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DE4212507A1 - Non-invasive detector of variations in blood vol. or pressure - uses microprocessor and electronic pump controller for computation and display of incremental volume of exercised limb - Google Patents

Non-invasive detector of variations in blood vol. or pressure - uses microprocessor and electronic pump controller for computation and display of incremental volume of exercised limb

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Publication number
DE4212507A1
DE4212507A1 DE19924212507 DE4212507A DE4212507A1 DE 4212507 A1 DE4212507 A1 DE 4212507A1 DE 19924212507 DE19924212507 DE 19924212507 DE 4212507 A DE4212507 A DE 4212507A DE 4212507 A1 DE4212507 A1 DE 4212507A1
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DE
Germany
Prior art keywords
sensor
pressure
blood
control
volume
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19924212507
Other languages
German (de)
Inventor
Vladimir Dr Ing Blazek
Hans Juergen Prof Dr R Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of DE4212507A1 publication Critical patent/DE4212507A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording for evaluating the cardiovascular system, e.g. pulse, heart rate, blood pressure or blood flow
    • A61B5/021Measuring pressure in heart or blood vessels
    • A61B5/0215Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body
    • A61B5/02152Measuring pressure in heart or blood vessels by means inserted into the body specially adapted for venous pressure

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  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

Air is pumped (8) through a valve (7) and pneumatic coupler (4) into a cuff at a basic pressure of 10 to 20 torr. An electronic controller (10) instigates additional pumping during one or more short intervals while the consequent increase in pressure is measured by a sensor (S) calibrated in millilitres from knowledge of the pump vol. and air compressibility and temp. The controller calculates the enclosed tissue vol. at rest so that the measured changes in vol. can be expressed also in percentage terms when the limb (E) is exercised. USE/ADVANTAGE - Variations in vol. of extremities or of pressure in a subcutaneous vessel during exercise can be evaluated in both relative and absolute units.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Erfassung der Blutvolumenänderung in Extremitäten bzw. zur Blutdruckänderung in einem einzi­ gen, haut-oberflächennahen Gefäß infolge bestimmter Übungsprogramme.The invention relates to a device for noninvasive detection of blood volume change in Extremities or to change blood pressure in one gene, near the skin surface due to certain Exercise programs.

Beispielsweise bei einem Venenverschluß-Test wird mit Hilfe einer Staumanschette am Oberschenkel der venöse Blutabstrom kurzfristig unterbunden. Der Patient befin­ det sich dabei meistens in Rückenlage, die untersuchte Extremität wird etwas erhöht und weich gelagert. Es kommt zu einem definierten Venenstau im Unterschenkel, verbunden mit einer Zunahme des Blutvolumens und des Venendrucks. Die Abströmkinetik nach Stauende wird dann für die Thrombosediagnostik ausgewertet. Bei physiolo­ gischer Venodynamik ist die hydraulische Leitfähigkeit der Beinvenen sehr groß und damit die Entleerungsphase entsprechend kurz. Bei einer Thrombose oder Abstromhin­ dernissen anderer Genese (Tumore, Schwangerschaft usw.) ist die Entleerungsphase entsprechend verlängert. Nach dem Stand der Technik sind mehrere Plethysmographen bekannt, die für diese Tests eingesetzt werden können. Folgende Sensorarten werden dabei angewandt:For example, in a vein occlusion test Using a tourniquet on the thigh of the venous Blood flow stopped for a short time. The patient is usually lies supine, the examined  Extremity is raised slightly and stored softly. It comes to a defined vein congestion in the lower leg, associated with an increase in blood volume and Venous pressure. The outflow kinetics after the end of the congestion is then evaluated for thrombosis diagnosis. At physiolo Venodynamics is hydraulic conductivity the leg veins are very large and thus the emptying phase accordingly short. With thrombosis or outflow other genesis (tumors, pregnancy, etc.) the emptying phase is extended accordingly. To several plethysmographs are state of the art known that can be used for these tests. The following types of sensors are used:

  • - Optische Sensoren,- optical sensors,
  • - Dehnungsmeßstreifen-Sensoren,- strain gauge sensors,
  • - Gravimetrische Sensoren,- gravimetric sensors,
  • - Volumetrische Sensoren.- Volumetric sensors.

