NL8005145A

NL8005145A - Inrichting voor de indirekte, niet-invasieve, continue meting van de bloeddruk.

Info

Publication number: NL8005145A
Application number: NL8005145A
Authority: NL
Original assignee: Tno
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1980-09-12
Publication date: 1982-04-01
Also published as: EP0048060A1; ES8206175A1; US4406289A; AU542524B2; DE3168051D1; ATE11009T1; EP0048060B1; CA1167930A; AU7516281A; ZA816331B; JPS5781328A; ES505405A0; JPS6366530B2

Description

’ ITO 29.578 ' ' * - Inrichting voor de indirekte niet-invasieve, continue meting van de bloeddruk. -

Ie uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor de indirekte,niet-invasieve, continue meting van de bloeddruk in een vinger onder toepassing van een foto-electrische plethysmograaf met rond de vinger aan te brengen en met fluïdum te vullen drukmanchet 5 en bijbehorende lichtbron en lichtdetector, een electronische schakeling, een electrisch regelventiel met ten minste een fluidumvaan-tuitstelsel, waarbij de manchetdruk door het plethysmografische signaal in gesloten-lusbedrijf geregeld wordt zodat het arteriële volume vastgehouden wordt op een vooraf ingestelde waarde en elke 10 afwijking daarop als gevolg van veranderingen in intra-arteriële druk ogenblikkelijk gecompenseerd wordt. Een dergelijke inrichting is bekend uit het "Zeitschrift für die gesamte innere Medizin und ihre Grensgebiete" YEB Georg Thieme, Leipzig, Jahrgang 31 (1976)

Heft 24, Biz. IO5O - IO33.

15 Dergelijke inrichtingen zijn tegenwoordig van groot belang in de hemodynamica van hypertensie, de evaluatie van anti-hyperten-siva, de psychofysiologie van hypertensie, bloeddrukmeting door de patiënt thuis, 24-uurs bloeddrukregistratie, biofeedbackstudies, enz. waarbij de noodzaak bestaat om de arteriebloeddruk continu, automa-20 tisch en niet-invasief te meten.

Een nadeel bij de in bovengenoemd tijdschrift beschreven inrichting is dat wanneer snelle veranderingen van de manchetdruk vereist zijn het regelventiel een groot vermogen moet hebben en daardoor ook veel lucht verbruikt. De uitvinding beoogt dit pro-25 bleem te ondervangen.

Dit wordt bij een inrichting van de in de aanhef genoemde soort aldus bereikt, dat het regelventiel uit een dubbel fluidum-vaan-tuitstelsel in balansschakeling bestaat, waarbij een enkel vaanorgaanjtussen de tegenoverelkaar opgestelde tuitopeningen van 30 twee tuitorganen is geplaatst en deze afwisselend opent en sluit, waarbij één vaan-tuitstelsel in tegengestelde zin wordt gebruikt, en dat een de beide tuitopeningen omringende, enkele kamer verbonden is met de drukmanchet.

Met voordeel kan verder de inrichting volgens de uitvinding 35 zodanig uitgevoerd zijn dat in het regelventiel de wanden van de tuitorganen uit verend materiaal bestaan waardoor de fluidtmubeperkt wordt onder behoud van een groot sturend vermogen.

80 05 145

« ... V

-2-

Yeelal wordt de besturing van de beweging van het vaanor-gaan teweeggebracht met behulp van een electro-magnetische koppel-motor. Maar ook kan het vaanorgaan met voordeel gekoppeld zijn aan een piëzo-electrisch element dat onder invloed van het electrische 5 signaal uit de electronische schakeling van vorm verandert. Yerder kan het electrische regelventiel nabij of op de drukmanchet zijn aangebracht ten einde de lengte van de fluidumverbinding tussen de genoemde kamer en de drukmanchet tot een minimum te beperken.

Het fluidum kan zowel een vloeistof als een gas zijn, waar-10 bij in het geval van een gas bij voorkeur lucht wordt gebruikt.

