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Die oszillometrische Methode in Zahlen erleben: Von Pulswellendaten zu Blutdruckwerten

Die oszillometrische Methode in Zahlen erleben: Von Pulswellendaten zu Blutdruckwerten

8. März 2026

Im vorherigen Artikel “Ein tiefer Einblick in die oszillometrische Methode” haben wir alles von den physikalischen Prinzipien der oszillometrischen Methode über den Überblick über den Algorithmus und die Genauigkeitsstandards bis hin zu den Messgrenzen erklärt.

Aber auch wenn man in Worten erklärt, dass „der Algorithmus Blutdruckwerte berechnet“, so erlangt man kein wirkliches Verständnis, solange man nicht genau sehen kann, welche Zahlen wie verarbeitet werden und wie der endgültige Blutdruckwert zustande kommt.

Zudem wird die „Mikroperspektive“, wie der Manschettendrucksensor überhaupt die „Amplitude“ pro Herzschlag erfasst und extrahiert, im Artikel “Was sieht der Sensor des Blutdruckmessgeräts?” ausführlich besprochen; wir empfehlen, beide Artikel zusammen zu lesen, um Ihr Verständnis zu vertiefen.

In diesem Artikel werden wir anhand von simulierten Pulswellendaten (Oszillationsamplitude) den Berechnungsprozess, der im Inneren eines elektronischen Blutdruckmessgerätes stattfindet, Schritt für Schritt nachvollziehen. Darüber hinaus werden wir in drei klinisch wichtigen Szenarien – Arteriosklerose, nicht passende Manschettengröße und Handgelenks-Blutdruckmessgeräte – mit interaktiven Simulationen überprüfen, wie sich die Form der Hüllkurve ändert und welche Fehler bei den berechneten Werten auftreten.

1. Numerische Simulation einer normalen Blutdruckmessung

1.1 Einrichten der simulierten Daten

Zunächst legen wir folgende Bedingungen fest.

  • Proband: Gesunder Erwachsener
  • Tatsächlicher Blutdruck: Systolischer Blutdruck (SBP) = 120 mmHg, Diastolischer Blutdruck (DBP) = 80 mmHg
  • Mittlerer arterieller Druck (MAP) = 93 mmHg

Das elektronische Blutdruckmessgerät pumpt den Manschettendruck auf etwa 160 mmHg auf und zeichnet dann die Oszillations- (Vibrations-) Amplitude jedes Herzschlags auf, während es den Druck allmählich reduziert. Im Folgenden sind die simulierten Daten aufgeführt, die in diesem Prozess gewonnen werden.123.

Manschettendruck (mmHg)Amplitude (mmHg)Status
1600.10Arterie komplett verschlossen - nur schwache Vibrationen
1500.15Amplitude steigt leicht an
1400.30Amplitude beginnt zu steigen
1300.60In der Nähe von SBP - rascher Anstieg beginnt
1200.95In der Nähe von SBP (Systolischer Blutdruck)
1101.30Amplitude steigt weiter an
1001.55In der Nähe von MAP
931.65MAP - Maximaler Amplitudenpunkt
901.60Sinkt leicht vom Peak ab
801.20In der Nähe von DBP (Diastolischer Blutdruck)
700.70Rascher Abfall der Amplitude
600.30Arterie fast vollständig offen
500.15Annäherung an die Basislinie
400.08Basislinie

Diese 14 Schritte von Datenpunkten bilden die Grundlage aller Berechnungen bei der oszillometrischen Methode.

1.2 Visualisierung der oszillometrischen Hüllkurve (Envelope)

Wenn man die obige Tabelle mit dem Manschettendruck auf der horizontalen Achse und der Amplitude auf der vertikalen Achse aufträgt, erhält man eine spindelförmige Kurve, die sich in der Mitte wölbt – die oszillometrische Hüllkurve.

Sehen Sie sich dieses Diagramm an. Die drei wichtigsten Punkte sind folgende:

  1. Der maximale Punkt der Amplitude entspricht MAP (93 mmHg) - Dies ist der einzige Blutdruckwert, der bei der oszillometrischen Methode „direkt bestimmt“ werden kann.
  2. Der SBP befindet sich auf der ansteigenden Seite der Hüllkurve (Hochdruckseite, linke Seite).
  3. Der DBP befindet sich auf der abfallenden Seite der Hüllkurve (Niederdruckseite, rechte Seite).

SBP und DBP sind jedoch nicht auf einen einzigen „Punkt“ im Diagramm festgelegt. Dies entscheidet der Algorithmus.

2. Demonstration der Blutdruckberechnung mit der Festverhältnis-Methode

2.1 Ablauf des Algorithmus

Lassen Sie uns die Blutdruckwerte mithilfe des Festverhältnis-Algorithmus berechnen, der im vorherigen Artikel vorgestellt wurde3.

Bei der Methode des festen Verhältnisses wird ein bestimmtes Verhältnis zur maximalen Amplitude als Schwellenwert verwendet, und SBP sowie DBP werden am Schnittpunkt mit der Hüllkurve ermittelt.

