DE102010014761A1 - Method for determining heart rate, respiration rate, pulse wave running time and medium blood pressure of patient, involves preparing control-and-evaluation unit to determine pressure of patient and output at control-and display unit - Google Patents
Method for determining heart rate, respiration rate, pulse wave running time and medium blood pressure of patient, involves preparing control-and-evaluation unit to determine pressure of patient and output at control-and display unit Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Vitalparameter Atemfrequenz, Herzfrequenz und des mittleren Blutdrucks eines Patienten mittels Elektro-Impedanz-Plethysmographie.The present invention relates to a method and a measuring device for determining the vital parameters respiratory rate, heart rate and the mean blood pressure of a patient by means of electro-impedance plethysmography.
Die Atemfrequenz ist ein bedeutsames Indiz für den Gesundheitszustand eines Patienten. Die Erfassung der Atemfrequenz wird mit den heute verfügbaren medizinischen Monitoren bereits im Rahmen einer Routineüberwachung im Bereich der Intensivmedizin durchgeführt. Hierfür stehen maschinelle Beatmungsgeräte, bzw. Atmungs-unterstützende Geräte zur Verfügung.The respiratory rate is a significant indicator of the health of a patient. The recording of the respiratory rate is already carried out with the medical monitors available today as part of a routine monitoring in the field of intensive care. For this purpose, mechanical respirators or respiratory assistive devices are available.
Für mobile Patienten stehen zur Überwachung der Herz-Kreislauffunktion mobile physiologische Monitore zur Verfügung, mit deren Hilfe das Elektro-Kardiogramm (EKG) des Patienten erfasst, aufgezeichnet, angezeigt und in vielen Fällen drahtlos per Funkschnittstelle an eine Überwachungszentrale weitergeleitet wird. Diese Monitore sind Batterie-betrieben und ermöglichen damit eine mobile Überwachung von mobilen Patienten. Dies ergibt die Möglichkeit eines EKG-Monitoring von Herz-Kreislauf-Parametern bei einer Vielzahl von Patienten, ohne dass eine routinemäßige ganztägige Unterbringung auf der Intensivstation eines Krankenhauses notwendig ist. Eine solches System zur Überwachung von EKG-Signalen mit Funk-Datenübertragung ist in der
Für die Überwachung der Atemaktivität werden für Patienten ohne Atemwegszugänge mittels Masken oder Tuben Messungen mittels Brust- und Bauchbändern oder Impedanzmessungen durchgeführt.For the monitoring of the respiratory activity for patients without airway access via masks or tubes, measurements are carried out by means of thoracic and abdominal ligaments or impedance measurements.
Aus der
Das Verfahren dient der Ermittlung der Atemfrequenz aus dem Gefäßdruck mit Berücksichtigung der Abhängigkeit des Gefäßdrucks vom Thoraxdruck. Die Größenordnung des Thoraxdruckes ist abhängig von der Art der Atmung, wie beispielsweise von einer tiefen oder flachen Atmung eines Patienten.The method is used to determine the respiratory rate from the vessel pressure, taking into account the dependence of the vessel pressure on the chest pressure. The magnitude of the chest pressure depends on the type of breathing, such as a deep or shallow breathing of a patient.
Bei der Elektro-Impedanz-Plethysmographie wird ein Wechselstromwiderstand eines Körpersegmentes in der Umgebung eines Gefäßes, z. B. am Schlüsselbein oder am Handgelenk gemessen. Das Blut im Gefäß unterscheidet sich vom umliegenden Gewebe durch einen deutlich geringeren Wechselstromwiderstand, sodass der in der Umgebung gemessene Wechselstromwiderstand sehr stark durch die Gefäßweitung beeinflusst wird.In electro-impedance plethysmography, an AC resistance of a body segment in the environment of a vessel, e.g. B. measured on the collarbone or wrist. The blood in the vessel differs from the surrounding tissue by a significantly lower AC resistance, so that the AC resistance measured in the environment is greatly influenced by the vessel expansion.
Aus der Literatur (z. B.
Die Gefäßplethysmographie dient im Allgemeinen als diagnostisches Verfahren zur Erfassung von Gefäßeigenschaften, wie beispielsweise Gefäßweitungen. Ausgewertet werden Kurvenform, Amplitude, Frequenz und Verlauf als Funktion der Zeit des Messsignals. Hieraus können wichtige Informationen für Aussagen über den Zustand der Gefäße, das Herz-Kreislaufsystem gewonnen werden.Vessel plethysmography generally serves as a diagnostic method for detecting vascular characteristics, such as vascular dilations. The curve shape, amplitude, frequency and course are evaluated as a function of the time of the measurement signal. From this, important information can be obtained for statements about the condition of the vessels, the cardiovascular system.
Aus der
An der Oberarmmanschette ist eine Haupteinheit angeordnet, in der in einer Signalverarbeitungseinheit eine Auswertung von Sensorsignalen vorgenommen wird. Die Sensoren erfassen einen Blutfluss, einen Puls, einen Blutdruck und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Pulswelle.At the upper arm cuff a main unit is arranged, in which an evaluation of sensor signals is carried out in a signal processing unit. The sensors detect a blood flow, a pulse, a blood pressure and the propagation velocity of the pulse wave.
In der Signalverarbeitungseinheit sind Artefaktfilter, Analog-Digital-Wandlung und Einheiten zur Berechnung, Kalibrierung, sowie Schnittstellen zur Speicherung und Ausgabe von Daten vorhanden.The signal processing unit includes artifact filters, analog-to-digital conversion and units for calculation, calibration, and interfaces for storing and outputting data.
In vielen Fällen wird zur Bestimmung der Gefäßeigenschaften anstatt der Elektro-Impedanzplethysmographie die Photoplethysmographie verwendet, wobei Licht, vorzugsweise unterschiedlicher Wellenlängen, abhängig vom Sättigungsgrad des Hämoglobins mit Sauerstoff absorbiert wird und von der Erfassung dieses Sättigungsgrades als Funktion der Zeit direkt auf die Atemfrequenz geschlossen werden kann. Dieses Verfahren ist auch als Pulsoximetrie bekannt oder auch als SpO2-Messung sehr weit verbreitet und genutzt. Allerdings ist bedingt durch den Betrieb der Lichtquelle für die Photoplethysmographie eine kontinuierliche ausreichende Versorgung mit Energie erforderlich.In many cases photoplethysmography is used to determine vascular properties rather than electro-impedance plethysmography, whereby light, preferably different wavelengths, is absorbed with oxygen depending on the degree of saturation of the hemoglobin and can be directly deduced from the detection of this degree of saturation as a function of time , This method is also known as pulse oximetry or very widely used and used as SpO 2 measurement. However, due to the operation of the light source for photoplethysmography, a continuous sufficient supply of energy is required.
Das Verfahren der Photoplethysmographie bietet sich vor allem bei Patienten an, deren Sauerstoffsättigung aus physiologischen, diagnostischen oder therapeutischen Gründen ohnehin kontinuierlich überwacht werden muss.The method of photoplethysmography is particularly suitable for patients whose oxygen saturation must be monitored continuously for physiological, diagnostic or therapeutic reasons anyway.
Dabei muss bedacht werden, dass dabei zur Bestimmung der Sauerstoffsättigung des Blutes nur eine kurze Einschaltdauer von insgesamt wenigen Sekunden erforderlich ist. Ein quasi-kontinuierlicher Betrieb zur Überwachung der Sauerstoffsättigung ist damit mit Hilfe der Photoplethysmographie ist daher auf zyklische Weise mit kurzzeitigen Einschaltintervallen möglich. Damit kann die Sauerstoffsättigung sogar mit tragbaren Geräten ohne große Energiespeicherkapazitäten und somit ohne wesentliche Einschränkungen der Bewegungsfreiheit eines mobilen Patienten möglich. It must be remembered that to determine the oxygen saturation of the blood only a short duty cycle of a total of a few seconds is required. A quasi-continuous operation for monitoring the oxygen saturation with the help of photoplethysmography is therefore possible in a cyclic manner with short-term switch-on intervals. Thus, the oxygen saturation even with portable devices without large energy storage capacities and thus without significant restrictions on the freedom of movement of a mobile patient possible.
