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Gerät zur Messung der Pulswellengeschwlndigkeit Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf ein Gerät zur Messung der Pulswellengeschwindigkeit in Blutgefäßen.
Unter Pulswellengeschwindigkeit wird dabei die Geschwindigkeit verstanden, mit der
sich eine unter der Wirkung der Herzaktion entstehende vorübergehende radiale Erweiterung
des Blutgefäßes entlang diesem Gefäß bewegt.
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Zur Ermittlung der Pulswellengeschwindigkeit hat man bisher Pulsfühler
verwendet, die in einem gewissen Abstand voneinander an zwei verschiedenen Stellen
desselben Gefäßes angeordnet werden.
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Beim Eintreffen der Pulswelle wirkt dann die radiale Bewegung der
Aderwand auf den Pulsfühler ein, der seinerseits ein elektrisches Signal abgibt.
Aus der Zeit, die zwischen einer Signalabgabe an dem einen und dem anderen Abnehmer
vergeht, sowie aus dem Abstand der beiden Abnehmer kann man dann die interessierende
Pulswellengeschwindigkeit ermitteln.
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Die bekannten Pulsabnehmer besitzen bewegliche mechanische Teile;
demzufolge arbeiten sie nicht trägheitslos und zu ihrer Verstellung sind relativ
große Kräfte erforderlinh. Aus diesem Grunde müssen die Puls fühler möglichst unmittelbar
auf die Aderwand aufgesetzt werden, was zur Folge hat, daß überhaupt nur oberflächennahe
Gefäße für die Messung infrage kommen. Bei kreislaufschwachen oder sklerotischen
Patienten sind die Aderwandbewegingen unter dem Ein£.1uß des Pulses gering, so daß
diese Bswegungen häufig nicht mehr für eine sichere Pulsabnahme mit mechanischen
Abnehmern geeignet sind. Außerdem deformieren die aufgesetzten Pulsfühler das zu
wltersuchende Gefäß, so daß schon deshalb mit unkontrollierbaren physiologischen
und mechanischen Störungen zu rechnen ist. Weiterhin sind die Pulsabnehmer gegen
Störeinflüsse
(Erschütterungen, Beschleunigungskräfte bei Bewegung des betreffenden Körperteiles)
sehr empfindlich.
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Es ist auch bekannt, mittels Rheographie die Pulswellengeschwindigkeit
zu messen. Dieses Meßverfahren, bei dem der Körper des Patienten von elektrischem
Strom durchflossen werden muß, erfordert großen apparativen und applikationstechnischen
Aufwand; es ist auch sehr stark störanfällig, weil schon geringste Erschütterungen
zu Störsignalen führen, die oft wesentlich größer sind als die Nutzsignale. Die
mit dieser Meßmethode erzielbaren Ergebnisse sind aber auch grundsätzlich recht
ungenau, weil bei größeren Meßstellenabständen die Ermittlung der genauen Länge
des zwischen diesen Meßstellen im Gewebe unregelmäßig verlaufenden Gefäßes unmöglich
ist und außerdem die Pulswelle an der 2.
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Meßstelle schon so weitgehend deformiert ist, daß ein Erfassen des
gleichen Bezugspunktes der Pulswellenkonfiguration wie bei der ersten Meßstelle
nicht mehr möglich is-t. Bei Verringerung des Meßstellenabstandes behält zwar die
Pulswelle weitgehend ihre Form bei; sie benötigt aber nur kurze Zeit, um bis zur
2. Meßstelle zu gelangen. Die Messung dieser kurzen Zeit bereitet Schwierigkeiten
und der Fehler dieser Zeitmessung geht wegen des geringen Meßstellenabstarides sehr
stark in das errechnete Ergebnis der Pulswellengeschwindigkeit ein. Daher genügt
die mit rheographischen Methoden erreichbare Genauigkeit der Pulswellengeschwindigkeit
nicht mehr den medizinischen Anforderungen.
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Die Pulswellengeschwindigkeit kann auch auf fotoelektrischem Wege
bestimmt werden. Dabei treten die gleichen MeßunsicherheS-ten wie bei der rheographischen
Methode auf, außerdem sind Gefäße, die nicht; an der Hautoberfläche liegen, auf
diese Weise nicht erfaßber.
