https://ieeexplore.ieee.org/document/10595120
Hauptanliegen: Ziel ist die Herausarbeitung, warum klassische oszillometrische Messungen des Blutdrucks nicht geeignet sind, nach heutigen Ansätzen belastungsfreie und kontinuierliche Blutdruckmessung zu kalibrieren. Materialien und Methoden: Durch die Simulation der Manschettenmessung wird des systematischen Fehlers aufgrund der Blutdruckschwankung II. Ordnung der klassischen oszillometrischen Abschätzung des Blutdrucks erfasst. Ergebnisse: Der heutige Ansatz der oszillometrischen Abschätzung des Blutdrucks hat einen nicht korrigierbaren systematischen Fehler in der Größenordnung der Blutdruckschwankung II. Ordnung. Schlussfolgerung: Die oszillometrische Abschätzung des Blutdrucks unterliegt in der heutigen Form einem zu großen Fehler, um als Grundlage einer Kalibrierung für kontinuierliche Blutdruckabschätzungen auf Grundlage eines anderen Vitalparameters zu dienen. Die Blutdruckschwankung II. Ordnung an sich ist jedoch durchaus geeignet eine solche Kalibrierung zu ermöglichen.
Blutdruckschwankung II. Ordnung:
Kein Fehler, sondern Möglichkeiten
Anforderungen an eine Kalibration
Martin Deutgesa, Holger Redtelb
Hauptanliegen: Ziel ist die Herausarbeitung, warum klassische oszillometrische Messungen des Blutdrucks
nicht geeignet sind, nach heutigen Ansätzen belastungsfreie und kontinuierliche Blutdruckmessung zu kali
brieren.
Materialien und Methoden: Durch die Simulation der Manschettenmessung wird der systematischen Feh
lers aufgrund der Blutdruckschwankung II. Ordnung der klassischen oszillometrischen Abschätzung des
Blutdrucks erfasst.
Ergebnisse: Der heutige Ansatz der oszillometrischen Abschätzung des Blutdrucks hat einen nicht korri
gierbaren systematischen Fehler in der Größenordnung der Blutdruckschwankung II. Ordnung.
Schlussfolgerung: Die oszillometrische Abschätzung des Blutdrucks unterliegt in der heutigen Form ei
nemzugroßenFehler, um als Grundlage einer Kalibration für kontinuierliche Blutdruckabschätzungen auf
Grundlage eines anderen Vitalparameters zu dienen.
Die Blutdruckschwankung II. Ordnung an sich ist jedoch durchaus geeignet eine solche Kalibration zu er
möglichen.
Aktuell kommen viele Smartwatches mit der Funktion Blutdruckmessung auf den Markt. Neben den gro
ßen Players z.B. Samsung[1] oder Huawei[2] wird der Markt förmlich mit Produkten kleinerer Anbieter (z.B.
Aktiia[3]) überschwemmt[4], welche eine Blutdruckmessung versprechen.
Allen Smartwatches ist gemein, dass eine Abschätzung des belastungsfreien Blutdrucks in Verbindung mit
oder auf Basis eines Photoplethysmographiemoduls (PPG) durchgeführt wird[4].
Diese Art der Blutdruckabschätzung ist lange bekannt[5] und beruht auf einer Kalibration mit einem her
kömmlichen System der Blutdruckmessung.
Die von namhaften Herstellern auf dem Markt befindlichen Systeme führen in der Regel eine Kalibration mit
einer automatischen Manschette auf oszillometrischer Basis durch.
Problematisch ist, dass durch die Vielzahl an Produkten die Blutdruckmessung in der Wahrnehmung der
Menschen als gelöstes Problem anerkannt wird und sich blindlinks auf die Hersteller verlassen wir. Es ist
zu befürchten, dass ein Trend, wie es ihn bei Kosmetika bereits gibt, dass potentiell gefährliche und nach
weislich schlechte Produkte durch Werbung mit Wörtern, wie „patentiert“, „FDA-Zulassung“oder „offizieller
Zulieferer“Käufer überzeugen[6].
In diesem Paper soll aufgezeigt werden, dass eine solche Kalibration nicht funktionieren kann, jedoch das
Problem der Kalibration mit einem Änderungsprofil des Blutdrucks aus der Blutdruckschwankung II. Ord
nung lösbar wird.
Keywords. Blutdruck, Atmung, Herzfrequenz, Blutdruckschwankung II. Ordnung, Kalibrierung, atmungs
synchrone Schwankung, respiratorische Sinus Arrhythmie, PPG, PTT, Pulswellenlaufzeit, Pulswellenkontur,
Traube Welle, Riva Rocci, Korotkoff, Recklinghausen, Redtel, Blutdruckautomat, Luftsack, Blutdruckmes
sung, oszillographische Blutdruckmessung
a Redtel, m.deutges@redtel.de
b Redtel, h.redtel@redtel.de
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
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07.03.2024
08.03.2024
08.03.2024
Grundlegendes Layout + Simulation
1. Ausarbeitung
Abb2durch BlandAltman Plot ersetzt und weitere Druckreduktionsraten für
Abb4imAnhangbeigefügt
Titel geändert, Begriff Kalibration schärfer definiert.
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
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Abstract
Hauptanliegen: Ziel ist die Herausarbeitung, warum klas
sische oszillometrische Messungen des Blutdrucks nicht
geeignet sind, nach heutigen Ansätzen belastungsfreie
und kontinuierliche Blutdruckmessung zu kalibrieren.
Materialien und Methoden: Durch die Simulation der
Manschettenmessung wird der systematischen Fehlers
aufgrund der Blutdruckschwankung II. Ordnung der klas
sischen oszillometrischen Abschätzung des Blutdrucks
erfasst.
Ergebnisse: Der heutige Ansatz der oszillometrischen Ab
schätzung des Blutdrucks hat einen nicht korrigierbaren
systematischen Fehler in der Größenordnung der Blut
druckschwankung II. Ordnung.
Schlussfolgerung: Die oszillometrische Abschätzung des
Blutdrucks unterliegt in der heutigen Form einem zu gro
ßen Fehler, um als Grundlage einer Kalibration für konti
nuierliche Blutdruckabschätzungen auf Grundlage eines
anderen Vitalparameters zu dienen.
Die Blutdruckschwankung II. Ordnung an sich ist jedoch
durchaus geeignet eine solche Kalibration zu ermöglichen.
Aktuell kommen viele Smartwatches mit der Funktion
Blutdruckmessung auf den Markt. Neben den großen
Players z.B. Samsung[1] oder Huawei[2] wird der Markt
förmlich mit Produkten kleinerer Anbieter (z.B. Aktiia[3])
überschwemmt[4], welche eine Blutdruckmessung ver
sprechen.
