ELECTRONIC BLOOD PRESSURE GAUGE

Abstract: 1. Electronic blood pressure measuring instrument with inflatable cuff and a transducer which picks up Korotkoff signals and heart rate signals which via a filter arrangement with series-connected signal processing are selectively processed and fed to a measured value display device, characterized in that the filter arrangement (2 ; 2', 7, 8) is designed as a higher-level bandpass filter the mean frequency of which can be successively adjusted in dependence on the pulse rate and/or the pressure.

Description: BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein elektronisches Blutdruckmessgerät mit aufblasbarer Manschette und einem Messwertgeber, der Korotkoff-Signale und Herzfrequenzsignale erfasst, die über eine Filteranordnung mit nachgeschalteter Signalverarbeitung selektiv aufbereitet und einer Messwertanzeigevorrichtung zugeführt werden. Typische Beispiele für diese Art von elektronischen Blutdruckmessgeräten sind in der DE-OS 25 15 868 und der DE-OS 20 41 916 beschrieben: Die von einem Messwertgeber beispielsweise von einem Mikrophon, das an einer von der Manschette herzab liegenden Stelle angesetzt wird, gelieferten Signale werden zwei Bandpassfiltern angeboten, von denen das eine auf die Grundfrequenz der Pulsschlaggeräusche, das heisst auf etwa 5 bis 10 Hz abgestimmt ist, während das andere Bandpassfilter eine Mittenfrequenz von etwa 40 bis 200 Hz aufweist und damit die Grundwelle der Korotkoff-Signale erfasst. Über eine nachgeschaltete digitale Schaltkreislogik lassen sich dann bei ununterbrochenem sukzessivem Auftreten der ersten zwei oder drei Korotkoff-Signale einerseits der systolische Druckwert und andererseits beim Verschwinden der Korotkoff-Signale während zweier oder dreier Herzschlagsignale der diastolische Druckwert erfassen und auf einem Registriergerät anzeigen. Bekannte elektronische Blutdruckmessgeräte, die nach diesem Prinzip mit zwei fest eingestellten Bandpassfiltern arbeiten, liefern zufriedenstellende Ergebnisse bei der sogenannten Ruhemessung, das heisst, wenn sich die Person, deren Blutdruck gemessen werden soll, mehr oder weniger im Ruhezustand befindet, also unmittelbar vor oder während der Messung keiner besonderen körperlichen Anstrengung ausgesetzt ist. Sehr häufig ist es jedoch erwünscht, den Blutdruck unmittelbar im Anschluss oder während eines körperlichen Belastungszustands zu überwachen. In diesem Fall werden die Puls geräusche aufgrund des erhöhten Herzschlagvolumens wesentlich stärker und die Frequenzbereiche vor allem von Puls und Diastole können sich mehr oder weniger stark überlappen, weil sich die maximale Herzfrequenz nicht mehr deutlich von der niedrigsten erfassten Grundfrequenz des diastolischen Druckwerts unterscheidet. In anderen Worten: Bei den bisher verwendeten Filtern können die Puls geräusche selbst bei amplitudenabhängiger Aussteuerung nach dem Erreichen der Diastole in den Ubertragungsbereich beider Filter fallen, weil diese während des ganzen Messvorgangs den fest vorgegebenen Frequenzbereich übertragen. Vor allem bei sogenannten Ergometriemessungen ist dann eine eindeutige Zuordnung von Systole und Diastole nicht mehr möglich. Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches, vorzugsweise vollautomatisch arbeitendes Blutdruckmessgerät zu schaffen, bei dem eine einwandfreie Trennung von Systole und Diastole auch bei einer Blutdruckmessung kurz nach oder während einer stärkeren körperlichen Belastung (Ergometrie) möglich ist. Insbesondere soll bei der Blutdruckmessung während der Ergometrie verhindert werden, dass Pulsgeräusche fälschlicherweise als diastolischer Druckwert interpretiert werden bzw. die Erkennung der Diastole verhindern. Das Gerät soll sowohl bei Ruhemessung als auch bei Belastungsmessung eine einwandfreie Unterscheidung und Anzeige der beiden für eine Blutdruckmessung charakteristischen Druckwerte gewährleisten. Die erfindungsgemässe Lösung der gestellten Aufgabe ist in kurzer Zusammenfassung mit ihren erfindungswesentlichen Merkmalen im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in Unteransprüchen gekennzeichnet. Um einer Lösung der gestellten Aufgabe näherzukommen, wurden zunächst