Осциллографический способ измерения артериального давления

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии и кардиологии, может быть использовано как в клинических, так и в экспериментальных исследованиях.

Известен способ определения артериального давления (АД) методом Короткова [Медицинские приборы. Разработка и применение / Под ред. Ревенко С.В. - М.: Медицинская книга, 2004. - С. 326-330], по которому измеряют диастолическое и систолическое артериальное давление.

Недостатками этого решения являются необходимость создания высоких уровней давления в пережимной манжете, превышающих величину систолического давления в артерии, а также то, что между измерением диастолического и систолического давления проходит время не менее 15-20 с. Таким образом, измеряемые величины давления относятся к сердечным циклам, отстоящим далеко друг от друга.

Известен также тахоосциллографический метод (ТО) измерения АД, предложенный Н.Н. Савицким [Савицкий Н.Н. Некоторые методы исследования и функциональной оценки системы кровообращения. Медгиз, 1956]. В основе ТО метода лежит принцип измерения изменения объема конечности, которое происходит под действием пульсирующего тока крови в магистральных сосудах. Этот метод позволяет измерять диастолическое (P_мин), среднее динамическое (P_ср), боковое систолическое (P_бс) и конечное (P_макс) систолические давления в магистральном артериальном сосуде конечности, на которую наложена пережимная измерительная манжета. По указанным выше значениям АД рассчитывают величины пульсового (dP, P_бс, P_мин) и ударного (P_уд, P_макс, P_бс) АД. Погрешность измерения первых четырех показателей АД по данным автора составляет 5 мм рт.ст. при скорости подъема давления в пережимной манжете 4-5 мм рт.ст./с.

Недостатком этого способа является ряд инструментальных и методических недоработок, которые резко увеличивают погрешность измерений.

За прототип принят осциллографический способ измерения артериального давления [см. патент №2441581 РФ, кл. A61B 5/022, БИ от 10.02.2012 г.], включающий регистрирацию и анализ осциллограмм артерий в частотах от 0-0,1 Гц до 40-60 Гц с последующим электрическим преобразованием. Компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до появления волн ОСГ. Определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете. При этом определяют предельное значение амплитуды и постоянной времени. Для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют текущую амплитуду в первый момент времени и измеряют вторую амплитуду в кратный момент времени от первоначального значения времени. По двум значениям амплитуды и моментам времени находят предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, затем аналогично находят диастолическое давление.

Недостатками прототипа являются сложность и низкая точность измерений за счет того, что значения амплитуд регистрируются в кратные моменты времени. На практике сложно добиться регистрации амплитуд ОСГ в кратные моменты времени, а при малом сдвиге амплитуды от кратного момента времени значительно увеличивается погрешность метода.

Технической задачей способа является повышение точности за счет регистрации амплитуды осциллограммы в один момент времени.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в осциллографическом способе измерения артериального давления в отличие от прототипа для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют амплитуду в один момент времени, по значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.

Предлагаемый способ реализует четыре режима работы:

1) Определение информативных параметров диастолической части по одному значению амплитуды и моменту времени (фиг. 1)

2) Определение информативных параметров систолической части по одному значению амплитуды и моменту времени.

3) Измерение диастолического давления.

4) Измерение систолического давления.

Осциллографический способ измерения артериального давления включает регистрацию и анализ осциллограмм артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим преобразованием. Регистрацию и анализ объемной осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов производят в полосе частот от 0-0,1 Гц до 40-60 Гц, компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн ОСГ. Определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете, определяют предельное значение амплитуды и постоянной времени.

1. Определяют информативные параметры диастолической части по одному значению амплитуды и моменту времени.

Для определения диастолического давления на диастолической части осциллограммы регистрируют амплитуду U в один момент времени t. По значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют диастолическое давление (фиг. 1)

Диастолическую часть (фиг. 1) целесообразно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью:

Из уравнения (1) находят предельное значение амплитуды U_D

отсюда следует:

.

После логарифмирования

находят постоянную времени T_D:

По значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление (1 табл.):

Итерации продолжают до выполнения условия:

,

где ε₀ - регламентированная погрешность итерационного вычисления.

Затем находят T_D по формуле (3). T_D и U_D являются мерой отсчета для измерения диастолического давления.

2. Определяют информативные параметры систолической части по одному значению амплитуды и моменту времени.

Для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют амплитуду U в один момент времени t. По значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление.

Систолическую часть целесообразно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью:

Из уравнения (4) находят предельное значение амплитуды U_s:

отсюда следует:

.

После логарифмирования

находят постоянную времени T_S:

По значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление (1 табл.):

.

Итерации продолжают до выполнения условия:

.

Затем находят T_S по формуле (6). T_S и U_S являются мерой отсчета для

измерения систолического давления.

3. Измеряют диастолическое давление (фиг. 2)

Аппроксимируя осциллограмму по зависимости (1), вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени T_D.

Для диастолической части модели t=T_D, поэтому для измеряемого давления P=vt по линейному закону:

где v - скорость линейного набора давления в пережимной измерительной манжете.

4. Измерение систолического давления.

Аналогично для систолической части вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени T_S, и измеряют систолическое давление:

P_S=vT_S.

Оценим погрешность ε,% на примере нахождения информативных параметров U_D, мВ и T_D, с диастолической части осциллограммы. В прототипе для нахождения информативных параметров необходимо брать значения амплитуд в кратные моменты времени. При сдвиге на 5% по оси времени одного из значений возникает динамическая погрешность 10-30% (2 табл.).

При нахождении информативных параметров по одному значению амплитуды и времени погрешность уменьшается до 0,1% то есть на два порядка (3 табл.).

При сравнении аппроксимаций диастолической части (фиг. 3) в оциллографическом способе измерения артериального давления, отличающемся тем, что для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют амплитуду в один момент времени, по значению амплитуды и моменту времени находят, последовательным приближением к регламентированной погрешности итерационного вычисления, предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, погрешность не превышает 4⋅10^-9 (фиг. 4).

Таким образом, расчет информативных показателей по одному значению амплитуды и времени динамической характеристики, в отличие от прототипа, позволяет повысить точность измерения на несколько порядков.