Allen Smartwatches ist gemein, dass eine Abschätzung
des belastungsfreien Blutdrucks in Verbindung mit oder
auf Basis eines Photoplethysmographiemoduls (PPG)
durchgeführt wird[4].
Diese Art der Blutdruckabschätzung ist lange bekannt[5]
und beruht auf einer Kalibration mit einem herkömmlichen
System der Blutdruckmessung.
Die von namhaften Herstellern auf dem Markt befindli
chen Systeme führen in der Regel eine Kalibration mit ei
ner automatischen Manschette auf oszillometrischer Basis
durch.
Problematisch ist, dass durch die Vielzahl an Produkten
die Blutdruckmessung in der Wahrnehmung der Men
schen als gelöstes Problem anerkannt wird und sich blind
links auf die Hersteller verlassen wir. Es ist zu befürch
ten, dass ein Trend, wie es ihn bei Kosmetika bereits gibt,
dass potentiell gefährliche und nachweislich schlech
te Produkte durch Werbung mit Wörtern, wie „paten
tiert“, „FDA-Zulassung“oder „offizieller Zulieferer“Käufer
überzeugen[6].
In diesem Paper soll aufgezeigt werden, dass eine solche
Kalibration nicht funktionieren kann, jedoch das Problem
der Kalibration mit einem Änderungsprofil des Blutdrucks
aus der Blutdruckschwankung II. Ordnung lösbar wird.
1 Einleitung
Dasomit quasi jeder Mensch potentiell Erkenntnisse aus
einer Blutdruckmessung für sich ziehen kann, sind auch
entsprechende Angebote zu finden. So wurde 2022 der
Marktwert auf 1.77Mrd USD für Blutdruckmessgeräte ba
sierend auf einer Manschette geschätzt[7]. Diese Geräte
erlauben nur eine zuverlässige Messung unter kontrollier
ten Bedingungen.
Dadies gerade für die neuen Nutzergruppen, die eine Blut
druckmessung z.B. beim Sport durchführen wollen, keine
geeigneten Bedingungen sind, kommen immer mehr Pro
dukte in Form von Smartwatches auf den Markt, die eine
Blutdruckmessung mobil versprechen[8, 3, 1, 9, 10, 11,
12, 13].
Diese Produkte haben jedoch oftmals eine zweifelhafte
Messequalität[14, 15, 16].
Eine zuverlässige, mobile und auf einer Lichtmessung ba
sierend Blutdruckabschätzung wäre ein Meilenstein in der
Überwachung von Erkrankungen.
Wasist eine Kalibration:
Damit eine auf Licht basierende Messung als Blut
druckmessung verwendet werden kann, müssen die
Ausgangsdaten mit einem Referenzsystem kalibriert
werden[5, 17, 4, 16]. Diese Kalibration ist insbesondere
unterschiedlich für jeden Menschen und dessen körperli
che Situation[17]. Daher muss eine Kalibration in regelmä
ßigen Abständen wiederholt werden[13, 18, 19].
Mathematisch gesehen handelt es sich bei einer Kalibra
tion um das Finden eines funktionellen Zusammenhangs
zwischen Ausgangsdaten und Zielwerten. Grundlage hier
für ist ein Modell wie sich die verwendeten Ausgangsdaten
auf den Blutdruck auswirken[19]. Im einfachsten Fall ist
das Ziel einer Kalibration das Finden einer lineare Gera
dengleichung, um ein Ausgangswert auf einen Zielwert
abzubilden:
p(x) = m∗x+b
Der Zielwert p(x) ist hierbei der Blutdruck, der
Ausgangswert x ist dabei ein Vitalwert, z.B. die
Pulswellengeschwindigkeit[5] und die Parameter m und
b müssendurchdie Kalibration ermittelt werden, indem
mindestens zwei Wertepaare von Ausgangswert und
(Referenz-) Zielwert bestimmt werden.
(1)
Damit eine Gerade eindeutig bestimmt ist, sind zwei Punk
te notwendig. Eine Kalibration muss auch für Systole und
die Diastole unabhängig von einander durchgeführt wer
den unddürfen nicht vom gleichen Ausgangswert abhän
gen, da diese Blutdruckparameter ansonsten korreliert
ermittelt werden. Gerade der Grad der Korrelation zwi
schen Systole und Diastole ist ein Indikator für arterielle
Gesundheit[20]. Daher muss eine Kalibrationsprozedur
mindestens je zwei (unterschiedliche) Paare an Kalibrati
onswert und Ausgangswert für Systole und Diastole auf
zeichnen. Diese zwei Paare müssen zu unterschiedlichen
körperlichen Situationen bezüglich des Blutdrucks erfol
gen, da sonst kein lineare Zusammenhang gefunden wer
den kann.
Die regelmäßige Überwachung des Blutdrucks ist heutzu
tage für viele Erkrankungen Normalität. Die Blutdruckmes
sung ist bereits schon soweit verbreitet und bekannt, dass
auch nicht erkrankte Personen einen Nutzen darin erkannt
haben, bspw. zur Einschätzung der Leistungsfähigkeit.
Gerade die Unabhängigkeit von Diastole und Systole, dass
die Ausgangswerte zur Abschätzung von Systole und Dia
stole unterschiedlich sein müssen, wurde in der Vergan
genheit nicht berücksichtigt[19, 5]. Es wurde eine Kali
bration durchgeführt, die als Ausgangswert einen Wert
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
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der Pulswellenlaufzeit annimmt und zwei Werte ausgibt,
nämlich Systole und Diastole. Damit können die Abschät
zungen von Systole und Diastole durch die Pulswellen
laufzeit nicht unabhängig voneinander sein. Sportliche
Belastung führt zu einer Erhöhung der Systole, jedoch
bei gesunden Menschen nahezu zu keiner Veränderung
der Diastole[21, 22], wobei die Veränderung der Dia
stole ein Hinweis für eine Herzkreislauferkrankung sein
kann[23, 24].
Kalibration in der Anwendung:
Die auf demMarkt befindlichen Systeme führen entweder
keine[25, 26, 27] oder nur eine[26, 27] Kalibrationsmes
sung durch. Einige Systeme kalibrieren zwar mit mehr als
einem Wert[1, 3, 4] hier wird jedoch nicht die körperliche
Situation verändert, sodass eine solche Kalibration nicht
zu zuverlässigen Werten führen kann.
Das bedeutet, dass auf dem Markt kein Gerät vorhanden
ist, dass eine funktionierende Kalibrierung aufweisen
kann, da bereits grundlegende mathematische Fakten
nicht erfüllt werden, nämlich dass eine lineare Abbildung
erst durch mindestens zwei Punkte definiert wird.