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Auf;;abe vorllegender Erfindung ist e, ein Gerät der eingangs genennten
Art zu schaffen, mit dem ohne Beeinflussung der Elastisität der Gefäßwäude und ohne
schwierige Applikationsarbeit
die Pulswellengeschwindigkeit rasch,
sicher und ohnc Belastung für die zu untersuchende Person durchgeführt werden kann
und mit dem die Pulswellengeschwindigkeit auch von tiefliegenden Gefäßen meßbar
ist; dabei sollen die beiden Meßstellen möglichst nahe beieinander liegen kennen)
damit die Pulswellengeschwindigkeit sozusagen als differentielle Größe, d.h. für
einen relativ kleinen Gefäßabschnitt ermittelt werden kann. Dies ist wichtig, weil
bei größeren Meßstellenabständen nur ein Mittelwert der Pulswellengeschwindigkeit
über diesen Abstand ermittelt wird und besonders interessierende Gefäßwandteile
nicht für sich bezüglich der Pulswellengeschwindigkeit untersucht werden können.
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Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe gelöst durch zwei piezoelektrische
Schwinger, die derart angeordnet sind, daß ihre senkrecht auf das zu untersuchende
Gefäß auszurichtenden Sende-bzw. Empfangsrichtungen parallel zueinander verlaufen
und die einerseits an einen Hochfrequenzgenerator und andererseits an je ein Doppler-Empfangsgerät
angeschlossen sind, welche Dopplerwand Empfangsgeräte die aufgrund der radialen
Gefäßbewegungen entstehenden (von der Sendefrequenz abnweichenden) Frequenzen aufnehmen,
die Dopplerfrequenz bilden und sieXin den Gefäßwandgeschwindigkeiten (V1, V2) an
den Meßstellen proportionale analoge Spannungswerte umwandeln und durch einen Rechner,
der diese Spannungswerte (v1, V2) zur Errechnung der gesuchten Pulswellengeschwindigkeit
Vp gemäß der Formel
in einen analogen Ausgangswert umformt.
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Nachfolgend wird anhand von 3 Figuren ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Teilstück eines Gefäßes, welches mit
dem erfindungsgemäßen Gerät untersucht wird,
Fig. 2 ein Blockschaltbild
des Gerätes und Fig. 3 eine Ansicht des Trägers für die Ultraschallsende/ Empfänger.
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In Fig. 1 ist mit 1 das unter der Hautoberfläche 2 verlaufende Blutgefäß
dargestellt, welches unter der Wirkung einer Herzpulsation in radialer Richtung
(y-Richtung) ausgebaucht ist.
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Die Ausbauchung pflanzt sich mit der Geschwindigkeit'Vp in Richtung
des Pfeiles 3 in Längsrichtung (x-Richtung) des Gefäßes fort. Uber dem Gefäß ist
auf der Hautoberfläche 2 der Träger 4 für die darin in einer Ebene nebeneinanderliegend
angeordneten Ultraschallsende/Empfänger S1 und 2 angeordnet, Zum Träger 4 führt
die Anschlußleitung 5. Die Sender S1 und S2 senden in Richtung der Pfeile 6 und
7 Ultraschall aus, d.h. ihre Sende-(und Empfangs-) richtungen verlaufen parallel
zueinander. Der Abstand zwischen den beiden Sendern ist mit b bezeichnet. Mittels
der Sender/Empfänger und der in der Fig. 2 dargestellten Dopplergeräte (9,10) wird
aufgrund des Dopplereffektes die Geschwinddigkeit der jeweils beschallten Stellen
der Gefäßwand in y-Richtung, d.h. senkrecht zur Längsausdehnung des Gefäßes 1 ermittelt.
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Die Geschwindigkeiten betragen V1 bzw. V2, wobei die Geschwindigkeit
Vt vom Sende/Empfangssystem S1 mit Dopplergerät 9 und die Geschwindigkeit V2 vom
Sende/Empfangssystem S2 mit Dopplergerät 10 ermittelt wird. Es läßt sich zeigen,
daß die gesuchte Geschwindigkeit Vp aus den Geschwindigkeiten V1 und V2 entsprechend
der oben angegebenen Formel errechnet werden kann. Dazu ist die in Fig. 2 dargestellte
Schaltung benutzt. Sie besteht aus dem Sende/Empfangssystem S1 und S2, wobei Jedes
der beiden Systeme aus nur einem piezoelektrischen Schwinger bestehen kann, der
abwechselnd oder gleichzeitig als Sender und Empfänger arbeitet oder es kann jedes
System aus einem getrennten Sendeschwinger und Empfangsschwinger - wie in der Fig.