  • Systolisches Verhältnis: 0,55 (55 % der maximalen Amplitude)
  • Diastolisches Verhältnis: 0,75 (75 % der maximalen Amplitude)

2.2 Berechnungsvorgang

Schritt 1: Ermitteln der maximalen Amplitude

Amax⁡=1.65 mmHgA_{\max} = 1.65 \text{ mmHg}

(Erfasst bei einem Manschettendruck von 93 mmHg). Dadurch ergibt sich MAP = 93 mmHg.

Schritt 2: SBP-Schwellenwert berechnen

ASBP=Amax⁡×0.55=1.65×0.55=0.91 mmHgA_{\text{SBP}} = A_{\max} \times 0.55 = 1.65 \times 0.55 = 0.91 \text{ mmHg}

Durch Interpolation wird SBP ≈ 120 mmHg berechnet.

Schritt 3: DBP-Schwellenwert berechnen

ADBP=Amax⁡×0.75=1.65×0.75=1.24 mmHgA_{\text{DBP}} = A_{\max} \times 0.75 = 1.65 \times 0.75 = 1.24 \text{ mmHg}

Durch Interpolation wird DBP ≈ 80 mmHg berechnet.

2.3 Visualisierung der Schwellenwertlinie

Im folgenden Diagramm sind horizontale Linien für den SBP-Schwellenwert (0,91 mmHg) und den DBP-Schwellenwert (1,24 mmHg) über die Hüllkurve gezeichnet.

Der Punkt, an dem die SBP-Schwellenwertlinie (rosa) die ansteigende Seite der Hüllkurve schneidet, ist Manschettendruck ≈ 120 mmHg (SBP), und der Punkt, an dem die DBP-Schwellenwertlinie (gelb) die abfallende Seite der Hüllkurve schneidet, ist Manschettendruck ≈ 80 mmHg (DBP).

3. “Herstellerunterschiede” verursacht durch unterschiedliche Verhältnisse

3.1 Warum die Werte der Hersteller abweichen

Wie im vorherigen Artikel erwähnt, unterscheiden sich die Verhältnisse der Festverhältnis-Methode je nach Hersteller und sind nicht öffentlich zugänglich.34.

Dieser Unterschied bei den Verhältnissen ist einer der Gründe, warum die Werte nicht übereinstimmen, wenn dieselbe Person mit Blutdruckmessgeräten verschiedener Hersteller gemessen wird.

3.2 Vergleich mit 3 Mengen an Verhältnissen

Sehen wir uns an, wie sich die berechneten Ergebnisse mit den folgenden 3 Verhältnismengen ändern:

VerhätlnismengeSBP-VerhältnisDBP-VerhältnisBerechneter SBPBerechneter DBP
Verhältnis A (Konservativ)0.450.83≈ 127 mmHg≈ 78 mmHg
Verhältnis B (Mittelwert)0.550.75≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg
Verhältnis C (Aggressiv)0.730.69≈ 112 mmHg≈ 84 mmHg

Aus denselben Pulswellendaten ergibt sich eine Divergenz von bis zu 15 mmHg für den SBP und eine maximale Differenz von 6 mmHg für den DBP.

4. Simulation von Arteriosklerose und Pseudohypertonie

4.1 Auswirkung der Arteriosklerose auf die Hüllkurve

Bei Patienten mit fortgeschrittener Arteriosklerose verhärtet sich die Gefäßwand, wodurch die Arterie auch unter starkem Manschettendruck nicht mehr vollständig komprimiert und verschlossen werden kann56.

Dies hat die folgenden Auswirkungen auf die oszillometrische Hüllkurve6:

  1. Die gesamte Hüllkurve verschiebt sich zur Hochdruckseite
  2. Die Amplitude nimmt insgesamt ab
  3. Die Form der Hüllkurve wird breiter und flacher

4.2 Numerische Simulation

Nachfolgend finden Sie simulierte Daten für zwei Testpersonen mit demselben Blutdruck von real 120/80 mmHg.5:

ManschettendruckAmplitude gesundes GefäßAmplitude steifes Gefäß
200—0.06
1600.100.55
133—1.02 (Maximale Amplitude)
1200.950.75
931.65 (Maximale Amplitude)—
801.200.05
400.08—

Wie diese Simulation aufzeigt, ergeben sich für einen Arteriosklerose-Patienten drastisch verschobene Werte, obwohl der wirkliche Blutdruck exakt identische 120/80 mmHg beträgt:

  • MAP verschiebt sich fehlerhaft von 93 auf 133 mmHg
  • Errechnete Werte mittels Festverhältnis-Algorithmus:
    • SBP ≈ 160 mmHg (Real 120 → Überbewertung um +40 mmHg)
    • DBP ≈ 120 mmHg (Real 80 → Überbewertung um +40 mmHg)

Dies bezeichnet man als Pseudohypertonie5.

5. Simulation nicht passender Manschetten

5.1 Zusammenhang zwischen Manschettengröße und Genauigkeit

Die Genauigkeit der Oszillometriemethode ist massiv davon abhängig, inwieweit die Größe der Manschette wirklich zur Dicke des Arms passt78.

