DE10061189A1

DE10061189A1 - Method for continuous determination of mean, systolic and diastolic arterial blood pressure by measurement of the pulse transition time using electrodes measuring impedance of separate body regions

Info

Publication number: DE10061189A1
Application number: DE10061189A
Authority: DE
Inventors: Ingo Stoermer; Peter Buttgereit
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-12-08
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2002-06-27

Abstract

Method for continuous determination of the arterial blood pressure uses the pulse transition time (PTT) in which the time of pulse arrival at two different body points is measured and then the difference between the two determined, from which a value for blood pressure is determined. Accordingly each sensor has two electrodes (1-6) that measure the impedance of the body region and the mean arterial blood pressure from the corresponding PTT. The invention also relates to a corresponding device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen, nicht-invasiven Bestimmung des arteriellen Blutdrucks durch Messung der Pulswellenlaufzeit (PTT: Puls Transition Time), bei dem an wenigstens zwei Körperbereichen eines Patienten Messsi gnale abgenommen werden, aus der Zeitdifferenz zwischen korre spondierenden Punkten der beiden Signale die Pulswellenlaufzeit bestimmt und daraus ein Wert für den Blutdruck abgeleitet wird.The invention relates to a method for continuous, non-invasive determination of arterial blood pressure Measurement of the pulse wave transit time (PTT: Pulse Transition Time), at that on at least two areas of a patient's body gnale be taken from the time difference between correct sponding points of the two signals the pulse wave transit time determined and a value for blood pressure is derived from it.

Ein derartiges Verfahren ist zum Beispiel aus WO 00/10453 be kannt. Bei dem bekannten Verfahren wird die durch den Herzschlag verursachte Pulswelle an zwei voneinander entfernten Stellen des Körpers eines Patienten erfasst, wobei hierzu druckempfindliche Sensoren verwendet werden, die den Ausschlag an der Hautoberflä che, der durch den Herzschlag und die resultierende Druckwelle erzeugt wird, aufnehmen. Das von zwei entfernt zueinander an der Haut des Patienten aufgenommene Messsignal wird jeweils einer Zeitableitung unterzogen und anschließend die Pulswellenlaufzeit durch Bestimmung der zeitlichen Verschiebung zwischen charak teristischen Punkten der Messsignalverläufe bestimmt. Aus der Pulswellenlaufzeit lässt sich, nachdem eine Kalibrationskonstan te bestimmt ist, ein Maß für den mittleren arteriellen Blutdruck ableiten.Such a method is, for example, from WO 00/10453 known. In the known method, the heartbeat caused pulse wave at two distant locations of the Body of a patient recorded, this being pressure sensitive Sensors are used to detect the rash on the skin surface che caused by the heartbeat and the resulting pressure wave is generated. The two away from each other at the Skin of the patient's recorded signal becomes one Derived time and then the pulse wave transit time by determining the time shift between charak teristic points of the measurement signal curves determined. From the Pulse wave runtime can be after a calibration constant te is a measure of mean arterial blood pressure derived.

Ein solches Verfahren zur kontinuierlichen Messung und Überwa chung des Blutdrucks eines Patienten ist unzuverlässig und kann erhebliche Ungenauigkeiten aufweisen, da bereits geringfügige Bewegungen des Patienten die Messsignale der Sensoren verfäl schen können.Such a method for continuous measurement and monitoring Monitoring a patient's blood pressure is unreliable and can have considerable inaccuracies, since they are already minor Movements of the patient falsify the measurement signals from the sensors can.

Andere Verfahren zur Bestimmung des Blutdrucks auf Grundlage der Pulswellenlaufzeit benutzen als Sensoren Photoplethysmographen oder Ultraschall-Doppler. Mit den Letzteren lassen sich praxis taugliche Ergebnisse erzielen, der Aufwand bei der Plazierung der Schallköpfe und die Einsatzkosten sind jedoch zu hoch, um für den klinischen Alltag tauglich zu sein. Photoplethysmogra phen sind vergleichsweise kostengünstig, sie sind jedoch auf das Registrieren von Volumenpulsen der die Haut versorgenden peri pheren Arterien (Arterien vom muskulären Typ) beschränkt. Der Volumenpuls der Arterien vom muskulären Typ ist aber durch die vom Herzen aus gesehene starke Verengung der Gefäße etwa um den Faktor 2.500 durch Reflexionen und Überlagerungen stark ver zerrt so dass die Berechnung der Pulswellengeschwindigkeit zu ungenau wird. Ein weiterer Nachteil der Bestimmung der Pulswel lenlaufzeit mittels Photoplethysmographen liegt darin, dass die Durchblutung der terminalen Strombahn in kritischen Kreislaufsi tuationen (zum Beispiel Zentralisierung bei Schock) oder bei Kälte (kalte Hände) sehr stark eingeschränkt ist, so dass in solchen Situationen gar kein Signal mehr registrierbar ist, was besonders unbefriedigend ist, da gerade in kritischen Situatio nen präzise Werte für den Blutdruck benötigt werden.Other methods of determining blood pressure based on the Pulse wave transit times use photoplethysmographs as sensors or ultrasound Doppler. With the latter you can practice Achieve suitable results, the effort involved in placement however, the transducers and the cost of use are too high to to be suitable for everyday clinical use. Photoplethysmogra phen are comparatively inexpensive, but they are based on that Registration of volume pulses of the peri pheric arteries (muscular type arteries). The Volume pulse of the arteries of the muscular type is due to the seen from the heart, severe narrowing of the vessels around the Factor 2,500 due to reflections and overlaps tugging so the calculation of the pulse wave speed too becomes inaccurate. Another disadvantage of determining the pulse wave Oil run time using photoplethysmographs is that the Blood flow to the terminal current path in critical circulatory systems tuations (e.g. centralization in case of shock) or in Cold (cold hands) is very limited, so in in such situations no signal can be registered anymore, what is particularly unsatisfactory, especially in critical situations precise blood pressure values are required.