De uitvinding zal nader toegelicht worden met verwijzing naar de tekeningen, waarin:

Figuur 1 een schema geeft van de bij de meting van de vin-gerbloeddruk toegepaste componenten; 15 Figuur 2 een schematisch aanzicht geeft van de op een vin ger aangebrachte foto-electrische plethysmograaf en een daarbij op de hand geplaatste eenheid met het electro-pneumatische regelventiel en enige andere componenten; 20 De figuren 5 en 4 een doorsnede geven van een bekend vaan- tuitstelsel met in figuur 3 een equivalent weerstands-transistorschema;

Figuur 5 een doorsnede geeft van een dubbel vaan-tuitstel-volgens de uitvinding en een schema van een equi-25 valente transistorschakeling; en

Figuur 6 een doorsnede geeft van een verdere uitvoering van het dubbele vaan-tuitstelsel uit figuur 5·

In figuur 1 is het algemene principe van de meting schematisch aangegeven. De in deze figuur aangegeven foto-electrische 30 plethysmograaf is voorzien van een drukmanchet 1 welke rond de vinger 2 gewikkeld kan worden en aan de binnenzijde voorzien is van een lichtbron 3 en een lichtdetector 4· Het door de lichtdetector 4 afgegeven signaal wordt toegevoerd aan een verschilversterker 1, waaraan eveneens het instel- of compensatiesignaal van het instelorgaan 35 13 wordt toegevoerd. Het uitgangssignaal van de verschilversterker 7 wordt toegevoerd aan een PID-schakeling 8 waarvan het uitgangssignaal wordt toegevoerd aan een vermogensversterker 9 waaraan bij druk geopende regellus, dat wil zeggen schakelaar 19 gesloten, hetAinstel-signaal van het instelorgaan 11 wordt toegevoerd. Het uitgangssig-40 naai van de vermogensversterker 9 stuurt de electro-pneumatische 80 0 5 f45 4 Λ -3- omzetter 10 zodanig dat het gas of lucht van de compressor of persluchthouder 12 ingesteld wordt op de gewenste druk welke via de leiding 5¾ over wordt gebracht naar de drukmanchet 1. Met het orgaan 6 kan de druk worden afgelezen of geregistreerd, bijvoorbeeld middels 5 een aan de uitgang van de electro-pneumatische omzetter gemonteerde drukomzetter.

De verschilversterker 7 tan uit een veldeffecttransistorver- sterker bestaan, die een aparte ingang heeft om het gemiddelde stroom-niveau van de foto-electrische detector te compenseren, be 10 PID-schakeling 8 kan uit een integratieversterker, één of enkele differentiërende versterkers en een aparte schakeling om de statiahe 10 karakteristiek van het ventiel*te lineairiseren bestaan. De inte-gratieversterker in de regellus is nodig voor het systeem om veran*= deringen in het gemiddelde bloeddrukniveau foutloos te volgen. De 15 differentiërende versterkertrappen zijn nodig om de regellus bij hoge versterking te stabiliseren.

In figuur 2 is een perspectivisch aanzicht gegeven van een rond een vinger gewikkelde drukmanchet 1, waarin een der lichtele-menten 3» 4 schematisch is aangegeven. Tevens is een op de hand ge-20 plaatste eenheid 21 aangegeven, waarin een electrische schakeling, het electrische regelventiel 10 en een aan de uitgang van het regel-ventiel gemonteerde drukomzetter zijn aangebracht. De in deze eenheid aangebrachte electrische schakeling is via de electrische verbinding 5¾ met de lichtelementen 3, 4 verbonden. Het regelventiel 25 10 is via de PVC-leiding 5a verbonden met de drukmanchet 1. Via een electrische verbinding 22 en een PVC-leiding 23 is de eenheid 21 respectievelijk verbonden met een verdere electrische schakeling c.q. verwerkingseenheid en met de fluidumhouder 12.

Het principe van de meting zelf is gebaseerd op een iden-30 tieke druk te allen tijde in de manchet en in de arteriën van de vinger onder de manchet. Hiervoor is vereist dat de transmurale druk over de arteriewand nul is waarbij de diameter van de arterie de ongestrekte diameter is juist voor dat deze samenvalt. Hierbij is de zogenaamde vergrendelprocedure van belang. In het algemeen zal de 35 regellus de arteriediameter op een bepaalde vaste waarde als het ware vastklemmen waardoor het pulserende uitgangssignaal van de foto-electrische plethysmograaf nul is. Alleen wanneer de arterie op een transmurale druk nul is vastgeklemd, bevindt de wand van de arterie zich in '’onbelaste" toestand en is de arteriedruk gelijk aan 40 de manchetdruk.

80 0 5 145 -4-

Yerder wordt bij het instellen van de vergrendeling aangenomen dat de uitgeoefende voorafbepaalde manchetdruk zodanig is dat het ader- en capillaire stelsel in de vinger door de druk voldoende geleegd zijn zodat de foto-electrische plethysmograaf alleen de 5 hoeveelheid bloed in de arterie waarneemt. De vergrendeling verloopt vervolgens zodanig dat de manchetdruk ingesteld wordt op een niveau onder het systolische drukniveau in de arterie maar boven het dias-tolische drukniveau van de arterie. Vervolgens wordt de regellus gesloten waarbij de diameter van de arterie vastgeklemd wordt op een 1° waarde die ongeveer gelijk is aan de ongestrekte diameter.