Vor allem die Photoplethysmographen (Plethysmographen mit optischen Sensoren) haben sich seit der Einführung des quantitativen Meßprinzips (DE 36 09 073 A1, DE 36 09 075 A1 und DE 38 27 501 A1) sehr bewährt. Sie erfas­ sen jedoch die Durchblutungsänderungen nur in einem kleinen Meßareal der Haut. Unter bestimmten Meßbedin­ gungen (z. B. erhöhte Hauttemperatur) kann die Venody­ namik in tiefen Gefäßnetzen nicht einwandfrei erfaßt werden. Außerdem lassen sich die Durchblutungsänderun­ gen nur in relativen Einheiten, d. h. bezogen auf die Ruhereflexion vor dem Test, angeben.Especially the photoplethysmographs (plethysmographs with optical sensors) have been around since the launch the quantitative measurement principle (DE 36 09 073 A1, DE 36 09 075 A1 and DE 38 27 501 A1) have proven themselves. You captured However, the blood flow changes only in one small area of the skin. Under certain measuring conditions the Venody namik not properly detected in deep vascular networks will. You can also change the blood flow only in relative units, i.e. H. based on the Specify calm reflection before the test.

Bei Plethysmographen mit Dehungsmeßstreifen (mit einem Schlauch, sog. Strain gauge, vergl. z. B. WHITNEY: J. Physiol 109 (1949),5, DPA 4032 152) wird der elektri­ sche Widerstand des Sensors als Funktion des blut­ volumenabhängigen Umfangs der Extremität registriert. Auch diese Methode erlaubt jedoch nur relative Angaben der Durchblutungsparameter.For plethysmographs with strain gauges (with a Hose, so-called strain gauge, cf. B. WHITNEY: J. Physiol 109 (1949), 5, DPA 4032 152) is the electri  cal resistance of the sensor as a function of blood volume-dependent extent of the limb registered. However, this method also only allows relative information the blood flow parameters.

Bei der gravimetrischen Plethysmographie wird die Ex­ tremität während des Tests gewogen (DE 37 44 538 A1). Die Blutvolumenkinetik läßt sich somit sowohl in rela­ tiven, als auch absoluten Einheiten angeben. Nachteilig ist jedoch die große Abhängigkeit der Meßsysteme von Bewegungsartefakten.In gravimetric plethysmography, the Ex tremor weighed during the test (DE 37 44 538 A1). The blood volume kinetics can thus both in rela tive, as well as absolute units. Disadvantageous is the great dependence of the measuring systems on Motion artifacts.

Bei der volumetrischen Plethysmographie nach dem Stand der Technik (DAHN et al., J. Appl. Physiol. 28 (1970, 333; CHRISTOPOULOS et al., J. Vasc. Surg. 5 (1987), 148; BLAZEK und SCHULTZ-EHRENBURG, Vasomed aktuell 7 (1991), 12), wird die blutvolumenbedingte Ausdehnung der Extremität auf Grund der Tests mit einer luft­ gefüllten Manschette erfaßt. Die kinetischen Bewertungs­ parameter werden in absoluten Einheiten (ml, Gramm, ml/min) ermittelt. So verlockend dies zunächst er­ scheinen mag, in der Praxis zeigt sich jedoch, daß diese Parameter in absoluten Einheiten manchmal von Patient zu Patient derart streuen, daß eine Zuordnung normale/pathologische Venodynamik oft nicht möglich ist. Dieser Nachteil resultiert aus der Abhängigkeit der Meßergebnisse vom Verhältnis des Manschettenvolu­ mens zu dem von der Manschette umschlossenen Ge­ websvolumen.In volumetric plethysmography according to the state der Technik (DAHN et al., J. Appl. Physiol. 28 (1970, 333; CHRISTOPOULOS et al., J. Vasc. Surg. 5 (1987), 148; BLAZEK and SCHULTZ-EHRENBURG, Vasomed currently 7 (1991), 12), the blood volume-related expansion of the limb based on air tests filled cuff. The kinetic evaluation parameters are expressed in absolute units (ml, grams, ml / min). So tempting it at first may seem, but in practice it turns out that these parameters in absolute units sometimes from Scatter patient to patient so that an assignment normal / pathological venodynamics often not possible is. This disadvantage results from dependency of the measurement results from the ratio of the cuff volume mens to the Ge enclosed by the cuff web volume.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur nichtinvasiven Erfassung der Blut­ volumenänderung in Extremitäten bzw. zur Blutdruckände­ rung in einem einzigen, haut-oberflächennahen Gefäß infolge bestimmter Übungsprogramme anzugeben, die eine Bewertung der Kinetik sowohl in absoluten, als auch in relativen Einheiten ermöglicht.The invention is therefore based on the object Device for non-invasive detection of blood change in volume in extremities or to change blood pressure in a single container close to the skin surface  as a result of certain exercise programs that indicate a Evaluation of the kinetics in absolute as well as in relative units.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgaben ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekenn­ zeichnet.The achievement of these tasks is with know their further training in the claims draws.

Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur nichtin­ vasiven Erfassung der Blutvolumenänderung in Extremitä­ ten bzw. zur Blutdruckänderung in einem einzigen, haut­ oberflächennahen Gefäß infolge bestimmter Übungspro­ gramme geschaffen, die wenigstens einen pneumatischen Sensor, dessen Sensorblase mit einem komprimierbaren Fluid und insbesondere Luft beaufschlagbar ist, einen Druckwandler, der den Druck in der Sensorblase erfaßt, eine Einrichtung zur Erfassung des Umfangs des Sensors, und eine Steuer- und Auswerteelektronik aufweist, an der die Ausgangssignale des Druckwandlers und der Ein­ richtung zur Erfassung des Umfangs anliegen, und die die Beaufschlagung der Sensorblase derart steuert, daß durch entsprechende Beaufschlagung der Sensorblase eine Meßsignaleichung vor jeder Messung erfolgt und damit die Blutvolumen- oder Blutdruckschwankungen im Meßareal unter dem Sensor gleichzeitig in relativen und absolu­ ten Einheiten gemessen werden können.According to the invention, a device for not vasive recording of changes in blood volume in extremities or to change blood pressure in a single skin near-surface vessel due to certain exercise pro created grams that have at least one pneumatic Sensor, the sensor bubble with a compressible Fluid and in particular air can be acted upon Pressure transducer, which detects the pressure in the sensor bubble, a device for detecting the circumference of the sensor, and has control and evaluation electronics the the output signals of the pressure transducer and the on direction to capture the scope, and the controls the application of the sensor bubble in such a way that by applying the sensor bubble accordingly Measurement signal calibration takes place before each measurement and thus the blood volume or blood pressure fluctuations in the measurement area under the sensor simultaneously in relative and absolute units can be measured.

Für die Blutvolumenmessung sind die pneumatischen Sen­ soren vorzugsweise ausgebildet als luftgefüllte Gummi­ reifen (Manschetten), die das untersuchte Extremitäten­ areal umschlingen. In Abhängigkeit von der Umfangsände­ rung des Extremitätensegmentes wird die Änderung des Luftvolumens im Sensor registriert bei konstant gere­ geltem Druck. Alternativ kann aber auch die Änderung des Luftdrucks im Sensor bei konstanten Luftvolumen gemessen werden.Pneumatic sensors are used for blood volume measurement sensors preferably designed as air-filled rubber mature (cuffs) that the examined extremities wrap around the area. Depending on the circumference The extremity segment will change the Air volume in the sensor registered at constant gere valid pressure. Alternatively, the change can also be made  the air pressure in the sensor at constant air volume be measured.

Für die Blutdruckmessung sind die Sensoren vorzugsweise als kleine Gummibälle ausgebildet und werden über haut­ nahen Gefäßen (z. B. Fußrückenvene) so befestigt, daß sie als Kraftsensor wirken. In diesem Fall werden die Sensoren so aufgepumpt, daß das untersuchte Gefäß leicht eingedrückt wird, jedoch ohne vollständig zu kollabieren. Die Änderung des Blutdrucks im Gefäß wird über die Haut als Kraftänderung auf den Sensor einwir­ ken und von diesem letztlich über die Änderung des Luftvolumens bzw. des Luftdrucks registriert. Diese Art von Sensoren sind sehr nützlich für die nichtinvasive periphere Kreislaufdiagnostik.The sensors are preferred for blood pressure measurement trained as small rubber balls and are over skin nearby vessels (e.g. dorsal vein) so that they act as a force sensor. In this case, the Pumped up sensors so that the examined vessel is slightly pushed in, but without completely collapse. The change in blood pressure in the vessel will act on the sensor as a change in force ken and from this ultimately about the change of the Air volume or air pressure registered. This kind of sensors are very useful for the non-invasive peripheral circulatory diagnostics.

Ganz besonders eignet sich die erfindungsgemäße Vor­ richtung zur plethysmographischen Quantifizierung veno­ dynamischer Prozesse infolge des sog. Muskelpumpen- Tests, Elevations-Tests und des Venenverschluß-Tests.The front according to the invention is particularly suitable direction for plethysmographic quantification veno dynamic processes due to the so-called muscle pump Tests, elevation tests and venous occlusion tests.