In dem Artikel "Clinical evaluation of continuous non-invasive blood pressure monitoring: Accuracy and tracking capabilities", Christopher C. Young et al., Journal of Clinical Monitoring, Vol. 11, No. 4, Juli 1995, Seiten 245-252, wurde die Genauigkeit der Blutdruckmessung über die Pulswellenlaufzeit, die mittels zwei entfernt am Körper angeordneten photometrischen Zellen bestimmt wurde, mit den gleichzeitig aufgenommenen Ergebnissen einer invasiven Blutdruckmessung verglichen. Die invasive Blut druckmessung, die mit einem an einem Katheter in eine Arterie eingeführten Sensor arbeitet, ist die derzeit präziseste zur Verfügung stehende Methode, da es sich um eine direkte Messung der interessierenden Parameter handelt. Die Präzision der direk ten Messung ist jedoch aufgrund der Probleme durch Eigenfrequenz und Dämpfung des Systems Gegenstand kontroverser Diskussionen. Gleichwohl zeigt die Gegenüberstellung in dem genannten Artikel, dass die über die Pulswellenlaufzeit, bestimmt durch photome trische Pulssensoren, ermittelten Blutdruckwerte oft nicht gut mit den präziseren invasiv gemessenen Blutdruckwerten überein stimmen und darüberhinaus in einem relativ längeren Zeitraum gar nicht verfügbar sind. Desweiteren wird nicht die Pulswellenlauf zeit in zentralen Arterien (Arterien vom elastischen Typ) er fasst, die den zu bestimmenden Paramter (zentraler Blutdruck) widerspiegelt.In the article "Clinical evaluation of continuous non-invasive blood pressure monitoring: Accuracy and tracking capabilities ", Christopher C. Young et al., Journal of Clinical Monitoring, Vol. 11, No. 4, July 1995, pages 245-252, the accuracy was the blood pressure measurement over the pulse wave duration, which means two photometric cells located on the body was determined with the results recorded simultaneously compared to an invasive blood pressure measurement. The invasive blood pressure measurement with one on a catheter in an artery introduced sensor works, is currently the most precise Available method as it is a direct measurement of the parameters of interest. The precision of the direk However, measurement is due to problems due to natural frequency and system damping is the subject of controversial discussion. Nevertheless, the comparison in the article mentioned shows that over the pulse wave transit time, determined by photome trical pulse sensors, blood pressure values were often not good matches the more precise, invasively measured blood pressure values agree and moreover in a relatively long period of time are not available. Furthermore, the pulse wave running is not time in central arteries (elastic type arteries) summarizes the parameters to be determined (central blood pressure) reflects.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des arteriellen Blutdrucks durch Messung der Pulswellenlaufzeit so zu verbessern, dass das Ver fahren verlässlich und präzise arbeitet und mit geringem Aufwand anwendbar ist.It is an object of the present invention to provide a method for continuous determination of arterial blood pressure by To improve the measurement of the pulse wave transit time so that the ver drive reliably and precisely and with little effort is applicable.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen aufgeführt.The characteristic features serve to solve this task of claim 1 in conjunction with its preamble. Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims listed.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in wenigstens zwei Körper bereichen, vorzugsweise am Thorax und am Unterschenkel, ein die Impedanz repräsentierendes Messsignal aufgenommen. Die Impedanz läßt sich z. B. einfach mit vier auf die Haut aufgeklebten Elek troden, die von einer Steuer- und Auswerteeinheit betrieben werden, bestimmen. Es ist bekannt, dass Impedanzänderungen Ände rungen des Flüssigkeitsgehaltes in dem untersuchten Körperbereich widerspiegeln, so dass der zeitliche Verlauf der Impedanz dazu geeignet ist, durch Vergleich von wenigstens zwei die Impe danz repräsentierenden Messsignalen, die an voneinander entfern ten Stellen aufgenommen werden, die Pulswellenlaufzeit zu be stimmen.According to the present invention, in at least two bodies areas, preferably on the thorax and lower leg, a Measurement signal representing impedance recorded. The impedance can z. B. simply with four Elek glued to the skin trodes operated by a control and evaluation unit will determine. It is known that changes in impedance change fluid content in the examined body area reflect, so the time course of the impedance is suitable by comparing at least two the impe danz representative measurement signals that are separated from each other ten positions are added to the pulse wave transit time voices.

Vorzugsweise wird die Zeitableitung der aufgenommenen Messsigna le gebildet, und es werden lokale Extremwerte, z. B. Maxima in den Zeitableitungen bestimmt, die den Punkten maximaler Steigung der Impedanz entsprechen, und aus der zeitlichen Verschiebung dieser Maxima gegeneinander ein Wert für die Pulswellenlaufzeit bestimmt. Ferner können die aufgenommenen Messsignale bzw. deren Zeitableitungen dazu verwendet werden, um die Herzzyklusdauer zu bestimmen.The time derivative of the recorded measurement signal is preferred le are formed, and local extreme values, e.g. B. Maxima in the time derivatives that determines the points of maximum slope correspond to the impedance, and from the time shift these maxima against each other a value for the pulse wave transit time certainly. Furthermore, the recorded measurement signals or their Time derivatives are used to increase the cardiac cycle duration determine.