Für eine exakte Bestimmung der Atemfrequenz hingegen ist eine kontinuierliche Messung nur auf Basis einer eine einige Minuten andauernden Einschaltzeitdauer mit Erfassung mehrerer Atemzüge möglich. Nachteilig ist hierbei, dass gemäß des Standes der Technik die autarke Energieversorgung vergleichsweise große Energiespeicherkapazitäten, beispielsweise in Form von Batterien oder Akkumulatoren erforderlich macht. Ein kontinuierlicher Betrieb einer Atmungs-Überwachung mittels der Photoplethysmographie ist damit insbesondere bei tragbaren Geräten nicht ohne erhebliche Beeinträchtigungen der Bewegungsfreiheit eines mobilen Patienten möglich.For an exact determination of the respiratory rate, however, a continuous measurement is only possible on the basis of a several minutes lasting on-time with detection of multiple breaths. The disadvantage here is that according to the prior art makes the self-sufficient energy supply comparatively large energy storage capacities, for example in the form of batteries or accumulators required. A continuous operation of a respiratory monitoring by means of photoplethysmography is thus not possible without significant impairment of the freedom of movement of a mobile patient, especially in portable devices.
Zur nicht-invasiven Blutdruckmessung sind oszillatorische Blutdruckmessgeräte mit Oberarmmanschette bekannt. Dabei wird in zyklischen Abständen die Manschette mit Luft soweit aufgepumpt, dass der Blutfluss durch den Oberarm blockiert wird. Der Druck, der über die Manschette von außen angelegt ist, wird gemessen und stellt ein Maß für den Blutdruck im blockierten Gefäß dar. Über eine kontinuierliche Erfassung eines Herzschlagsignals oder eine Erfassung und Auswertung der sogenannten Korotkow-Geräusche wird der Ablauf der Blutdruckmessung gesteuert.For non-invasive blood pressure measurement, oscillatory sphygmomanometers with a humeral cuff are known. In cyclic intervals, the cuff is inflated with air until the blood flow through the upper arm is blocked. The pressure that is applied via the cuff from the outside, is measured and provides a measure of the blood pressure in the blocked vessel. About a continuous detection of a heartbeat signal or detection and evaluation of the so-called Korotkow sounds, the flow of blood pressure measurement is controlled.
Mit Hilfe der Korotkow-Geräusche werden verschiedene Stadien der Beeinflussung des Blutflusses in den Gefäßen erfasst und darauf basierend unterschiedliche Druckniveaus in der Manschette erzeugt, um den systolischen und diastolischen Messwert zu erfassen.The Korotkov sounds are used to record various stages of blood flow in the vessels and, based on this, generate different pressure levels in the cuff to record the systolic and diastolic readings.
Nachteilig an dieser oszillatorischen Messung mittels der Oberarmmanschette ist einerseits die Einschränkung der Bewegungsfreiheit des Patienten, andererseits werden durch die Kompression der Manschette die Gefäße bei längerer Anwendung geschädigt. Eine kontinuierliche Anwendung ist ebenfalls nicht möglich, da sich sonst die Elastizität der Blutgefäße verändern würde, was eine Verfälschung der Blutdruckmesswerte ergeben würde. Es ist eine Rekonvaleszenz-Zeit erforderlich, damit die Blutgefäße nach einer Messung wieder die ursprüngliche Elastizität aufweisen.A disadvantage of this oscillatory measurement by means of the humeral cuff on the one hand, the restriction of freedom of movement of the patient, on the other hand, the vessels are damaged by prolonged use by the compression of the cuff. Continuous use is also not possible, as otherwise the elasticity of the blood vessels would change, which would result in a falsification of the blood pressure readings. It requires a convalescence time, so that the blood vessels after a measurement again have the original elasticity.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messanordnung und ein verbessertes Verfahren für die kontinuierliche Bestimmung der Vitalparameter eines mobilen Patienten zu entwickeln.It is the object of the present invention to develop an improved measuring arrangement and an improved method for the continuous determination of the vital parameters of a mobile patient.
Die Aufgabe für das Verfahren wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object of the method is achieved according to the invention with the features of
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 aufgeführt.Advantageous embodiments of the method are listed in the subclaims 2 to 5.
Die Aufgabe für die Vorrichtung Verfahren wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.The object of the device method is achieved according to the invention with the features of claim 5.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen 6 bis 9 aufgeführt.Advantageous embodiments of the device are listed in the
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung der Atemfrequenz mittels Elektro-Impedanzplethysmographie überwindet bei der Messung die Abhängigkeit des Gefäßdrucks vom Thoraxdruck. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Betrieb der Elektro-Impedanzplethysmographie wird ein leistungsarmer, batteriebetriebener Betrieb eines mobilen Messgerätes ermöglicht.The method according to the invention for determining the respiratory rate by means of electro-impedance plethysmography overcomes in the measurement the dependence of the vessel pressure on the thorax pressure. By using the method according to the invention for the operation of the electro-impedance plethysmography, a low-power, battery-operated operation of a mobile measuring device is made possible.
Die Größenordnung des Thoraxdrucks ist vom Atemmuster des spontan atmenden Patienten abhängig. Bei einer flachen, schnellen Atmung ergeben sich geringe Druckwechsel zwischen der Ein- und Ausatmung von ungefähr ±5 mbar, bei einer tiefen, schnellen Atmung kann ein Druckwechsel den Wert von ungefähr ±20 mbar erreichen. Ein erhöhter Atemwegswiderstand erhöht bei gleichem Atemmuster die Amplitude des Druckwechsels. Die Frequenzen der Atmung liegen durchschnittlich zwischen 0,1 Hz und 1 Hz und sind in der Regel frei von Oberwellen, da Brustkorb- und/oder Zwerchfellbewegungen als anregende Bewegungen selbst oberwellenarm sind. Die Druckwechsel der Atmung überlagern sich mit dem deutlich stärkeren Druckwechsel, der vom Bluttransport in den Gefäßen verursacht wird und mit der Herzfrequenz korrelierend regelmäßig und alternierend schwankt.The magnitude of chest pressure depends on the breathing pattern of the spontaneously breathing patient. In a flat, fast breathing, small pressure changes between the inhalation and exhalation of about ± 5 mbar, with a deep, rapid breathing, a pressure change can reach the value of about ± 20 mbar. An increased airway resistance increases the amplitude of the pressure change with the same breathing pattern. The frequencies of respiration are on average between 0.1 Hz and 1 Hz and are usually free of harmonics, since chest and / or diaphragm movements as stimulating movements themselves are low in harmonics. The pressure changes of the breathing are superimposed with the much stronger pressure change, which is caused by the blood transport in the vessels and fluctuates with the heart rate correlating regularly and alternately.
Die Amplitude des Druckwechsels vom Bluttransport liegt bei 100 mbar bis 270 mbar, wobei die zugehörige Grundfrequenz in einem Bereich zwischen 0,5 Hz und 5 Hz liegt und zudem deutliche Oberwellen als zwei- und dreifache Harmonische der Grundfrequenz aufweist. Die Blutdruckangabe von 100 mbar entspricht ungefähr einem Wert von 72 Millimeter Quecksilbersäule (mmHg), 270 mbar entsprechen ungefähr 200 mmHg. Eine Angabe in Millimeter Quecksilbersäule (mmHg) ist im Bereich der medizinischen Diagnostik gebräuchlicher als eine Angabe in mbar oder Hektopascal (HPa). Das Gefäßsystem selbst als Tiefpass reduziert weitere höhere Frequenzen.The amplitude of the pressure change of the blood transport is 100 mbar to 270 mbar, the associated fundamental frequency is in a range between 0.5 Hz and 5 Hz and also has significant harmonics as two- and three-fold harmonics of the fundamental frequency. The blood pressure indication of 100 mbar corresponds approximately to a value of 72 millimeters of mercury (mmHg), 270 mbar corresponds to approximately 200 mmHg. An indication in millimeters of mercury (mmHg) is more common in medical diagnostics than an indication in mbar or hectopascal (HPa). The vascular system even as a low pass reduces further higher frequencies.
