Спосіб вимірювання артеріального тиску
Власники патенту UA 2302815:
Винахід відноситься до медицини та призначене для вимірювання артеріального тиску. Стискають артерію через товщу м'яких тканин компенсуючим тиском. Компенсуючий тиск збільшують лінійно у часі від нульового значення. Фіксують момент рівності компенсуючого тиску значення діастолічного тиску. Запам'ятовують значення амплітуди N-го пульсового коливання після вказаного моменту і різниця тисків, що компенсують, відповідних моментів фіксації діастолічного тиску і амплітуди пульсових коливань. У момент часу, коли поточне значення амплітуди пульсових коливань стає меншим за запам'ятоване, припиняють компресію артерії. Обчислюють систолічний тиск як суму компенсуючого тиску в цей момент часу та запам'ятованої різниці компенсуючих тисків. Пропонований винахід дозволяє підвищити швидкодію та зменшити негативний вплив на точність вимірювання тривалого перетискання артерії. 1 з.п.ф-ли, 7 іл.
Запропонований винахід відноситься до медичної техніки і може бути використане для вимірювання артеріального тиску (АТ) у людини.
У більшості випадків у сучасних тонометрах реалізується спосіб вимірювання, що здійснює розгортаюче врівноважує перетворення, що ілюструється діаграмою на фіг.1 [1].
Артерія через товщу м'яких тканин піддається стиску зовнішнім тиском Рк(t), початкове значення якого дещо перевищує очікуване верхнє (систолічне) значення артеріального тиску Pa(t). Потім у процесі декомпресії (зазвичай за лінійним законом) фіксуються моменти tн і tв досягнення компенсуючим зовнішнім тиском значень верхнього Рав і нижнього Ран (діастолічного) тисків. У ці моменти часу беруться відліки відповіднихзначень зовнішнього тиску Зазвичай метод врівноважує розгортання перетворення забезпечує високу точність вимірювання. Але у разі вимірювання артеріального тиску основна проблема полягає у досягненні необхідної точності фіксації моментів tн і tв, оскільки ця операція в силу специфіки об'єкта вимірювання може виконуватися тільки за непрямими ознаками (отримання сигналу різниці порівнюваних тисків принципово неможливе).
Очевидно, що інтервал часу, протягом якого надлишковий тиск перетинає нульовий рівень, відповідає зміні тиску, що компенсує, від значення Ран до значення Рав. Отже, визначення Ран необхідно фіксувати значення компенсуючого тиску у момент, коли надлишковий тиск вперше перетинає нульовий рівень. А для визначення Рав необхідно фіксувати значення компенсуючого тиску в момент, коли надлишковий тиск востаннє перетинає нульовий рівень. Завдяки яскраво вираженій нелінійності кривої об'ємного розширення артерії в області нульового надлишкового значення зазначені моменти відповідають різким змінам амплітуди об'ємного розширення артерії (пульсової хвилі). На фіг.4 ці моменти позначені через tн і tв. У момент tн спостерігається різке збільшення амплітуди пульсової хвилі, а момент tв - її різке зменшення. Перетин нульового рівня відбувається в дискретні моменти часу, що породжує вже згадувану методичну похибку. Теоретично точні значення необхідно фіксувати в моменти, відмічені жирними точками, але практично виділити їх неможливо. У реальних тонометрах сигнал пульсової хвилі (тобто сигнал, пропорційний об'ємному розширенню артерії) отримують або як плетизмограммы (сигнал інтенсивності світлового променя, відбитого відартерії), або його виділяють фільтром високих частот вихідного сигналу датчика, що сприймає тиск у компресійній камері або сприймає тиск безпосередньо від м'яких тканин у місці виходу артерії близько до поверхні шкірного покриву [5], наприклад, на зап'ястя. У тому й іншому випадку наявність складової пульсової хвилі в сигналі тиску, що сприймається, пояснюється тим, що зміни об'єму артерії призводять до пропорційної зміни тиску в компресійній камері і в товщі м'яких тканин.
З відомих найбільш близьким за технічною сутністю є спосіб вимірювання артеріального тиску, що полягає в тому, що артерію піддають стиску через товщу м'яких тканин змінним в межах діапазону вимірювання компенсуючим тиском і фіксують тиск, що розвивається в м'яких тканинах, в моменти часу, коли компенсує тиск перетинає діапазону зміни динамічної складової артеріального тиску Численні різновиди методу відрізняються лише способом виділення зазначених моментів часу [6]. Причому донедавна вимірювання проводилося лише у фазі декомпресії артерії [1]. В даний час з'явилися тонометри RX-3, RX-3 Plus японської фірми OMRON, в яких вимір проводиться у фазі компресії.