Voruntersuchungen durchgeführt, die zu dem Ergebnis führten, dass für den systolischen Druckwert andere Grundfrequenzen massgeblich sind als für den diastolischen Druckwert. Die beiden Frequenzwerte liegen, wie durch Reihenmessungen festgestellt wurde, im Bereich von 10 bis 100 Hz, das heisst, der gesamte massgebliche Frequenzbereich ist enger als bisher vermutet, wobei für den systolischen Druckwert individuell unterschiedliche Frequenzen von 10 bis ca. 40 Hz massgeblich sind, während für den diastolischen Druckwert Grundfrequenzen von 60 bis 80 Hz, in Ausnahmefällen bis ca. 100 Hz zu beobachten sind, die wieder abhängig von der jeweiligen Pulsfrequenz des Patienten sind. Durch die erfindungsgemässe Lösung, nämlich eine Schaltungsanordnung, mit der sich die Mittenfrequenz eines Bandpasses höherer (z.B. n 2 8) in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz sukzessiv während der Druckmessung verändern lässt, wobei sich die Abhängigkeit vom Druckwert ebenfalls berücksichtigen lässt, kann eine signifikante Zuordnung von systolischem und diastolischem Druckwert auch bei starker körperlicher Belastung gewährleistet werden, wie sie beispielsweise während der Ergometrie auftritt. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich aufgrund der pulsfrequenzabhängigen Verschiebung der Filtermittenfrequenz durch eine Reduzierung von Artefaktstörungen, die im gesamten Nutzspektrum vorkommen können und bei bekannten elektronischen Blutdruckmessgeräten ebenfalls Ursache für Fehlinterpretationen, namentlich hinsichtlich des diastolischen Druckwerts waren. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung besteht die Filteranordnung aus einem digital steuerbaren Filter, bei dem durch Änderung der Abtastfrequenz (z.B. von 2 kHz bis 200 kHz) sich ein Bandpass mit dem Mittenfrequenzbereich von 20 bis 200 Hz hoher Güte realisieren lässt. Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht die Verwendung eines aktiven Filters vor, das im Prinzip ein Filter n-ter Ordnung z.B. mit n > 8 sein kann und bei dem passive Schaltkreiselemente über die Steuereinrichtung selektiv zuschaltbar sind. Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die wesentlichen Baugruppen einer ersten Aus führungsform eines erfindungsgemässen elektro nischen Blutdruckmessgerätes mit diskreten, in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz selektiv wirksam schaltbaren passiven Elementen; Fig. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit einer sogenannten SCF-, CCD- oder CTD Filter-Anordnung, die in drei Gruppen unter teilt ist und zum einen ein umschaltbares Band passfilter geringer Ordnung (Antialiasing-Filter), das eigentliche Bandpassfilter sowie einen um schaltbaren Tiefpass zur Unterdrückung der multi plikativen Anteile der Abtastfrequenz umfasst; und Fig. 3 ein schaltungstechnisches Ausführungsbeispiel für wesentliche Baugruppen bei den Ausführungs formen nach Fig. 1 bzw. Fig. 2. Zunächst wird die Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 näher betrachtet: Die durch ein Mikrophon Mi herzab von oder in der Druckmanschette aufgenommenen Signale gelangen auf einen Mikrophonverstärker 1, der so ausgelegt ist, dass eine Ubersteuerung des nachfolgenden Filters 2 nicht möglich ist, zum Beispiel durch Verwendung eines Operationsverstärkers mit Bias Eingang. Das vom Mikrophonverstärker 1 gespeiste Filter 2 ist ein Bandpass höherer Ordnung (z.B. n = 8), bei dem in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz, die durch eine weiter unten noch näher erläuterte Steuereinheit 5 abgetastet wird, die Mittenfrequenz während eines Messvorgangs stetig oder ab-' schnittweise verändert wird. Diese Änderung der Mittenfrequenz während der Messung erfolgt beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dadurch, dass mit Hilfe eines zusätzlichen R- und/oder C-Netzwerks in Verbindung mit elektronischen Schaltern 4 die Übertragungsfunktion geändert wird. Durch diese laufende Anpassung der Übertragungsfunktion und damit der Mittenfrequenz während der Messung ist eine signifikante Zuordnung von Systole und Diastole insbesondere auch bei starker körperlicher Belastung möglich, wie sie etwa während der. Ergometrie auftritt. Die