Als Störgrößen wirken insbesondere kurzfristige Veränderungen des umliegenden Gewebes, wie z. B. der Muskeln auf die Druckamplituden ein. Die veränderte, äußere Spannung wirkt sich auf die Dehnbarkeit der Gefäße aus und kann beispielsweise bei Erhöhung des äußeren Drucks der Muskeln den Gefäßdruck vermindert erscheinen lassen, ohne die Druckverhältnisse im Gefäß prinzipiell verändert zu haben.In particular short-term changes of the surrounding tissue, such as. B. the muscles on the pressure amplitudes. The altered, external tension has an effect on the distensibility of the vessels and, for example, can cause the vessel pressure to diminish as the external pressure of the muscles increases, without fundamentally changing the pressure conditions in the vessel.
Besonders bei solchen Störgrößen, die während der Messdauer periodisch mit einer Frequenz im Bereich der Atemfrequenz auftreten, ist eine klare Abgrenzung zu den der Atmung zugehörigen Signalanteilen schwierig. Eine geeignete Messanordnung zur Bestimmung der Herzfrequenz, der Atemfrequenz, der Pulswellenlaufzeit und des mittleren Blutdrucks eines Patienten mittels Elektro-Impedanz-Plethysmographie umfasst üblicherweise eine Steuer- und Auswerteeinheit, die über mindestens zwei Elektroden mit dem Körper des Patienten verbunden ist und durch die ein Wechselstrom einer Frequenz im Bereich von 50 kHz bis 100 kHz eingespeist wird. Die eingespeiste Stromstärke liegt dabei im Bereich von einigen μA mit einer Leistung von ca. 0,05 μW.Especially with such disturbances that occur periodically during the measurement period with a frequency in the range of the respiratory rate, a clear distinction from the respiratory associated signal components is difficult. A suitable measuring arrangement for determining the heart rate, the respiratory rate, the pulse wave transit time and the mean blood pressure of a patient by means of electro-impedance plethysmography usually comprises a control and evaluation unit which is connected to the body of the patient via at least two electrodes and through which an alternating current a frequency in the range of 50 kHz to 100 kHz is fed. The injected current is in the range of a few μA with a power of approx. 0.05 μW.
Die geeignete Messanordnung umfasst weiterhin einen Datenspeicher, eine Datenschnittstelle, eine Positions-Auswerteeinheit, eine Energieversorgungseinheit, einen Positionssensor, sowie eine Bedien- und Anzeigeeinheit.The suitable measuring arrangement further comprises a data memory, a data interface, a position evaluation unit, a power supply unit, a position sensor, and an operating and display unit.
Die Positions-Auswerteeinheit ist in Verbindung mit dem Positionssensor dazu ausgebildet, die horizontale oder vertikale Lage des Oberkörpers des Patienten zu erkennen und die horizontale von der vertikalen Lage des Oberkörpers des Patienten zu unterscheiden und als eine Positionsinformation der Steuer- und Auswerteeinheit bereitzustellen. Die Positionsinformation wird zur Normierung der Pulswellenlaufzeit und/oder Pulswellengeschwindigkeit auf die aufrechte oder nicht-aufrechte Lage des Oberkörpers des Patienten verwendet.The position evaluation unit is designed in conjunction with the position sensor to detect the horizontal or vertical position of the upper body of the patient and to distinguish the horizontal from the vertical position of the upper body of the patient and to provide as position information of the control and evaluation unit. The position information is used to normalize the pulse wave transit time and / or pulse wave velocity to the upright or non-upright position of the patient's upper body.
Die Einspeisung des Wechselstroms erfolgt so, dass die Stromrichtung und die Blutflussrichtung in der strom-durchflossenen Körperumgebung eine Achse bilden. Die gewählte Körperumgebung dient dabei zur Messung der Gefäßweitung und sollte vorzugsweise wenig äußeren Druckveränderungen durch Muskelbewegungen ausgesetzt sein. Ein bevorzugter Messort dazu ist beispielsweise im Bereich des Schlüsselbeins oder an der Schulter des Patienten.The feeding of the alternating current is such that the current direction and the blood flow direction in the current-flowing body environment form an axis. The chosen body environment serves to measure the vessel expansion and should preferably be exposed to little external pressure changes due to muscle movements. A preferred measuring location for this purpose is, for example, in the area of the clavicle or on the shoulder of the patient.
Die Amplitude des Wechselspannungssignals ist mit der Gefäßweite moduliert, wobei eine kleine Amplitude einem engen Gefäßzustand entspricht und eine Weitung des Gefäßes zu einem Anstieg der Signalamplitude führt.The amplitude of the alternating voltage signal is modulated with the vessel width, wherein a small amplitude corresponds to a narrow vessel state and a widening of the vessel leads to an increase in the signal amplitude.
Der von der Steuer- und Auswerteeinheit zu erfassende Frequenzbereich reicht mit bis zu 10 Hz an die dritte Oberwelle des Bluttransports.The frequency range to be detected by the control and evaluation unit reaches up to 10 Hz to the third harmonic of the blood transport.
Eine Auswertung der zweiten und dritten Oberwelle ermöglicht die Abgrenzung der den Druckveränderungen des Gefäßsystems und Bluttransports zugehörigen Signalanteile von im Signal enthaltenen Anteilen, die durch äußere Druckveränderungen und Störgrößen bedingt sind. Aus Messversuchen ist bekannt, dass äußere Störgrößen mit steilen Gradienten im Signalverlauf der zweiten und dritten Oberwelle korreliert sind.An evaluation of the second and third harmonic enables the delimitation of the signal components of signals contained in the signal, which are caused by external pressure changes and disturbance variables, associated with the pressure changes of the vascular system and blood transport. From measurement experiments it is known that external disturbances are correlated with steep gradients in the signal curves of the second and third harmonic waves.
Um die Oberwellen-Auswertung mit ausreichender Trennschärfe durchführen zu können wird in bevorzugter Weise eine Überabtastung angewendet, wobei die mindestens erforderliche Abtastrate bei 100 Hz oder höher liegt.In order to be able to perform the harmonic evaluation with sufficient selectivity, an oversampling is preferably used, the at least required sampling rate being 100 Hz or higher.
In weiter bevorzugter Weise ist es vorteilhaft, eine Abtastrate von mindestens 200 Hz zu wählen, um auch Störeinflüsse aus elektrischen Netzspannungsfeldern mit einer Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz, sowie Störungen von Vorschaltgeräten und Startelementen von Leuchtstofflampen mit der doppelten Netzfrequenz in Verbindung mit der Oberwellen-Auswertung eliminieren zu können.In a further preferred manner, it is advantageous to select a sampling rate of at least 200 Hz, to also interference from mains electrical voltage fields with a mains frequency of 50 Hz or 60 Hz, as well as disturbances of ballasts and starting elements of fluorescent lamps with twice the mains frequency in conjunction with the harmonics Eliminate evaluation.
Vorzugsweise erfolgt die Messung über ein zusätzliches Messelektrodenpaar in einer 4-Elektroden-Anordnung. Hier liegt der Vorteil in einer fast stromlosen Messung des Spannungsabfalls, der unabhängig von den Übergangswiderständen zwischen den Elektroden und der Haut bestimmt werden kann.The measurement is preferably carried out via an additional measuring electrode pair in a 4-electrode arrangement. Here lies the advantage in an almost currentless measurement of the voltage drop, which can be determined independently of the contact resistance between the electrodes and the skin.
Das gemessene Signal besteht aus einem Wechselspannungssignal als Maß für die Impedanz der strom-durchflossenen Körperumgebung bedingt durch den eingespeisten Wechselstrom mit einer Trägerfrequenz von beispielsweise 50 kHz. Neben den eingespeisten und messtechnisch erfassten und dem Gefäßdruck zugehörigen Wechselspannungssignalen wird von den Elektroden die überlagerte Herzaktivität als ein Elektro-Kardiogramm (EKG) und als ein Pulssignal erfasst.The measured signal consists of an alternating voltage signal as a measure of the impedance of the current-flowing body environment due to the fed alternating current with a carrier frequency of for example 50 kHz. In addition to the input and metrologically detected and the vessel pressure associated AC signals, the superimposed heart activity is detected by the electrodes as an electrocardiogram (ECG) and as a pulse signal.