Der Grund, warum esheutzutage keine zuverlässigen Ge
räte auf dem Markt gibt, ist dass es keine einfach hand
habbaren Kalibrierungsmöglichkeiten gibt[4], um zwei
verschiedene körperliche Situationen zu vermessen. Das
prinzipielle Vorgehen bei einer Kalibration ist bereits seit
langem bekannt, so hat Barschdorff[5] bereits 1998 eine
Methode vorgestellt, die auf einer Kalibrationsmessung in
Ruhe undunter Belastung erfolgt. Mit dieser Vorgehens
weise ist zwar die Aufgabe der Kalibration gelöst worden,
aber dieses Verfahren ist nicht alltagstauglich und kann
nur bei körperlich ausreichend gesunden Nutzern verwen
det werden.
Lösung der Kalibrationsfrage:
Dabei sind die Bausteine für eine nutzerfreundliche Kali
bration seit den Anfängen der medizinischen Blutdruck
messung bekannt. Bereits 1733 beobachtete Hales die
Blutdruckänderung II. Ordnung[28], welche später durch
Traube näher beschrieben wurde[29] und, nach ihn be
nannt, auch als Traube Welle klassifiziert werden[30].
Bei der Blutdruckschwankung II. Ordnung handelt es
sich um eine regelmäßige Veränderung des Blutdrucks
sowohl in der Systole als auch in der Diastole[31, 32].
Als Ursache für diese Schwankung wird mit der Atmung
angeführt[33, 31, 32, 30, 34]. In der Literatur wird die
Größenordnung dieser Schwankung wie folgt (∆ Systole /
∆Diastole):
14.5±2.5 / 13±3
6.6-10
2.7-4.4
14±5
/
/
/
1.2-1.6
8±3
mmHg[31]
mmHg[33]
mmHg[35]
mmHg[36]
Bei normaler Atmung kommteszuSchwankungendesin
trathorakalen Drucks, also des Drucks in der Brusthöhle.
Beim Einatmen zieht sich das Zwerchfell zusammen und
die Brusthöhle dehnt sich aus, wodurch der intrathora
kale Druck abnimmt. Dieser Druckabfall führt zu einem
erhöhten Blutfluss in die Brustgefäße und zu einer Verrin
gerung des Blutflusses zurück zum Herzen. Dadurch sinkt
der Blutdruck beim Einatmen tendenziell leicht.
Umgekehrt steigt beim Ausatmen der intrathorakale Druck
an, wenn sich das Zwerchfell entspannt und die Brust
höhle kleiner wird. Dies führt zu einer Verringerung des
Blutflusses in die Brustgefäße und zu einer Erhöhung des
Blutflusses zurück zum Herzen. Folglich steigt der Blut
druck beim Ausatmen tendenziell leicht an[37].
Die Kenntnis der Blutdruckschwankung ist analog zur Re
spiratorischen Sinus Arrhythmie (RSA)[38] ein Maß für
die Gesundheit und Fitness eines Menschen und kann auf
Erkrankungen hinweisen[39, 40, 37]. Eine hohe Amplitu
de der Blutdruckschwankungen II. Ordnung deutet typi
scherweise auf ein gesundes und reaktionsfähiges Herz
Kreislauf-System hin. Dies bedeutet, dass sich Blutgefäße
als Reaktion auf Veränderungen in der Atmung effizient
erweitern und verengen können, was dazu beiträgt, einen
stabilen Blutfluss aufrechtzuerhalten[41, 37]. Daher wird
eine hohe Amplitude der Blutdruckschwankungen wäh
rend der Atmung häufig mit einer guten Herz-Kreislauf
Fitness und Belastbarkeit in Verbindung gebracht[41].
ImKontext der Blutdruckmessung wird die Blutdruck
schwankung II. Ordnung als negativer Einfluss betrachtet,
da diese die Blutdruckabschätzung mittels automatisierter
Blutdruckmanschette beeinflusst[42]. Bei der Abschät
zung mittels automatischer Manschette wird typischer
weise dieses Phänomen durch spezielle Algorithmen aus
einer Messung herausgefiltert[43]. Der genaue Zusam
menhangzwischen der Blutdruckschwankung II. Ordnung
und demResultat einer automatisierten Messung mittels
einer oszillometrischen Methode ist Teil dieser Untersu
chung.
In dieser Paper soll diskutiert werden, wie sich die Blut
druckschwankung II. Ordnung bei einer herkömmlichen
Messung ausdrückt und was die Bedingungen an ein
Messgerät sind, damit dieses die Blutdruckschwankung
II. Ordnung vermessen kann, sodass die Daten für eine
Kalibration verwendet werden können.
Ziel ist es zu zeigen, dass heutige Kalibrationsmetho
den (auch offiziell validierte Methoden) für kontinuierli
che Messsysteme basierend z.B. auf einer PPG-Messung
(z.B.[3, 1, 10]) in der verwendeten Art und Weise nicht
funktionieren können. Darüber hinaus soll aufgezeigt wer
den, wie die Blutdruckschwankung II. Ordnung nicht nur
als Messungenauigkeit verstanden werden kann, sondern
als Schlüssel für die Lösung des Problems „Kalibration
“verwendet werden kann.
2 Darstellung des Problems der
Blutdruckschwankung II.Ordnung in
herkömmlichen Messungen
Bei einer herkömmlichen automatischen Blutdruckmes
sung basierend auf der oszillometrischen Methode[44]
wird mit einer Manschette entweder der Oberarm oder der
Unterarm abgequetscht. Klassischerweise wird zunächst
der Druck über den zu erwartenden systolischen Druck er
höht und dann linear reduziert[44, 45], das umgekehrte
Vorgehen erfreut sich doch in letzten Jahren immer mehr
Beliebtheit, da eine schnellere Messung möglich ist und
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
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somit weniger belastend ist für den Nutzer ist[46, 47].
ImFalle der Messung bei Luftdruckreduktion in der Man
schette erfolgt eine Messung indem der Luftdruck in der
Manschette fein aufgelöst zu erfassen. Abbildung 1 zeigt
einen Vergleich von Messwerten einer echten Messung mit
einer Simulation einer solchen Messung (nach[48]) und
welche Schritte bei der Auswertung einer Messung durch
geführt werden.