Werden je zwei Sensoren z. B. im Bereich des Thorax und im Be reich des Unterschenkels angebracht und aus charakteristischen Punkten der Impedanzverläufe die Pulswellenlaufzeit bestimmt, so erhält man die Pulswellenlaufzeit der zentralen Strombahn. Die Verzerrung der Druck- und Stromkurven ist in diesem Bereich vergleichsweise gering, so dass die Präzision des Verfahrens mindestens im Bereich der bisher präzisesten Verfahren, nämlich der invasiven Messung mittels Katheter, liegt.Are two sensors z. B. in the thorax and Be attached to the lower leg and from characteristic Points of the impedance curves determines the pulse wave transit time, see above you get the pulse wave transit time of the central current path. The Distortion of the pressure and current curves is in this area comparatively low, so the precision of the process at least in the area of the most precise procedures so far, namely invasive measurement using a catheter.

Aus der Pulswellenlaufzeit lässt sich nach geeigneter Kalibra tion unmittelbar der mittlere arterielle Blutdruck bestimmen.The pulse wave propagation time can be used to find a suitable calibra immediately determine the mean arterial blood pressure.

Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können darüberhin aus auch die Werte des systolischen und des diastolischen Blut drucks bestimmt werden, wobei die dabei verwendeten Beziehungen in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung darge stellt werden.Furthermore, with the method of the present invention also the values of systolic and diastolic blood pressure can be determined, with the relationships used Darge in the following detailed description of the invention be put.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders vorteilhaft, da mit der Impedanz ein einfach und verlässlich messbarer Parameter verwendet wird, der einfach mit jeweils zwei standardmäßig und kostengünstig zur Verfügung stehenden Elektroden aufgenommen werden kann. Die Beeinträchtigung des Patienten ist, anders als bei invasiven Methoden oder der Messung über eine permanent anliegende Druckmanschette, minimal. Darüber hinaus ist die Messung robust und wenig störanfällig und liefert auch in kriti schen Situationen mit einhergender mangelnder Durchblutung der terminalen Strombahn verlässliche Blutdruckwerte.The inventive method is particularly advantageous because with the impedance is a simple and reliably measurable parameter is used, which is simply with two by default and electrodes available at low cost can be. The patient's impairment is different with invasive methods or measurement using a permanent adjacent pressure cuff, minimal. In addition, the Measurement robust and less prone to failure and also delivers in critical conditions situations with a concomitant lack of blood flow to the terminal current path reliable blood pressure values.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beschrieben, in denen:The invention is described below using exemplary embodiments described in the drawings in which:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Druckverlaufs während eines Herzzyklus ist; Fig. 1 is a schematic illustration of the pressure course during a cardiac cycle;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist; Figure 2 is a schematic representation of an apparatus for performing the method;

Fig. 3 eine schematische Darstellung der aufgenommenen Mess signale ist; Fig. 3 is a schematic representation of the recorded measurement signals;

Fig. 4 Darstellungen des Druckverlaufs während eines Herzzyklus in verschiedenen Bereichen mit zunehmender Entfernung vom Herzen sind; FIG. 4 shows representations of the pressure variation during a cardiac cycle in different areas with increasing distance from the heart are;

Fig. 5 ein Graph ist, in dem die mit der vorliegenden Erfindung gemessenen Blutdruckwerte mit invasiv gemessenen Werten verglichen sind. Fig. 5 is a graph in which the measured with the present invention, blood pressure values are compared with invasively measured values.

Gemäß Fig. 2 und 3 wird bei dem vorliegenden Verfahren mit zwei Elektroden 1 und 2, die auf Abstand zueinander in einem ersten Körperbereich, vorzugsweise wie dargestellt am Thorax angebracht sind, und mit zwei Elektroden 3 und 4, die auf Ab stand zueinander vorzugsweise am Unterschenkel angebracht sind, jeweils der Wechselstromwiderstand Z (bzw. ein die Impedanz repräsentierendes Messsignal) zwischen den Elektroden der beiden Elektrodenpaare 1, 2 und 3, 4 als Messkurve aufgenommen. Dazu wird über die weiteren Elektroden 5, 6 am Kopf und Fuß des Pa tienten eine schwache, hochfrequente Wechselspannung angelegt wird, so dass zwischen den Elektrodenpaaren 1, 2 und 3, 4 je weils eine Spannung aufnehmbar ist.According to Fig. 2 and 3 is preferably in the present process with two electrodes 1 and 2 which are at a distance from each other in a first body portion, preferably as shown in the thorax mounted, and two electrodes 3 and 4, which was on from one another on the Lower leg are attached, the AC resistance Z (or a measurement signal representing the impedance) between the electrodes of the two electrode pairs 1 , 2 and 3 , 4 is recorded as a measurement curve. For this purpose, a weak, high-frequency alternating voltage is applied to the head and foot of the patient via the further electrodes 5 , 6 , so that a voltage can be recorded in each case between the electrode pairs 1 , 2 and 3 , 4 .

In der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird zunächst die Zeit ableitung dZ/dt der aufgenommenen Messsignale gebildet und die Zeitableitungen dann verschiedenen Filterungen unterzogen, näm lich in einem 50 Hz Bandsperrfilter 12, einem 5 Hz Hochpassfil ter 14 und einem 16 Hz Tiefpassfilter 16, wonach die Signale in einer Analog/Digital-Wandlereinrichtung 18 einer A/D-Wandlung unterzogen werden. In der Steuer- und Auswerteeinheit 20, die vorzugsweise durch einen geeignet programmierten Computer gebil det wird, werden die aufgenommenen Messsignale verschiedenen Untersuchungen und Verarbeitungen zugeführt.In the device shown in FIG. 2, the time derivative dZ / dt of the recorded measurement signals is first formed and the time derivatives are then subjected to various filtering, namely in a 50 Hz bandstop filter 12 , a 5 Hz high pass filter 14 and a 16 Hz low pass filter 16 , after which the signals are subjected to an A / D conversion in an analog / digital converter device 18 . In the control and evaluation unit 20 , which is preferably formed by a suitably programmed computer, the recorded measurement signals are fed to various examinations and processes.