  • Falls die Manschette zu klein ist: Blutdruck wird überbewertet
  • Falls die Manschette zu groß ist: Blutdruck wird unterbewertet

5.2 Numerische Simulation

Es folgen die simulierten Daten eines gleichen Patienten (real 120/80 mmHg Blutdruck) unter Anwendung unterschiedlich großer Manschetten.89:

Errechnete Ergebnisse mittels Referenz-Standard Algorithmus:

ManschettengrößeBerechneter SBPBerechneter DBPMessfehler
Passend≈ 120 mmHg≈ 80 mmHgBasis
Zu klein≈ 128 mmHg≈ 82 mmHgSBP +8, DBP +2
Zu groß≈ 112 mmHg≈ 76 mmHgSBP −8, DBP −4

Ein einfacher Unterschied hinsichtlich der Manschettenpassung generiert somit schon eine Ablenkung um 16 mmHg Unterschied allein beim SBP.

6. Messgerät fürs Handgelenk vs. Oberarm Vergleich

6.1 Die problematische Konstruktion von Handgelenk-Blutdruckmessern

Modelle am Handgelenk stützen sich wie auch die Konstruktionen für den Oberarm vollständig auf das oszillometrischen Prinzip; aufgrund des Messpunktes resultieren jedoch physikalische Strukturdiskrepanzen10.

6.2 Druckunterschied aufgrund rein unterschiedlicher Schwerkrafthöhe

Durch den sogenannten hydrostatischen Strömungszusammenhang wachsen und vergrößern sich Ungenauigkeiten messbar, sobald das Ortungsmodul in Relation zum exakten Herzen (im Raum betrachtet) distanziert verlagert wird11.

ΔP=ρ⋅g⋅h≈7.8 mmHg\Delta P = \rho \cdot g \cdot h \approx 7.8 \text{ mmHg}
Armlage & GelenkspositionAbstand vertikalResultierendes DruckchaosGesamtwirkung
+ 15 cm stetig über der Brust+15 cm−11.7 mmHgMonitorwert stark zu niedrig ausgelesen
Exakt parallele Bauchnabel/Brusthöhe0 cm0 mmHg0 Abweichungen (ohne anderweitige Störungen)
Herablassend − 15 cm unter der Herzregion−15 cm+11.7 mmHgGerätwert stuft den Blutdruck stark hypertoniehoch ein

6.3 Numerische Simulation

Vergleichbare Übersicht:

Der MessgeräteansatzSBP (Ergebnis)DBP (Ergebnis)Fataler Endfehler im Output
Norm des Oberarms (Kontrollgruppe)≈ 120 mmHg≈ 80 mmHg—
Gelenkgurt (Auf Exaktherzhöhe)≈ 118 mmHg≈ 79 mmHgSBP −2, DBP −1
Gelenkgurt (Gestützter Gurt bei ca.+ 15cm zu hoch)≈ 108 mmHg≈ 71 mmHgSBP −12, DBP −9
Gelenkgurt (Ruhender Schoßgurt − 15cm zu tief)≈ 131 mmHg≈ 88 mmHgSBP +11, DBP +8

Eine harmlose 15-cm-Bewegungsverschiebung an Ihrem Oberarm während der 2-minütigen Kontrollphase erzeugt Verschiebungen von exakt SBP bis dato brutalen 23 mmHg an Fehlvolumen.

Zusammenfassung: Was lehren uns alle Simulationen

  1. Elektronische Blutdruckmessgerätewerte sind Schätzungen, keine Messungen.
  2. Unterschiede bei Algorithmus-Verhältnissen führen zu klinisch signifikanten Unterschieden.
  3. Arteriosklerose kann schwere Überschätzungen hervorrufen.
  4. Falsche Manschettengröße ist eine alltägliche Fehlerquelle.
  5. Der Positionsfehler bei Handgelenkmessgeräten ist gleich oder größer als andere Fehlerquellen.

Literatur

Verwandte Artikel

  1. Geddes LA et al. Ann Biomed Eng. 1982;10(6):271-280. ↩︎

  2. Drzewiecki G et al. Ann Biomed Eng. 1994;22(1):88-96. ↩︎

  3. Forouzanfar M et al. IEEE Rev Biomed Eng. 2015;8:44-63. ↩︎ ↩︎ ↩︎

  4. Babbs CF. Biomed Eng Online. 2012;11:56. ↩︎

  5. Messerli FH et al. N Engl J Med. 1985;312(24):1548-1551. ↩︎ ↩︎ ↩︎

  6. Bos WJW et al. J Hypertens. 2007;25(4):751-755. ↩︎ ↩︎

  7. Pickering TG et al. Hypertension. 2005;45:142-161. ↩︎

  8. Ishigami J et al. JAMA Intern Med. 2023;183(10):1061-1068. ↩︎ ↩︎

  9. Sprafka JM et al. Epidemiology. 1991;2(3):214-217. ↩︎

  10. Japanese Society of Hypertension Guidelines 2019. ↩︎

  11. Netea RT et al. J Hum Hypertens. 2003;17(7):459-462. ↩︎

Was sieht der Sensor des Blutdruckmessgeräts? Wie die 'Amplitude' aus einem einzigen Pulsschlag extrahiert wird