Недоліки способу-прототипу з вимірюванням у фазі декомпресії полягають у тому, що зазвичай передбачуване значення систолічного АТ відомо лише приблизно, тому початкове значення компенсуючого тиску вибирається перевищує очікуване значення з великим запасом (варіант з декомпресією артерії переважає на практиці). Це призводить до збільшення загального часу вимірювання та часу, протягом якого артерія залишається повністю перетиснутою, що є причиною дискомфорту,який відчуває пацієнт. Крім того, згідно з існуючою методикою вимірювання швидкість декомпресії повинна становити 2 мм рт.ст. на один цикл серцевого скорочення. При цьому якщо різниця систолічного та діастолічного АТ становить 40 мм рт.ст. (Нормальне значення), то в кращому випадку мінімальний час становить 40/2=20 циклів серцевого скорочення. Треба також врахувати час першої фази вимірювання, коли проводиться накачування повітря в манжету, воно становить не менше половини часу декомпресії. Ще одним істотним недоліком способу-прототипу є порушення гемодинаміки артерії, так як артерія залишається досить тривалий час у повністю перетисненому стані (кровоток на цей час перекривається). Це є джерелом ще однієї складової похибки виміру.
Пропонований винахід спрямовано на підвищення швидкодії та зменшення негативного впливу на точність вимірювання тривалого перетискання артерії. Це досягається тим, що в способі, заснованому на стисканні артерії через товщу м'яких тканин, компенсуючий тиск збільшують лінійно в часі від нульового значення, фіксують момент рівності компенсуючого тиску значення діастолічного тиску, запам'ятовують значення амплітуди N-го пульсового коливання після зазначеного моменту, запам'ятовують різницю компенсуючих тисків, відповідних моментів фіксації діастолічного тиску і амплітуди пульсацій, далі в момент часу, коли поточне значення амплітуди пульсових коливань стає менше запам'ятовуваного, припиняють компресію артерії і обчислюють систолічний тиск як момент компенсуючого тиску в цей тиск причому число N вибирають пропорційним частоті М пульсу, наприклад, рівним М/25.
Функціональна схема, що реалізує пропонований новий спосіб вимірювання АТ, представлена на фіг.5. На фіг.5 прийняті такі цифрові позначення: 1 - артерія; 2 – манжета; 3 - датчик, що сприймає тиск у манжеті; 4 – компресор; 5 – пневматичний фільтр; 6 – випускний клапан; 7 – підсилювач; 8 - мікроконтролер; 9 - відліковий пристрій. Причому датчик 3 тиску через підсилювач 7 з'єднаний з входом мікроконтролера 8, кодовий вихід якого з'єднаний з відліковим пристроєм 10, перший вихід керуючий з'єднаний з випускним клапаном 6, а другий керуючий вихід - з компресором 4, вихід якого за допомогою повітряної магістралі через пневматичний фільтр з'єднаний з виходом манжети 2, входом датчика тиску 3 і випускним клапаном 6.
Розглянемо роботу пристрою з використанням часової діаграми, представленої на фіг.4. На діаграмі крім вже згадуваних графіків залежностей обсягу Va артерії від надлишкового тиску ΔP(t)=Pa(t)-Рк(t) і від часу t, залежності надлишкового тиску ΔP(t) від часу t представлена також залежність дискретних значень амплітуди Vam від часу t. Жирними прямими зображені амплітуди, що відповідають моментам фіксації систолічного та діастолічного тисків. Неважко бачити, що амплітуд, що огинає, пульсових коливань (вона показана пунктирною лінією) на інтервалі часу, протягом якого крива надлишкового тиску ΔP(t)=Pa(t)-Рк(t) перетинає нульовий рівень, носить симетричний характер, що і природно, оскільки залежність змін амплітуд пульсових коливань при перетині надлишковим тиском нульового рівня визначається однією і тією ж ділянкою кривої залежності об'ємного розширення артерії від надлишкового тиску, що відповідає негативному надлишковому тиску (суто нелінійна частина цієїзалежності). Ця особливість дозволяє закінчити компресію артерії до того, як компенсуючий тиск досягне значення систолічного тиску, а значення останнього обчислити, використовуючи симетрію амплітуд, що огинає, пульсових коливань.