In der Steuer- und Auswerteeinheit 20 sind die aufeinanderfol genden Auswerteschritte schematisch wie in einem Flussdiagramm dargestellt. In Schritt 22 werden die Zeitableitungen der aufge nommenen Impedanzfunktionen nach lokalen Extremwerten abgesucht. In Schritt 24 erfolgt eine weitere Mustererkennung, um charak teristische Punkte in den Kurvenverläufen sicher zu identifizie ren. Durch Bestimmen von Maxima in den Zeitableitungen lassen sich z. B. die Punkte des maximalen Anstiegs in der Impedanzfunk tion auffinden.In the control and evaluation unit 20 , the successive evaluation steps are shown schematically as in a flow chart. In step 22 , the time derivatives of the recorded impedance functions are searched for local extreme values. In step 24 there is a further pattern recognition in order to reliably identify characteristic points in the curve profiles. By determining maxima in the time derivatives, z. B. find the points of maximum increase in the impedance function.

Zur Bestimmung der Pulswellenlaufzeit PTT wird innerhalb jedes Herzzyklus jeweils aus den die Impedanz repräsentierenden Mess signalen in den gewählten Körpersegmenten (vorzugsweise Thorax und Unterschenkel) ein charakteristischer Punkt bestimmt (z. B. lokales Maximum in der Ableitung des Messsignals nach der Zeit, was dem Punkt maximaler Steigung im Impedanzsignal entspricht). Durch. Bestimmung der zeitlichen Verschiebung zwischen den cha rakteristischen Punkten wird, wie in Fig. 3 illustriert ist, die Pulswellenlaufzeit PTT bestimmt.To determine the pulse wave transit time PTT, a characteristic point is determined within each cardiac cycle from the measurement signals representing the impedance in the selected body segments (preferably thorax and lower leg) (e.g. local maximum in the derivation of the measurement signal according to the time, what the point corresponds to the maximum slope in the impedance signal). By. Determination of the time shift between the characteristic points, as illustrated in FIG. 3, determines the pulse wave transit time PTT.

Die Berechnung von mittelerem, diastolischem und systolischem Blutdruck, wobei die Verfahrensweisen weiter unten beschrieben werden, erfolgt in Schritt 30. Dabei gehen mit 32 bezeichnete Kalibrationskonstanten ein. Die Ergebnisse werden schließlich auf einem Anzeigeschirm 40 dargestellt.The calculation of mean, diastolic and systolic blood pressure, the procedures being described below, takes place in step 30 . Calibration constants designated 32 are included. The results are finally displayed on a display screen 40 .

In der dargestellten Ausführungsform können aufgrund der mit den weiteren Elektroden 5 am Kopf und 6 am Fuß des Patienten ange legten hochfrequenten schwachen Wechselspannung über die Elek trodenpaare 1, 2 und 3, 4 Spannungen abgegriffen und dadurch die Impedanzen der zwischen den Elektroden 1, 2 und 3, 4 liegenden Körpersegmente repräsentierende Messsignale abgeleitet werden.In the illustrated embodiment, due to the additional electrodes 5 on the head and 6 on the patient's foot, high-frequency weak alternating voltage can be tapped via the electrode pairs 1 , 2 and 3 , 4 voltages and thereby the impedances between the electrodes 1 , 2 and 3 , 4 lying body segments representing measurement signals are derived.

Ferner ist es in dieser Ausführungsform möglich über die Elek troden 1, 2 am Thorax eine EKG-Kurve aufzunehmen. Die zusätzli che Aufnahme einer EKG-Kurve ermöglicht es, weitere Parameter, wie etwa die Pre-ejection Periode (PEP) und die Herzzyklusdauer, durch Vergleich von EKG-Kurve mit den Zeitableitungen der Impe danzkurven zu bestimmen. Auch kann mittels der EKG-Kurve und einer Messignalkurve eine Abschätzung für die Pulswellenlaufzeit gewonnen werden, falls das andere Messsignal aufgrund einer Störung nicht auswertbar ist.Furthermore, it is possible in this embodiment to record an EKG curve via the electrodes 1 , 2 on the thorax. The additional recording of an EKG curve enables further parameters, such as the pre-ejection period (PEP) and the cardiac cycle duration, to be determined by comparing the ECG curve with the time derivatives of the impedance curves. An estimate for the pulse wave transit time can also be obtained by means of the ECG curve and a measurement signal curve if the other measurement signal cannot be evaluated due to a disturbance.

