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TU Berlin

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Vergleichende Untersuchung von Systemen zur Messung der arteriellen Gefäßsteifigkeit durch oszillometrische Messverfahren

Betreuer: Dr.-Ing. W. Roßdeutscher

Bearbeiter:
Tina Karczewski

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der Thematik der arteriellen Gefäßsteifigkeit als bedeutender Indikator kardiovaskulären Risikos sowie mit dem Vergleich dreier bereits auf dem Markt befindlicher Messgeräte: CardioScopeII (Fa. Pulsecor; Australien), Mobil-O-Graph (Fa. I.E.M.; Deutschland), boso ABI-system 100 PWV (Fa. BOSCH + SOHN GmbH u. Co. KG; Deutschland).

Seit 2007 empfiehlt die ESH/ESC die Hinzunahme von Informationen zu Parametern der arteriellen Gefäßsteifigkeit (Pulswellengeschwindigkeit (PWV), Augmentationsindex (AIx) und zentral-aortale Blutdruckwerte) zur Vorhersage kardiovaskulärer Ereignisse als Ergänzung zur konventionellen Blutdruckmessung. Eine Vielzahl verschiedener Geräte mit zum Teil erheblichen Unterschieden im Messprinzip drängt sich seitdem auf den Markt der Medizinprodukte. Die Methodik zur Messung der strukturellen Veränderungen der Wände der großen Arterien wurde in den letzten Jahren zunehmend weiter erforscht. Dabei ist der Parameter PWV (Geschwindigkeit, mit der sich die durch den linken Ventrikel hervorgerufene Druckwelle im arteriellen Gefäßbaum ausbreitet) am meisten untersucht. Ihm wird die größte Vorhersagekraft bzgl. kardiovaskulärer Ereignisse zugeschrieben.

Für die Ermittlung der PWV haben sich zwei Verfahren etabliert. Nach Kenntnis der Körpergröße des Probanden kann durch die oberflächliche Registrierung der arteriellen Pulswelle mittels zweier Blutdruckmanschetten an zwei verschiedenen Orten (z.B. A. brachialis und A. tibialis) und die Auswertung der gemessenen zeitlichen Verzögerung des Ankommens der Pulswelle die PWV aus dem Verhältnis von Weg und Zeit berechnet werden (boso). Dieses Verfahren stellt den Goldstandard dar (A. carotis, A. femoralis). Ein anderes Verfahren arbeitet mit nur einer Manschette am Oberarm. Aus der oszillometrisch aufgenommenen Blutdruckkurve wird mit Hilfe einer sog. mathematisch formulierten Übertragungsfunktion, die das dynamische System zwischen Herz und Oberarm beschreibt, die zentrale Blutdruckkurve berechnet. Aus dieser lassen sich anschließend über eine Pulswellenanalyse (PWA) die Parameter der arteriellen Gefäßsteifigkeit bestimmen (Pulsecor und I.E.M.).

Der Vergleich der Messwerte der PWV von Mobil-O-Graph und boso ABI-System 100 PWV ergab, dass beide Geräte trotz verschiedener Messverfahren nahezu übereinstimmende Ergebnisse liefern können. An der Zuverlässigkeit der Berechnung der Gefäßsteifigkeits-parameter über die Übertragungsfunktion sowie an einer einheitlichen Definition des AIx muss zum Teil noch gearbeitet werden (CardioScopeII).

Der Mangel an exakten Vorgaben für das Vorgehen bei der Ermittlung der Gefäßsteifigkeits-parameter sowie das Fehlen valider Normwerte zur Interpretation der Messwerte verhindert derzeit die breite Akzeptanz der bereits vorhandenen Geräte in der klinischen Praxis. Zudem steht keine Referenz bezüglich der Messgenauigkeit der Gefäßsteifigkeitsparameter zur Verfügung. Am meisten Potenzial scheint das oszillometrische Messverfahren, angewendet durch ein kompaktes, kabelloses Gerät mit einer Manschette am Oberarm zu besitzen.  Anschließend bieten sich die Zusammenfassung der Parameter und deren Übersetzung in ein biologisches Gefäßalter sowie dessen anschauliche Darstellung an, um dem Patienten sein Risiko für kardiovaskuläre Ereignisse vor Augen zu führen. Das Verfahren zeichnet sich durch die Belastungsfreiheit für den Patienten und die einfache, reproduzierbare Ermittlung der Gefäßsteifigkeitsparameter mit hohem diagnostischem Wert aus.

Comparative study of systems for measurement of arterial stiffness by oscillometric method

The aim of the presented work has been the research for available information for the topic „arterial stiffness“, as a well-recognised predictor of cardiovascular events. Additionally the aim was to compare three measuring devices already placed on the market: CardioScopeII (co. Pulsecor; Australia), Mobil-O-Graph (co. I.E.M.; Germany), boso ABI-system 100 PWV (co. BOSCH + SOHN GmbH u. Co. KG; Germany).

Since 2007 the European Society of Hypertension/European Society of Cardiology recommend to add information about parameters of arterial stiffness (pulse wave velocity (PWV), augmentation index (AIx) and central aortic blood pressures) to the conventional non-invasive blood pressure measurement. Since then the variety of new devices with different methods to measure arterial stiffness and PWV increased markedly. The different methods to measure parameters, which reflect the different functional and morphological changes in the vessel wall, are increasingly explored in the last years. As a result, the parameter PWV (speed at which the blood pressure pulse travels from the heart to the peripheral artery after contraction of the left ventricle) was examined the most. It has attributed the most predictive value for cardiovascular events.

To measure the PWV there are two main techniques which have prevailed. Generally it is calculated by dividing the distance travelled by the time travelled. The known devices (boso) measure time travelled directly by measuring the time difference between the arrivals of the pulse wave at two superficially localised arteries (e.g. A. brachialis and A. tibialis). The measurement is made with the oszillometric principle with the help of pressure sensors in a blood pressure cuff. The distance travelled is either estimated by tape measure of the surface distance between the recording sites or a percentage of the body height is taken. This method is nearly similar to the golden standard, which is defined between the A. carotis and the A. femoralis. The other method works with only one blood pressure cuff at the upper arm (Pulsecor, I.E.M.). The peripheral blood pressure curve is detected and is translated with the help of a mathematic transfer function, which represents the dynamic system between upper arm and heart, to the central blood pressure curve in the aorta. Afterwards the stiffness parameters are calculated from this curve with a pulse wave analysis (PWA).

The comparison of the measured values for the PWV from Mobil-O-Graph and boso
ABI-system 100 PWV showed that the outcomes of the two devices nearly accord with each other despite of totally different measurement methods. The reliability of the calculation of the parameters of arterial stiffness with the transfer function as well as the development of a consistent definition of the AIx has to be improved in the future (CardioScopeII).

The lack of exact guidelines for measuring methods for the stiffness parameters despite the absence of valid standard values for the interpretation hinder the wide clinical application of parameters of arterial stiffness and devices which already measure this parameters. Furthermore there is no reference device to calibrate new developed devices. The new devices which work with one upper arm blood pressure cuff and the oszillometric measurement method seem to have the best potential on the market of medical devices. The devices are compact and wireless. To summarise the parameters and its translation into a biological age of arteries is the way of interpreting the results. This clear presenting is easy to understand for the patient and visualise their risk for cardiovascular events very well. The method is nearly stressless for the patient as well as easy to handle, reproducible and has a very high diagnostic worth.

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