Diese Tests haben in der physiologischen Meßtechnik und der Kreislaufdiagnostik seit langem ihre Nützlichkeit bewiesen. Bei dem Muskelpumpen-Test führt der Patient in der Regel 8 bis 10 aktive Übungen innerhalb von etwa 15 Sekunden durch. Bewährt haben sich z. B. Dorsalex­ tensionen sitzend und Kniebeugen stehend. Durch die Anspannung der Muskeln wird das venöse Blut aus der unteren Extremität herzwärts abgepumpt, und es kommt zu einer kurzfristigen Absenkung des Venendrucks bzw. des Blutvolumens im Fuß. Aus der Kinetik dieser Absenkung lassen sich dann funktionelle Diagnoseparameter der arteriellen und venösen Durchblutung ermitteln. Bei dem Elevations-Test wird der Patient passiv, d. h. ohne eigene Muskelarbeit, einem Lagewechsel unterzogen. Daraus läßt sich z. B. der Einfluß des hydrostatischen Drucks auf die Durchblutungsparameter ermitteln.These tests have been used in physiological measurement technology and circulatory diagnostics have long been their usefulness proven. The patient performs the muscle pump test usually 8 to 10 active exercises within about 15 seconds through. Have proven themselves. B. Dorsalex tensions sitting and squats standing. Through the The muscles get the venous blood out of the pumped lower extremity to the heart and it comes to a short-term decrease in venous pressure or Volume of blood in the foot. From the kinetics of this drop then functional diagnostic parameters of the determine arterial and venous blood flow. In which Elevation test makes the patient passive, i.e. H. without  own muscle work, subjected to a change of position. This can be done, for. B. the influence of the hydrostatic Determine pressure on the blood flow parameters.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er­ findungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:The invention is hereinafter without limitation general inventive concept based on execution examples with reference to the drawing exempla risch described on the rest of the Revelation of all not explained in the text explicitly referenced details becomes. Show it:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung, Fig. 1 shows the basic structure of an inventive device SEN,

Fig. 2 zwei Ausführungsformen des Sensors, Fig. 2 shows two embodiments of the sensor,

Fig. 3, 4 und 6 verschiedene Meßprotokolle, und Fig. 3, 4 and 6 different measurement reports, and

Fig. 5 eine Vorrichtung zur Messung am Fußrücken. Fig. 5 shows a device for measuring the back of the foot.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur nichtin­ vasiven Erfassung der Blutvolumenänderung im Extremitä­ ten (E) bzw. zur Blutdruckänderung in einem einzigen, haut-oberflächennahen Gefäß infolge bestimmter Übungs­ programme weist einen pneumatischen Sensor (S) mit einer Sensorblase (B) auf, der über einen Schlauch (1), eine pneumatische Steckverbindung (4) und ein Ventil (7) mit einer Pumpe (8) verbunden ist. Vor dem Ventil (7) ist an einer Stichleitung ein Druck/Spannungs- Wandler (9) vorgesehen, dessen Ausgangssignal an einer Steuer- und Auswerteelektronik (10) anliegt. Ferner kann über eine weitere pneumatische Steckverbindung (5) eine Kalibriereinheit (6) für den Wandler (9) ange­ schlossen werden.The device shown in Fig. 1 for non-vasive detection of the change in blood volume in extremities (E) or for blood pressure change in a single, near-skin vessel as a result of certain exercise programs has a pneumatic sensor (S) with a sensor bladder (B), which is connected to a pump ( 8 ) via a hose ( 1 ), a pneumatic plug connection ( 4 ) and a valve ( 7 ). A pressure / voltage converter ( 9 ) is provided on a spur line in front of the valve ( 7 ), the output signal of which is applied to control and evaluation electronics ( 10 ). Furthermore, a calibration unit ( 6 ) for the transducer ( 9 ) can be connected via a further pneumatic plug connection ( 5 ).

Zur Erfassung des Umfangs des Sensors (S) ist eine Einrichtung vorgesehen, die in Fig. 2 näher dargestellt ist, und die insbesondere einen Codierwiderstand (W) aufweist. Diese Einrichtung zur Erfassung des Umfangs des Sensors (S) ist über eine Leitung (2) und eine elektrische Steckverbindung (3) mit der Steuer- und Auswerteelektronik (10) verbunden.A device is provided for detecting the circumference of the sensor (S), which is shown in more detail in FIG. 2 and which in particular has a coding resistor (W). This device for detecting the circumference of the sensor (S) is connected to the control and evaluation electronics ( 10 ) via a line ( 2 ) and an electrical plug connection ( 3 ).