In figuur 3 is een doorsnede gegeven van een enkelvoudig fluidumvaan-tuitstelsel dat veelal voor drukregeldoeleinden als. bouwsteen wordt toegepast. Onder zekere beperkingen is de stroming F van het fluïdum, zoals vloeistof ojfêfoor een dergelijk stelsel 15 gelijk aan I, = 7TdhC.\/,|r > waarin P de druk, d de diameter van de tuitopening, en f de dichtheid van de fluidumstroming is.

De term nf d his het zogenaamde afzonderlijk in de figuur aangegeven "gordijn" oppervlak van het tuitorgaan T, wanneer een vaan V zich op afstand h van de tuitopening bevindt. De stroming 20 is turbulent vandaar, dat de dichtheid f van het fluïdum in de formule voorkomt en niet de viscositeit. Vandaar dat ook de term P wordt gebruikt. De constante C is ongeveer gelijk aan 0,6. Door de afstand h te variëren door beweging van de vaan kan een vaan-tuit-stelsel beschouwd worden als een variabele stromingsweerstand, equi-25 valent aan een transistor.

In figuur 4 is de doorsnede gegeven van een schakeling, waarin een vaan-tuitstelsel meestal wordt opgenomen en welke equivalent is aan het in deze'lfde figuur aangegeven weerstand-transis-torschema. Ben in de stroming F gelegen restrictie R wordt zoals ge-30 bruikelijk toegepast om een stuurdruk P te verkrijgen die gemoduleerd kan worden door de vaan V te bewegen. Met behulp van deze vaan V wordt dan de fluidumstroming F2 in de tuit I beïnvloed zodat de hierdoor geregelde stroming F1 voor bepaalde doeleinden, zoals bijvoorbeeld de verplaatsing van een zuiger, gebruikt kan worden. In 35 het geval van de bovengenoemde inrichting is vooral de druk P van belang welke naar de drukmanchet wordt overgebracht. Deze schakeling is zoals gesteld equivalent aan het in figuur 3 aangegeven weerstands-transistorschema waar het 'stuursignaal S aan de basis van de transistor de stroom F2 en derhalve de stroom F1 en de druk P 40 beïnvloedt.

80 0 5 1 4 5 -5-

Een nadeel bij deze schakeling is dat wanneer in bovengenoemde inrichting de druk P snel omhooggebracht moet worden, zoals bijvoorbeeld bij hypertensie-patiënten meer dan 2Ö0 mm Hg in minder dan 50 ms, men uiteindelijk niet meer kan doen dan het vaan-tuitstel-5 sel helemaal sluiten. De stroom voor het opblazen van de drukmanchet wordt dan beperkt door de restrictie E die voor.een snelle werking eigenlijk in het geheel niet gewenst is. Kiest men derhalve een grote vaste opening voor de restrictie dan betekent dit een vaan-tuitstelsel van grote afmetingen en derhalve een hoog luchtverbruik. 10 In figuur 5 is het dubbele vaan-tuitstelsel volgens de uit vinding aangegeven waarmede de bovengenoemde problemen ondervangen worden. TTit de electronica is de balansschakeling bekend zoals in dezelfde figuur 5 aangegeven, waarin een PEP en ïfPïT transistorketen tussen massa en voeding is opgenomen. Door middel van hetzelfde 15 stuursignaal S, waardoor de ene transistor dicht en de andere juist open gaat, wordt het uitgangssignaal ïï beïnvloed.

Het in figuur 5 aangegeven dubbele vaan-tuitstelsel in balansschakeling wordt gestuurd door de beweging van de vaan Y, terwijl het tuitorgaan 11 als toevoer en het tuitorgaan T2 als afvoer 20 van de vloeistof of het gas dient. De druk P aan de uitgang van de kamer K wordt overgebracht naar de drukmanchet. In dit dubbele vaan-tuitstelsel wordt derhalve één vaan-tuitorgaan voor de vloeistof-of gasstroom in tegengestelde richting toegepast, waarbij gebleken is dat in de eerder vermelde formule voor E de constante C vrijwel 25 dezelfde waarde heeft.

De anders als afvoer gebruikte ruimte bij de tuitopening van een enkelvoudig vaan-tuitstelsel is nu als kamer rondom de beide tegenoverelkaar opgestelde tuitopeningen uitgevoerd en vormt de toevoer naar de fluidumleiding van de drukmanchet.

30 Een belangrijk voordeel bij dit dubbele vaan-tuitstelsel in balansschakeling volgens de uitvinding is dat de restrictie E niet nodig is en weggelaten wordt.

