Способ нагнетания манжеты для измерения артериального давления при нарушениях сердечного ритма Российский патент 2022 года по МПК A61B5/21 

Название изобретения

Способ нагнетания манжеты для измерения артериального давления при нарушениях сердечного ритма

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области медицины и может использоваться для определения артериального давления у людей с аритмиями.

Уровень техники

Измерение артериального давления (АД) может осуществляться несколькими неинвазивными методами. Наиболее популярными являются аускультативный и осциллометрический методы. Оба они сводятся к тому, что на конечность обследуемого накладывается пережимная измерительная манжета, в которую нагнетается воздух до полного передавливания артерии. Затем давление в манжете постепенно стравливается. При измерении давления аускультативным методом фиксируется два показания давления в манжете, соответствующие первой и пятой фазе тонов Короткова. При измерении давления осциллометрическим методом определяется максимум пульсаций давления в манжете, который соответствует среднему АД. Систолическое и диастолическое АД рассчитывается исходя из этого значения по математическим алгоритмам.

Однако на практике возникают сложности с измерением АД у отдельных групп людей. Так, при неравномерных сокращениях сердца пульсации в манжете при измерении осциллометрическим методом также будут неравномерными, что затрудняет или вовсе делает невозможным верное определение максимума пульсаций. Наличие аускультативного провала, т. е. резкое ослабление и исчезновения тонов Короткова, может служить причиной серьезной недооценки систолического АД (Приложение №2 к Приказу Минздрава РФ от 24.01.2003 №4 «О мерах по совершенствованию организации медицинской помощи больным с артериальной гипертонией в Российской Федерации»).

Во избежание подобных сложностей при измерении АД специалистом проводится пальпаторная оценка степени неравномерности сокращений сердца. Во внимание берутся результаты, полученные при равномерном пульсе. При необходимости стравливание давления приостанавливается, специалист пережидает период неравномерности и продолжает измерение. Однако для автоматических приборов измерения АД в домашних условиях требуется минимальное участие человека, поскольку пациент измеряет АД самостоятельно и не обладает необходимыми медицинскими знаниями и навыками.

Существующие автоматические приборы измерения АД позволяют выявить аритмию, но не проводят в этом случае измерения и фиксируют ошибку. В данном случае производители предлагают пациенту измерить АД повторно. Однако в случае регулярной аритмии ошибка измерения будет повторяться, и АД не будет измерено. Кроме того при повторном измерении значение АД искажается, поэтому проводить последовательно несколько измерений крайне нежелательно.

Известен способ обеспечения линейности кривой нагнетания путем введения управления компрессором (обратная связь) (см. Парашин В.Б., Симоненко М.Н. Технико-метрологические аспекты измерения артериального давления осциллометрическим методом // Медицинская техника. 2010, №1 (259), с. 22-26). Однако описанный способ приводит к значительным искажениям сигнала, а именно наложению на сигнал периодических колебаний низкой частоты.

Известны способ измерения артериального давления по тонам Короткова и система измерения артериального давления и оценки сердечно-сосудистой системы (патент CN110840429A. Korotkoff sound-based blood pressure measurement method and blood pressure measurement and cardiovascular system evaluation system // 28.02.2020) (прототип). Реализация способа основана на анализе пульсовой волны и корректировке скорости стравливания давления в манжете. Однако управление стравливанием осуществляется при помощи нескольких клапанов. Недостатком подобного способа регулирования давления в манжете является неизбежное снижение давления в манжете при возникновении потребности это давление зафиксировать, поскольку клапан априори может стравливать давление или же удерживать его, но не нагнетать, а интеллектуального управления насосом в процессе измерения АД в данном способе не предусмотрено.

