Invasive Blutdruckmessung

Extrakorporale Druckmessung

Abbildung 4.4: Aufbau eines extrakorporalen Druckmessystems

Katheter notwendig. Drucksensor befindet sich ausserhalb und ist über Koppelflüssigkeit im Katheter mit dem Blutgefäß verbunden. Nachteile: Compliance des Katheters, Reibung der Flüssigkeitssäule, Trägheit der Flüssigkeitssäule.

$$P \cdot A_k = F_{\text{ext}}(t) = F_{\text{Tr\uml {a}gheit}}(t) + F_{\text{Reibung}}(t) + F_{\text{Elastizit\uml {a}t}}(t)$$ (4.2)

mit P = Blutdruck, $A_k$: Öffnungsfläche des Katheters am Messort.

Abbildung: Mechanisches Ersatzschaltbild des Katheters. Die Masse m entspricht der zu bewegenden Masse der Flüssigkeitssäule zwischen Katheteröffnung und Sensor, der Reibungskoeffizient r beschreibt die Innenreibung der Flüssigkeit und die Federkonstante n charakterisiert die Compliance des Katheters und der Sensormembran.

übertragungsverhalten des Katheters

Auf eine sprungartige Druckänderung reagiert die Flüssigkeitssäule mit einer langsam abklingenden Oszillation.

Abbildung: Sprungantwort eines extrakorporalen invasiven Blutdruckmessystems mit einer Katheterlänge von 50cm und einem T-Stück

Kompromiss zwischen Dämpfung und Lage der Resonanzfrequenz. Einstellungen Dämpfungskonstante $\lambda$=0,6 (wegen möglichst konstantem Amplitudengang. Für verzerrungsfreie Messung ist auch konstanter Phasengang erforderlich. Dies wird erreicht, wenn Eigenfrequenz deutlich über dem höchsten in der Blutdruckkurve vorkommenden Frequenzanteils liegt.Fourieranalyse zeigt, dass die ersten 10 Harmonischen (Viefache der Grundfrequenz) ausreichen. Bei Herzrfrequenz von 120S/min = 2Hz braucht man eine Bandbreite von mindestens 0-20Hz.

Messung des übertragungsverhaltens

Vorherige Messung wichtig, um Artefakte zu vermeiden. Je kleiner die Dämpfungskonstante ist, desto mehr nähert sich $\omega$ der Resonanzfrequenz $\omega_0$ der freien ungedämpften Schwingung an.

Messfehler und Abhilfe

Proportionalitäten

$$\omega_0 \sim r_k \sim \sqrt{\frac{1}{l_k}} \sim \sqrt{\frac{1}{C_{\text{ges}}}} \sim \sqrt{\frac{1}{\rho}}$$

mit $\omega_0$ = Resonanzfrequenz, $r_k$: Radius des Katheters, $l_k$: Länge des Katheters, $C_{\text{ges}}$=Gesamtcompliance ( $C_{\text{Kathetermaterial}} + C_{\text{Wandlermembran}}$) und $\rho$: Dichte der Flüssigkeit.

$$d \sim \frac{1}{{r_k}^3} \sim \sqrt{l_k} \sim \sqrt{C_{\text{ges}}} \sim \sqrt{\rho}$$

Daraus folgt: Katheterdurchmesser muss groß sein und Länge bzw. Compliance muss klein sein, um große Resonanzfrequenz zu bekommen.
Zeitliche Veränderungen der Messverhältnisse durch:

• Blutverklumpungen im Katheter bzw. an der Mündung: dadurch $r_k$ kleiner $\rightarrow$ Resonanzfrequenz sinkt deutlich.
• Veränderungen der Koppelflüssigkeit: Dringt Blut ein, so wird Dichte und Viskosität höher $\rightarrow$ Dämpfung erhöht sich (hier und oben hilft kontinuierliches Spülen mit phys. Kochsalzlösung. (Fenwal-Vorrichtung: erhöhter stat. Druck im Katheter $\rightarrow$ kein Blut dringt ein, da ständig geringe Mengen Katheterflüssigkeit ins Blutgefäß strömen.
• Luftblasen im Katheter $\rightarrow$ Gesamtcompliance steigt (+ C-Luft); Abhilfe: Kochen der Koppelflüssigkeit, Spülen.
• Veränderung der Querschnittsfläche des Katheters: Bei konstantem Fluss Q $\rightarrow$ unterschiedliche Flussgeschwindigkeiten (Kontin.-Gleichung) $\rightarrow$ unterschiedliche statische Drücke (Bernoulli) $\rightarrow$ Veränderung des Messergebnisses.
• Lageveränderung des Katheters: Wichtig: Öffnungsfläche senkrecht zur Strömungsrichtung des Blutes. Hierfür meist Öffnung seitlich angeordnet, zur Lagestabilisierung des Katheters.
• Höhendifferenz zwischen Messort und Drucksensor: potentielle Energie muss gleich sein, sonst verändert sich nach Bernoulli der statische Druck (unter Vernachlässigung der kinetischen Energiedichte (Staudruck)). $P_1 + \rho g h_1 = P_2 + \rho g h_2 =$   konst.

Abbildung: Messfehler bei der Messung des statischen Druckes in strömenden Flüssigkeiten. Fall c zeigt den richtigen Fall, in dem die Öffnungsflächennormale senkrecht zur Strömungsrichtung steht. In den Fällen a und b geht teilweise der Staudruck mit in das Messsignal ein.

Intrakorporale Druckmessung (Tip-Katheter)

Hier entfallen alle Störeinflüsse, die auf Katheter beruhen, da der Drucksensor im Blutgefäß ist. Durch Miniaturisierung ich C(Flüssigkeit) klein und damit die Resonanzfrequenz gross. Ausserdem hervorragendes Einschwingverhalten:

Abbildung 4.8: Sprungantwort eines Tip-Katheters