Die Bestimmung des mittleren arteriellen Blutdrucks MAP aus der Pulswellenlaufzeit PTT kann in folgender Weise vorgenommen wer den. Es ist bekannt, dass das Elastizitätsmodul und die Druck änderung in einem festen Verhältnis zueinander stehen, dass durch folgende Gleichungen beschrieben wird:
The determination of the mean arterial blood pressure MAP from the pulse wave transit time PTT can be carried out in the following manner. It is known that the modulus of elasticity and the pressure change are in a fixed relationship to one another, which is described by the following equations:

Dabei ist:
C: Pulswellengeschwindigkeit
r: Lumenradius
E: Elastizitätsmodul
h: Wanddicke
V: arterielles Volumen
P: Druck
ρ: Blutdichte
PTT: Pulswellenlaufzeit
d: DistanzHere is:
C: pulse wave velocity
r: lumen radius
E: modulus of elasticity
h: wall thickness
V: arterial volume
P: pressure
ρ: blood density
PTT: pulse wave transit time
d: distance

Unter der Annahme, dass h, V, r, ρ während einer kurzen Beobach tungszeit von einigen Stunden näherungsweise als konstant ange sehen werden können, lassen sich die Formeln zu
The formulas can be assumed on the assumption that h, V, r, ρ can be regarded as approximately constant during a short observation period of a few hours

ΔP = const.c²
ΔP = const.c ²

vereinfachen. Die Pulswellengeschwindigkeit ist natürlich zu der Pulswellenlaufzeit umgekehrt proportional, so dass:
simplify. The pulse wave velocity is of course inversely proportional to the pulse wave transit time, so that:

gilt.applies.

Dieser Zusammenhang zwischen dem mittleren arteriellen Blutdruck MAP und der Pulswellenlaufzeit PTT wurde schon 1922 von Bramwell beschrieben und später von Wetterer experimentell geprüft.This relationship between mean arterial blood pressure MAP and the pulse wave time PTT was developed by Bramwell in 1922 described and later experimentally tested by Wetterer.

Der mittlere arterielle Blutdruck ergibt sich mittels oszillome trischer Druckmessung p₀ durch den Kalibrationsfaktor k:
The mean arterial blood pressure is determined by means of oscillometric pressure measurement p ₀ by the calibration factor k:

k = p₀.PTT².k = p ₀ .PTT ² .

Im Folgenden wird gezeigt, wie sich mit dem Verfahren auch der diastolische und der systolische Blutdruck bestimmen lässt.In the following it is shown how the procedure can also be used diastolic and systolic blood pressure can be determined.

Fig. 4 zeigt die Druckverläufe entlang dem arteriellen Haupt rohr bei einem jüngeren Erwachsenen. Man bezeichnet das Druckmi nimum am Ende des Herzzyklus als diastolischen Druck, das Druck maximum im Verlauf der Blutauswurfsphase des Herzens als systo lischen Druck. Fig. 4 shows the pressure profiles along the main arterial tube in a younger adult. One calls the pressure minimum at the end of the cardiac cycle as diastolic pressure, the pressure maximum in the course of the blood ejection phase of the heart as systemic pressure.

Elastizität und Querschnitt der Arterien verringern sich mit wachsendem Abstand vom Herzen. Dadurch erhöht sich der Druckwel lenwiderstand, der zur systolischen Druckerhöhung führt, was sich auch an Fig. 4 ablesen lässt. Das Ausmaß der Druckerhöhung ist individuell unterschiedlich und verändert sich z. B. mit dem Alter des Menschen.The elasticity and cross-section of the arteries decrease with increasing distance from the heart. This increases the pressure wave resistance, which leads to the systolic pressure increase, which can also be seen in FIG. 4. The extent of the pressure increase differs individually and changes e.g. B. with the age of humans.

Der mittlere arterielle Blutdruck MAP wird bei bekanntem Druck verlauf als Integral über den Druckverlauf über die Zeitdauer eines Herzzyklus bestimmt. Gewinnt man die Druckverlaufskurve aus einer Arterie einer Extremität (üblich ist etwa A. radialis oder A. femoralis), so ergibt sich durch die systolische Druck erhöhung für den systolischen Druck ein zu hoch und für den mittleren und diastolischen arteriellen Druck ein zu klein ge schätzter Wert.The mean arterial blood pressure MAP is at a known pressure run as an integral over the pressure curve over the period of a cardiac cycle. If you win the pressure curve from an artery of an extremity (common is the radial artery or A. femoralis), results from the systolic pressure increase too high for the systolic pressure and for the mean and diastolic arterial pressure too low estimated value.

Ist andererseits der mittlere arterielle Blutdruck MAP bekannt, wie beim vorliegenden Verfahren aus der Bestimmung der Pulswel lenlaufzeit PTT, so kann für die Bestimmung des zentralen (herz nahen) systolischen und diastolischen Drucks ein festes Verhält nis zum MAP angenommen werden: Der herznahe Druckverlauf lässt sich durch einen linearen Anstieg des Druckes von diastolisch auf systolisch, gefolgt von einem linearen Abfall wieder auf den diastolischen Wert innerhalb des Herzzyklus annähern. Dieser näherungsweise Verlauf ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Integral ergibt sich dann näherungsweise als
On the other hand, if the mean arterial blood pressure MAP is known, as in the present method from the determination of the pulse wave transit time PTT, then a fixed relationship to the MAP can be assumed for the determination of the central (near-heart) systolic and diastolic pressure: the near-heart pressure curve can be by a linear increase in pressure from diastolic to systolic followed by a linear decrease back to the diastolic value within the cardiac cycle. This approximate course is shown schematically in FIG. 1. The integral then results approximately as

mit:
p = arterieller Druckverlauf
Δp = Druckamplitude
p_sys = systolischer Blutdruck
p_dia = diastolischer Blutdruck
EP = Volumenauswurfzeit des Herzens
RR = Herzzyklusdauer.With:
p = arterial pressure curve
Δp = pressure amplitude
p _sys = systolic blood pressure
p _dia = diastolic blood pressure
EP = volume ejection time of the heart
RR = cardiac cycle duration.