Durch die im Gegensatz zu den Frequenzen des Gefäßdrucks hohe Trägerfrequenz von 50 kHz bis 100 kHz sind einerseits Möglichkeiten der weiteren Signalverarbeitung mittels Filterung, Glättung, Offset-Eliminierung, usw. gewährleistet. Weiterhin ergibt sich die Möglichkeit, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl die Gefäßweitung, d. h. den dem Bluttransport folgenden Druckwechsel in den Blutgefäßen, als auch die Atmung des Patienten mit einer einzigen Messanordnung zu erfassen und die Signale der Gefäßweitung und der Atmung voneinander zu separieren. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, die der Gefäßweitung zugehörigen Signale und die der Atmung zugehörigen Signale von den Druckeinflüssen des Bluttransports, der Herzrate und Muskel-bedingten Störeinflüssen, sowie die Atmung des Patienten zusätzlich von äußeren frequenzselektiven Störgrößen, wie etwa dem durch die Netzfrequenz von 50 Hz oder 60 Hz und deren Oberwellen im Bereich von 100 Hz bis 200 Hz bedingten Störeinfluss zu unterscheiden.By contrast to the frequencies of the vessel pressure high carrier frequency of 50 kHz to 100 kHz on the one hand possibilities of further signal processing by means of filtering, smoothing, offset elimination, etc. guaranteed. Furthermore, there is the possibility of using the method according to the invention, both the vessel widening, ie the blood pressure following the pressure change in the blood vessels, as well as the respiration of the To detect patients with a single measuring device and to separate the signals of vascular dilation and respiration from each other. In addition, there is the possibility that the signals associated with the vessel dilation and the respiration-related signals from the pressure influences of the blood transport, the heart rate and muscle-related disturbances, as well as the respiration of the patient from external frequency-selective disturbances, such as by the power frequency of 50 Hz or 60 Hz and their harmonics in the range of 100 Hz to 200 Hz conditional to distinguish interference.
Zu einer Bewertung der Signalgüte wird vorzugsweise das Signal der Herzfrequenz hinsichtlich Amplituden, Amplitudenverlauf und Signal- zu Rausch-Abstand herangezogen.For an evaluation of the signal quality, preferably the signal of the heart rate with respect to amplitude, amplitude profile and signal-to-noise ratio is used.
Durch eine Faltung des Signals mit der Trägerfrequenz wird das Rohsignal demoduliert und ein Nutzsignal extrahiert.By convolving the signal with the carrier frequency, the raw signal is demodulated and a useful signal is extracted.
Durch Demodulation, beispielsweise mittels Gleichrichtung, sind die Nutzfrequenzen der Atmung im Bereich 0,1 Hz bis 1 Hz, und die Nutzfrequenzen des Bluttransportes im Bereich 1 Hz bis 3 Hz signaltechnisch von der Trägerfrequenz abgrenzbar.By demodulation, for example by means of rectification, the useful frequencies of respiration in the range 0.1 Hz to 1 Hz, and the useful frequencies of the blood transport in the
Zur Erkennung einzelner Frequenzen bieten sich als geeignete Ausführungsformen verschiedene Methoden der Signalverarbeitung an, wie beispielsweise die Diskrete Fourier Transformation (DFT), die Fast Fourier Transformation (FFT), Autokorrelation, Korrelation des Nutzsignals mit einem Vergleichs-Nutzsignal, Korrelation mit einem Vergleichs-Störsignal, Korrelation mit einem Vergleichs-Rauschsignal, im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 200 Hz durchstimmbare Filter und spektrale Selektionsverfahren auf Basis phasenselektiver Gleichrichtung (Lock In-Verfahren).Various modes of signal processing, such as the Discrete Fourier Transformation (DFT), the Fast Fourier Transformation (FFT), autocorrelation, correlation of the useful signal with a comparison useful signal, correlation with a comparison interference signal, are suitable for the detection of individual frequencies , Correlation with a comparison noise signal, in the frequency range from 0.1 Hz to 200 Hz tunable filters and spectral selection methods based on phase-selective rectification (Lock In method).
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Diskrete Fourier Transformation (DFT) oder eine Fast-Fourier-Transformation (FFT) verwendet, wobei das Signal als Funktion der Zeit in eine Funktion der Frequenz transformiert wird. Dabei müssen zur Reduzierung von Artefakten längere Signalverläufe betrachtet werden.In a first advantageous embodiment of the method, a discrete Fourier transformation (DFT) or a fast Fourier transformation (FFT) is used, the signal being transformed as a function of time into a function of the frequency. In this case, longer signal curves must be considered to reduce artifacts.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Autokorrelation verwendet, wobei fortlaufend ein Abschnitt des Signals mit sich selbst multipliziert und summiert wird und schrittweise versetzt wird. Dieses Vorgehen wird für alle für den Frequenzbereich interessanten Zeiten wiederholt und die Korrelation als Summe gegen den Zeitversatz aufgetragen. Es ergibt sich eine hohe Summe bei hoher Deckung mit der Periodizität des Signals.In a further advantageous embodiment of the method, an autocorrelation is used, wherein a portion of the signal is continuously multiplied and summed with itself and shifted stepwise. This procedure is repeated for all frequencies of interest for the frequency range and the correlation is plotted as a sum against the time offset. This results in a high sum with high coverage with the periodicity of the signal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird eine Korrelation mit einem Vergleichssignal verwendet, wobei ein Abschnitt des Signals mit einem Abschnitt des Vergleichssignals multipliziert und summiert wird.In a further advantageous embodiment of the method, a correlation with a comparison signal is used, wherein a portion of the signal is multiplied by a portion of the comparison signal and summed.
Dieses Vorgehen wird fortlaufend mit einer für den interessierenden Frequenzbereich angepassten zeitlichen Schrittweite wiederholt und die resultierende Korrelationsfunktion aufgetragen. Es ergibt sich eine hohe Summe bei hoher Deckung zwischen dem Vergleichssignal und dem Nutzsignal.This procedure is repeated continuously with a time interval adapted for the frequency range of interest and the resulting correlation function plotted. This results in a high sum with high coverage between the comparison signal and the useful signal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird ein Lock-In-Verfahren verwendet, wobei das Nutzsignal mit einem periodischen Signal fester Frequenz und Amplitude multipliziert wird. Es ergibt sich der Verlauf des Amplitudenanteils für diese Frequenz, wobei auch der Phasenwinkel bestimmt werden kann. Dieses Vorgehen wird mit den interessierenden Frequenzen wiederholt, und die Amplituden werden als Funktion der Frequenz aufgetragen, sodass sich die spektralen Anteile des Signals zeigen.In a further advantageous embodiment of the method, a lock-in method is used, wherein the useful signal is multiplied by a periodic signal of fixed frequency and amplitude. The result is the course of the amplitude component for this frequency, wherein the phase angle can be determined. This procedure is repeated with the frequencies of interest, and the amplitudes are plotted as a function of frequency, so that the spectral components of the signal show up.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens werden durchstimmbare Filter verwendet, wobei das Signal mit einem Bandpassfilter bewertet wird. Diese Bewertung wird im gesamten interessanten Frequenzbereich oder für einzelne Frequenzbänder durchgeführt. Über eine Parallelschaltung mehrerer Filter kann so ein Amplituden- und Phasenverhältnis für mehrere harmonische Frequenzen bestimmt werden.In a further advantageous embodiment of the method, tunable filters are used, the signal being evaluated with a bandpass filter. This evaluation is carried out in the entire interesting frequency range or for individual frequency bands. A parallel connection of several filters can be used to determine an amplitude and phase ratio for several harmonic frequencies.