Die Steuer- und Auswerteelektronik (10) beaufschlagt ein Anzeigedisplay (11) und einen analogen Datenausgang (12), steuert die Pumpe (8) sowie das Ventil (7) und ist mit einem Mikroprozessor (13) verbunden, der einen digitalen Datenausgang (14) beaufschlagt.The control and evaluation electronics ( 10 ) act on a display ( 11 ) and an analog data output ( 12 ), control the pump ( 8 ) and the valve ( 7 ) and are connected to a microprocessor ( 13 ) which has a digital data output ( 14 ) acted upon.

LPG bezeichnet ein geeignetes Gehäuse.LPG denotes a suitable housing.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device shown in Figure 1 operates as follows:

Die Pumpe (8) baut in der Sensorblase (B) des Sensors (S) einen Basisdruck von 10 bis 20 mm Hg auf. Anschlie­ ßend wird die Pumpe für ein oder mehrere kurze Zeitin­ vervalle von der Steuerelektronik (10) eingeschaltet; der Sensor (S) erfaßt dabei die hieraus resultierende Drucksteigerung im pneumatischen System. Bei einer be­ kannten Fördermenge der Pumpe und unter Berücksichti­ gung der Luftkompressibilität und -temperatur ist danit die Eichung des Sensors in Milliliter möglich.The pump ( 8 ) builds up a base pressure of 10 to 20 mm Hg in the sensor bladder (B) of the sensor (S). The pump is then switched on by the control electronics ( 10 ) for one or more short intervals; the sensor (S) detects the resulting pressure increase in the pneumatic system. With a known delivery rate of the pump and taking into account the air compressibility and temperature, the sensor can then be calibrated in milliliters.

Über das von der Einrichtung zur Erfassung des Umfangs des Sensors (S) gelieferte Signal kann die Auswerte- und Steuerelektronik (10) das vom Sensor (S) einge­ schlossene Ruhe-Gewebsvolumen ermitteln.The evaluation and control electronics ( 10 ) can determine the resting tissue volume enclosed by the sensor (S) via the signal supplied by the device for detecting the extent of the sensor (S).

Auf diese einfache Art und Weise können erfindungsgemäß alle nun folgenden Blutvolumenänderungen sowohl in absoluten als auch gleichzeitig in relativen Volumen­ einheiten (ml, ml/100 ml Gewebe = %) oder Flußraten (ml/min, %/min) angegeben werden.In this simple way, according to the invention  all subsequent changes in blood volume both in absolute as well as at the same time in relative volumes units (ml, ml / 100 ml tissue =%) or flow rates (ml / min,% / min) can be specified.

Zur externen Kontrolle der Güte der Selbsteichung des Sensors ist die Meßvorrichtung vorzugsweise mit der weiteren pneumatischen Steckverbindung (5) ausgestat­ tet. Mit der Kalibriereinheit (6) kann eine definierte Luft- oder Gasmenge in den Sensor injiziert werden und mit den dadurch hervorgehobenen und registrierten Volu­ menänderungen verglichen werden.For external control of the quality of the self-calibration of the sensor, the measuring device is preferably equipped with the further pneumatic plug connection ( 5 ). With the calibration unit ( 6 ), a defined amount of air or gas can be injected into the sensor and compared with the volume changes highlighted and registered as a result.

Fig. 2 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen des pneu­ matischen Sensors für Blutvolumenmessungen an unteren Extremitäten. Fig. 2 shows two possible embodiments of the pneumatic sensor for blood volume measurements on lower extremities.

