der Tatsache, dass die Manschette 4 anfänglich auf einen suprasystolischen
Druck aufgeblasen wurde, wurde die Blutzufuhr zu dem Finger angehalten,
und keine weiteren Pulsationen wurden durch das Blutmessgerät 3 aufgezeichnet
und von dem Computer in dem Signal y erfasst. Nach einiger Zeit
ist der Druck in der Manschette nun so weit abgefallen, dass er
sich unter dem Pegel des systolischen oberen Drucks befindet.
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Zu
diesem Zeitpunkt treten wieder erste kleine Pulsationen hindurch
und werden von dem Computer in dem Signal y erkannt. Dieses setzt
sich fort, bis beispielsweise 3 bis 5 Pulsationen in einem gleichförmigen Rhythmus
erkannt wurden. Die erste Pulsation gibt den Moment der Zurück-zur-Strömung an,
und der entsprechende Druck x, gespeichert in dem Speicher, in der
Manschette 4 ist der systolische Druck bzw. der obere Druck
in dem Oberarm. Dieser Druck wird dann verwendet, um die Pegelkorrektur
anzuwenden oder zu erneuern, die vorstehend in der Formel in Gleichung
(1) beschrieben wurde. Solange die Zurück-zur-Strömung-Bestimmung nicht verfügbar ist,
wird die Pegelkorrektur anhand der Formel in Gleichung (2) durchgeführt.
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Der
altersabhängige
Filter, der aus dem Fingerdruck eine Blutdruckkurve konstruiert,
die bezüglich
ihrer Form mit der Blutdruckkurve im Oberarm virtuell identisch
ist, hat die in 3 gezeigten
Eigenschaften. Die Filterwirkung wird durch eine Kaskaden-Verbindung
von drei Filtern erreicht. Der erste Filter ist ein High-Emphasis-Filter,
der eine Vertiefung an der Frequenz zeigt, wo die anfängliche
flache Charakteristik in eine ansteigende Charakteristik zweiter
Ordnung übergeht.
Frequenz und Tiefe der Vertiefung hängen vom Alter ab. Auf den
ersten Filter folgt ein zweiter und ein identischer dritter Filter.
Dies sind Tiefpassfilter erster Ordnung mit einer Abschaltfrequenz,
die wiederum vom Alter abhängt.
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Das
Folgende ist ein Computerprogramm, das den gewünschten Filter simuliert:
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Dieser
Altersfilteralgorithmus kann auf Basis der Antworten aus 3 eingestellt werden, wobei
die logarithmische Relation zwischen der Frequenz und dem Alter
in einer speziellen Weise abgeleitet wird.
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Es
ist jedoch gemäß der Erfindung
möglich,
für den
altersabhängigen
Filter ein neuronales Netzwerk zu verwenden, wie als ein Beispiel
in 7 angegeben. Dieses
Netzwerk enthält
beispielsweise einen Eingabeschicht R, eine erste Neuronschicht
NL1 und eine zweite Neuronschicht NL2. Eine Kurve wird in die Eingabeschicht
eingegeben, und das Netzwerk berechnet das Alter mit Hilfe eines
nicht-linearen Filters (Neuron). Auf diese Weise erhält das Netzwerk
an der Eingabe R die Werte der Ableitung der Druckkurve in zeitlichen Intervallen
von 20 ms. In der Eingabeschicht gibt es 22 dieser Eingaben. Die
erste Eingabe erfordert den Wert der Ableitung zu Beginn des Herzschlags,
die zweite Eingabe erfordert den Wert 20 ms später, usw., bis die ersten 20
Eingaben einen Wert erhalten haben. Eingabe 21 empfängt den
Wert des mittleren Blutdrucks, und Eingabe 22 empfängt den
Wert der Herzfrequenz. Diese Eingabewerte breiten sich anhand bekannten
Gewichtungsfaktoren W1, die gefunden werden, indem ermöglicht wird,
dass das Netzwerk aus bekannten Wellenformen und Altern lernt, zu
einer Zwischenschicht S1 von nicht-linearen Knoten aus. Durch einen
zweiten Satz von Gewichtungsfaktoren W2, die auf die gleiche Weise
erhalten wurde wie die Voreinstellungen B1 und B2, breiten sich
die Ausgangssignale A1 von den Zwischenknoten zur Ausgabe S2 aus.
Aus dieser Ausgabe wird ein eindimensionales Ausgabesignal A2 erhalten,
mit Hilfe dessen das geschätzte
Alter in Jahren angegeben wird.
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Um
das volle Ausmaß der
Effektivität
des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei Druckpegeln
anzugeben, werden nachstehend Ergebnisse angezeigt, die von Personen
im Alter von 20 bis 80 Jahren erhalten wurden. Einige von ihnen
waren junge gesunde Freiwillige, und andere waren Patienten, von denen
angenommen wurde, dass sie eine (Manschette) Hyperonie haben, während andere
gesunde ältere Personen
waren. Die mittleren intrabrachialen Druckpegel und die Standardabweichung
der Gruppe sind in der nachfolgenden Tabelle unter "brachial" spezifiziert. Weitere
Paare in den Spalten spezifizieren die mittleren Differenzen und
die Standardabweichung des Fingerblutdrucks relativ zu dem intrabrachialen
Druck (fin-bra) für den
alterabhängigen
gefilterten Fingerdruck (filt-bra), für den gefilterten Fingerdruck,
verschoben gemäß der zweiten
Gleichung ohne Zurück-zur-Strömung (verschoben),
und schließlich
für den
gefilterten Fingerdruck nach Zurückzur-Strömung-Korrektur
gemäß der ersten
Gleichung (korrigiert).
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Die
Drücke
und Differenzen sind als mittlere Abweichung und Standardabweichung
angegeben. Vier Ergebnisse sind angegeben, nämlich für den systolischen Druck (s),
für den
diastolischen Druck (d), für
den mittleren Druck (m) und für
den Impulsdruck (p). Der Pulsdruck ist kein unabhängiger Messwert,
da er die Differenz zwischen dem systolischen und dem diastolischen
Druck angibt. Die Zurück-zur-Strömung-korrigierten Ergebnisse
werden aus einer Untergruppe von 29 meist älteren Personen erhalten, von
denen ein Zurück-zur-Strömung-Messwert
verfügbar
war. Die mittlere Differenz und die Standardabweichung liegen in
den AAMI-Grenzen (±5 ± 8 mm
Hg) und sind klein genug, so dass ein kontinuierliches brachiales
Drucksignal zur Überwachung
und teilweise für
Diagnosezwecke erhalten wird.