На фіг.6 окремо показана залежність амплітуд Vam(t) пульсових коливань від часу у процесі компресії артерії. Після фіксації діастолічного тиску, тобто. значення компенсуючого тиску в момент, що передує різкому збільшенню амплітуди пульсових коливань (ця амплітуда виділена на діаграмі жирною лінією), відраховується N періодів пульсових коливань (у разі N=4). Запам'ятовується значення N амплітуди Vam[N], де N відраховується від амплітуди, виділеної жирною лінією. Момент часу запам'ятовування амплітуди пульсацій відзначений діаграмою як t1. У цей момент часу береться відлік компенсуючого тиску Pк(ti), обчислюється і запам'ятовується різниця
У момент t2 поточне значення амплітуди пульсацій стає меншим за запам'ятоване значення Vam[N]. В цей момент береться відлік компенсуючого тиску Pк(t2), компресія артерії припиняється (за командою мікроконтролера 8 відкривається випускний клапан 6) і обчислюється тиск систоли за формулою:
де ΔР - запам'ятана різниця тисків згідно з виразом (1).
Як видно, одна з істотних відмінностей пропонованого способу від прототипу полягає в тому, що компенсуючий тиск Pк(t) ніколи не перевищує значення тиску систоли. Отже, кровотік через артерію повністю не перекривається, що зменшує спотворення гемодинаміки, знижує відчуття дискомфорту у пацієнта, а головне – у 2-3 рази зменшує час виміру.
Оскільки без вжиття спеціальних заходів тиск усередині манжети в процесі накачування маєпульсуючу складову (через переривчастого характеру роботи компресора), у функціональній схемі тонометра передбачений пневматичний фільтр (аналог Т-подібного RC-фільтра), що міститься між компресором і манжетою. Цей фільтр згладжує пульсації тиску всередині манжети під час компресії (обумовлені переривчастим характером роботи компресора), що важливо, оскільки для фіксації моменту рівності компенсуючого діастолічному тиску доводиться виділяти змінну складову тиску в манжеті, обумовлену об'ємними розширеннями артерії.
Пропонований спосіб вимірювання артеріального тиску експериментально перевірений на досить великій кількості піддослідних, серед яких були індивіди з нормальним артеріальним тиском і гіпертоніки. Розбіжність показань верхнього артеріального тиску, визначеного традиційним способом та запропонованим способом, практично не розходилися більш ніж на 5 мм рт.ст.
1. Еман А.А. Біофізичні основи виміру артеріального тиску. - Л.: Медицина, 1983.
2. Популярна медична енциклопедія. Гол. ред. Б.В.Петровський. - М: Радянська енциклопедія, 1987 - 704 с.
3. Шахов Е.К., Сухов А.І., Писарєв А.П. Найпростіша модель тонометра // Обчислювальні системи та технології обробки інформації: Міжвузівська збірка наукових праць. - Вип.2 (28). – Пенза: Інформаційно-видавничий центр ПГУ, 2003, с.30-37.
4. Шахов Е.К., Сухов А.І., Писарєв А.П. Моделювання процесу вимірювання артеріального тиску // Обчислювальні системи та технології обробки інформації: Міжвузівська збірка наукових праць. - Вип.2 (28). – Пенза: Інформаційно-видавничий центр ПГУ, 2003, с.18-29.
5. Eckarie Y. S. // Association for Advancement of Medici Instrumentation (USA) Annual Meeting 15 th Proceedings.- SanFrancisco 1986. – P.40.
6. Савицький Н.М. Біофізичні основи кровообігу та клінічні методи вивчення гемодинаміки. - М: Медицина, 1974. - 311 с.
1. Спосіб вимірювання артеріального тиску, заснований на стисканні артерії через товщу м'яких тканин компенсуючим тиском, що відрізняється тим, що компенсуючий тиск збільшують лінійно в часі від нульового значення, фіксують момент рівності компенсуючого тиску значенням діастолічного тиску, запам'ятовують значення амплітуди N-го зазначеного моменту, а також запам'ятовують різницю компенсуючих тисків, відповідних моментів фіксації діастолічного тиску і амплітуди пульсових коливань, далі в момент часу, коли поточне значення амплітуди пульсових коливань стає менше запам'ятовуваного, припиняють компресію тиску часу як обчислюють систол та запам'ятованої різниці компенсуючих тисків.
2. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що N вибирають пропорційним частоті М пульсу, наприклад рівним М/25.