Die Kurve des Manschettendrucks zeigt (kommend von
hohen Luftdrücken in der Manschette) zunächst einen li
nearen Verlauf (Abb. 1a/a2). Kommt der Luftdruck der
Manschette in den Bereich der Systole, so sind Variatio
nen in der Manschettendruckkurve zu erkennen. Diese
Variationen sind auf die Blutdruckschwankung innerhalb
der Arterien unter der Manschette zurückzuführen, wel
che unter anderem durch den Herzschlag oder die Atmung
erzeugt werden. Diese Variationen nehmen mit der Re
duktion des Manschettendrucks zunächst zu bis diese an
einem Punkt zwischen Systole und Diastole ein Maximum
einnehmen und bei weiterer Reduktion unterhalb der Dia
stole wieder verschwinden (Abb. 1b/b2).
Die Magnitude der Variationen wird bestimmt (Abb.
1c/c2). Dazu wird typischerweise zunächst das Manschet
tendrucksignal mit einem HighPass Filter gefiltert und
die erhaltende Kurve auf lokale Minima und Maxima hin
untersucht[44]. Die Druckvariation zwischen einem loka
len Minima und einem folgenden Maxima ist die gesuchte
Magnitude zu einem Zeitpunkt.
Der Verlauf der Magnituden mit dem Manschettendruck
wird zur Abschätzung von Systole und Diastole verwendet.
Dieser Verlauf besteht idealerweise aus nur einem Peak.
Typischerweise wird entweder nach den Wendepunkten
oder eine relative Höhe gesucht[49]. Das genaue Verfah
ren ist jedoch Hersteller bezogen und wird in der Regel
nicht offengelegt[48]. An den gefundenen Punkten wird
der Luftdruck in der Manschette als Systole bzw. Diastole
ausgegeben.
Problematisch bei dieser Vorgehensweise ist, dass ver
schiedene Randbedingungen angenommen werden. Diese
sind unter anderem, dass der Nutzer in Ruhe misst und
dass die Atmung den Blutdruck vernachlässigbar beein
flusst. Eine Auflistung weiterer Einflussgrößen ist in[50] zu
entnehmen.
Gerade Ruhe[51] des Nutzer und Atmung[52] sind jedoch
keine zu vernachlässigen Einflüsse. Eine Messung in Ru
he stellt eine realitätsferne Messung dar und unterbricht
das normale Leben eines Nutzers. Im Bereich des Pati
ententransport ist die Anforderung „Ruhe“nicht erfüllbar
[51, 53]. Daher ist der Ansatz heutiger Smartwatches so
entscheidend diese Problematik zu lösen. Der Ansatz ist,
dass eine zeitlich sehr kurze Blutdruckmessung verwendet
wird. Dies ist in der Regel eine Messung mittels Photop
lethysmographie (PPG), diese muss jedoch mit einer ande
ren Blutdruckmessmethode kalibriert werden[4, 13, 26].
Es ist somit möglich bei kurzen Ruhephasen im Alltag eine
Blutdruckmessung mittels PPG durchzuführen und somit
den Blutdruckverlauf im Alltag festzustellen.
Der Einfluss der Atmung wird in der Regel als Störgröße
angesehen, in der technischen Umsetzung wird daher ver
sucht diesen Einfluss durch spezielle Algorithmen und
Filterung zu entfernen[54].
UmdasProblemdesEinflusses der Atmung darzustel
len, soll im Folgenden, aufbauend auf der Arbeit von
Babbs[48], der Einfluss der Atmung durch die Simulation
der Atmung imBlutdruck untersucht werden. Babbs stellt
ein Modell der Druckausbreitung von den Arterien unter
halb einer Manschette in den Luftsack der Manschette auf
und zeigt auf, wie sich ein Blutdruckverlauf innerhalb der
Arterien auf den Luftdruck in der Manschette auswirkt.
Es wird eine Manschettendruckkurve, vergleichbar zu der
Kurve, die bei einer realen Messung erfasst wird, erzeugt
(vgl. Abb. 1). Aufbauend auf dieser Kurve können bspw.
verschiedene Methoden der oszillometrischen Blutdruck
messung untersucht werden.
Ziel der hier vorgelegten Simulationen ist es generelle sy
stematische Fehlerquellen der oszillometrischen Auswer
tung darzustellen. Der hier vorgestelle Algorithmus zur
Auswertung ist in keinsterweise alltagstauglich und ist nur
verwendbar, da die simulierten Manschettendruckwellen
nicht verrauscht und idealisiert sind.
Es wird analog zu Babbs vorgegangen, einzig die Blut
druckwelle Pa innerhalb der Arterie wird um den Einfluss
der Atmung erweitert:
Pa(SBP,DBP,t,ω) = DBP+0.5∗PP
[
+0.36∗ PP
→
sin ωt + 1
Pa(SBP(t,ν,∆SBP,tA0),DBP(t,ν,∆DBP,tA0),t,ω) = DBP(...) +0.5∗ PP(...)
[
+0.36∗ PP(...)
sin ωt + 1
]
2 sin2ωt+ 1
4 sin3ωt
2 sin2ωt+ 1
4 sin3ωt
]
(2)
(3)
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INNOVATIVER
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
PARTNER DES
Parameter
Bedeutung
Pa
SBP
DBP
t
ω
PP
ν
∆SBP
∆DBP
tA0
Zeitlicher Verlauf des Drucks innerhalb der Arterien unterhalb der Manschette.
Vorgabe des simulierten systolischen Drucks.
Vorgabe des simulierten diastolischen Drucks.
Zeit
Frequenz des Herzschlages = 2πBPM/60 mit BPM demHerzpulsin1/Min.
Pulsdruck = SBP−DBP
Frequenz der Atmung = 2πAPM/60mit APMderAtemzügein1/Min.
Amplitude der systolischen Blutdruckänderung während eines Atemzugs.
Amplitude der diastolischen Blutdruckänderung während eines Atemzugs.
Phase der Atmunggegeben durch den Zeitunterschied der Einatmung relativ zum
Simulationsbeginn
Die Atmung wird durch einen Sinus um die Vorgabewerte des
mittleren systolischen/diastolischen Blutdrucks SBP0 und DBP0
dargestellt:
SBP(t,ν,∆SBP,tA0) = SBP0 +0.5∗∆SBP∗sin(ν∗(t−tA0))
(4)
DBP(t,ν,∆DBP,tA0) = DBP0 +0.5∗∆DBP∗sin(ν∗(t−tA0))
(5)
Abbildung 1: TODO: Bessere reale Messung finden
Darstellung der klassischen Auswertung des
Manschettendrucks mit der oszillometrischen Methode
zumErhalt von Systole und Diastole. Gezeigt ist der
Vergleich einer Simulation und einer realen Messung
(reale Messung bei steigendem Druck gemessen) bei
vergleichbaren Parametern (120/80 zu 60). Bei einer
Messung(a, a2) wird zunächst der Luftdruck in der
Manschette als Funktion der Zeit erfasst. Dieser
Manschettendruck zeigt einen lineare Abnahme mit der
Zeit. Bei genauer Betrachtung sind jedoch Variationen
zu erkennen. Diese Variationen stammen vom Druck
innerhalb der Arterien unterhalb der Manschette her.