Раскрытие изобретения

Технический результат предложенного изобретения состоит в получении возможности автоматического измерения АД у людей с аритмиями при упрощении его реализации, а также в повышении точности измерения АД и снижении шумов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что из результата измерения исключаются участки сигналов, зарегистрированные в период неравномерности пульсаций артерии, путем совмещения сигналов до и после исключаемого участка, что делает получаемые сигналы пригодными для типового анализа и повышает точность измерения АД за счет его измерения за один раз. Для исключения указанных участков в момент обнаружении неравномерности пульсаций артерии давление в манжете прекращает стравливаться и начинает нагнетаться за счет работы компрессора. При этом работа компрессора осуществляется таким образом, чтобы частота возникающих шумов лежала вне спектра полезного сигнала, и эти шумы могли быть отфильтрованы, что снижает зашумленность результата измерений. Снижение уровня шумов достигается также за счет того, что совмещение регистрируемых сигналов до и после исключаемого участка производится по двум отыскиваемым на графике пульсации артерии точкам: точке максимума последней пульсации до начала неравномерности и точке максимума пульсации артерии после восстановления равномерности пульсации артерии. Для обеспечения непрерывности сигналов и возможности определения частоты пульса без учета нарушений ритма давление в манжете после обнаружения неравномерности пульсаций нагнетается до уровня, зафиксированного в момент времени, соответствующий первой точке совмещения и поддерживается таковым до обнаружения второй точки совмещения.

Нагнетание манжеты осуществляется исключительно за счет управляемой работы компрессора и не требует использования дополнительных клапанов.

Краткое описание чертежей:

Фигура 1 — Петля регулирования давления в манжете

Фигура 2 — Распределение регистрируемых сигналов по частоте

Фигура 3 — Типовой вид измерительного процесса

Фигура 4 — Диаграмма измерительного процесса при единичном нарушении

Осуществление изобретения:

Способ нагнетания манжеты для измерения артериального давления при нарушениях сердечного ритма реализуется следующим образом.

На фигуре 1 представлена петля регулирования давления в манжете. После надевания манжета 1 накачивается компрессором 4, управляемым системой управления 3, при одновременной регистрации сигнала датчиком давления 2. В пневматическом тракте имеется отверстие постоянного диаметра, через которое происходит постоянный отток воздуха из манжеты 1. Однако производительность компрессора 4 такова, что позволяет нагнетать давление в манжету 1. Система управления 3 удерживает компрессор 4 включенным до достижения необходимого уровня давления в манжете, отслеживаемого ей по датчику давления 2, а также в период поддержания заданного давления при выявлении неравномерности пульсаций артерии.

При этом система управления 3 управляет компрессором 4 таким образом, чтобы частота возникающих шумов (вызванных работой компрессора и итеративным регулированием) лежала вне спектра полезного сигнала, и эти шумы могли быть отфильтрованы. Распределение регистрируемых сигналов по частоте показано на фигуре 2. Полезные сигналы, подлежащие выделению, лежат в областях 1 — изменение давления при накачке и декомпрессии и 2 — пульсации артерии; сторонние шумы, в том числе возникающие при работе компрессора, лежат в области 3.

Фильтрация сигнала системой управления продемонстрирована на фигуре 3, где представлен типовой вид измерительного процесса и показаны компоненты регистрируемого сигнала. Сигнал на фигуре 3а является регистрируемым сигналом, и в нем присутствуют все три компоненты, лежащие в областях частот 1, 2 и 3. На фигуре 3б представлен сигнал с отфильтрованными сторонними шумами, в том числе возникающими при работе компрессора. На фигуре 3в показан график накачки и декомпрессии, т. е. составляющая сигнала, лежащая в области 1 без пульсации артерии. А на фигуре 3г представлен отфильтрованный сигнал пульсации артерии, лежащий в области частот 2. Точка A на графиках соответствует началу измерительного процесса, точка B — давлению в манжете, после достижения которого начинается стравливание. Представленные на фигуре 3 графики соответствуют типовому процессу измерения артериального давления, пригодному для анализа типовыми алгоритмами. Основная задача изобретения заключается в приведении измерительных процессов, искаженных нарушениями сердечного ритма, к указанному виду.

Нарушения сердечного ритма, возникшие во время измерения АД, портят характер сигнала и делают сигнал непригодным для анализа. Поскольку для анализа типовыми алгоритмами необходим целостный график пульсаций артерии с равномерным пульсом, участок графика с неравномерными пульсациями необходимо исключить, совместив регистрируемые сигналы до и после исключаемого участка.

Диаграмма измерительного процесса при возникновении нарушения сердечного ритма в процессе регистрации данных, демонстрирующая осуществление изобретения, представлена на фигуре 4.

