Осциллографический способ измерения артериального давления
Владельцы патента RU 2644299:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") (RU)
Изобретение относится к области медицины, а именно к физиологии и кардиологии. Для измерения артериального давления 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 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 любой 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, затем аналогично находят диастолическое давление. Способ повышает точность измерения артериального давления за счет определения амплитуды и времени в одной точке. 4 ил., 3 табл.
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 (Pмин), среднее динамическое (Pср), боковое систолическое (Pбс) и конечное (Pмакс) систолические давления в магистральном артериальном сосуде конечности, на которую наложена пережимная измерительная манжета. По указанным выше значениям АД рассчитывают величины пульсового (dP, Pбс, Pмин) и ударного (Pуд, Pмакс, Pбс) 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 UD
отсюда следует:
.
После логарифмирования
находят постоянную времени TD:
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 TD по формуле (3). TD и UD 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 Us:
отсюда следует:
.
После логарифмирования
находят постоянную времени TS:
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 TS по формуле (6). TS и US 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 TD.
Для диастолической части модели t=TD, 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 TS, и измеряют систолическое давление:
PS=vTS.
Оценим погрешность ε,% на примере нахождения информативных параметров UD, мВ и TD, 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.
Способ измерения 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, а также предельное значение амплитуды и постоянной времени, отличающийся 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 заданной погрешности итерационного вычисления предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.