In Fig. 2a ist der Sensormantel fest vorgegeben und in Form eines Ringes ausgebildet. Er wird über den Fuß an den Unterschenkel gezogen. Dem Anwender stehen mehrere Sensoren mit unterschiedlichen Durchmessern zur Verfü­ gung. Die Sensorblase (B) füllt den Zwischenraum zwi­ schen dem Sensormantel (M) und der "Beinscheibe unter dem Sensor" (in Fig. 2b bezeichnet mit SUM). Sensor­ mäntel unterschiedlicher Größe werden mit unterschied­ lichen Widerständen so kodiert, daß die Auswerte- und Steuerelektronik (10) daraus den Umfang der Beinscheibe ermitteln kann. TK und FK bezeichnen den Tibia- bzw. den Fibula-Knochen.In Fig. 2a the sensor jacket is fixed and designed in the form of a ring. It is pulled over the foot to the lower leg. Several sensors with different diameters are available to the user. The sensor bladder (B) fills the space between the sensor jacket (M) and the "leg disk under the sensor" (in Fig. 2b labeled SUM). Sensor coats of different sizes are coded with different resistances so that the evaluation and control electronics ( 10 ) can determine the circumference of the leg plate from them. TK and FK denote the tibia and fibula bones, respectively.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in Fig. 2c schematisch gezeigt. Hier ist der Sensormantel (M) als eine Manschette ausgebildet, an der unten die Sensor­ blase (B) angeordnet ist, und die über die Extremität (E) eng angelegt wird. Mit einer Verschlußvorrichtung (K) wird jetzt die Widerstandskette (W) in der Man­ schette dem Umfang entsprechend kodiert und über eine elektrische Leitung (2) der Meßvorrichtung mitgeteilt.Another preferred embodiment is shown schematically in FIG. 2c. Here, the sensor jacket (M) is designed as a sleeve, on which the sensor bladder (B) is arranged below, and which is tightly applied over the extremity (E). With a closure device (K), the resistance chain (W) in the cuff is encoded according to the circumference and communicated to the measuring device via an electrical line ( 2 ).

Der gesamte Meßablauf kann wahlweise im sog. Konstant­ volumen-Modus oder im sog. Konstantdruck-Modus erfol­ gen. Bei dem einen Modus ist das Luftvolumen im pneuma­ tischen System konstant, wobei die Druckänderung im System infolge der Blutvolumenänderung in der Extremi­ tät ausgewertet wird. Im anderen Modus wird der Luft­ druck im Sensorsystem über die Pumpe (8) bzw. das Ven­ til (7) konstant geregelt; aus der Laufzeit der Pumpe bzw. der Öffnungszeit des Ventils wird elektronisch die Blutvolumenschwankung im Meßareal ermittelt.The entire measurement process can be carried out either in the so-called constant volume mode or in the so-called constant pressure mode. In one mode, the air volume in the pneumatic system is constant, the pressure change in the system being evaluated as a result of the change in blood volume in the extreme. In the other mode, the air pressure in the sensor system is constantly controlled by the pump ( 8 ) or the valve ( 7 ); The blood volume fluctuation in the measuring area is determined electronically from the running time of the pump or the opening time of the valve.

Vor allem die zweite Meßalternative ist besonders vor­ teilhaft, da der Anpreßdruck des Sensors (S) an das Gewebe stets konstant ist und damit die Ausdehnung der Extremität nicht durch variierende Anpreßdrucke ver­ fälscht wird; sie ist jedoch auch aufwendiger.Above all, the second measurement alternative is particularly important partial, since the contact pressure of the sensor (S) on the Tissue is always constant and thus the expansion of the Limb not ver by varying contact pressure is faked; however, it is also more complex.

Fig. 3 zeigt typische Registrierungen, aufgenommen mit dem Konstantdruck-Modus bei einem Patienten mit Krampf­ aderleiden; dabei ist der in Fig. 2c dargestellte Sen­ sor über dem größten Wadenumfang angeordnet. Fig. 3 shows typical registrations taken with the constant pressure mode in a patient suffering from varicose veins; the sensor shown in Fig. 2c is arranged over the largest calf circumference.

Beim Muskelpumpen-Test (Fig. 3a) führte der Patient acht Dorsalextentionen (DEX) im Sprunggelenk innerhalb von 15 Sekunden durch. Eine Volumenabnahme Vo von 8,4 ml bzw. 1,3% wurde registriert. Nach einer Wiederauf­ füllzeit To = 18 Sekunden wurde wieder der Ausgangszu­ stand erreicht. In the muscle pump test ( Fig. 3a), the patient performed eight dorsal extensions (DEX) in the ankle within 15 seconds. A volume decrease Vo of 8.4 ml or 1.3% was registered. After a refill time of To = 18 seconds, the initial status was reached again.

Beim Elevations-Test (Fig. 3b) wurde dem Patienten die untere Extremität passiv über das Herzniveau angehoben. Es folgte dadurch eine maximal mögliche Entleerung des Venenblutes von 12 ml ≈ 1,9% des eingeschlossenen Gewebevolumens. Die Wirksamkeit der Muskelpumpe des Patienten bei sitzender Übung betrug somit Mo = Vo/Vomax 100% = 70%.In the elevation test ( FIG. 3b), the patient's lower extremity was passively raised above the heart level. This resulted in a maximum possible emptying of the venous blood of 12 ml ≈ 1.9% of the enclosed tissue volume. The effectiveness of the patient's muscle pump when the exercise was sitting was Mo = Vo / Vomax 100% = 70%.

