СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A61B5/02 

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, по которому измеряют диастолическое и систолическое артериальное давления. Известен также тахоосциллографический метод (ТО) измерения АД, предложенный Н. Н. Савицким. 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. (Савицкий Н.Н. Некоторые методы исследования и функциональной оценки системы кровообращения, Медгиз, 1956.)
Изложенное показывает то, что применение ТО метода по сравнению с методом Короткова значительно расширяет информацию о состоянии кровообращения человека, а это особенно важно при диспансерном, клиническом обследовании, при проведении исследовательских работ.

Вместе с тем Т0 метод имеет ряд инструментальных и методических недоработок, которые резко увеличивают погрешность измерений.

Основная инструментальная погрешность проявляется в результате линейного преобразования низкочастотной части спектра (от 0 до 1,5 5 Гц) объемного осцилляторного сигнала, воспринимаемого измерительной манжетой с магистрального артериального сосуда конечности, в скоростные сигналы. Это приводит к фазовому (временному) сдвигу при формировании кривых и, следовательно, к ошибкам в измерении показателей.

Наши исследования показали, что суммарная инструментальная погрешность измерения P_мин и P_бс может достигать 15 мм рт.ст.

Основная методическая погрешность ТО метода заключается в субъективности подхода исследователя к расшифровке данных при определении признаков давления. Величину суммарной методической погрешности в абсолютных величинах оценить не представляется возможным, однако наша длительная практика показывает, что расхождение данных измерения величин АД при расшифровке тахоосциллограмм разными людьми, знающими методику, часто составляет 10 15 мм рт.ст.

Существенным недостатком всех указанных способов является необходимость создания высоких уровней давления в пережимной манжете, превышающих величину систолического давления в артерии. Это создает дискомфорт при проведении измерения давлений, особенно если мониторирование осуществляется во время сна обследуемых. В результате истинной динамики давления, характерной для спящего человека, получить не удается, т.к. каждая компрессия манжеты до высоких величин давления нарушает его сон и у многих пациентов вызывает бессонницу.

Другой существенный недостаток всех известных неинвазивных способов определения артериального давления с использованием пережимных манжет связан с тем, 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. При нестабильной гемодинамике, выраженных дыхательных волнах давления это ведет к значительным ошибкам измерения и искажениям истинных величин пульсового давления.

Сущностью изобретения является повышение точности и комфортности измерения показателей АД путем сведения к минимуму инструментальной и методической погрешностей и ограничения степени компрессии пережимной измерительной манжеты величиной среднего динамического давления.

Для этого необходимо регистрировать истинные объемные осцилляторные сигналы, которые полностью отражают закономерность процессов, протекающих при формировании осциллограмм артериальных сосудов под действием нарастающего давления в пережимной измерительной манжете, и сохранят неискаженными амплитудно-временные соотношения, что приводит к тому, что осциллограмма приобретает вид контура, который можно обвести прямыми линиями и объективно измерить величины диастолического и среднего динамического артериального давлений.

При этом также появляется возможность не доводить величину давления в пережимной измерительной манжете до величины, превышающей систолическое артериальное давление обследуемого, как это необходимо в ТО методе, а увеличивать его только до уровня среднего динамического давления, которое значительно ниже и поэтому вызывает существенно меньший дискомфорт, связанный с компрессией конечности обследуемого. На фиг.1 изображена реальная объемная осциллограмма обследуемого, где указаны величины давлений, определенных по известным методикам (линии 1, 2, 3) и величина бокового систолического давления, определенная с помощью данной методики (пунктирная линия 4); на фиг.2 пульсограмма обследуемого, измеренная прямым методом без воздействия пережимной манжеты с обозначением соответствующих давлений; на фиг.3 представлен цикл объемной осциллограммы, зарегистрированной до момента деформации сосудов под влиянием давления в пережимной манжете, т.е. до величины диастолического давления. Боковое систолическое давление P_с определяется исходя из измеренных амплитуды цикла объемной осциллограммы (А2) и среднего значения объемной осциллограммы в этом же цикле (A1) в соответствии с пропорцией:
A2/A1 (P_с P_д)/(P_ср P_д)
таким образом,
P_с P_д + A2 / A1 • (P_ср P_д)
где
P_д и P_ср диастолическое и среднее динамическое артериальные давления соответственно.

Основными требованиями к системе измерения являются:
линейная горизонтальная амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) канала асциллографических сигналов по всему сквозному тракту преобразования и усиления до видимой регистрации аналогового сигнала в диапазоне частот:
нижняя граничная частота F_нг 0 0,1 Гц,
верхняя граничная частота F_вг 40 60 Гц.

линейная амплитудная характеристика преобразования по всему тракту осциллографического канала,
обеспечение регистрации и калибровки линейного набора давления в пережимной измерительной манжете 0 200 мм рт.ст. с погрешностью не более 2 мм рт.ст.

