СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2019 года по МПК A61B5/02 

Предполагаемое 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 (Рмин), среднее динамическое (Рср), боковое систолическое (Рбс) и конечное (Рмакс) систолические давления в магистральном артериальном сосуде конечности, на которую наложена пережимная измерительная манжета. По указанным выше значениям АД рассчитывают величины пульсового (dP, Рбс, Рмин) и ударного (Руд, Рмакс, Рбс) 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. А61В 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.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений за счет измерения по калибровочной характеристике с известными параметрами, которые на практике, как правило, неизвестны и изменяются нелинейно, компенсируя неопределенность другого параметра, выбранного произвольно.

Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности за счет исключения методической и динамической погрешности по калибровочной характеристике постоянной времени, компенсирующей неопределенность предельной амплитуды осциллограммы, выбранной произвольно.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения артериального давления включающем 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, в отличие от прототипа, для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют предельное значение амплитуды осциллограммы по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды осциллограммы, выбранной произвольно, и связывающая эталонную и измеренную характеристику за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике находят действительные значения предельной амплитуды осциллограммы и постоянной времени, по которым последовательно строят калибровочную характеристику, эталонную характеристику и определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.

1. Определяют предельное значение амплитуды осциллограммы U₀ по калибровочной функции Т_0i.

2. Калибровку проводят априори для известных эталонных U_э (фиг. 1 кривая 1) и измеренных U (фиг. 1 кривая 2) значений артериального давления.

3. Калибровочной характеристикой служит характеристика T_0i постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды осциллограммы U^*, выбранной произвольно, и связывающая эталонную U_э и измеренную U зависимости за счет нормирования измеренных значений известными

По калибровочной характеристике Т_0i восстанавливают действительную характеристику U(t), тождественную эталонной

которая максимально приближена к эталонной кривой U_э(t):

Эталонная характеристика U_э(t) и характеристика, ей тождественная, U(t) получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами U₀, Т₀:

где Т₀ - постоянная времени и U₀ - предельное значение амплитуды. Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:

т.е. U₀ - предельное напряжение крови для t=0,

т.е. Т₀ - постоянная времени.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр задается произвольно U*, а второй принимает вид функции T_0i, которая компенсирует незнание первого информативного параметра. С помощью этой функции калибруется измеренная характеристика.

Задаем произвольно параметр U*=const вместо неизвестного действительного предельного значения амплитуды осциллограммы U₀. Для компенсации произвольности константы U* постоянная времени T₀ превратится в характеристику T_0i, компенсирующую незнание предельного значения амплитуды осциллограммы U₀. Калибровочной функцией для известных параметров Т₀, U₀ служит экспоненциальная динамическая характеристика (2).

Калибровочную характеристику Т_0i выразим из системы уравнений с известными параметрами Т₀, U₀ характеристики U_э(t), являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики U(t)=U_i, являющейся измеренной, с произвольной константой U* и характеристикой T_0i:

В соответствии с закономерностями калибровки и t_э=t, U_э=U следует калибровочная характеристика T_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды, выбранной произвольно (фиг. 2).

4. По калибровочной характеристике T_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды U₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (4) составим систему уравнений для i=1,2:

Поделив одно уравнение системы (5) на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени Т₀:

Следовательно, алгоритм (6) оптимизации постоянной времени регламентирован отношением диапазона времени к логарифму измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.

Находят алгоритм определения предельного значения амплитуды осциллограммы:

Следовательно, алгоритм (7) оптимизации предельного значения амплитуды осциллограммы регламентирован отношением измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.

5. По действительным значениям постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды осциллограммы U₀, последовательно строят калибровочную характеристику T_0i, и эталонную характеристику U_э. Результатом калибровки служит тождественность измеряемой характеристики U и эталонной U_э, т.е. U≡U_э.