Durch einen High-Pass-Filter werden die Variationen
vomgenerellen Druckverlauf getrennt (b, b2). Es wird
anschließend die Amplitude dieser Variationen
bestimmt (c, c2). Nun wird für die Systole bzw. für die
Diastole der Punkt innerhalb des Amplitudenverlaufs
gesucht, der einem empirischen Anteil zur maximalen
Amplitude aufweist, es wird eine Zeitpunkt gefunden.
Der Manschettendruck an diesen Zeitpunkten wird als
Systole bzw. Diastole ausgegeben.
Die konkrete Implementation ist in den Ergänzungsunterlagen
im Listing 1 einzusehen. Abbildung 1 zeigt eine Simulation eines
Blutdruckverlaufs ohne den Einfluss der Atmung und dessen Aus
wirkung auf den Luftdruck in einer Manschette. Abbildung 4 zeigt
eine zweite Simulation mit starker Atmung bei verschiedenen
Phasen der Atmung zuBeginn der Simulation. Es ist zu erkennen,
dass die Ergebnisse der Auswertung nicht mit der Vorgabe der
mittleren Blutdruckwerte für Systole und Diastole der Simulation
übereinstimmen. Zudem ist bei einigen Einstellungen die Bestim
mungderSystole nicht eindeutig.
Umdiesimulierten Kurven des Luftdrucks in einer Manschette
analysieren zu können wurde eine minimaler Algorithmus zur
klassischen oszillometrischen Auswertung anhand fester Schwell
werte für die Amplitude der Variationen verwendet, siehe in den
Ergänzungsunterlagen im Listing 2.
Abbildung 2 zeigt den Vergleich von Ergebnissen dieses Algorith
muszurVorgabe der Simulation. Es wurde der Vorgabeblutdruck
zwischen (Systole/Diastole) 80/40 zu 200/150 mmHg variiert,
wobei für jede Blutdruckeinstellung auch der Puls von 30 bis 200
bpmvariiert wurde. Es wurden Blutdrucke mit einem Pulsdruck
kleiner als 20 mmHg oder größer als 100 mmHgnicht betrachtet.
Die konkrete Implementation der Algorithmusüberprüfung ist in
den Ergänzungsunterlagen im Listing 3 einzusehen.
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BlutdruckschwankungII.Ordnung:KeinFehler,sondernMöglichkeiten–AnforderungenaneineKalibration INNOVATIVER
KOOPERATIONS
PARTNER DES -10-5
0
5
10
80 100 120 140 160 180 200
Abweichung [mmHg]
Systole Referenz [mmHg]
40-200 bpm
40 bpm-10-5
0
5
10
40 60 80 100 120 140
Abweichung [mmHg]
Diastole Referenz [mmHg]
40-200 bpm
40 bpm
Abbildung2:QualitätdeseinfachenAlgorithmuszur
AuswertungvonManschettendruckwertenzur
AbschätzungenvonSystoleundDiastole.Gezeigtsind
Bland-AltmanDiagrammederAbweichungvon
AlgorithmusundSimulationsvorgaben.Linksistder
VergleichfürdieSystoleundrechtsderVergleichfür
dieDiastolegezeigt.EswurdeohneAtmungmitder
VorgabevonSystoleundDiastoleimBereichvon80/40
bis200/150mmHgimPulsbereich30-200bpm
Simulationenausgewertet(30bpmnichtgezeigt).Es
zeigtsich,dassdereinfacheAlgorithmusdie
VorgabewertederSimulationmiteinerGenauigkeitvon
±5mmHgwiedergibt,wasdentypischen
AnforderungeneinerTypzulassungentspricht[55].Es
sindjedochvereinzeltePunktegezeigt,dieabweichen.
DiesePunktebeziehensichaufextremeEinstellungen
bzgl.Pulsdrückevon80undmehrmmHgundniedrigen
Pulsvon40bpm(markiertePunkte).Daherwurdefür
dieweiterenUntersuchungenderPuls40bpm
ausgeschlossen.
DerEinflussderAtemamplitudeistinderAbbildung3gezeigt.
GezeigtistdieAbweichungderklassischenoszillometrischen
MethodegegenüberderSimulationsvorgabealsFunktionderVor
gabedermittlerenWertevonSystoleundDiastolebzw.derPhase
derAtmungzumSimulationsstart.AlsfesteParameterwurdeeine
AmplitudedesBlutdruckmitderAtmungvon(Systole/Diastole)
10/8mmHgbeieinemPulsvon60bpmmiteinerAtemfrequenz
von5·1/Min.verwendet.Esistzusehen,dassdieAbweichung
biszum(systolischen)WertderAmplitudedesBlutdrucksin
nerhalbderAtmungansteigenkannundkeinemvorhersagbaren
Verlauffolgt.
Abbildung3:SystematischerMessfehlerder
oszillometrischenMethodedurchdenEinflussder
AtmungalsFunktionderSimulationsvorgabevon
DiastoleundSystole.Dieweiteren
SimulationsparametersindeineAtmungsamplitudedes
Blutdrucksvon(Systole/Diastole)10/8mmHg,eine
Atemfrequenzvon5·1/min.undein
Startmanschettendruckvon230mmHg.a,c,ezeigen
denFehler,wennzurAusatmungdieSimulation
gestartetwirdundb,d,fwennzurEinatmunggestartet
wird.aundbzeigendenGesamtunterschied,ermittelt
durchdieL2NormderUnterschiedezwischen
SimulationsvorgabeundoszillometrischerAuswertung
(∆Sys/∆Dia,demUnterschiedinderSystole/Diastole):
diff=√
∆Sys2+∆Dia2.DerPunktdieserDarstellungen
ist,dassdersystematischeFehlerinder
GrößenordnungderAtmungsamplitudeliegtunddass
dieAnfangsbedingungen(PhasederAtmung)
entscheidendfürdiekonkreteAbweichungist.Füreine
realeMessungheißtdas,dasseineklassische
oszillometrischeAuswertungnichtgenauermessen
kann,alsdiedurchdieAtmungvorgegebenenVariation
desBlutdrucks.DieTeilbereichecunddzeigendie
AbweichungderSystoleundeundfdieAbweichung
derDiastole.