Die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen der Auswertung des Wechselspannungssignals und des überlagerten EKG-Signals eignen sich in Verbindung mit der Anordnung von mindestens zwei Elektroden in einem im Bereich der Schulter angeordneten Halteelement in einer bevorzugten Ausführung und Verwendung zur Bestimmung der Gefäßweitung der Gefäße im den unterhalb des Halteelementes und der Elektroden liegenden Blutgefäße.The five advantageous embodiments of the evaluation of the alternating voltage signal and the superposed ECG signal mentioned above are suitable in connection with the arrangement of at least two electrodes in a holding element arranged in the region of the shoulder in a preferred embodiment and use for determining the vessel expansion of the vessels in the below the holding element and the electrodes lying blood vessels.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und Verwendung eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen zur Bestimmung der Herzfrequenz und eines Elektro-Kardiogramms (EKG).In a further preferred embodiment and use, the five advantageous embodiments listed above are suitable for determining the heart rate and an electrocardiogram (ECG).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform und Verwendung eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen zur Bestimmung der Atemfrequenz, der Herzfrequenz und der Gefäßweitung.In a further preferred embodiment and use, the five advantageous embodiments listed above are suitable for determining the respiratory rate, the heart rate and the vascular dilation.
Zusätzlich eignen sich die fünf zuvor aufgeführten vorteilhaften Ausführungsformen der Auswertung des Wechselspannungssignals und des überlagerten EKG-Signals auch zur Entfernung bekannter und periodisch wiederkehrender Störsignale bei der Bestimmung der Gefäßweitung, des EKG, der Herzfrequenz und der Atemfrequenz.In addition, the five advantageous embodiments mentioned above are suitable Evaluation of the alternating voltage signal and the superimposed ECG signal also for the removal of known and periodically recurring interfering signals in the determination of the vascular dilation, the ECG, the heart rate and the respiratory rate.
Das zu messende Wechselspannungssignal kann in einer weiteren Ausführungsform und Verwendung zu einer Erfassung einer Pulswellenlaufzeit ausgewertet werden. Hierfür ist der Spannungsabfall mittels mindestens zweier Messelektrodenpaare zusätzlich zu den zwei Einspeiseelektroden in einer 6-Elektroden-Anordnung zu messen. Vorzugsweise sind die beiden Messelektrodenpaare auf der Achse zwischen den Einspeiseelektroden in einem Abstand von mindestens einigen Zentimetern am Körper angebracht.The alternating voltage signal to be measured can be evaluated in a further embodiment and use for detecting a pulse transit time. For this purpose, the voltage drop should be measured by means of at least two measuring electrode pairs in addition to the two feed electrodes in a 6-electrode arrangement. Preferably, the two measuring electrode pairs are mounted on the axis between the feed electrodes at a distance of at least a few centimeters to the body.
Dabei dient ein Paar der Messung des Wechselspannungssignals an einem bezüglich des Blutflusses im Gefäß stromaufwärts gelegenen Punkt und das andere Paar der Messung desselben Signals an einem bezüglich des Blutflusses im Gefäß stromabwärts gelegenen Punkt. Durch die Laufzeit der Pulswelle im Gefäß ist das Signal vom stromabwärtigen Punkt um einen Zeitversatz t versetzt bezogen auf den stromaufwärtigen Punkt. Beide Signale werden mit dem Trägersignal multipliziert oder anderweitig gefiltert und auf eine mittlere Amplitude normiert verstärkt. Die Anpassung der Verstärkung wird langsam mit einer Frequenz von weniger als 0,1 Hz im Vergleich zu den betrachteten Pulswellenfrequenzen im Bereich von 1 Hz durchgeführt. Durch Vergleich der Signale mittels Subtraktion oder Division wird die Signalverarbeitung kontrolliert. Die Pulswellengeschwindigkeit v wird aus dem Zeitversatz t und dem Ortsversatz L mit v = L/t berechnet, wobei sich L aus dem Abstand der Messelektrodenpaare voneinander ergibt und entweder geschätzt, gemessen oder durch eine gemeinsame feste Verbindung festgelegt ist.In this case, one pair of the measurement of the alternating voltage signal is used at a point upstream of the blood flow in the vessel and the other pair of the measurement of the same signal at a point downstream of the blood flow in the vessel. Due to the transit time of the pulse wave in the vessel, the signal from the downstream point is offset by a time offset t relative to the upstream point. Both signals are multiplied by the carrier signal or otherwise filtered and normalized to a mean amplitude normalized. The gain adjustment is performed slowly at a frequency of less than 0.1 Hz compared to the considered pulse wave frequencies in the range of 1 Hz. By comparing the signals by means of subtraction or division, the signal processing is controlled. The pulse wave velocity v is calculated from the time offset t and the spatial offset L with v = L / t, where L is the distance between the pairs of measuring electrodes and either estimated, measured or determined by a common fixed connection.
Die Pulswellengeschwindigkeit kann in dieser dargestellten vorteilhaften Ausführungsform aus den der Gefäßweitung zugehörigen Signalen mit Kenntnis über den Abstand von Einspeiseelektroden und Messelektroden aus der Pulswellenlaufzeit bestimmt werden. Dazu sind in dieser vorteilhaften Ausführungsform ein erstes Elektrodenpaar zur Einspeisung des Wechselstroms und mindestens ein weiteres Elektrodenpaar zur Messung und Erfassung des eingespeisten Signals erforderlich. Dabei wird die Einspeisung des Wechselstroms am ersten Elektrodenpaar als ein Einspeise-Startsignal für die Laufzeitmessung gewertet, der Durchlauf der Pulswelle durch das zweite Elektrodenpaar erfasst, die Gefäß-bedingte Modulation des Wechselspannungssignals daraus ermittelt und der im demodulierten Signal enthaltene Durchlauf als ein Endsignal für die Laufzeitmessung gewertet. Anschließend wird die Pulswellenlaufzeit mit Bezug auf das Einspeise-Startsignal bestimmt.The pulse wave velocity in this illustrated advantageous embodiment can be determined from the signals associated with the vessel widening with knowledge of the distance between feed electrodes and measuring electrodes from the pulse wave transit time. For this purpose, in this advantageous embodiment, a first pair of electrodes for feeding in the alternating current and at least one further pair of electrodes for measuring and detecting the injected signal is required. In this case, the supply of the alternating current at the first electrode pair is evaluated as a feed start signal for the transit time measurement, the passage of the pulse wave detected by the second pair of electrodes, the vessel-induced modulation of the alternating voltage signal determined therefrom and the demodulated signal contained in the passage as an end signal for the Travel time measurement evaluated. Subsequently, the pulse wave transit time is determined with reference to the feed start signal.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann die Pulswellenlaufzeit auch durch eine Kombinationsauswertung des Wechselspannungssignals und des EKG-Signals ermittelt werden, indem ein markantes und charakteristisches Merkmal des EKG-Signals, vorzugsweise die sogenannte R-Zacke als ein Herzfrequenz-Startsignal für die Pulswellenlaufzeitmessung verwendet wird. Der Durchlauf der Pulswelle wird durch die Elektroden erfasst, die Gefäß-bedingte Modulation des Wechselspannungssignals daraus ermittelt und der im demodulierten Signal enthaltene Durchlauf als ein Endsignal für die Laufzeitmessung gewertet. Anschließend wird die Pulswellenlaufzeit mit Bezug auf das Herzfrequenz-Startsignal bestimmt. Diese alternative vorteilhafte Ausführungsform ermöglicht die Verwendung von nur einem Elektrodenpaar, wodurch die Anordnung am Körper eines Patienten sehr komfortabel und in geringer Baugröße gestaltet werden kann.In an alternative advantageous embodiment, the pulse transit time can also be determined by a combination evaluation of the AC signal and the ECG signal by a distinctive and characteristic feature of the ECG signal, preferably the so-called R-wave is used as a heart rate start signal for the pulse wave transit time measurement. The passage of the pulse wave is detected by the electrodes, the vessel-induced modulation of the AC voltage signal determined therefrom and evaluated the run contained in the demodulated signal as an end signal for the transit time measurement. Subsequently, the pulse wave transit time is determined with reference to the heart rate start signal. This alternative advantageous embodiment allows the use of only one pair of electrodes, whereby the arrangement on the body of a patient can be made very comfortable and small in size.