Legt man statt des hier betrachteten herznahen Druckverlaufs, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, einen herzfernen Druckverlauf zugrunde, so ergibt sich statt des arithmetischen Mittels in der obigen Beziehung ein gewichtetes Mittel, das durch Kalibrierung bestimmt werden kann.If, instead of the pressure profile close to the heart considered here, as shown in FIG. 1, a pressure profile remote from the heart is taken as a basis, instead of the arithmetic mean in the above relationship, a weighted average results which can be determined by calibration.

Zur Bestimmung der Blutdruckamplitude wird näherungsweise an genommen, dass das Elastizitätsmodul des arteriellen Gefäßsy stems im betrachteten Abschnitt konstant sei:
To determine the blood pressure amplitude, it is approximately assumed that the modulus of elasticity of the arterial vascular system is constant in the section under consideration:

Δp ∝ ΔV
Δp ∝ ΔV

mit ΔV = Volumenänderung im System.with ΔV = volume change in the system.

Ausgehend vom diastolischen Druck p_dia kommt es mit jedem Herz schlag zu einer systolischen Volumenänderung ΔV_sys, die durch das Herzschlagvolumen SV innerhalb der Volumenauswurfzeit EP des Herzens abzüglich des ausströmenden Volumens k₂.EP.MAP gegeben ist, wodurch der arterielle Blutdruck um Δp_sys auf den systoli schen Wert p_sys steigt:
Starting from the diastolic pressure p _dia , there is a systolic volume change ΔV _sys with each heartbeat, which is given by the heartbeat volume SV within the volume ejection time EP of the heart minus the outflowing volume k ₂ .EP.MAP, which increases the arterial blood pressure by Δp _sys increases to the systolic value p _sys :

ΔV_sys = SV - k₂.EP.MAP
ΔV _sys = SV - k ₂ .EP.MAP

Δp_sys ∝ SV - k₂.EP.MAP
Δp _sys ∝ SV - k ₂ .EP.MAP

p_sys = p_dia + k₁.(SV - k₂.EP.MAP)
p _sys = p _dia + k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP)

wobei k₁, k₂ Kalibrationskonstanten sind.where k ₁ , k _{2 are} calibration constants.

Ferner kommt es zu einem Volumenausstrom ΔV_dia, da das Blut ge trieben vom MAP gegen den Strömungswiderstand TPR (Total Peri pheral Resistance) kontinuierlich aus dem arteriellen in das venöse Gefäßsystem fließt. Der TPR kann innerhalb eines Herzzy klus als konstant angenommen werden. Der im Folgenden betrachte te Zeitraum umfasst eine Herzzyklusdauer RR. Es kommt ausgehend vom systolischen Blutdruck durch den Volumenverlust zu einem Druckabfall um ΔP_dia Proportional zur Verringerung des Volumens:

ΔV_dia ∝ MAP.(RR - EP)
There is also a volume outflow ΔV _dia , since the blood, driven by the MAP, flows continuously from the arterial into the venous system against the flow resistance TPR (Total Peripheral Resistance). The TPR can be assumed to be constant within a heart cycle. The period considered below comprises a cardiac cycle duration RR. Starting from the systolic blood pressure, the volume loss leads to a pressure drop by ΔP _dia proportional to the reduction in volume:

ΔV _dia ∝ MAP. (RR - EP)

Δp_dia ∝ MAP.(RR - EP)
Δp _dia ∝ MAP. (RR - EP)

p_dia = p_sys - k₂.MAP.(RR - EP)p _dia = p _sys - k ₂ .MAP. (RR - EP)

Dabei ist die Blutdruckamplitude immer auf den diastolischen Druck des vorhergehenden Herzzyklus aufgelagert.The blood pressure amplitude is always on the diastolic Previous cardiac cycle pressure superimposed.

Δp_dia und Δp_sys sind äquivalente Ausdrücke für die Blutdruckam plitude. Die Konstanten k1 bzw. k2 in den obigen Formeln erhält man durch oszillometrische Kalibrierung. Aus der obigen Be schreibung ergibt sich, dass die mit zwei Alternativen berech nete Blutdruckamplitude ΔP_dia und ΔP_sys lediglich geeignet um den mittels PTT bestimmten Mittelwert MAP zentriert werden muss, um den systolischen und den diastolischen Druck zu erhalten, wobei folgende zwei Berechnunsgmöglichkeiten gegeben sind:
Δp _dia and Δp _sys are equivalent expressions for blood pressure amplitude. The constants k1 and k2 in the above formulas are obtained by oscillometric calibration. From the above description it follows that the blood pressure amplitude ΔP _dia and ΔP _sys calculated with two alternatives need only be appropriately centered around the mean value MAP determined by PTT in order to obtain the systolic and the diastolic pressure, the following two calculation possibilities being given :

p_sys = p_dia+ k₁.(SV - k₂.EP.MAP) = MAP + k₁.(SV - k₂.EP.MAP).γ₁
p _sys = p _dia + k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) = MAP + k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) .γ ₁

p_dia = p_sys - k₁.(SV - k₂.EP.MAP) = MAP - k₁.(SV - k₂.EP.MAP).(γ₁ - 1) (1)
p _dia = p _sys - k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) = MAP - k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP). (γ ₁ - 1) (1)

p_dia = p_sys - k₂.MAP.(RR - EP) = MAP - γ₂.k₂.MAP.(RR - EP) = MAP.(1 - k₂.γ₂.(RR - EP)))
p _dia = p _sys - k ₂ .MAP. (RR - EP) = MAP - γ ₂ .k ₂ .MAP. (RR - EP) = MAP. (1 - k ₂ .γ _2. (RR - EP)) )

p_sys = MAP.(1 + k₂.(RR - EP).(1 - 2γ₂))
p _sys = MAP. (1 + k _2. (RR - EP). (1 - 2γ ₂ ))

wobei γ₁, γ₂ Gewichtungsfaktoren sind.where γ ₁ , γ _{2 are} weighting factors.