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
PARTNER DES
Abbildung 4: Vergleich möglicher Situationen einer
oszillometrischen Blutdruckmessung im Bezug auf die
Phase der Atmung.Teilbereiche a und b zeigen analog
zu Abb.1dieoszillometrische Auswertung einer
Manschettendruckkurve. In beiden Fällen wurden
gleiche Parameter für die Simulation verwendet:
mittlerer Blutdruck 120/80 zu 60; Atemfrequenz
5 · 1/min.; Blutdruckveränderung während der Atmung
10/8 mmHg;Druckreduktionsrate von 3mmHg/s.Der
Unterschied ist lediglich der Simulationsbeginn im
Bezug auf die PhasederAtmung.Inawurdefürdie
Phase der AtmungderBeginnderEinatmungbzw.bei
maximaler Ausatmunggewählt, b zeigt die Situation bei
maximaler Einatmung. Abschnitt c zeigt die
Abweichung vonermittelter Systole und Diastole zur
vorgegebenen mittleren Systole bzw. Diastole. Mit
Sternen sind die Ergebnisse aus a und mit Dreiecken
sind die Ergebnisse aus b markiert. Auffällig ist für b,
dass die Auswertung nicht mehr eindeutig ist (Pfeile)
undzweimögliche Ergebnisse für Systole gefunden
werden.
Analog zur vorhergehenden Betrachtung ist in Abbildung 4 der
Einfluss der Phase der Atmung (gegeben als Unterschied in der
Zeit der maximalen Einatmung zur Startzeit der Simulation (bzw.
im übertragenen Sinne zum Start einer Messung)) gezeigt. Dar
gestellt ist die Abweichung der klassischen oszillometrischen
Methode gegenüber der Simulationsvorgabe als Funktion des
Zeitunterschieds der maximalen Einatmung zum Start der Simu
lation. Dabei wurde über die gesamte Phase der Atmung variiert.
Als feste Parameter wurde ein mittlerer Blutdruck von 120/80 zu
60mit einer festen Atemamplitude von (∆SBD / ∆DBD) von 10/8
mmHgbeieinerAtemfrequenz von 5·1/Min. verwendet.
3 Diskussion
Beschreibung der Methodik
Anhand der Simulation des Luftdrucks innerhalb einer Manschet
te zur oszillometrischen Abschätzung des Blutdrucks wurde der
systematische Fehler aufgrund der nicht Berücksichtigung der At
munganalysiert. Dazu wurde ein Computermodell von Babbs[48],
wasausgehend vomarteriellen Blutdruck unterhalb der Man
schette, den Luftdruck innerhalb der Manschette simuliert um
den Einfluss der Atmung auf den arteriellen Blutdruck erweitert.
Das vorgestellte Computermodell hat somit die Anfangsparame
ter: Systole, Diastole, Blutdruckverlauf in der Arterie unterhalb
der Manschette, Amplitude der Veränderung von Systole und
Diastole innerhalb der Atmung, Frequenz der Atmung und Phase
bzw. Zeitunterschiede der Atmung zum Startzeitpunkt der Simu
lation.
UmdieSimulation auszuwerten wurde ein einfacher Algorithmus
zur oszillometrischen Auswertung der Manschettendruckkurve
z.B. in[54] beschrieben, welcher auf festen empirischen Werten
zur Abschätzung von Systole und Diastole auf den relativen Am
plituden der Variationen auf der Manschettendruckkurve (vgl.
Abb. 1) beruht.
Die Limitation des Algorithmus, ist dass dieser nur auf den (rela
tiv) glatten Werten der Simulation funktioniert und keine Strate
gien zum UmgangmitRauschen, Arrhythmien oder der gleichen
aufweist und auch keine Strategie bei uneindeutiger Datenba
sis hat. Gerade diese Limitation zeigt fokussiert die Fehlerquelle
heutiger verwendeter Algorithmen. Eine Fehlerquelle, die im Spe
ziellen in dieser Abhandlung untersucht wurde, ist der Einfluss
der Atmung auf die Abschätzung des Blutdrucks mittels oszillo
metrischer Methoden. Abbildung 2 zeigt, dass dieser einfache Al
gorithmus unter ideal Bedingungen, d.h. kein Einfluss der Atmung,
die Simulationsvorgaben bezüglich Systole und Diastole mit ei
ner Abweichung von ±5mmHgwiedergebenkannundsomitden
typischen Zulassungskriterien für oszillometrischer Methoden
entspricht[55].
Beschreibung der Simulationsergebnisse
Bei Aktivierung der Atmung zeigt der verwendete Algorithmus
vermeintliche Schwächen auf. In Abbildung 3 ist die Abweichung
der oszillometrischen Auswertung zur Simulationsvorgabe in Sy
stole und Diastole gezeigt. Der Punkt dieser Abbildung ist: Er
stens, dass die Atmung zu einer Abweichung der Abschätzung zur
Vorgabe der mittleren Werte von Systole bzw. Diastole bis zu Am
plitude der Blutdruckschwankung II.Ordnung führt und zweitens,
dass die Abweichung nicht vorhersagbar ist, da es keine lineare
Abbildung zwischen Abweichung und „Sollwert“gibt (eine nicht
lineare Abbildung (z.B. LookUp Table auf Grundlage der Abb. 3)
ist aufgrund der Umstände (Rauschen der Messwerte, korrekte
Handhabung) in einer realen Messung nicht verwendbar), zudem
ist die Abweichung auch von der Phase der Atmung zum Startzeit
punkt der Simulation bestimmt.
Gerade diese Abhängigkeit der Abweichung zur Phase der At
mungführt bei einer realen Messung zum Problem der nicht Wie
derholbarkeit der Messung, dass entspricht der Beobachtung der
meisten Nutzer, dass drei Blutdruckmessungen zu drei verschie
den Werten für den Blutdruck führen.
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
PARTNER DES
Eine weitere Fehlerquelle wird in Abbildung 4 aufgezeigt. Teilbe
reich c der Abbildung zeigt die Abweichung bei der Variation der
Phase der Atmung. Auffällig ist, dass es einen Bereich gibt in dem
die Auswertung der Systole uneindeutig wird und zwei mögliche
Werte für die Systole ermittelt werden können (Die vereinzelten
Punkte weisen auf weitere Uneindeutigkeiten hin). Dies ist damit
begründet, dass die Variationen auf der Manschettendruckkurve
auch durch die Atmung beeinflusst wird. Liegt gerade ein Wechsel
der Atmung vonAusatmungzur Einatmung bzw. umgekehrt an
demPunktvor, bei dem die Variationen den empirischen relati
ven Werten entspricht, so kann die Beeinflussung die Variation
verkleinern und es ergeben sich zwei Punkte an denen das Kri
terium für einen Wert des Blutdrucks erfüllt ist. Anzumerken ist,
dass dieses Phänomen der Uneindeutigkeit mit der hier vorgege
benen Druckreduktionsrate von 3·mmHg zu beobachten ist. Diese
Rate wird typischerweise für solche Messungen verwendet[45].