время линейного набора давления в пережимной измерительной манжете от 0 200 мм рт.ст. определяется скоростью набора давления 4 5 мм рт.ст./с.

каналы осциллографический и отметки давления в пережимной измерительной манжете должны быть синхронизированы во времени.

Указанные выше характеристики измерительной системы, кроме первой, используются и в способе прототипе.

При использовании современных технических средств выполнение указанных требований, в том числе и границ частотного диапазона, не представляет сложности.

Система регистрации объемных артериальных осциллограмм состоит из пневматических и электронных узлов:
компрессионное устройство с системой управления набором и сбросом давлений в пережимной измерительной манжете,
преобразователь пневматических сигналов в электрические,
канал усиления осциллографических сигналов,
канал измерения величины давления в пережимной манжете,
регистратор.

Принцип измерения показателей АД основан на сравнении мгновенных значений давления в сосуде и нарастающего давления в пережимной измерительной манжете, абсолютные значения которого регистрируются одновременно с объемной артериальной осциллограммой. Появляющиеся на осциллограмме признаки того или иного АД сравниваются с текущим давлением в пережимной измерительной манжете и определяются их величины. Сам смысл объемной артериальной осциллограммы заключается в природе регистрируемых сигналов, так как пульсовая кривая ни что иное, как величина приращения просвета сосуда во время систолы, умноженная на длину сосуда, находящегося под пережимной измерительной манжетой, то есть объем.

В конце диастолического периода объем V магистрального сосуда, находящегося под пережимной измерительной манжетой, равен:
V S•L,
где
S просвет (площадь поперечного сечения) сосуда в диастоле.

L длина участка артериального сосуда под пережимной измерительной манжетой.

Следующий за этим систолический выброс крови изменяет измеряемый объем на величину:
dV dS•L,
где:
dS приращение просвета сосуда под действием систолического выброса крови.

Так как величина L остается практически постоянной на протяжении измерения, то амплитуда осцилляций на осциллограмме пропорциональна изменяющемуся объему под манжетой.

На фиг. 4 показана схема формирования объемной артериальной осциллограммы.

Закономерность образования признаков АД на осциллограмме непосредственно связана с изменением величины просвета лоцируемого артериального сосуда в течение цикла измерения.

В начале набора давления в пневматической измерительной системе происходит обжатие исследуемого участка конечности, в результате чего осцилляции на осциллограмме несколько увеличиваются. Когда давление в манжете (P_м) достигнет или несколько превысит диастолическое давление в сосуде (P_м > P_мин), просвет сосуда в диастоле начинает уменьшаться, так как P_м препятствует полному открытию сосуда в диастоле. При условии линейного изменения давления в манжете, окончания диастолических отрезков осциллограммы отклоняются вниз по закону нарастающего давления в манжете.

Когда давление в манжете достигнет величины среднего динамического давления (P_м > P_ср), просвет сосуда в конце диастолического периода станет равен нулю, сосуд под манжетой в этот момент закрыт. Однако следующий за этим систолический выброс крови, создающий давление на стенки сосуда P_бс, которое выше Р_ср, раскрывает сосуд до прежней величины. Этому моменту соответствует первая максимальная осцилляция на осциллограмме (пропорциональная просвету dS+S), у которой часто наблюдается "волна закрытия" уплощение у основания. Это уплощение растет по мере увеличения давления в манжете, а диастолическая часть осциллограммы стабилизируется на этом уровне.

Максимальная амплитуда осцилляций сохраняется до того времени, пока давление в манжете не превысит величины бокового систолического давления в сосуде (P_м > P_бc).

Практически с начала измерения и до достижения давления в манжете, равного величине бокового систолического артериального давления в сосуде, экстремальные точки осцилляций, соответствующие значению бокового систолического давления, лежат на одной линии, так как P_м <P_бс, а в момент, когда P_м > P_бс сосуд во время систолы полностью уже не раскрывается, на осциллограмме начинается снижение амплитуды осцилляций.

После достижения давления в манжете, равного конечному (максимальному) систолическому давлению в сосуде, кротовок по сосуду прекращается. Амплитуда осцилляций на осциллограмме, обусловленная ударами крови в проксимальный край манжеты, с ростом давления в последней, уменьшается незначительно.

В результате такой регистрации, артериальную осциллограмму можно очертить контуром, точки перегиба которого являются признаками показателей артериального давления: для P_мин точка 1, P_ср точка 2 (в диастолической части осциллограммы); для P_бс точка 4, P_макс - точка 5 (в анакротической части). По такому же принципу определяется давление дикротической волны в точке 3 пересечения линий внутри контура.