Bij de toepassing van het dubbele vaan-tuitstelsel uit figuur 5 is de instelling van beide vaan-tuitorganen zodanig dat er 35 via beide open zijnde vaan-tuitorganen veel lekstroom is van de toevoer 11 naar de afvoer T2. Dit is in de electronica de klasse A instelling. Tan de verder bekende voor buis of transistor toegepaste instellingen A/B, B, C en D is de klasse A/b instelling er een met minder lekstroom maar waarbij bijvoorbeeld de transistoren geheel 40 '•open1' kunnen zijn wanneer veel stroom vereist is. Dit kan men in 80 0 5 1 4 5 -6- het dubbele vaan-tuitstelel bereiken met behulp van verend opgestelde tuitorganen.

Deze opstelling is in figuur 6 aangegeven, waarin het materiaal van de wanden van de tuitorganen T1 en T2 verend is gemaakt.

5 Met behulp van bovengenoemde uitvoering van het electro- pneumatische regelventiel wordt een buitengewoon effectieve inrichting voor de sturing van fluidumstromen en drukken en voor de meting van de bloeddruk in de vinger verkregen. Hiermede wordt de artiële druk continu gemeten middels de uitwendige druk in de op 10 het regelventiel aangesloten leiding 5a welke uitwendige druk op elk moment gelijk is aan de intra-arteriële druk.

De noodzaak om de druk in de arterie zo snel mogelijk te compenseren door middel van de druk van de drukmanchet, zodanig dat de transmurale druk steeds gelijk nul blijft, maakt het nodig dat de 15 gehele regellus buitengewoon snel werkt en dat het regelventiel in antwoord op het signaal van de electronische schakeling de druk on-middelijk wijzigt. Hiertoe kan bijvoorbeeld met voordeel voor de sturing van de vaan een piëzo-electrisch element gebruikt worden.

Tan belang hierbij is ook de lengte van de verbinding tus-20 sen het regelventiel en de drukmanchet zelf, daar de door het regelventiel teweeggebracht drukverandering zich niet sneller dan met de geluidssnelheid in lucht van 340 m per seconde door de leiding 5a voortplant. Hierdoor ontstaat enige vertraging in de regellus hetgeen tot instabiliteit kan leiden. Door het regelventiel klein en 25 licht uit te voeren ondermeer door toepassing van de tegenwoordig kleine electro-magnetische koppelmotoren voor de beweging van de vaan kan dit ventiel nabij de drukmanchet en de vinger of hand slechts weinig belastend geplaatst worden zodat deze vertraging tot een minimum wordt beperkt. Met voordeel kan ten behoeve van een 30 nog lichtere uitvoering in plaats van een koppelmotor een piëzo-electrisch element gebruikt worden.

8005145

Claims

1. Inrichting voor de indirekte, niet-invasieve, continue meting van de "bloeddruk in een vinger onder toepassing van een foto-electrische plethysmograaf met rond de vinger aan te "brengen en met fluidum te vullen drukmanchet en "bijbehorende lichtbron en 5 lichtdetector, een electronische schakeling, een eleetrisch regel-ventiel met ten minste een fluidumvaan-tuitstelsel, waarbij de man-chetdruk door het plethysmografische signaal in gesloten-lusbedryf geregeld wordt zodat het arteriële volume vastgehouden wordt op een vooraf ingestelde waarde en elke afwijking daarop als gevolg van 10 veranderingen in intra-artiële druk ogenblikkelijk gecompenseerd wordt, met het kenmerk, dat het regelventiel uit een dubbel fluidumvaan-tuitstelsel in balansschakeling bestaat, waarbij een enkel vaanorgaan tussen de tegenoverelkaar opgestelde tuitope-ningen van twee tuitorganen is geplaatst en deze afwisselend opent 15 en sluit, waarbij één vaan-tuitstelsel in tegengestelde zin wordt gebruikt, en dat een de beide tuitopeningen omringende, enkele kamer verbonden is met de drukmanchet.

2. Inrichting volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat de wanden van de tuitorganen uit verend materiaal be- 20 staan.

3· Inrichting volgens conclusie 1 of conclusie 2, m e t het kenmerk, dat het vaanorgaan gekoppeld is aan een piëzo-electrisch element dat door het electrische signaal uit de electronische schakeling vervormd wordt en op deze wijze het vaanorgaan be-25 weegt.

4. Inrichting volgens één der voorgaande conclsusies, met het kenmerk, dat het electrische regelventiel nabij de drukmanchet is gemonteerd ten einde de lengte van de verbinding tussen de genoemde kamer en de drukmanchet tot een minimum te beperken. 80 0 5 1 4 5