Die Wahrscheinlichkeit für dieses Phänomen nimmt ab, wenn die
Druckreduktionsrate erhöht wird, bei kleineren Raten nimmt die
se Wahrscheinlichkeit nicht nur zu, sondern es kommt nicht nur
zur Zweideutigkeit und mehr als zwei Werte für einen Blutdruck
wert können ermittelt werden, siehe im Begleitmaterial Abb. 5
und Abb. 6.
beiden Herangehensweisen benötigen diese Modelle Parameter,
die individuell für jeden Nutzer ermittelt werden müssen. Die Er
mittlung dieser individuellen Parameter erfolgt im Rahmen einer
Kalibration. Die gefundenen Parameter variieren von Nutzer zu
Nutzer und gelten für einen Nutzer nur solange, wie die körperli
che Situation gleichbleibend ist.
Zur Abschätzung der notwendigen Genauigkeit, soll das Verfah
ren von Barschdorff[5] näher untersucht werden. Barschdorff
hat gezeigt, dass die Pulswellenlaufzeit tRP bestimmt aus den
Zeitpunkten der R-Zacke des EKG-Signal und dem Zeitpunkt des
nächst folgenden lokalen Minima im Signal der Photoplethysmo
graphie (PPG) eines Probanden auf einen Wert des Blutdruck psys
bzw. pdia abgebildet werden kann:
psys = msys
1
tRP
+bsys und pdia = mdia
1
tRP
+bdia
(6)
UmeineIdeefür die Größenordnung der beteiligten Werte zu be
kommengibt Barschdorff beispielhafte Kalibrationswertepaare
(systolischer Wert zu Laufzeit: [p,tRP]) für eine Kalibration (unter
Verwendung der Laufzeit zum Finger) an:
UmgangmitderAbweichung/Marktzustand
Der Umgangmitdiesen Fehlerquellen bei heutig verwendeten
Algorithmen, ist die Verwendung eines LowPassfilters auf den
Werten der Variationen der Manschettendruckkurve[54]. Dies be
wirkt also, dass Blutdruckspitzen prinzipiell weggemittelt werden
und nicht erkannt werden können, jedoch sind gerade solche Spit
zen die Ursache akuter Herzerkrankungen[56]. Im positiven ist
jedoch eine hohe Variabilität des Blutdrucks ein Indikator für eine
gute körperlicher Verfassung und Fitness[39, 40, 37].
Zur Kontrolle des Gesundheitszustands in Begleitung zu einer Be
handlung, mögen die heutigen Verfahren gut geeignet sein[57].
Die heutige Verwendung beschränkt sich jedoch nicht nur auf die
Begleitung bei Behandlungen, also insbesondere der regelmäßi
gen Kontrolle eine Patienten durch einen Arzt, sondern die Blut
druckmessung ist zu einer allgegenwärtigen Messung verkom
men. Insbesondere kommen nahezu täglich neue Smartwatches
auf den Markt, die eine Blutdruckmessung versprechen[7, 1, 3].
Geräte, die eine professionelle Messung vorgeben wollen, führen
vor der meist wiederholenden oder gar kontinuierlichen Messung
eine Kalibration mit einer Blutdruckmanschette durch, wobei der
Nutzer dazu unter normalen Umständen in Ruhe die Messungen
durchführt[1, 3]. Die Ansicht der Autoren ist, dass mit den heute
verwendeten Algorithmen zur oszillometrischen Auswertung eine
solche Kalibration nicht möglich ist. Es werden also Gesunde zu
Kranken erklärt und viel schlimmer noch Kranke zu Gesunden.
Blutdruckmessung basierend auf der bestatungsfreien Mes
sung vonVitaldaten
Die Korrelation zwischen der Pulswellenlaufzeit[5] oder der
Pulswellenkontur[19, 13] zum Blutdruck ist hinlänglich bekannt.
Aber auch andere Vitaldaten zeigen zumindest eine zeitlich be
grenzte Korrelation zum Blutdruck[19]. Für eine Abschätzung des
Blutdruck ausgehend von diesen Vitaldaten wird in der Regel der
Zusammenhangmittels eines mathematischen Modells beschrie
ben oder mittels maschinellen Lernens gefunden[19, 13]. Bei
[p, tRP]1 = [130mmHg,0.20s] und
[p, tRP]2 = [187mmHg,0.14s]
⇒psys(tRP) = 23.940 1
tRP
+16.000
(7)
Diese Werte wurden vor und kurz nach einer körperlichen Bela
stung bestimmt. Diese Art der Kalibration ist daher nicht tauglich
für eine tägliche Kalibration oder für Patienten, die eine derartige
körperliche Belastung nicht durchführen können. Es soll zunächst
analysiert werden, welche Genauigkeit bezüglich der Wertepaare
für die Kalibration notwendig sind, wenn eine Blutdruckänderung
durch eine körperliche Belastung vorausgesetzt wird und wenn
eine die Blutdruckschwankung II. Ordnung als Blutdruckänderung
verwendet wird. Der Messbereich, der für eine kontinuierliche
Überwachung infrage kommt und der mit einer Genauigkeit von
±1mmHgabgeschätztwerdensollte, wird mit 50-200mmHg
veranschlagt. Blutdruckwerte darüber oder darunter sind zwar
äußerst kritisch, jedoch ist eine Diagnose in diesen Bereichen
eindeutig und bedarf keiner Blutdruckabschätzung mit 1mmHg
Genauigkeit. Die Genauigkeit von ±1mmHg wurde gewählt, da
neben densystematischen Fehlern durch die Auflösung der Sen
sorik weitere Fehler in einer realen Messung auftreten. Wird also
eine kontinuierliche Messung angestrebt, die vergleichbar mit der
invasiven Messung sein soll, darf der Gesamtfehler nicht größer
als ±5mmHgsein[55, 58].