На фиг. 5 представлена осциллограмма обследуемого P, где указаны точки измерения показателей АД. При анализе осциллограмм необходимо провести следующие операции: обвести осциллограмму прямыми контурными линиями по низу в диастолической и по вершинам по систолической частях, обозначить точки перегиба контура, снести их на текущие значения давления в пережимной измерительной манжете и определить их абсолютные величины. (В данном примере: диастолическое давление 1 точка 75 мм рт.ст. среднее динамическое точка 2 95 мм рт. ст. боковое систолическое точка 4 120 мм рт.ст. конечное систолическое точка 5 135 мм рт.ст. и давление дикротической волны точка 3 90 мм рт.ст.).

В зависимости от индивидуальных особенностей обследуемого или какой-либо патологии, осциллограммы могут иметь различный вид, но закономерность их развития сохраняется во всех случаях. Знание этой закономерности позволяет аппроксимировать контуром любую осциллограмму и получить информацию.

Для определения погрешности измерения величин АД предлагаемым способом нами проводилась одновременная регистрация артериальной осциллограммы и прямой манометрией той же артерии дистальнее манжеты.

Наилучшим решением поставленной задачи явилось бы сравнение всех четырех показателей АД (P_мин, P_ср, P_бс, P_макс), измеренных осциллографическим способом, с величинами, полученными прямой монометрией. Однако прямой метод измерения АД для этой цели не является идеальным, так как при его использовании также есть методические и инструментальные погрешности, влияние которых может существенно отразиться на оценке результатов измерения АД косвенным методом.

Как указывалось выше, в артериальных сосудах различают четыре основные величины АД. Прямой метод с применением одной иглы или катетера позволяет измерить три величины: диастолическое, среднее динамическое и систолическое давление. Возникновение методической погрешности связано с положением, которое может принимать игла в артерии. Если игла направлена строго навстречу потоку крови, то максимальная величина пульсограммы прямого давления в абсолютных значениях будет соответствовать максимальному систолическому давлению; когда срез иглы направлен к стенке сосуда, эта величина будет соответствовать боковому систолическому давлению. Таким образом максимальная амплитуда кривой прямого давления, в зависимости от расположения среза иглы, может отличаться в абсолютных значениях на величину гидродинамического удара крови.

Суммарная инструментальная погрешность измерения АД прямым методом оценивалась нами исходя из составляющих:
погрешность преобразователя давления ЕМТ-31;
погрешность калибровки электрических цепей ЕМТ-31 водно-солевым раствором;
погрешность электрической калибровки цепей усилительного канала регистратора (Мингограф-81) и дрейфа его коэффициента усиления;
погрешность считывания с лент данных прямой манометрии.

По нашим данным рассчитанная суммарная погрешность измерения давления прямым методом составила 3 мм рт.ст.

Одновременно с осциллограммой, ртутным отметчиком регистрировалась величина давления в манжете, погрешность которого составляла 2 мм рт.ст. в диапазоне давлений 0 220 мм рт.ст.

Исследования проводились на базе Института сердечно-сосудистой хирургии им. Бакулева в отделении профессора Петросяна Ю.С. Обследовано 13 больных обоего пола с приобретенными пороками сердца, нуждающихся в измерении АД.

Одновременно с прямой манометрией плечевой артерии в локтевой ямке нами получена 41 запись объемных артериальных осциллограмм, из которых 21 в режиме набора давления в манжете и 20 в режиме сброса.

На фиг. 6 показан процесс формирования пульсограммы прямого давления под действием нарастающего давления в пережимной измерительной манжете и объемной артериальной осциллограммы. В верхней части рисунка показан процесс формирования пульсограммы прямого давления, где K калибровочный сигнал, равный 100 мм рт.ст. В середине рисунка объемная артериальная осциллограмма и внизу отметка давления в манжете. Влияние нарастающего давления в манжете на величину давления в дистальной части артериального сосуда начинает проявляться только при P_м > P_ср. После этого на пульсограмме прямого давления, как и на осциллограмме, появляется незначительное уплощение, вызванное началом коллапса артериального сосуда под манжетой в диастолическом периоде. Это уплощение увеличивается с ростом P_м с каждым следующим сердечным сокращением. Одновременно с этим вся пульсограмма начинает отклоняться вверх по линейному закону, что обусловлено отсутствием или уменьшением ретроградного кровотока в конце диастолических периодов и плетизмографическим эффектом в дистальной части пережимаемой артерии. Вместе с тем пульсовое давление (максимальные амплитуды осцилляций) остается постоянным, что свидетельствует о сохранении параметров АД в проксимальной от манжеты части сосуда и полным его раскрытии под манжетой в момент систолы.