2 dargestellt - bestehen.
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In der Fig. 2 ist der Sendeschwinger des Systems Si mit S1s bezeichnet,
der Empfangsschwinger mit Sle (und dementsprechend beim System 2 S2s und S2e). Die
Sendeschwinger Sls und S2s
werden erregt von dem Hochfrequenzgenerator
8. Die Empfangsschwinger 51e und S2e sind an die Doppler-Empfangsgeräte 9 und 10
angeschlossen, deren Ausgänge ihrerseits an den Rechner 11 angeschlossen sind, der
an seinem Ausgang 12 eine der gesuchten Pulswellengeschwindigkeiten VP proportionale
analoge Größe (elektrische Spannung) liefert. Jedes der Doppiergeräte 9 und 10 enthält
einen Verstärker 15 und 14, einen Frequenzdemodulator 15 und 16 zur Bildung der
Dopplerfrequenzen fD1 bzw. fD2 als Differenz aus der Sende- und der Empfangsfrequenz
des Jeweiligen Systems S1 oder S2, sowie einen Frequenzmesser 17 und 18 zur Umwandlung
der Frequenz fD1 und fD2 in eine der Frequenz proportionale elektrische Gleichspannung,
so daß an den Punkten 19 und 20 die den radialen Gefäßwandgeschwindigkeiten V1 und
entsprechenden analogen Größen (elektrische Spannungen) abnehmbar sind. Diese Größen
werden im Rechner 11 derart verarbeitet.
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daß das Summierglied 21 die Summe von V1 und V2 bildet, während das
Differenzglied 22 mit nachgeschaltetem Integrator 23, die über die Zeit (z.B. einen
Pulsschlag) integrierte Differen@ der Größen V2 - V1 abgibt. Zur Bildung des Quotienten
zwischen der vom Summierglied ermittelten Summe V1 und V2 und der integrierten Differenz
# (V2 = V1) dt ist das Dividierglied 24 vorgesehen.
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an dessen Ausgang die der Pulswellengeschwindlgkeit entsprechende
Größe Vp am Ausgang 12 abnehmbar ist.
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Fig. 3 ist die U-Form des Trägers 4 für die Sende/Empfangs systeme
S1 und S2 dargestellt, wobei der Einfachheit halber Jedes System lediglich aus einem
als Sender und Empfänger arbeitenden piezoelektrischen Schwinger S S2 besteht.
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Der durch die U-Form gegebene Raum wird mit einer gelatineartigen
Ultraschallankopplungsmasse ausgefüllt. Die U-Form des Trägers 4 wurde deshalb gewählt*
damit beim Auflegen des Tilgers X auf die Hautoberfläche das zu tuftersuchende Gefäß
nicht durch den Auflagedruck des Trägers beeinflußt wird; die beiden Schenkel des
U-förmi£en Trägers werden also parallel eu der Gefäßläng@-ausdehnung derart aufgelegt,
daß das Gefäß unterhalb der Sende/ Empfangssysteme
S1 und S2 zu
liegen kommt.
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Als Sendefrequenzen haben sich Frequenzen zwischen 2 MHz und 12 MHz
bewährt, Der Durchmesser der Schwinger beträgt etwa 6 mm und der dazwischenliegende
Abstand etwa 3 mm, d.h b = 9 mm,.
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(die Schwinger können aber auch andere geometrische Formen aufweisen,
z.B. quadratisch sein). Diese Abmessungen sind gering genug für die medizinischen
Anforderungen bezüglich der "differentiellen" Bestimmung der Pulswellengeschwindigkeit.
Die Erfindung ist speziell für die Messung der Pulswellengeschwindigkeit in Blutgefäßen,
d.h. für medizinische Anwendung geschaffen; sie ist aber nicht auf diesen Anwendungszweck
beschränkt, sondern eignet sich auch ganz generell fUr die Ermittlung von Pulswellengeschwindigkeiten
in elastischen Leitungen.