Schließlich zeigt die Fig. 3c die Registrierung während des klassischen Venenverschluß-Tests. Der Venenstau wurde am Oberschenkel für 90 Sekunden durchgeführt. Da der arterielle Einstrom des Blutes in den Unterschenkel dadurch zunächst nicht beeinträchtigt wird, kommt es zu einer Blutvolumenzunahme im Meßareal. Nach Stauende wird die Entleerungsgeschwindigkeit gemessen. Folgende Bewertungsparameter wurden aus diesem Test ermittelt:Finally, Fig. 3c shows the registration during the classic venous occlusion test. The vein blockage was performed on the thigh for 90 seconds. Since the arterial inflow of blood into the lower leg is not initially affected, there is an increase in blood volume in the measurement area. After the end of the jam, the emptying speed is measured. The following evaluation parameters were determined from this test:

  • - Arterieller Einstrom AF = 32 ml/min ≈ 4,8%/min,- Arterial inflow AF = 32 ml / min ≈ 4.8% / min,
  • - venöse Kapazität VC = 19,7 ml ≈ 2,9%,- venous capacity VC = 19.7 ml ≈ 2.9%,
  • - venöser Abstrom VO = 540 ml/min ≈ 81%/min.- venous outflow VO = 540 ml / min ≈ 81% / min.

Bei der computerunterstützten Version der Meßvorrich­ tung können auch die gesamten Meßabläufe gesteuert werden und die Meßergebnisse einer automatischen Para­ meterauswertung unterzogen werden. Ein Beispiel hierzu zeigt Fig. 4.In the computer-aided version of the measuring device, the entire measuring sequences can also be controlled and the measuring results can be subjected to an automatic parameter evaluation. An example of this is shown in FIG. 4.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Beispiel der bevorzugten Sensorausführung für die Messung des Venendrucks in einer ausgesuchten Beinvene. Die Sensorblase (B) ist hier in Form eines kleinen Gummiballs ausgebildet und über der Fußrückenvene (FRV) plaziert. Der Sensormantel (M) ist jetzt als starre Klemme so ausgebildet, daß sich die Blutdruckänderung im Gefäß voll auf die Sen­ sorblase (B) übertragen kann. Über die elektrische Leitung (2) wird bei diesem Meßmodus der Kontakt des Sensors mit der Gefäßwand überwacht., FIG. 5 shows an example of the preferred sensor design for the measurement of venous pressure in a selected leg vein. The sensor bladder (B) is designed in the form of a small rubber ball and placed over the ankle vein (FRV). The sensor jacket (M) is now designed as a rigid clamp so that the blood pressure change in the vessel can be fully transferred to the sensor sorblase (B). In this measuring mode, the contact of the sensor with the vessel wall is monitored via the electrical line ( 2 ).

Fig. 6 zeigt einen typischen Venendruckverlauf P-vec(t) während eines Muskelpumpen-Tests bei einem stehenden Probanden. Der Ruhedruck betrug in diesem Fall ca. 90 mmHg. Infolge der Beinübung sank der Venen­ druck auf etwa 40 mmHg. Etwa 14 Sekunden nach Ende der Bewegung war wiederum der Ruhedruck erreicht. FIG. 6 shows a typical course of venous pressure P-vec (t) during a muscle pump test in a standing subject. The resting pressure in this case was approx. 90 mmHg. As a result of the leg exercise, the vein pressure dropped to approximately 40 mmHg. The rest pressure was reached again about 14 seconds after the end of the movement.

Die beschriebene Meßvorrichtung bietet somit eine nichtinvasive Variante zu der bisher üblichen blutigen Venendruckmessung, die nach dem Stand der Technik durch eine Punktion der Fußrückenvene erfolgt.The measuring device described thus offers a non-invasive variant to the previously common bloody one Venous pressure measurement by the state of the art the dorsal vein is punctured.