Weiter bevorzugt ist als ein Ort der Elektrodenanordnung die Schulter in der Nähe des Schlüsselbeins des Patienten besonders geeignet, da an diesem Ort mögliche Störeinflüsse durch Muskelkontraktionen nur in geringem Maße auftreten.More preferably, the shoulder in the vicinity of the clavicle of the patient is particularly suitable as a location of the electrode assembly, since at this location possible interference by muscle contractions occur only to a small extent.
Die Elektrodenanordnung wird in weiter bevorzugter Weise in einem flexiblen Halteelement gehalten. Dazu eignen sich insbesondere textile Pflaster, die mit einer adhäsiven Haftschicht auf der Haut des Patienten anzubringen sind. Dieses Halteelement enthält dabei die für die Messung von Atmung, Herzfrequenz, EKG und Gefäßweitung mindestens erforderliche Anzahl von zwei Elektroden. Für eine Erfassung der Pulswellenlaufzeit in Kombination der Gefäßweitungsmessung mit der EKG-Messung ist dazu in dem Halteelement mindestens ein Elektrodenpaar erforderlich. Zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeit auf Basis der Gefäßweitungsmessung sind dazu mindestens zwei Elektrodenpaare erforderlich.The electrode arrangement is more preferably held in a flexible holding element. In particular, textile patches which are to be applied with an adhesive adhesive layer on the skin of the patient are suitable for this purpose. In this case, this holding element contains the at least required number of two electrodes for the measurement of respiration, heart rate, ECG and vessel expansion. For detection of the pulse wave transit time in combination of the vessel dilation measurement with the ECG measurement, at least one pair of electrodes is required in the holding element for this purpose. To determine the pulse wave transit time based on the vessel expansion measurement, at least two pairs of electrodes are required for this purpose.
Bei bekanntem Blutdruck stellt die Pulswellengeschwindigkeit ein Maß für die Elastizität des Gefäßes oder, in der Annahme einer unveränderten Gefäßelastizität, ein Maß für den Blutdruck dar.With known blood pressure, the pulse wave velocity is a measure of the elasticity of the vessel or, assuming unchanged vessel elasticity, a measure of the blood pressure.
Dabei stellt die Pulswellengeschwindigkeit, verglichen mit den aus der medizinisch-diagnostischen Blutdruckmessung bekannten zwei Werten, nämlich dem systolischen Blutdruck bei Herz-Kontraktion und dem diastolischen Blutdruck bei Erschlaffung des Herzmuskels, ein Maß für einen arithmetischen Mittelwert des Blutdruck bei unveränderter Gefäßelastizität dar.In this case, the pulse wave velocity represents a measure of an arithmetic mean value of the blood pressure with unchanged vascular elasticity compared with the two values known from the medical-diagnostic blood pressure measurement, namely the systolic blood pressure during cardiac contraction and the diastolic blood pressure during relaxation of the heart muscle.
In einer besonderen Ausführungsform kann aus der Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit nach einer Kalibrierung der Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit mit einer unabhängigen Blutdruckmessung am Beginn einer messtechnischen Blutdruck-Pulswellen-basierten Überwachung kontinuierlich ein absolutes Maß für den Blutdruck bestimmt werden. In a particular embodiment, an absolute measure of the blood pressure can be determined continuously from the pulse wave transit time or pulse wave velocity after a calibration of the pulse wave transit time or pulse wave velocity with an independent blood pressure measurement at the beginning of a blood pressure pulse wave-based monitoring.
Als eine unabhängige Blutdruckmessung zur Kalibrierung, kann beispielsweise eine oszillatorische Blutdruckmessung mittels einer Oberarm-Manschette durch ein unabhängiges Blutdruckmessgerät verwendet werden. Dabei wird ein Mittelwert aus dem systolischen und diastolischen mit dem unabhängigen Blutdruckmessgerät erfassten Blutdruckmesswerten berechnet und über die Bedien- und Anzeigeeinheit der Steuer- und Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt. Der Vorteil bei der Blutdrucküberwachung mittels Pulswellenlaufzeit oder Pulswellengeschwindigkeit, besonders gegenüber einer oszillatorischen Blutdruckmessung mittels Oberarmmanschette, liegt in einer erheblichen Reduzierung der Beeinträchtigungen für den Patienten, insbesondere hinsichtlich dessen Bewegungsfreiheit und Mobilität. Als weiterer Vorteil der Blutdrucküberwachung mittels Pulswellenlaufzeit ergibt sich, dass gegenüber einer oszillatorischen Blutdruckmessung mittels einer Oberarmmanschette eine kontinuierliche Überwachung des mittleren Blutdrucks ohne eine Gefäßschädigung möglich ist.As an independent blood pressure measurement for calibration, for example, an oscillatory blood pressure measurement by means of an upper arm cuff can be used by an independent sphygmomanometer. An average value is calculated from the systolic and diastolic blood pressure readings recorded with the independent sphygmomanometer and made available to the control and evaluation unit via the operating and display unit. The advantage in monitoring blood pressure by means of pulse wave transit time or pulse wave velocity, especially in comparison to oscillatory blood pressure measurement by means of the upper arm cuff, is a considerable reduction of the impairments for the patient, in particular with regard to freedom of movement and mobility. As a further advantage of the blood pressure monitoring by means of pulse wave transit time results that compared to an oscillatory blood pressure measurement by means of a humeral cuff a continuous monitoring of the mean blood pressure without vascular damage is possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kalibrierung des Blutdrucks sowohl für eine Position mit aufrechtem Oberkörper, d. h. eine sitzende oder stehende Position des Patienten, als auch für eine liegende Position des Patienten vorgenommen.In a preferred embodiment, the calibration of the blood pressure for both an upright upper body position, i. H. a seated or standing position of the patient, as well as made for a lying position of the patient.
Eine solche Kalibrierung bezogen auf die Lage des Patienten ist erforderlich, da der Blutdruck zur klinischen Diagnostik auf Herzhöhe gemessen wird.Such a calibration relative to the position of the patient is required because the blood pressure for clinical diagnosis is measured at heart level.
Um den Blutdruck und den Verlauf des Blutdrucks in aufrechter und auch in nicht-aufrechter Position nach erfolgter Kalibrierung über einen Zeitraum von mehreren Tagen und bei Bewegung des Patienten kontinuierlich angeben zu können, ist es einerseits erforderlich, die Position des Patienten bei der Kalibrierung zu kennen, andererseits wird die jeweils aktuelle Position des Patienten auch bei der kontinuierlichen Pulswellen-basierten Blutdrucküberwachung als eine Echtzeitinformation fortwährend benötigt. Für eine solche Erkennung der Position des Patienten wird in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Positionssensor verwendet, weiter bevorzugt ist dieser Positionssensor an der Schulter in oder an dem Halteelement gemeinsam mit den Elektroden angeordnet.On the one hand, in order to be able to continuously indicate the blood pressure and the course of the blood pressure in upright as well as in non-upright position after calibration over a period of several days and during movement of the patient, it is necessary to know the position of the patient during the calibration On the other hand, the current position of the patient is also continuously required as a real-time information in the continuous pulse wave-based blood pressure monitoring. For such a recognition of the position of the patient, a position sensor is used in this preferred embodiment, more preferably, this position sensor is arranged on the shoulder in or on the holding element together with the electrodes.
Dabei wird für die Kalibrierung in einer ersten Phase in einer aufrechten Position des Patienten über eine unabhängige Blutdruckmessung, in bevorzugter Weise mittels einer Manschette am Oberarm des Patienten ein mittlerer Blutdruck erfasst und in einem Datenspeicher gespeichert. Anschließend wird in der ersten Phase für die aufrechte Position und in einer zweiten Phase für die nicht aufrechte Position des Patienten eine Pulswellenlaufzeit über einen bekannten oder geschätzten Elektrodenabstand erfasst und in einem Datenspeicher gespeichert und die dazu ursächliche Pulswellengeschwindigkeit bestimmt und in einem Datenspeicher gespeichert.In this case, for the calibration in a first phase in an upright position of the patient via an independent blood pressure measurement, preferably by means of a cuff on the upper arm of the patient detects a mean blood pressure and stored in a data memory. Subsequently, in the first phase for the upright position and in a second phase for the non-upright position of the patient, a pulse wave transit time over a known or estimated electrode distance is detected and stored in a data memory and the cause pulse velocity determined and stored in a data memory.