Nimmt man eine von der in Fig. 1 dargestellten abweichende Druckkurve an, gehen die Gewichtungsfaktoren in die Kalibration mit ein.If one assumes a pressure curve that deviates from that shown in FIG. 1, the weighting factors are included in the calibration.

Beide oben aufgeführten Alternativen (1) und (2) zur Bestimmung von p_dia und sind gleichwertig und sind alternativ anwendbar. Both of the above-mentioned alternatives ( 1 ) and ( 2 ) for determining p _dia and are equivalent and can be used alternatively.

Fig. 5 zeigt die über einen längeren Zeitraum aufgenommenen Blutdruckwerte, die gemäß dem vorliegenden Verfahren bestimmt wurden, im Vergleich mit invasiv, mit einem in der Arterie an geordneten Drucksensor bestimmten Blutdruckwerten. Die Daten in beiden Messreihen wurden durch gleitende Mittelung geglättet. Die Daten wurden während einer Narkose-Einleitung aufgenommen, die für den starken Blutdruckabfall verantwortlich ist. Auch ist der periodische Einfluss der Atmung auf den Blutdruck erkennbar, und zwar auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, was die Ge nauigkeit und das gute Auflösungsvermögen des erfindungsgemäßen Verfahrens belegt. FIG. 5 shows the blood pressure values recorded over a longer period of time, which were determined according to the present method, in comparison with invasive, with a blood pressure values determined in the artery by an ordered pressure sensor. The data in both series of measurements were smoothed by moving averaging. The data were collected during anesthesia induction, which is responsible for the severe drop in blood pressure. The periodic influence of breathing on blood pressure can also be seen, even in the method according to the invention, which proves the accuracy and the good resolving power of the method according to the invention.

Der Vergleich in Fig. 5 zeigt, dass das vorliegende Verfahren Ergebnisse liefert, die mit den invasiv gemessenen sehr gut übereinstimmen. Die vorliegende Erfindung erlaubt daher mit sehr viel geringerem Aufwand, und für den Patienten weit weniger unangenehm, als die invasiven Verfahren eine kontinuierliche Blutdrucküberwachung durchzuführen, deren Messgenauigkeit und Verlässlichkeit mit der von invasiven Verfahren vergleichbar ist.The comparison in FIG. 5 shows that the present method provides results which agree very well with those measured invasively. The present invention therefore allows the blood pressure monitoring to be carried out with much less effort and less uncomfortable for the patient than the invasive methods, the measurement accuracy and reliability of which is comparable to that of invasive methods.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des arteriellen Blutdrucks durch Messung der Pulswellenlaufzeit (PTT), bei dem an wenigstens zwei Körperbereichen eines Patienten Mess signale abgenommen werden, aus der Zeitdifferenz zwischen korrespondierenden Punkten der beiden Signale die Pulswel lenlaufzeit bestimmt und daraus ein Wert für den Blutdruck abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor mit wenigstens zwei Elektroden (1, 2; 3, 4) ein die Impedanz in dem Körperbereich repräsentierendes Messsignal aufnimmt, aus den Messignalen in den beiden Körperbereichen Pulswel lenlaufzeit bestimmt und daraus der mittlere arterielle Blutdruck bestimmt wird.1. A method for the continuous determination of arterial blood pressure by measuring the pulse wave transit time (PTT), in which measurement signals are taken from at least two parts of a patient's body, the pulse wave duration determined from the time difference between corresponding points of the two signals and from this a value for the blood pressure is derived, characterized in that each sensor with at least two electrodes ( 1 , 2 ; 3 , 4 ) picks up a measurement signal representing the impedance in the body area, pulse duration is determined from the measurement signals in the two body areas and the mean arterial blood pressure is determined therefrom ,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Impedanz repräsentierendes Messsignal im Bereich des Thorax und ein weiteres weiter peripher (herzfern), etwa im Bereich des Unterschenkels, aufgenommen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a the measurement signal representing the impedance in the range of Thorax and another further peripheral (distant from the heart), approximately in the Area of the lower leg.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitableitung der aufgenommenen Messsignale gebildet und lokale Extremwerte in den Zeitab leitungen bestimmt werden, um aus der Verschiebung der Maxi ma bzw. Minima einen Wert für die Pulswellenlaufzeit zu bestimmen.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the time derivative of the recorded Measurement signals formed and local extreme values in the time lines are determined to shift from the maxi ma or minima a value for the pulse wave transit time determine.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgenommenen Messsignale dazu verwendet werden, um die Herzzyklusdauer (RR) zu bestimmen.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the recorded measurement signals to do so used to determine cardiac cycle duration (RR).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei weitere Elektroden (5, 6) angelegt werden, mit denen über die beiden Körperbereiche eine Wech selspannung angelegt wird, und dass mit den beiden Elektro den (1, 2; 3, 4) jedes Sensors die resultierenden Spannungen abgegriffen und die Impedanzen in den Körperbereichen re präsentierende Werte bestimmt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that two further electrodes ( 5 , 6 ) are applied, with which an AC voltage is applied across the two body areas, and that with the two electrodes ( 1 , 2 ; 3 , 4 ) each sensor tapped the resulting voltages and determined the values representing the impedances in the body areas.