Damit schafft die Erfindung ein nichtinvasives, zeit- und kostensparendes Screening-Meßsystem, das physiolo­ gische und pathophysiologische Venodynamik erfassen und belegen kann und aufwendige, risikoreiche invasive Untersuchungsmethoden einsparen hilft.The invention thus creates a non-invasive, time- and cost-saving screening measurement system, the physiolo capture genetic and pathophysiological venodynamics and can prove and complex, risky invasive Saving examination methods helps.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur nichtinvasiven Erfassung der Blut­ volumenänderung in Extremitäten bzw. zur Blutdruckände­ rung in einem einzigen, haut-oberflächennahen Gefäß infolge bestimmter Übungsprogramme, mit
  • - wenigstens einem pneumatischen Sensor (S), dessen Sensorblase (B) mit einem komprimierbaren Fluid und insbesondere Luft beaufschlagbar ist,
  • - einem Druckwandler (9), der den Druck in der Sen­ sorblase (B) erfaßt,
  • - einer Einrichtung zur Erfassung des Umfangs des Sensors, und
  • - eine Steuer- und Auswerteelektronik, an der die Ausgangssignale des Druckwandlers und der Einrichtung zur Erfassung des Umfangs anliegen, und die die Beauf­ schlagung der Sensorblase derart steuert, daß durch entsprechende Beaufschlagung der Sensorblase eine Meß­ signaleichung vor jeder Messung erfolgt und damit die Blutvolumen- oder Blutdruckschwankungen im Meßareal unter dem Sensor gleichzeitig in relativen und absolu­ ten Einheiten gemessen werden.
1. Device for non-invasive detection of the change in blood volume in extremities or for blood pressure change in a single, near-skin surface vessel as a result of certain exercise programs
  • at least one pneumatic sensor (S), the sensor bladder (B) of which can be acted upon by a compressible fluid and in particular air,
  • - A pressure transducer ( 9 ) which detects the pressure in the sensor bubble (B),
  • - A device for detecting the scope of the sensor, and
  • - Control and evaluation electronics, to which the output signals of the pressure transducer and the device for detecting the extent are present, and which controls the exposure of the sensor bubble in such a way that a measurement signal is calibrated before each measurement and thus the blood volume by appropriate exposure of the sensor bubble. or blood pressure fluctuations in the measurement area under the sensor can be measured simultaneously in relative and absolute units.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronisch regelbare Pumpe (8), die von der Steuer- und Auswerteelektronik (10) gesteuert wird, zur Beaufschlagung der Sensorblase (B) vorgesehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that an electronically controllable pump ( 8 ), which is controlled by the control and evaluation electronics ( 10 ), is provided to act on the sensor bladder (B). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventil (7), das von der Steuer- und Auswerteelektronik (10) gesteuert wird, vorgesehen ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a valve ( 7 ) which is controlled by the control and evaluation electronics ( 10 ) is provided. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenmzeichnet, daß die Steuer- und Auswerte­ elektronik die Laufzeit der Pumpe (8) und/oder die Öffnungszeit des Ventils (7) steuert.4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the control and evaluation electronics controls the running time of the pump ( 8 ) and / or the opening time of the valve ( 7 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerte­ elektronik (10) Kompensationskreise beinhaltet, die die nichtlinearen Zusammenhänge zwischen Luftdruck, Luft­ volumen und Temperatur bei der Meßwertauswertung be­ rücksichtigen.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control and evaluation electronics ( 10 ) includes compensation circuits which take into account the non-linear relationships between air pressure, air volume and temperature in the measured value evaluation. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerte­ elektronik den Druck in der Sensorblase (B) auf einen konstanten Wert regelt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the control and evaluations electronics the pressure in the sensor bladder (B) on one regulates constant value. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensormantel (M) eine starre Form hat und die Sensorblase (B) die Formdiffe­ renz zwischen dem Sensormantel (M) und dem untersuchten Extremitätenabschnitt auffüllt.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor jacket (M) a has a rigid shape and the sensor bubble (B) has the shape differences difference between the sensor jacket (M) and the examined Filled in limb section. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorblase (B) und der weiche Sensormantel (M) in Manschettenform ausgebildet sind und über eine Verschlußvorrichtung (K) verfügen, die zur automatischen Erkennung des Umfangs des um­ schlossenen Gewebevolumens dient.8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the sensor bubble (B) and the soft sensor jacket (M) in cuff shape are and have a locking device (K), to automatically detect the scope of the order closed tissue volume serves. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mikroprozessor die Vorrichtung steuert.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that a microprocessor  Device controls. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck der Sensor­ blase an die Extremität gering ist und damit sowohl der arterielle Bluteinstrom als auch die durch Venenblut bedingte Gewebeausdehnung nicht behindert wird.10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the contact pressure of the sensor bladder to the extremity is small and therefore both arterial blood inflow as well as that through venous blood conditional tissue expansion is not hindered.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19505765A1 (en) * 1994-02-18 1995-10-05 Vladimir Dr Blazek Pressing force measurement appts. for medical compression cuffs and bands

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