Blutdruckmessgerät
Die Erfindung betrifft ein implantierbares Blutdruckmess- gerät, gekennzeichnet durch einen Druckwandler, in dem ein Trägersignal entsprechend den Druckwellen amplitudenmoduliert wird, einen Wechselstromverstärker zur Verstärkung des amplitudenmodulierten Signals, einen Demodulator zur phasenrichtigen Demodulation, einen amplitudenstabilisierten Oszillator zur Erzeugung des Trägersignals und zur Steuerung der phasenrichtigen Demodulation, eine Referenzspannungsquelle zur Amplitudenstabilisation des Oszillators, eine Submodulationsstufe zur Modulation des Impulsabstandes eines Impulszuges mit dem Ausgangssignal des Demodulators, eine Modulationsstufe zur Modulation eines HF Signals mit dem submodulierten Signal,
eine Antenne zur Übertragung des Ausgangssignals und durch einen Schalter zum Ein- und Ausschalten des Geräts mit Hilfe eines Magnetfeldes.
Ein solches Blutdruckmessgerät kann als Ganzes beispiels.
weise in Labortiere implantiert werden und über längere Zeit hinweg im Körper verbleiben. Es erlaubt eine telemetrische Blutdruckmessung und bietet damit den Vorteil, dass sich der Patient auch während der Messungen in einem bestimmten Umkreis völlig frei bewegen kann. So ist gewährleistet, dass durch die Messung keine Rückwirkung auf die gemessenen Werte stattfindet.
Im folgenden ist anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemässen Blutdruckmessgeräts, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Schalters zum Ein- und Ausschalten des Geräts.
Wie in Fig. 1 gezeigt, dient zur Aufnahme des zu messenden Blutdrucks ein Druckwandler 11 bekannter Art, bei dem auf einer dem Druck ausgesetzten, aufgespannten Titanmem- brane vier Halbleiterwiderstände so angeordnet sind, dass sich bei druckbedingten Biegungen der Membrane die Widerstandwerte der Halbleiterwiderstände verändern. Die vier dehnungsempfindlichen Widerstände sind in eine Brückenschaltung einbezogen, an deren einem Anschlusspaar eine niederfrequente Wechselspannung angelegt wird und deren zweites Anschlusspaar als Ausgang dient. Die Brücke ist im drucklosen Zustand abgestimmt. Bei Einwirkung der Blutdruckwellen auf die Membrane verändern sich die Widerstandsverhältnisse der Brücke mit dem Druckverlauf im Takt der Herztätigkeit so, dass die angelegte Wechselspannung amplitudenmoduliert wird.
Der Wechselspannungseingang des Druckwandlers 11 ist an einen 3-kHz-Oszillator 12 angeschlossen. Der Oszillator 12 ist mit Hilfe einer Referenzspannungsquelle 13 amplitudenstabilisiert. Als Referenzspannungsquelle 13 dient eine gewöhnliche Hg-Zelle, die, wenn sie nicht belastet wird, als genügend konstant betrachtet werden kann.
Der Ausgang des Druckwandlers 11 führt zu einem NF Verstärker 14 mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 150 und einer Bandbreite von etwa 600 Hz bei 3 kHz. Ausgangsseitig ist der Verstärker 14 mit einem Demodulator 15 verbunden, der durch einen weiteren Eingang an dem Oszillator 12 angeschlossen ist. Mit Hilfe der Oszillatorfrequenz wird im Demodulator 15 eine phasengenaue Demodulation durchgeführt. Druckwandler 11, Verstärker 14, Demodulator 15 und Oszillator 12 bilden somit einen phasenstarren Kreis.
Der Spannungsverlauf am Ausgang des Demodulators 15 ist eine genaue Wiedergabe des Blutdruckverlaufs. Die nachfolgenden Stufen dienen der Verarbeitung der Blutdruckinformation in eine Form, die sich zur drahtlosen Übertragung eignet. Die einfache Modulation eines HF-Trägersignals ist aus übertragungstechnischen Gründen nicht zweckmässig.
Deshalb wird im vorliegenden Fall eine Submodulation durchgeführt. Der Ausgang des Demodulators 15 ist daher mit einem Submodulator 16 verbunden.
Der Submodulator 16 enthält im wesentlichen eine Schaltung zur Erzeugung einer linear ansteigenden Vergleichsspannung, eine Vergleichsschaltung und eine monostabile Kippschaltung. In einen Eingang der Vergleichsschaltung wird die dem Druckverlauf entsprechende Ausgangsspannung des Demodulators 15 und in den zweiten Eingang die linear ansteigende Spannung eingegeben. Wenn die ansteigende Flanke der Vergleichsspannung die Höhe der Demodulatorausgangsspannung erreicht hat, wird von der Vergleichsschaltung ein Impuls an die monostabile Kippstufe abgegeben und gleichzeitig die Vergleichsspannung auf Null zurückgestellt.