6. Verfahren nach Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Elektroden (5, 6) mit verschiedenen Wechselstrom frequenzen beaufschlagt werden und ein mittlerer Wert für die Impedanzen aus den Messungen bei verschiedenen Frequen zem bestimmt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that the further electrodes ( 5 , 6 ) are acted upon with different AC frequencies and an average value for the impedances is determined from the measurements at different frequencies.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Elektroden (5, 6) an Kopf und Fuß des Patienten angebracht werden.7. The method according to claim 5 or 6, characterized in that the further electrodes ( 5 , 6 ) are attached to the head and foot of the patient.

8. Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Elektroden (1, 2, 3, 4) wenigstens eine EKG- Kurve aufgenommen wird.8. The method according to claim 5, 6 or 7, characterized in that at least one EKG curve is recorded with the electrodes ( 1 , 2 , 3 , 4 ).

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die EKG-Kurve dazu verwendet wird, um die Herzzyklusdauer RR zu bestimmen.9. The method according to claim 8, characterized in that the ECG curve is used to increase the cardiac cycle duration RR determine.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die EKG-Kurve und eines der Messsignale dazu verwendet werden, eine Abschätzung für die Pulswellenlaufzeit zu er halten, falls aufgrund einer Störung nur ein Messsignal zur Verfügung steht.10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the ECG curve and one of the measurement signals are used to estimate the pulse wave transit time hold if only one measuring signal due to a fault Available.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere arterielle Blutdruck durch die Beziehung MAP = k/PTT² aus der Pulswellenlaufzeit PTT bestimmt wird, wobei k eine oszillometrisch bestimmte Kali brationskonstante ist.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mean arterial blood pressure is determined by the relationship MAP = k / PTT ² from the pulse wave transit time PTT, where k is an oscillometrically determined calibration constant.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf Grundlage der aus den Messsignalen abgeleiteten Werte für den mittleren arteriellen Blutdruck MAP und der Herzzyklusdauer RR Werte für den systolischen und den diastolischen Blutdruck abgeleitet werden.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that based on the from the measurement signals derived values for mean arterial blood pressure MAP and cardiac cycle RR values for the systolic and diastolic blood pressure are derived.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der systolische Blutdruck auf Grundlage der Beziehung
p_sys = p_dia+ k₁.(SV - k₂.EP.MAP) = MAP + k₁.(SV - k₂.EP.MAP).γ₁
und der diastolische Blutdruck auf Grundlage der Beziehung
p_dia = p_sys - k₁.(SV - k₂.EP.MAP) = MAP - k₁.(SV - k₂.EP.MAP).(γ₁ - 1)
bestimmt werden, wobei k₁ und k₂ Kalibrationskonstanten und γ₁ ein Gewichtungsfaktor sind.13. The method according to claim 12, characterized in that the systolic blood pressure based on the relationship
p _sys = p _dia + k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) = MAP + k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) .γ ₁
and the diastolic blood pressure based on the relationship
p _dia = p _sys - k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP) = MAP - k _1. (SV - k ₂ .EP.MAP). (γ ₁ - 1)
can be determined, where k ₁ and k _{2 are} calibration constants and γ _{1 are} a weighting factor.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der diastolische Blutdruck auf Grundlage der Beziehung
p_dia = p_sys- k₂.MAP.(RR - EP) = MAP - γ₂.k₂.MAP.(RR - EP) = MAP.(1 - k₂.γ₂.(RR - EP)))
und der systolische Blutdruck auf Grundlage der Beziehung
p_sys = MAP.(1 + k₂.(RR - EP).(1 - 2γ₂))
bestimmt werden, wobei k₂ eine Kalibrationskonstante und γ₂ ein Gewichtungsfaktor ist.14. The method according to claim 12, characterized in that the diastolic blood pressure based on the relationship
p _dia = p _sys - k ₂ .MAP. (RR - EP) = MAP - γ ₂ .k ₂ .MAP. (RR - EP) = MAP. (1 - k ₂ .γ _2. (RR - EP)) )
and systolic blood pressure based on the relationship
p _sys = MAP. (1 + k _2. (RR - EP). (1 - 2γ ₂ ))
can be determined, where k _{2 is} a calibration constant and γ _{2 is} a weighting factor.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeleiteten Blutdruckwerte einer Glättungsfilterung unterzogen und grafisch angezeigt werden.15. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the derived blood pressure values of a Subjected to smoothing filtering and displayed graphically.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Glättungsfilterung mit Hilfe eines Kalman-Filters vorgenom men wird. 16. The method according to claim 15, characterized in that the Smoothing filtering performed using a Kalman filter men will.

17. Vorrichtung zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.17. Device for carrying out a method according to one of the previous claims.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, mit wenigstens sechs Elektro den (1, 2, 3, 4, 5, 6) und einer Steuer- und Auswerteeinheit (20), die dazu vorbereitet ist, ein die Impedanz repräsen tierendes Messsignal zwischen jeweils zwei Elektroden (1, 2; 3, 4) aufzunehmen, die Zeitableitungen der beiden Messsigna le zu bilden, lokale Extremwerte in den Zeitableitungen zu erkennen und daraus die Pulswellenlaufzeit und die Herzzy klusdauer zu bestimmen, woraus wiederum nach Kalibrierung der mittlere arterielle Blutdruck, der systolische Blutdruck und der diastolische Blutdruck abgeleitet und angezeigt werden.18. The apparatus according to claim 17, with at least six electrodes ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ) and a control and evaluation unit ( 20 ) which is prepared to represent a measuring signal representing the impedance between two electrodes ( 1 , 2 ; 3 , 4 ), to form the time derivatives of the two measurement signals, to recognize local extreme values in the time derivatives and to use them to determine the pulse wave duration and the heart cycle duration, from which, in turn, the mean arterial blood pressure, the systolic blood pressure, after calibration and the diastolic blood pressure can be derived and displayed.