Aktive Regelung zur optimalen Erfassung der Pulskontur bei nicht-invasiver peripherer Blutdruckmessung

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war es, eine aktive Regelung für die optimale Erfassung der Pulskontur bei nicht invasiver peripherer Blutdruckmessung zu entwickeln. Somit sollten weitere Verbesserungen für bereits bestehende nicht invasive Untersuchungsmethoden des menschlichen Gefäßsystems und den damit verbundenen Parameternbestimmungen erreicht werden.<br />Zu diesem Zweck wurde ein dynamisches Modell implementiert, das direkt mit einer Hardware zur Pulskonturmessung verbunden ist.<br />In dem ungeregelten Hauptmodell wird die periphere Pulsdruckkurve über eine Oberarmmanschette aufgezeichnet und das Signal in einzelne Herzschlagperioden aufgeteilt. Anschließend wird eine qualitativ geeignete Periode ausgewählt und die Kontur wird auf die aortale Kurve umgerechnet. Zuletzt wird der Augmentationsindex berechnet, der als Indikator für die Steifheit der Arterien verwendet werden kann.<br />Im zweitem Teil des Modells, bei dem es sich um eine aktive Regelung handelt, wird das Hauptmodell bei variierendem Ausgangsdruck ausgeführt.<br />Es wird eine Empfindlichkeitsanalyse mit dem Augmentationsindex als Regelgröße durchgeführt, da sich dieser Parameter im Bereich eines optimalen Aufzeichnungsdruckes nur geringfügig mit Druckschwankungen ändert.<br />Die Daten aus dem so ermittelten idealen Anfangsbedingungen stehen anschließend für weitere Berechnungen zur Verfügung.<br />Die Untersuchungsergebnisse lassen den Schluss zu, dass der diastolische Blutdruck ein guter Ausgangswert für Messungen der peripheren Pulskontur ist.<br />Der Aufbau dieser Arbeit lässt sich folgendermaßen zusammenfassen:<br />Kapitel eins führt in die Thematik ein und bietet einen Überblick über die Arbeit selbst.<br />In den Kapiteln zwei bis sechs wird anschließend die dem Modell zugrunde liegende Theorie vorgestellt, und zwar die Physiologie des Herzens und des Kreislaufs, die Modellbildung und Simulation, die Hydrodynamik des Kreislaufs, die Kontrolltheorie sowie die Fourier-Transformation.<br />Schließlich werden in den Kapiteln sieben und acht der Aufbau des Modells sowie ausgewählte Ergebnisse der Simulation vorgestellt.<br />

The aim of this work was to develop a feedback control for optimal capturing of the pulse contour during non-invasive radial blood pressure measurement. Therefore, part of this work was improving already existing non-invasive methods to analyse the human vascular system.<br />For this purpose, a dynamic model that is directly connected with a hardware supply for measuring pulse curves was implemented.<br />In the main part of the model, which is unregulated, the radial pulse contour is captured by an upper arm cuff and the signal is separated in single heartbeat periods. Afterwards one qualitative fitting period is chosen and the contour is transformed to the aortic curve. Finally the augmentation index is calculated, which can be used as indicator for the stiffness of arteries.<br />In the second part of the model, which is a feedback control, the main part is executed again with varying the starting pressure. A sensitivity analysis is made, using the augmentation index as control variable, as this parameter only changes slightly with pressure variation around an optimal pressure.<br />These ideal starting conditions can then be used for further calculations. The test results allow the conclusion that the diastolic blood pressure is a good starting value for measurements of the radial pulse-contour.<br />The structure of this work can be summarized as follows:<br />Chapter one introduces the topic and gives an overview of the master's thesis itself.<br />In chapters two to six the theory behind the model is presented; basics about physiology of the heart and the cardiovascular system, modelling and simulation, hydrodynamics of the cardiovascular system, feedback control theory and fourier transform are given.<br />Finally, in chapters seven and eight the structure of the model and selected results of the simulation are presented.<br />