Для информативных параметров (6) и (7) строят (аппроксимируют) калибровочную характеристику T_0i (4) (фиг. 2), по которой находят согласно (3) действительную характеристику (фиг. 3, точки), тождественную эталонной U_эi, (фиг. 3, линия) искомой характеристике, когда

6. Калибровочной характеристикой систолической части служит характеристика Т_0i постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды осциллограммы U^*, выбранной произвольно, и связывающая эталонную U_э и измеренную U зависимости за счет нормирования измеренных значений известными

По калибровочной характеристике T_0i восстанавливают действительную характеристику U(t), тождественную эталонной

которая максимально приближена к эталонной кривой U_э(t):

Эталонная характеристика систолической части U_э(t) и характеристика, ей тождественная, U(t) получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами U₀, Т₀:

Калибровочную характеристику систолической части осциллограммы Т_0i выразим из системы уравнений с известными параметрами Т₀, U₀ характеристики U_э(t), являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики U(t)=U_i, являющейся измеренной, с произвольной константой U* и характеристикой Т_0i:

В соответствии с закономерностями калибровки и t_э=t, U_э=U следует калибровочная характеристика систолической части осциллограммы T_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:

Следовательно, калибровочной характеристикой систолической части осциллограммы служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды, выбранной произвольно.

По калибровочной характеристике Т_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды U₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики составим систему уравнений для i=1,2:

Поделив одно уравнение системы на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени Т₀:

Следовательно, алгоритм оптимизации постоянной времени регламентирован отношением диапазона времени к логарифму измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.

Находят алгоритм определения предельного значения амплитуды осциллограммы:

Следовательно, алгоритм оптимизации предельного значения амплитуды систолической части осциллограммы регламентирован отношением измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.

7. Измеряют систолического давление. (фиг. 4)

Аппроксимируя осциллограмму по зависимости (2), вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени T_S.

Для систолической части модели t=T_S, поэтому для измеряемого давления Р=νt по линейному закону:

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

8. Измерение диастолического давления.

Аналогично для диастолической части вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени Т_D, и измеряют диастолическое давление:

P_D=νt.

Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование действительной характеристики, относительно эквивалента экспериментальной характеристики, по полученным значениям.

Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:

ее оценка представлена на фиг. 5 а.

При задании произвольного значения U*=const, отличного от эталонного U₀, постоянная времени Т₀ превращается в функцию, которая компенсирует незнание значения U₀. Эталонная и действительная характеристики тождественны (погрешность порядка 2*10^-8 (фиг. 5 а)), что доказывает эффективность применения калибровки.

Эффективность по точности определяется нелинейностью η калибровочной характеристики T_i: отредактировать формулу эффективности

Нелинейность прототипа регламентирует методическую погрешность для известных параметров U₀, Т₀ эквивалента, но на практике, как правило, один из параметров неизвестен. Его выбирают произвольно U*. При этом второй параметр из константы Т₀ принимает вид функции T_0i (фиг. 2), которая компенсирует незнание параметра U₀, что исключает методическую погрешность (9) характеристики. Это следует из тождественности эквиваленту действительной характеристики (фиг. 3).

Таким образом, определение артериального давления по калибровочной характеристике постоянной времени осциллограммы, компенсирующей неопределенность предельной амплитуды осцилограммы, выбранной произвольно, в отличие от известных решений (фиг. 5 б), повышается точность определения артериального давления на несколько порядков за счет адекватности предлагаемого способа эксперименту при отсутствии методической и динамической погрешностей.

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии и кардиологии. Регистрируют и проводят анализ осциллограмм артерий в частотах от 0 Гц до 60 Гц с последующим электрическим преобразованием. Компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн объемной осциллограммы. 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 предельное значение амплитуды осциллограммы по калибровочной характеристике. Калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона. Калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды осциллограммы, выбранной произвольно, и связывающая эталонную и измеренную характеристику за счет нормирования измеренных значений известными. По калибровочной характеристике находят действительные значения предельной амплитуды осциллограммы и постоянной времени, по которым последовательно строят калибровочную характеристику, эталонную характеристику и определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление. Технический результат состоит в уменьшении метрологической и динамической погрешности за счет использования калибровочной характеристики постоянной времени, компенсирующей неопределенность предельной амплитуды осциллограммы. 5 ил.

Способ определения артериального давления, включающий 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, отличающийся тем, что для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют предельное значение амплитуды осциллограммы по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных U₁, U₂ и известных значений U₀₁, U₀₂ верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция T_0i постоянной времени осциллограммы

компенсирующая неопределенность предельного значения амплитуды U₀, выбранной произвольно U^*≠U₀, и связывающая эталонную U_Э и измеренную U_i характеристики

за счет нормирования измеренных U₁, U₂ значений известными U₀₁, U₀₂, по калибровочной T_0i характеристике находят действительные значения предельного значения амплитуды U₀ и постоянной времени Т₀ осциллограммы

по которым последовательно строят калибровочную U_0i характеристику, эталонную характеристику U_Э и определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.