In vorteilhafter Weise wird bei dieser Kalibrierung der Positionssensor abgefragt. Damit ermöglicht die Einbeziehung des Positionssensors bei der Kalibrierung eine Bewertung der Messdaten hinsichtlich der Einhaltung notwendiger Kalibrierbedingungen. Zu den notwendigen Kalibrierbedingungen gehört dabei, dass der Positionssensor über einen vorbestimmten Zeitraum, in vorteilhafter Weise über einen Zeitraum im Bereich von 30 Sekunden bis 90 Sekunden, ein stabiles Positionssignal liefert, damit mittels einer eindeutigen Zustandsmeldung sichergestellt ist, dass die aufrechte Lage von der nicht-aufrechten Lage des Patienten unterscheidbar ist. Weiterhin ist bevorzugt, dass während der Erfassung der Elektrodensignale der Positionssensor ein stabiles Positionssignal liefert, damit sichergestellt ist, dass während der Kalibrierung keinerlei Lageveränderungen des Patienten stattgefunden haben und somit nur die Messdaten einer korrekt abgelaufenen Kalibrierung im Datenspeicher abgelegt werden.Advantageously, the position sensor is interrogated during this calibration. Thus, the inclusion of the position sensor in the calibration allows an assessment of the measurement data in terms of compliance with the necessary calibration conditions. The necessary calibration conditions include that the position sensor over a predetermined period, advantageously over a period of time in the range of 30 seconds to 90 seconds, provides a stable position signal, so that it is ensured by means of a clear status message that the upright position of the not upright position of the patient is distinguishable. Furthermore, it is preferred that during the detection of the electrode signals, the position sensor supplies a stable position signal to ensure that during the calibration no changes in position of the patient have taken place and thus only the measurement data of a correctly expired calibration are stored in the data memory.
Diese Kalibrierung der Pulswellen-basierten Blutdrucküberwachung Gegen eine unabhängige Blutdruckmessung ist je nach Anwendungsfall und medizinisch-diagnostischer Sachlage in einem täglichen bis wöchentlichen Zeitabstand notwendig.This calibration of the pulse wave-based blood pressure monitoring Against an independent blood pressure measurement is necessary depending on the application and medical-diagnostic situation in a daily to weekly time interval.
In einer besonderen Ausführungsform wird die Kalibrierung durch den Anwender, beispielsweise durch das medizinische Personal, mittels der Bedien- und Anzeigeeinheit gestartet und die Phasen der Kalibrierung werden durch die Zustandsmeldungen des Positionssensors im Ablauf gesteuert.In a particular embodiment, the calibration is started by the user, for example by the medical staff, by means of the operating and display unit and the phases of the calibration are controlled by the status messages of the position sensor in the sequence.
In einer weiteren Ausführungsform wird dem Anwender anhand akustischer oder optischer Signalgabe an der Bedieneinheit eine Rückmeldung über die Phasen der Kalibrierung und/oder den Fortschritt der Kalibrierung und/oder das Ende der Kalibrierung und/oder das Resultat der Kalibrierung mitgeteilt. Für den Fall, dass die Kalibrierung im Resultat unvollständig oder fehlerhaft verlaufen ist, wird dem Anwender eine Möglichkeit zur Wiederholung der Kalibrierung angezeigt, welche dann durch Eingabe über die Bedieneinheit erneut vom Anwender gestartet werden kann.In a further embodiment, the user is informed of the phases of the calibration and / or the progress of the calibration and / or the end of the calibration and / or the result of the calibration by means of acoustic or optical signaling on the operating unit. If the result of the calibration is incomplete or erroneous, the user is presented with a possibility to repeat the calibration, which can then be restarted by the user by input via the control unit.
Die akustische Signalgabe kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform auf Basis unterschiedlicher Einzeltonfolgen, gleichsam eines kurzen Morsetelegramms, gestaltet werden, um den Anwender und den Patienten über den Fortschritt, Beendigung oder die Qualität der Kalibrierung, bzw. zum Wechsel aus der ersten Phase in die zweite Phase der Kalibrierung zu informieren. In a particularly preferred embodiment, the acoustic signaling can be designed on the basis of different individual tone sequences, as it were a short message, to the user and the patient about the progress, termination or quality of the calibration, or to change from the first phase to the second Phase of calibration.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor mit einer Positions-Auswerteeinheit zur Erkennung waagerechter, senkrechter Positionen in Echtzeit verbunden.In a further preferred embodiment, the position sensor is connected to a position evaluation unit for detecting horizontal, vertical positions in real time.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Positions-Auswerteeinheit mit der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden, um Zustandsmeldungen an einer drahtgebundenen oder drahtlosen Schnittstelle zur Verfügung zu stellen.In a further preferred embodiment, the position evaluation unit is connected to the control and evaluation unit to provide status messages on a wired or wireless interface.
In einer besonderen Variante der bevorzugten Ausführungsform ist die drahtlose Schnittstelle als telemetrische Datenschnittstelle, optische Datenschnittstelle oder induktive Datenschnittstelle ausgeführt.In a particular variant of the preferred embodiment, the wireless interface is designed as a telemetric data interface, optical data interface or inductive data interface.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform ist eine Messanordnung, bestehend aus mindestens zwei Elektroden, einer Steuer- und Auswerteeinheit, die mit den mindestens zwei Elektroden in einer elektrischen Verbindung stehen, einem Positionssensor, einer Positions-Auswerteeinheit, einem Datenspeicher, einer Energieversorgungseinheit, einer Datenschnittstelle, kombiniert als eine Einheit in einem Halteelement angeordnet. Die Bedien- und Auswerteeinheit ist über die Datenschnittstelle drahtlos oder drahtgebunden mit der Messanordnung in dem Halteelement verbunden.In a further particular embodiment, a measuring arrangement, comprising at least two electrodes, a control and evaluation unit, which are in electrical connection with the at least two electrodes, a position sensor, a position evaluation unit, a data memory, a power supply unit, a data interface, combined as a unit arranged in a holding element. The operating and evaluation unit is connected via the data interface wirelessly or by wire with the measuring arrangement in the holding element.
Dabei werden von der Steuer- und Auswerteeinheit über die drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle, EKG-Signale, Herzfrequenz, Atemfrequenz und Blutdruckmesswerte der Bedien- und Anzeigeeinheit zur Verfügung stellt.In this case, the control and evaluation unit makes available via the wired or wireless interface, ECG signals, heart rate, respiratory rate and blood pressure measured values of the operating and display unit.
In einer besonderen Variante der weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die drahtlose Schnittstelle als telemetrische Datenschnittstelle, optische Datenschnittstelle oder induktive Datenschnittstelle ausgeführt.In a particular variant of the further preferred embodiment, the wireless interface is designed as a telemetric data interface, optical data interface or inductive data interface.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bedieneinheit über die drahtgebundene oder drahtlose Schnittstelle mit dem Halteelement und der Steuer- und Auswerteeinheit verbunden.In a further preferred embodiment, the operating unit is connected to the holding element and the control and evaluation unit via the wired or wireless interface.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor als Beschleunigungssensor ausgebildet.In a preferred embodiment, the position sensor is designed as an acceleration sensor.