Когда P_м > P_бс анакротическая часть пульсограммы прямого давления также по линейному закону начинает снижаться, так как давление в манжете препятствует полному раскрытию сосуда в период систолического выброса. При P_м > P_макс на пульсограмме прямого давления пульсации прекращаются в результате полного коллапса артериального сосуда, а на осциллограмме осцилляции стабилизируются по амплитуде, присутствие же их связано с ударами пульсовых волн в проксимальный край манжеты.

Таким образом на пульсограмме прямого давления, зарегистрированной с дистального участка лоцируемой артерии, формируются признаки P_бс и P_макс, которые и использовались нами для сравнения с данными предлагаемого косвенного метода измерения АД. Величины диастолического и среднего-динамического давления в абсолютных значениях данной прямой монометрии измерялись нами на участке 1-2 пульсограммы, где влиянием манжеты можно пренебречь. На этом же участке измерялась величина пульсового давления.

Данные сравнения величин прямого и косвенного методов измерения АД сведены в таблицы 1 и 2.

Проведенный сравнительный анализ показал "работоспособность" предложенного способа и, следовательно, возможность использования его для клинических и физиологических исследований.

Нами проводились также исследования с целью сравнения степени совпадения величины бокового систолического давления, измеренной по приводимой методике путем анализа контура объемной осциллограммы, и величины бокового систолического давления, получаемой путем рассчета по приводимой методике, при наборе давления в манжете свыше конечного систолического давления.

По приводимому способу нами проводились измерения показателей АД более чем у 100 обследуемых.

По статистическим данным коэффициент корреляции между измеренным и рассчитанным по предлагаемой методике боковым систолическим давлением при выборке 41 составляет 0.96 и достоверности менее 0.0001.

Пример измерения:
У пациента в процессе компрессии измерительной манжеты до величины среднего динамического давления измерены величины диастолического P_д и среднего динамического P_ср давления. Затем для зарегистрированного до момента деформации сосудов (т.е. до диастолического давления P_д) одного из сердечных циклов объемной осциллограммы, определяются амплитуда (A2) и среднее значение (A1) объемной осциллограммы, после чего, исходя из соотношения амплитуды и среднего значения и величин измеренных давлений, определяется боковое систолическое давление.

В данном примере P_д=60 мм.рт.ст. P_ср=92 мм.рт.ст. отношение A2/A1=1,8.

Таким образом P_с=P_д + (A2/A1)•(P_ср-P_д)=60+1,8•32=118 мм.рт.ст.

Технический результат, достигаемый от предложенного способа, заключается в том, что преобразованные, усиленные и зарегистрированные осциллографические сигналы практически не отличаются по форме от истинных объемных, что повышает точность измерения показателей АД и создает возможность существенно сократить время и повысить комфортность измерения (чего нет в способе прототипе, где объемные сигналы преобразуются в сигналы близкие к скоростным, а увеличение давления в пережимной измерительной манжете производится до величины, превышающей систолическое артериальное давление обследуемого).

Изобретение относится к медицине, кардиологии. Регистрация истинно объемных осцилляторных сигналов, полностью отражающая закономерность процессов, происходящих в отрезке артериального сосуда под действием нарастающего давления в манжете, приводит к возможности применения объективного контурного анализа осциллограмм. Сущность: регистрируют осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете. Компрессию манжеты осуществляют до появления волн ОСГ с максимальной амплитудой при выходе на плато диастолической части кривой ОСГ. В этот момент определяют величину среднего динамического артериального давления (P_ср) по величине давления в манжете. Величину диастолического давления (PД) определяют в момент начала отклонения вниз диастолической части кривой ОСГ по давлению в манжете. Боковое систолическое давление (P_c) вычисляют по формуле P_с = P_д + A₂/A₁ (P_ср - P_д), где A₁ - среднее арифметическое амплитуд, составляющих цикл осциллограммы, A₂ - максимальная амплитуда ОСГ в этом цикле. Способ позволяет точно измерять величины P_с, P_д и P_ср с минимальной методической и инструментальной погрешностью. 6 ил., 2 табл.

Способ измерения артериального давления, включающий регистрацию и анализ осциллограмм артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим и графическим преобразованием, отличающийся тем, что 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 с максимальной амплитудой при выходе на плато диастолической части кривой ОСГ, величину диастолического артериального давления (Р_д) определяют в момент начала отклонения вниз диастолической части кривой ОСГ по величине давления в пережимной измерительной манжете, величину среднего динамического артериального давления (Р_ср) определяют по величине давления в пережимной измерительной манжете в момент прекращения компрессии, после чего боковое систолическое давление рассчитывают по формуле
Р_с Р_д + (А₂/А₁) (Р_ср Р_д),
где А₁ среднее арифметическое амплитуд, составляющих один цикл осциллограммы до появления признака диастолического давления на осциллограмме;
А₂ максимальная амплитуда ОСГ в этом цикле;
Р_д и Р_ср измеренные диастолическое и среднее динамическое артериальные давления соответственно.