Die monostabile Kippstufe dient der Impulsformung, so dass am Ausgang des Submodulators Rechteckimpulse abgegeben werden. Der Abstand zwischen zwei Rechteckimpulsen hängt nun in eindeutiger Weise von der jeweiligen Höhe der Ausgangsspannung des Demodulators ab. Es ergibt sich somit eine Impulsabstandsmodulation, bei der die Information nunmehr in den Abständen der Rechteckimpulse enthalten ist.
Die Breite der Rechteckimpulse könnte im Prinzip beliebig klein gewählt werden, es ist jedoch aus technischen Gründen (d.h. damit die Anforderungen an den Empfänger nicht zu hoch werden) sinnvoll, die Impulsbreite nicht unter 10 Cls zu wählen. Die Steilheit der Anstiegsflanke der Vergleichsspannung hängt von der erwünschten Abtastfrequenz ab. Es hat sich gezeigt, dass ein Impulsabstand, der zwischen etwa 1 ms und etwa 2,5 ms variiert (entsprechend einer Abtastfrequenz zwischen 0,4 und 1 kHz) günstig ist.
Der Ausgang des Submodulators 16 ist mit dem Sender 17 verbunden, in dem ein 100-MHz-Signal mit den abstandsmodulierten 10-,u-Impulsen getastet wird. Der Ausgang des Senders 17 führt zur Antenne 18, von der dem HF-Signal entsprechende Wellen abgestrahlt werden. Zur Ein- und Ausschaltung des Geräts dient ein Schalter 19, der zwischen der Referenzspannungsquelle 13 und den von ihr versorgten Stufen angeordnet ist. Der in Fig. 2 gezeigte Schalter 19 enthält einen Reedkontakt 21 bekannter Bauart, der in einem mit Schutzgas gefüllten Glasrohr 22 zwei normalerweise getrennte Kontaktzungen 23, 24 aufweist, deren Kern aus Weicheisen besteht. Durch Erzeugung eines Magnetfeldes bestimmter Stärke im Bereich der Kontaktzungen werden diese geschlossen und nach Abschalten des Feldes wieder geöffnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird unmittelbar neben dem Reedkontakt ein Permanentmagnet 25 angebracht, dessen Stärke und dessen Lage zum Kontakt so gewählt werden, dass das durch ihn im Bereich der Kontaktzungen erzeugte Feld gerade noch nicht zu deren Schliessung ausreicht, sie jedoch, wenn sie geschlossen sind in geschlossenem Zustand hält. Zur Betätigung des Kontaktes aus einer Entfernung kann nun mit einem weiteren Magneten 26, dessen Feldstärke im Vergleich zu dem im Gerät angeordneten Permanentmagneten hoch ist, das durch den Permanentmagneten 25 erzeugte Feld entweder zum Schliessen des Kontakts verstärkt oder zum Öffnen des Kontakts verringert werden. Die Entfernung, über die diese Betätigung möglich ist, ist bei einem üblichen Hufeisenmagneten so gross, dass ein implantiertes Gerät von ausserhalb des Patienten ein- und ausgeschaltet werden kann.
Das Blutdruckmessgerät enthält neben der Referenzspannungsquelle 13, die aus Gründen der Spannungskonstanz nicht belastet werden darf, zwei Versorgungsspannungsquellen mit je etwa 1,3 V, die zusammen die Betriebsspannung des Geräts von etwa 2,6 V ergeben. Mit einem gesamten Stromverbrauch von etwa 250 jtA beträgt die Lebensdauer der Batterien mindestens 1 Jahr bei einer täglichen Einschalt- dauer von etwa 2 Stunden. Der Messbereich umfasst Drücke von 0-300 mm Hg über Atmosphärendruck. Die Reichweite beträgt im freien Feld etwa 50 m. Das Gerät, mit Ausnahme des Druckwandlers, ist zum Schutz gegen Korrosion in Wachs eingegossen und zur Erzielung mechanischer Festigkeit mit einem Kunststoffmantel umhüllt. Die Abmessungen der vorliegenden Ausführungsform betragen 13x48x68 mm.
Blood pressure monitor
The invention relates to an implantable blood pressure measuring device, characterized by a pressure transducer in which a carrier signal is amplitude-modulated according to the pressure waves, an AC amplifier for amplifying the amplitude-modulated signal, a demodulator for phase-correct demodulation, an amplitude-stabilized oscillator for generating the carrier signal and for controlling the phase-correct one Demodulation, a reference voltage source for amplitude stabilization of the oscillator, a submodulation stage for modulating the pulse spacing of a pulse train with the output signal of the demodulator, a modulation stage for modulating an HF signal with the submodulated signal,
an antenna for transmitting the output signal and, through a switch, for switching the device on and off with the aid of a magnetic field.
Such a blood pressure monitor as a whole can, for example.
wisely implanted in laboratory animals and remain in the body for long periods of time. It allows telemetric blood pressure measurement and thus offers the advantage that the patient can move freely within a certain radius even during the measurements. This ensures that the measurement does not affect the measured values.