Beschleunigungssensoren werten auf unterschiedliche Weise das Erdmagnetfeld aus. Das kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen, zum Beispiel über 3-Achsen-Messelemente als integrierte Bauelemente. Die Lage im Raum wird dabei durch Biegebalken, Dehnungsmessstreifen, induktive oder kapazitive Elemente erfasst. Andere integrierte Beschleunigungssensoren werten thermische Effekte aus, einfachste Sensoren verwenden bewegliche Elemente, beispielsweise kugelförmige Körper in einem Führungselement, um Lageänderungen zu erkennen. Dies wird beispielsweise bei Blutdruckmessgeräten, welche am Handgelenk den Blutdruck erfassen sollen verwendet, um dem Anwender anzuzeigen, dass er das Handgelenk korrekt auf Herzhöhe in die Messposition gebracht hatte, oder nicht.Acceleration sensors evaluate the earth's magnetic field in different ways. This can be done in different ways, for example via 3-axis measuring elements as integrated components. The position in the room is detected by bending beams, strain gauges, inductive or capacitive elements. Other integrated acceleration sensors evaluate thermal effects, and simplest sensors use moving elements, such as spherical bodies in a guide element, to detect changes in position. This is used, for example, in blood pressure monitors, which are intended to detect the blood pressure on the wrist, in order to indicate to the user that he had brought the wrist correctly at heart level into the measuring position or not.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Positionssensor mit der Positions-Auswerteeinheit und Steuer- und Auswerteeinheit zusätzlich ausgebildet, plötzliche Lageveränderungen des Patienten, wie sie beispielsweise bei einem Sturz auftreten können, zu erkennen und auszuwerten.In a preferred embodiment, the position sensor with the position evaluation unit and control and evaluation unit is additionally designed to detect and evaluate sudden changes in position of the patient, as may occur, for example, during a fall.
Weiter bevorzugt ist die Steuer- und Auswerteeinheit ausgebildet, erkannte plötzliche Lageänderungen des Patienten in Form einer Alarmmeldung an der Datenschnittstelle zur Verfügung zu stellen und auszugeben.Further preferably, the control and evaluation unit is designed to provide and output detected sudden changes in position of the patient in the form of an alarm message at the data interface.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, über die Datenschnittstelle eine Beatmungsinformation von einem Beatmungsgerät zu übernehmen und mit der mittels der Elektro-Impedanz-Plethysmographie ermittelten Atemfrequenz zu vergleichen.In a further preferred embodiment, the control and evaluation unit is designed to take over the data interface ventilation information from a respirator and to compare with the determined by means of electro-impedance plethysmography respiratory rate.
In einer besonderen Variante dieser weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Steuer- und Auswerteeinheit dazu ausgebildet, die erfassten Daten mit Hilfe der Beatmungsinformation des Beatmungsgerätes in der Weise zu filtern, dass der Atemfrequenz zugehörige Signalanteile aus den erfassten Daten entfernt werden, um Herzfrequenz, Atemfrequenz und Pulswellenlaufzeit voneinander mit hoher Trennschärfe zu separieren.In a particular variant of this further preferred embodiment, the control and evaluation unit is designed to filter the acquired data using the ventilation information of the ventilator in such a way that the respiratory rate associated signal components are removed from the acquired data to heart rate, respiratory rate and pulse transit time to separate from each other with high selectivity.
Zur Filterung und Entfernung von der Atemfrequenz zugehörigen Signalanteilen mit Unterstützung durch die Beatmungsinformation sind die zuvor genannten Ausführungsformen der Signalverarbeitung: Fourier-Transformations-Verfahren (DFT, FFT), Korrelationsverfahren (Autokorrelation, Muster-Korrelation, Störsignal-Korrelation), Lock-In-Verfahren und durchstimmbare Filter in vorteilhafter Weise geeignet.For filtering and removal of the respiratory rate associated signal portions with the assistance of the ventilation information are the aforementioned embodiments of signal processing: Fourier transform method (DFT, FFT), correlation method (autocorrelation, pattern correlation, noise correlation), lock-in Method and tunable filter advantageously suitable.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und anhand zugehöriger Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment and with reference to associated figures.
Die Figuren zeigen: The figures show:
In der
Die Messanordnung
In der Steuer- und Auswerteeinheit
Die Wechselstromquelle
Die Signalerfassungseinheit
An dem ersten Elektrodenpaar
An dem zweiten Elektrodenpaar
Aus dem Impedanzsignal wird eine aktuelle Pulswellenlaufzeit
Zusätzlich wird aus der am zweiten Elektrodenpaar
Der Positionssensor
Die aktuelle Positionsinformation
In der Steuer- und Auswerteeinheit
Die Steuer- und Auswerteeinheit
Das Beatmungsgerät
In der
Die Messanordnung
Die Wechselstromquelle
Die Signalerfassungseinheit
An dem ersten Elektrodenpaar
Über die Elektrodenzuleitungen erfasst die Signalerfassungseinheit
Aus der am ersten Elektrodenpaar
Aus dem Herzfrequenzsignal wird als ein markantes und charakteristisches Merkmal die sogenannte R-Zacke als ein Herzfrequenz-Startsignal verwendet. Die Steuer- und Auswerteeinheit
Der Positionssensor
Die aktuelle Positionsinformation
In der Steuer- und Auswerteeinheit
Die Steuer- und Auswerteeinheit
In der
Neben dem eigentlichen Ablauf der Kalibrierung ist in dieser
Die Messanordnung
Die Datenschnittstelle
Das unabhängige Blutdruckmessgerät
Der Ablauf der Kalibrierung der Messanordnung
Im ersten und im zweiten Schritt
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- erste Messanordnungfirst measuring arrangement
- 22
- Halteelementretaining element
- 44
- Steuer- und AuswerteeinheitControl and evaluation unit
- 66
- erstes Elektrodenpaarfirst electrode pair
- 88th
- zweites Elektrodenpaarsecond pair of electrodes
- 1010
- Positionssensorposition sensor
- 1111
- zweite Messanordnungsecond measuring arrangement
- 1212
- Elektrodenzuleitungenelectrode leads
- 1414
- WechselstromquelleAC power source
- 1616
- SignalerfassungseinheitSignal detection unit
- 1818
- DatenschnittstelleData Interface
- 2020
- EnergieversorgungseinheitPower supply unit
- 2222
- Datenspeicherdata storage
- 2424
- PositionsauswerteeinheitPositionsauswerteeinheit
- 2626
- Bedien- und AnzeigeeinheitOperating and display unit
- 2828
- Beatmungsgerätventilator
- 2929
- Beatmungsinformationventilation information
- 3030
- BlutdruckmessgerätBlood Pressure Monitor
- 3131
- erster Schrittfirst step
- 3232
- zweiter Schrittsecond step
- 3333
- dritter SchrittThird step
- 3434
- vierter Schrittfourth step
- 3535
- Manschettecuff
- 3636
- BlutdruckmanschettenschlauchBlood pressure cuff tubing
- 4040
- BlutdruckmesswertBlood pressure reading
- 4141
- erster Kalibrierdatensatzfirst calibration data set
- 4242
- zweiter Kalibrierdatensatzsecond calibration data set
- 4343
- dritter Kalibrierdatensatzthird calibration data set
- 4444
- vierter Kalibrierdatensatzfourth calibration data set
- 5050
- Patientpatient
- 5151
- erste Positionsinformationfirst position information
- 5252
- zweite Positionsinformationsecond position information
- 5353
- dritte Positionsinformationthird position information
- 5454
- sitzende Position des Patienten, aufrechter Oberkörpersitting position of the patient, upright upper body
- 5555
- liegende Position des Patienten, nicht aufrechter Oberkörperlying position of the patient, not upright upper body
- 5656
- aktuelle Positionsinformationcurrent position information
- 6060
- Oberarm des PatientenUpper arm of the patient
- 6161
- erste Pulswellenlaufzeitfirst pulse wave transit time
- 6262
- zweite Pulswellenlaufzeitsecond pulse wave transit time
- 6363
- aktuelle Pulswellenlaufzeitcurrent pulse wave transit time
- 88, 9988, 99
- telemetrische Datenschnittstellentelemetric data interfaces
- 100100
- Messanordnung am PatientenMeasuring arrangement on the patient
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 6416471 [0003] US 6416471 [0003]
- DE 102007001709 A1 [0005] DE 102007001709 A1 [0005]
- DE 19829544 C1 [0010] DE 19829544 C1 [0010]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- ”Apparative Gefäßdiagnostik”, Ralf Schüler, ISBN 3-932633-16-4 [0008] "Apparative vascular diagnostics", Ralf student, ISBN 3-932633-16-4 [0008]
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