Die Größenordnung der Genauigkeit für die PWL tRP lässt
sich bereits aus den beispielhaften Messwerten von Barsch
dorff abschätzen: Für den Blutdruckbereich 187mmHg
130mmHg=57mmHgwirdeinBereichvon0.20s-0.14s=60ms
angegeben, die Größenordnung der Messgenauigkeit für eine
Blutdruckabschätzung mit ±1mmHg muss also im Bereich von
1msliegen. Eine genaue Abschätzung erfolgt, indem die Kalibrati
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Blutdruckschwankung II. Ordnung: Kein Fehler, sondern Möglichkeiten– Anforderungen an eine Kalibration
PARTNER DES
on 6als Funktion der Kalibrationswertepaare aufgestellt wird:
p(tRP)p1,tRP,1,p2,tRP,2
= mp1,tRP,1,p2,tRP,2
1
tRP
+bp1,tRP,1,p2,tRP,2
mit
mp1,tRP,1,p2,tRP,2
=
p1 − p1
1/tRP,1 −1/tRP,2
bp1,tRP,1,p2,tRP,2
= p1 − mp1,tRP,1,p2,tRP,2
/tRP,1
(8)
(9)
(10)
Wobei mundbdurchdieGeradedurchdiebeiden Kalibrations
wertepaare (bzw. durch linearer Fit bei mehr als zwei Wertepaa
ren) gegeben sind. Die Abweichung der Blutdruckabschätzung
aufgrund der Messungenauigkeit eines Parameters ergibt sich
durch die Differenz der von p(tRP) und p′(tRP), wobei p′(tRP)
gleich p(tRP) ist, bis auf die Wahl eines Wertes eines Kalibrations
wertepaares, beispielsweise wird tRP,2 variiert. Damit ergibt sich
der genaue Wert für das Beispiel von Barschdorff: 0.6ms, bei dem
die Abweichung im gesamten veranschlagtem Messbereich dem
Abweichkriterium entspricht.
Für die Verwendung der Blutdruckschwankung II.Ordnung wird
analog vorgegangen. Es werden auf dem Plot der Gleichung 7
zwei Blutdruckwerte ausgewählt, die typischen Werten wäh
rend der Ein- bzw. Ausatmung entsprechen, z.B. 130 mmHg und
120mmHg.EswirddieDifferenz p(tRP) und p′(tRP) bestimmt, bei
der im veranschlagtem Blutdruckwertebereich die Abweichung
unter ±1mmHgliegt. Für eine systolische Blutdruckschwan
kung II. Ordnung zwischen 120 und 130mmHgergibt sich eine
notwendige Auflösung von 0.2ms, für eine systolische Blutdruck
schwankung II. Ordnung zwischen 120 und 121mmHgergibt sich
eine notwendige Auflösung von 0.03ms.
Für eine Variation des Kalibrationswerte für die PWL Blutdruck
ergeben sich zusammengefasst folgende Bedingungen:
Barschdorff
(Pulsdruck = 60mmHg):
starke Atmung
flache Atmung
(Pulsdruck = 10mmHg):
(Pulsdruck = 1mmHg):
0.60ms
0.20ms
0.03ms
Für eine Variation des Kalibrationswerte für den Referenz
Blutdruckwert ergeben sich analog folgende strikte Bedingungen:
Barschdorff
(Pulsdruck = 60mmHg):
starke Atmung
flache Atmung
(Pulsdruck = 10mmHg):
(Pulsdruck = 1mmHg):
0.420mmHg
0.120mmHg
0.016mmHg
Fazit: Mit heutiger Technik sind die Anforderung bezüglich der
Auflösung der PWL durch heutige Sensoren prinzipiell erreichbar,
bspw. verfügt der Sensor GH3220 der Firma Goodix[59] über eine
Auflösung von 2kHz für die gleichzeitige Messung von EKG und
PPGSignalen. Eine „einfache“Peakdetection reicht hier jedoch
nicht aus, die Peaks müssen mit einer idealen Peakform genähert
werden, umeine höhere zeitliche Auflösung bezüglich der PWL zu
erhalten[49].
Bezüglich der Anforderungen an die Auflösung der Blutdruckab
schätzung während der Kalibration ist diese heutzutage nur für
die Methode von Barschdorff, also der Kalibration unter der Erfor
dernis einer hohen körperlichen Belastung, (grenzwertig) erfüllbar
durch die oszillometrische Auswertung nach heutigem Vorgehen.
Auch jede zukünftige oszillometrische Auswertung wird die hohen
Anforderungen unter realen Bedingungen für die Kalibration in
nerhalb der Atmung nicht erfüllen, es sei den es wird während der
Kalibration kontinuierlich der Blutdruck ermittelt, sodass durch
Oversampling (bezüglich mehrerer Kalibrationspaare innerhalb
der Phase der Atmung) eine entsprechende Auflösung erreicht
werden kann.
Anforderungen an ein Kalibrationsgerät zur Ermöglichung der
Abschätzung von kontinuierlichen Blutdruckwerten
Aufgabe eines Kalibrationsgeräts ist es Referenzblutdruckwerte
zu vorgegebenen oder definierten Zeitpunkten zu ermitteln und
an ein anderes Messgerät zu übertragen.
Ziel ist es dabei, dass das andere Messgerät in die Lage versetzt
wird kontinuierlich für jede Messung eines Vitalparameters einen
Wert des Blutdruck bestimmen zu können, vorzugsweise wird
dieser Vitalparameter für jeden Herzschlag bestimmt.
Die Anforderung an die Genauigkeit, z.B. ermittelt aus der Abwei
chung zur invasiven Messung, des anderen Messgeräts sollte im
Messbereich 50-200mmHgnicht ±5mmHgübersteigen.
Die Messwerte des Blutdrucks Systole und Diastole müssen ge
trennt von einander kalibriert werden.
Damit ergeben sich die Anforderungen an ein Kalibrationsgerät:
• Genauigkeit < ±1mmHg
• (kurzzeitige) kontinuierliche Werte für Systole und Diastole
• Zeitpunkte der Messwerte muss ermittelt werden
Kalibration mit kontinuierlichen Blutdruckwerten / Ausblick
Die hier vorgestellte Simulation zeigt, dass die oszillometrische
Auswertung einer Manschettendruckkurve nach heutiger Methode
zu einer Abweichung in der Größenordnung der Blutdruckschwan
kung II. Ordnung führt. Das bedeutet also im Umkehrschluss,
dass die Information der Blutdruckschwankung II. Ordnung in der
oszillometrischen Messung enthalten ist. Daher spricht prinzipiell
nichts dagegen die oszillometrische Messung so auszuwerten,
dass eine Kalibration möglich ist. Redtel[60] schlägt hierfür eine
neue Methode der oszillometrischen Auswertung der Manschet
tendruckkurve vor, die nicht nur ein Wertepaar Systole/Diastole
für den Blutdruck ausgibt, sondern kontinuierlich für jeden Herz
schlag ein Blutdruckwertepaar während der Druckänderung in
einer Manschette ermittelt.
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containing observations and experiments relating to several
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read at several meetings before the Royal Society : with an
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Anhang
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