An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying drawing. 1 shows a block diagram of the blood pressure measuring device according to the invention, and FIG. 2 shows a schematic representation of a preferred switch for switching the device on and off.
As shown in FIG. 1, a pressure transducer 11 of known type is used to record the blood pressure to be measured, in which four semiconductor resistors are arranged on a titanium membrane exposed to the pressure, so that the resistance values of the semiconductor resistors change when the membrane is bent due to pressure . The four strain-sensitive resistors are included in a bridge circuit, to whose one pair of connections a low-frequency alternating voltage is applied and whose second pair of connections serves as an output. The bridge is tuned in the depressurized state. When the blood pressure waves act on the membrane, the resistance ratios of the bridge change with the pressure curve in time with the heart's activity so that the applied alternating voltage is amplitude-modulated.
The AC voltage input of the pressure transducer 11 is connected to a 3 kHz oscillator 12. The oscillator 12 is amplitude stabilized with the aid of a reference voltage source 13. An ordinary Hg cell serves as the reference voltage source 13, which, if it is not loaded, can be regarded as sufficiently constant.
The output of the pressure transducer 11 leads to an LF amplifier 14 with a gain factor of about 150 and a bandwidth of about 600 Hz at 3 kHz. On the output side, the amplifier 14 is connected to a demodulator 15, which is connected to the oscillator 12 through a further input. With the aid of the oscillator frequency, phase-accurate demodulation is carried out in demodulator 15. Pressure converter 11, amplifier 14, demodulator 15 and oscillator 12 thus form a phase-locked circuit.
The voltage curve at the output of the demodulator 15 is an exact reproduction of the blood pressure curve. The following steps are used to process the blood pressure information in a form suitable for wireless transmission. The simple modulation of an RF carrier signal is not practical for reasons of transmission technology.
Therefore a submodulation is carried out in the present case. The output of the demodulator 15 is therefore connected to a submodulator 16.
The submodulator 16 essentially contains a circuit for generating a linearly increasing comparison voltage, a comparison circuit and a monostable multivibrator. The output voltage of the demodulator 15 corresponding to the pressure curve is input into one input of the comparison circuit and the linearly increasing voltage is input into the second input. When the rising edge of the comparison voltage has reached the level of the demodulator output voltage, the comparison circuit sends a pulse to the monostable multivibrator and at the same time resets the comparison voltage to zero.
The monostable multivibrator is used for pulse shaping so that square-wave pulses are emitted at the output of the submodulator. The distance between two square-wave pulses depends clearly on the respective level of the output voltage of the demodulator. This results in a pulse interval modulation in which the information is now contained in the intervals between the rectangular pulses.
In principle, the width of the rectangular pulses could be chosen as small as desired, but for technical reasons (i.e. so that the requirements on the receiver are not too high) it makes sense not to choose the pulse width below 10 Cls. The steepness of the leading edge of the comparison voltage depends on the desired sampling frequency. It has been shown that a pulse spacing which varies between approximately 1 ms and approximately 2.5 ms (corresponding to a sampling frequency between 0.4 and 1 kHz) is favorable.
The output of the submodulator 16 is connected to the transmitter 17, in which a 100 MHz signal with the distance-modulated 10-, u-pulses is sampled. The output of the transmitter 17 leads to the antenna 18, from which waves corresponding to the RF signal are emitted. A switch 19, which is arranged between the reference voltage source 13 and the stages supplied by it, is used to switch the device on and off. The switch 19 shown in Fig. 2 contains a reed contact 21 of known design, which has two normally separate contact tongues 23, 24 in a glass tube 22 filled with protective gas, the core of which is made of soft iron. By generating a magnetic field of a certain strength in the area of the contact tongues, these are closed and opened again when the field is switched off.
In the present embodiment, a permanent magnet 25 is attached immediately next to the reed contact, the strength and position of which relative to the contact are selected so that the field generated by it in the area of the contact tongues is just insufficient to close them, but they do when they are closed holds in closed position. To operate the contact from a distance, the field generated by the permanent magnet 25 can either be increased to close the contact or decreased to open the contact with a further magnet 26, the field strength of which is high compared to the permanent magnet arranged in the device. With a conventional horseshoe magnet, the distance over which this actuation is possible is so great that an implanted device can be switched on and off from outside the patient.
In addition to the reference voltage source 13, which must not be loaded for reasons of voltage constancy, the blood pressure monitor contains two supply voltage sources with approximately 1.3 V each, which together result in the operating voltage of the device of approximately 2.6 V. With a total power consumption of around 250 jtA, the battery life is at least 1 year with a daily operating time of around 2 hours. The measuring range includes pressures from 0-300 mm Hg above atmospheric pressure. The range is around 50 m in an open field. The device, with the exception of the pressure transducer, is cast in wax to protect it against corrosion and encased in a plastic jacket to achieve mechanical strength. The dimensions of the present embodiment are 13x48x68 mm.