Система управления, отслеживая показания датчика давления, осуществляет нагнетание давления в манжете. В точке B накачка прекращается и начинается стравливание давления. Фильтрация регистрируемого сигнала осуществляется системой управления в реальном времени. В момент времени T1, соответствующий точке C графика, происходит обнаружение неравномерности пульсаций, а также фиксируется значение давления P1. Поскольку нарушение ритма начинается до момента его обнаружения, требуется отыскать первую точку совмещения e`, определяемую как максимум последней пульсации до начала неравномерности, и соответствующий ей момент времени T1`. Давление в манжете прекращает стравливаться и нагнетается за счет работы компрессора до уровня P1`, зарегистрированного в точке E` в момент времени T1` (участок CD). Это давление должно поддерживаться в манжете до восстановления равномерности пульсации артерии и продолжения стравливания давления в точке E (участок DE). Для определения момента времени T2 требуется найти вторую точку совмещения e, определяемую как максимум пульсации артерии в текущий момент времени при давлении P1` после восстановления равномерности пульсации артерии. В момент времени T2, соответствующий второй точке совмещения e, определяемой как максимум пульсации артерии после восстановления равномерности пульсаций, система управления возобновляет стравливание давления и продолжает измерительный процесс в штатном режиме. Такой подход позволяет определить и исключить из регистрируемых сигналов участок между моментами времени T1` и T2, соответствующий периоду неравномерных пульсаций артерии, а сигналы до и после исключаемого участка совместить. В общем случае интервалов, подобных T1`...T2, может быть в течение измерения несколько, но независимо от их числа кривые, полученные после их исключения, будут пригодны для анализа стандартными алгоритмами.

Выбор максимума пульсации в качестве точки совмещения обусловлен тем, что он соответствует ударному выбросу, т. е. мощному ударному фронту, распространяющемуся по артерии, и, как следствие, вызывающему максимальное изменение давления в манжете, выражающееся в виде четкого максимума на графике пульсаций. В то время как минимумы выражены нечетко и могут даже раздваиваться по физиологическим причинам. Совмещение сигналов в точках максимума пульсаций также не изменяет количества импульсов и, как следствие, делает возможным определение частоты пульса без учета нарушения ритма.

Изобретение относится к области медицины и может использоваться для определения артериального давления (АД) у людей с аритмиями. Предложенный способ нагнетания манжеты для измерения АД при нарушениях сердечного ритма предусматривает исключение из результата измерения участков сигналов, зарегистрированных в период неравномерности пульсаций артерии, что достигается прекращением стравливания и началом нагнетания давления при обнаружении неравномерности за счет такой работы компрессора, чтобы частота возникающих шумов лежала вне спектра полезного сигнала и эти шумы могли быть отфильтрованы. На графике пульсаций артерии отыскивается первая точка совмещения, определяемая как максимум последней пульсации до начала неравномерности, и соответствующий ей момент времени. Давление в манжете нагнетается до уровня, зафиксированного в этот момент времени, и поддерживается таковым до восстановления равномерности пульсаций артерии. Отыскивается вторая точка совмещения, определяемая как максимум пульсации артерии при поддерживаемом давлении. Участки сигналов с неравномерностью пульсаций между найденными двумя точками исключаются, а регистрируемые сигналы до и после исключаемого периода совмещаются. Изобретение обеспечивает возможность автоматического измерения АД у людей с аритмиями при упрощении его реализации, а также повышается точность измерения АД и снижаются шумы. 4 ил.

Способ нагнетания манжеты для измерения артериального давления при нарушениях сердечного ритма, предусматривающий исключение из результата измерения участков сигналов, зарегистрированных в период неравномерности пульсаций артерии, отличающийся тем, что при обнаружении неравномерности пульсаций артерии давление в манжете прекращает стравливаться и начинает нагнетаться за счет работы компрессора, осуществляемой таким образом, чтобы частота возникающих шумов лежала вне спектра полезного сигнала и эти шумы могли быть отфильтрованы, на графике пульсации артерии отыскивается первая точка совмещения, определяемая как максимум последней пульсации до начала неравномерности, и соответствующий ей момент времени, давление в манжете нагнетается до уровня, зафиксированного в найденный момент времени, и поддерживается таковым до восстановления равномерности пульсации артерии, после чего отыскивается вторая точка совмещения как максимум пульсации артерии в текущий момент времени, в момент обнаружения такой точки стравливание давления из манжеты возобновляется, участки сигналов между двумя найденными моментами времени исключаются, а сигналы до и после исключаемого участка совмещаются.