Frequenzbereiche von Puls und Diastole können sich jetzt nicht mehr überlappen, weil sich die maximale Herzfrequenz deutlich von der niedrigsten erfassten Grundfrequenz des diastolischen Druckwerts unterscheiden lässt. Die Steuereinheit 5 ist bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung als integrierte Schaltung ausgelegt und beispielsweise Teil eines Mikroprozessor Chips. Dieser Steuereinheit werden als Eingangsgrössen einmal die ungefilterten Ausgangssignale des Mikrophonverstärkers 1 und zum anderen die Ausgangssignale des Filters 2 zugeführt. Die Steuereinheit 5 liefert als Ergebnis eines Rechen- und Umsetzungsvorgangs selektiv wirkende Steuersignale an die elektronischen Schalter 4, über welche Teile des Netzwerks 3 auswahlweise mit dem Filter 2 verbindbar sind und dadurch dessen Übertragungsfunktion ändern. Am Ausgang der Steuereinheit 5 erscheinen dann vorzugsweise auf getrennten Ausgangsanschlüssen die Signale für die Systole bzw. die Diastole, und zwar entweder als Digitalwerte oder bereits als über D/A-Wandler umgesetzte Analogwerte, die unmittelbar entsprechend auf ein digitales bzw. analoges Anzeigegerät schaltbar sind. Die Blockschaltbilddarstellung der Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, welches sich gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 durch bessere Selektion auszeichnet, sich aber, da in integrierter Technik herstellbar, auch noch billiger realisieren lässt. Um die prinzipielle Verwandtschaft mit der Lösung nach Fig. 1 zu verdeutlichen, sind die in ihrer Funktion entsprechenden, in der Regel aber anders dimensionierten Baugruppen, die aus der Schaltung der Fig. 1 bereits bekannt sind, mit der gleichen, jedoch um einen Strich (') ergänzten Markierung versehen. Das wesentliche Unterscheidungsmerkmal zur Lösung nach Fig. 1 ist hier die Verwendung eines Filters mit einem Switched-Capacitor-Filterbaustein. Dieses Filter umfasst den vom Mikrophon Mi gespeisten, nicht übersteuerbaren Mikrophonverstärker 1', ein schaltbares Antialiasing-Filter 2', also ein umschaltbares Bandpass-Filter geringer Ordnung, ein Switched-Capacitor-Filter 7 (nachfolgend "SCF") und einen umschaltbaren Tiefpass 8. Die Mittenfrequenz des SCF 7, welches als Bandpass sehr hoher Ordnung wirkt, wird von der Steuereinheit 5' aus während der Messung geändert. Entsprechend muss auch die Übertragungsfunktion des Antialiasing Filters 2' bzw. des Tiefpasses 8 geändert werden, welcher zur Unterdrückung der multiplikativen Anteile der Abtastfrequenz dient und als Tiefpass hoher Ordnung ausgelegt ist. Während die Mittenfrequenz des SCF 7 durch ein veränderliches Trigger Signal von der Steuereinheit 5' in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz aus eingestellt wird, erfolgt das Nachziehen der Ubertragungsfunktionen des Antialiasing-Filters 2' bzw. des Tiefpassfilters 8 über ein jeweils zugeordnetes selektiv vom Triggersignal umschaltbares R- und/oder C-Netzwerk bzw. 32' ähnlich wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1, mittels elektronischer Schalter 41 bzw. 42. Dieses Filter stellt sicher, dass als Eingangssignale auftretende Frequenzanteile, die die Hälfte der Abtastfrequenz überschreiten, nicht als Summen- oder Differenzsignal in den Nutzbereich fallen. Gegenüber der Läsung ach Fig. 1 ergibt sich der Vorteil einer noch höheren Selektivität (Trennschärfe). Die gesamte Schaltung lässt sich in integrierter Technik und preiswert herstellen. Das SCF 7 kann auch durch ein CCD Filter (CCD=Charge-Coupled Device) oder eine CTD-Filteranordnung (CTD = Charge-Transfer-Device) ersetzt sein. Zur Funktionsweise sei ergänzend betont, dass die Über- tragungsfunktionen des Antialiasing-Filterteils 2' und des Tiefpassfilterteils 8 in Abhängigkeit von der Mittenfrequenz des SCF 7 durch das Netzwerk 31 bzw. 32 über die elektronischen Schalter 41 bzw. 42 eingestellt werden. Die Mittenfrequenz des SCF 7 ist - wie erwähnt - durch ein ver änderliches Triggersignal bestimmt, das in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz erzeugt wird, die unmittelbar am Ausgang des Mikrophonverstärkers 1' ableitbar ist. Zur Steuerung des Triggersignals kann ggfs. auch der Blutdruckwert ergänzend berücksichtigt werden. Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Baugruppen 2, 3 und 4 in Fig. 1 bzw. für die Baugruppen 2', und 3; und 8, 42 3 32 in Fig. 2. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass es sich bei dieser Schaltung um ein aktives Filter handelt, das im Prinzip ein Filter n-ter Ordnung mit bekannten übertragungsfunktionen sein kann (n ganzzahlig). Die in dem Schaltbild enthaltenen Schalterelemente S1, S2, ... sind Halbleiterschalter der Baugruppe 4 in Fig. 1 bzw. 41 und 42 nach Fig. 2. Die als Zuschaltkapazitäten C (Reihen oder Parallelkapazitäten) p dargestellten Schaltelemente sind in dem passiven Netzwerk 3 in Fig. 1 bzw. 31 und 32 in Fig. 2 enthalten. Eine vorteilhafte Lösung kann sich auch dann ergeben, wenn statt der oder in Verbindung mit den zuschaltbaren Kapazitäten Cp Widerstände zugeschaltet werden. Dies hat gegebenenfalls den Vorteil einer höheren Genauigkeit, da sich bei vergleichbarem Aufwand Widerstandsnetzwerke in der Regel präziser verwirklichen lassen als Kondensatorelemente. Die Widerstandselemente R1, R2 ... bzw. die Kondensatorelemente Cl, C2 ... sind diskrete Bauelemente. Wie dem Fachmann bekannt ist, lassen sich mit derartigen aktiven Filtern Tschebycheff-, Bessel-, Butterworthund elliptische - im Prinzip also beliebige Filterfunktionen höherer Ordnung verwirklichen.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Elektronisches lutdruckmessgerät mit aufblasbarer Manschette und einem Messwertgeber, der Korotkoff-Signale, Herzfrequenz-Signale usw. erfasst, die über eine Filteranordnung mit nachgeschalteter Signalverarbeitung selektiv aufbereitet und einer Messwertanzeigevorrichtung zugeführt werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Filteranordnung (2; 2', 7, 8) als Bandpass höherer Ordnung ausgelegt ist, dessen Mittenfrequenz in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz und/oder des Drucks sukzessiv nachführbar ist. 2. Blutdruckmessgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittenfrequenz durch eine die Pulsfrequenz erfassende Steuereinrichtung (5; 5') nachführbar ist. 3. Blutdruckmessgerät nach Anspruch 1, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t , dass die Mittenfrequenz durch eine den Druckwert erfassende Steuereinrichtung nachführbar ist. 4. Blutdruckmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchlassbereich des Bandpassfilters unter Beibehaltung der Filterparameter änderbar ist. 5. Blutdruckmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Filteranordnung ein aktives Filter n-ter Ordnung mit n > 8 enthält, bei dem mindestens einzelne der passiven Bauelemente von der Steuereinheit (5; 5') aus über Schalter (4; 42 ; S1 S2, ...) selektiv zuschaltbar sind. 6. Blutdruckmessgerät nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schalter als elektronische Schalterelemente ausgebildet sind. 7. Blutdruckmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Filteranordnung einen Bandpass geringer Ordnung (2') mit durch selektiv zuschaltbaren passiven Schaltkreiselementen veränderbarer Mittenfrequenz, einen nachgeschalteten Bandpass hoher Ordnung (7) mit durch ein Triggersignal einstellbarer Mittenfrequenz sowie ein diesem nachgeschaltetes Tiefpassfilter (8) umfasst, dessen Grenzfrequenz durch selektiv zu- oder abschaltbare passive Schaltkreiselemente veränderbar ist. 8. Blutdruckmessgerät nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Bandpass (2') geringer Ordnung ein Antialiasing-Filter und der nachgeschaltete Bandpass (7) hoher Ordnung ein Switched Capacitor-Filter oder eine CTD-Charge-Transfer-Device oder ein CCD-Charge-Coupled-Device-Filter ist. 9. Blutdruckmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die in der Filteranordnung selektiv zu- oder abschaltbaren passiven Bauelemente als Kondensator-(Cp) und/oder als Widerstandselemente ausgebildet sind. 10. Blutdruckmessgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens Teile der Filteranordnung und/oder der Steuereinheit als integrierte Schaltung ausgeführt sind.

Inventors: WELTERSBACH, HELMER, DIPL.-ING.
Applicants: BOSCH + SOHN FABRIK MEDIZ. APPARATE GMBH & CO., KG
Application year: 1980
Main classification: A61B5
IPC codes: A61B5, A61B7