RU2750745C1

RU2750745C1 - Method and device for measuring the pulse wave propagation velocity when measuring blood pressure by oscillometric method

Info

Publication number: RU2750745C1
Application number: RU2020131390A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Алексеевич Рогаткин; Денис Григорьевич Лапитан
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Оптические медицинские диагностические системы» (ООО «ОДС-мед»)
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2020-09-23
Publication date: 2021-07-02

Abstract

FIELD: medicine.

SUBSTANCE: group of inventions relates to medicine, namely, to a method and device for simultaneous non-invasive measurement of blood pressure (BP) and pulse wave propagation velocity (WPV) in blood vessels. In this case, the PV of air pressure in the compression cuff (5) of the tonometer (4) on the patient's shoulder is recorded during pumping or releasing pressure in the cuff at the interval between systolic and diastolic pressures. At the same time, at the same interval between the systolic and diastolic pressures, the PV of pressure in the area of the big toe is recorded by photoplethysmography (PPG). The waveform signals from the tonometer cuff and the PPG signals are processed. The time delay of the propagation of the PV pressure ∆T_i between the shoulder and the toe is determined as the time difference between the i-th local maxima of the second derivatives of the PPG signals and the waveform, respectively. The integral value of the WPV using the formula is calculated: PWVe = (D₂-D₁)/∆T_av, where D₁ is the distance between the heart and the middle of the shoulder, D₂ is the distance between the heart and the area of the big toe, ∆T_av the average time delays ∆T_i for all the pressure pulses of the PV in the waveform and PPG signals. The device contains an automatic blood pressure monitor (4) for measuring blood pressure with a cuff (5) and an optical PPG sensor (6). The electronic unit (8) of the tonometer contains a digital filtration unit (83) with an adjustable group delay of τ1 to obtain from the pressure signal an oscillogram of its pulsating part and a constant component of the pressure in the cuff. The PPG sensor contains a digital filtering unit (63) with an adjustable group delay of τ2 to receive the PPG signal.

EFFECT: simultaneous measurement of blood pressure and WPV by the "two-point" method allows for measurements in one stage. Measurement errors and errors associated with different signal delays in different electronic components of the device are minimized. Fast, accurate and reliable determination of the integral WPV in vessels of different hierarchies along the entire body is achieved, with the possibility of making measurements at home.

9 cl, 6 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно - к неинвазивным способам и устройствам для одновременного измерения артериального давления (АД) и скорости распространения пульсовой волны (СРПВ) в кровеносных сосудах.The invention relates to medicine and medical technology, namely, to non-invasive methods and devices for the simultaneous measurement of blood pressure (BP) and pulse wave velocity (PWV) in blood vessels.

ОПИСАНИЕ РЕШАЕМОЙ МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЫDESCRIPTION OF THE SOLVED MEDICAL AND TECHNICAL PROBLEM

В связи с большим количеством сердечно-сосудистых заболеваний, частотой и тяжестью осложнений от них, неинвазивная оценка функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС), в том числе в домашних условиях, крайне актуальна. Сегодня, фактически, в этом плане из доступных медицинских приборов для населения есть только тонометры для измерения артериального давления (АД). Между тем, известно, что функциональное состояние ССС определяется не только работой сердца и артериальным давлением, но и состоянием сосудов – жесткостью (эластичностью) их стенок, сосудистым сопротивлением, функционированием эндотелия и т.д. [Каро К. и др. Механика кровообращения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. – 624с., ил.]. Due to the large number of cardiovascular diseases, the frequency and severity of complications from them, a non-invasive assessment of the functional state of the cardiovascular system (CVS), including at home, is extremely relevant. Today, in fact, in this regard, of the available medical devices for the population, there are only tonometers for measuring blood pressure (BP). Meanwhile, it is known that the functional state of the CVS is determined not only by the work of the heart and arterial pressure, but also by the state of the vessels - the rigidity (elasticity) of their walls, vascular resistance, the functioning of the endothelium, etc. [Karo K. and others. Mechanics of blood circulation: Per. from English - M .: Mir, 1981. - 624s., Ill.].

Одним из важнейших параметров, характеризующих наряду с АД состояние ССС, является скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) [Герман И. Физика организма человека. Пер. с англ.: Научное издание / И. Герман – Долгопрудный: ИД «Интеллект», 2011. – 992с.]. Она является функцией как АД, так и жесткости стенок сосудов, вязкости крови и ряда других параметров, поэтому ее простая и неинвазивная оценка одновременно с измерением АД могла бы более точно характеризовать функционирование ССС пациента. Данный параметр (СРПВ) был признан в начале 2000-х годов во всем мире важным независимым предиктором сердечно-сосудистых осложнений [Boutouyrie P., et al. Aortic stiffness is an independent predictor of primary coronary events in hypertensive patients: a longitudinal study. Hypertension. 2002; 39(1):10–15. DOI: 10.1161/hy0102.099031], а с 2015г. в соответствии с рекомендациями АНА (American Heart Association) СРПВ рекомендована как основной параметр оценки (класс I; уровень доказательности А) жесткости стенок артерий [Townsend R.R., et al.; American Heart Association Council on Hypertension. Recommendations for Improving and Standardizing Vascular Research on Arterial Stiffness. A Scientific Statement from the American Heart Association. J Hypertension 2015 Sep; 66(3): 698-722.]. В ряде последних публикаций СРПВ уже считается сегодня «Золотым стандартом» оценки жесткости артериальной стенки [Ткаченко Ю.В. и др. Адаптация методики измерения пульсовой волны для скрининговых обследований в амбулаторной практике. Клиническая практика. 2019; 10(1):48-56. DOI: 10.17816/clinpract10148–56]. При этом важно понимать, что, поскольку СРПВ зависит, в том числе, и от АД [Younessi Heravi MA, et al. Continous and cuffless blood pressure monitoring using ECG and SpO2 signals. J. Biomed. Phys. Eng. 2014; 4(1):27-32], а АД весьма вариативно и может иметь сильные флуктуации на интервалах времени даже в несколько минут, особенно у пациентов с нарушенной регуляцией АД [Манвелов Л.С., Кадыков А.В. Артериальное давление и техника его измерения. Росс. Мед. Журнал. 2015; 21(1):49-51], для правильной интерпретации результатов измерений АД и СРПВ их измерения надо проводить совместно и одновременно (одномоментно). Причем СРПВ желательно оценивать не конкретно в каком-либо отдельно взятом сосуде, а интегрально, и в крупных магистральных сосудах (аорте и др.), и в более мелких периферических сосудах по ходу тока крови вдоль всего тела пациента, т.к. в общем случае в них СРПВ различна (в аорте примерно 4 - 6 м/с, в лучевой артерии 8 – 12 м/с и т.д.), и в каждом таком звене ССС могут выявляться факторы поражений сосудов, влияющие на СРПВ. Однако приборов для населения, непосредственно измеряющих интегральную СРПВ вдоль всего тела человека одномоментно с измерением АД – неинвазивных, простых, дешевых - сегодня на рынке медицинских приборов нет. Поэтому проблема разработки неинвазивных диагностических методов и приборов для населения – простых, дешевых и непосредственно измеряющих интегральную СРПВ совместно (одновременно) с измерением АД, является актуальной.One of the most important parameters characterizing, along with blood pressure, the state of the CVS, is the speed of propagation of the pulse wave (PWV) [Herman I. Physics of the human body. Per. from English: Scientific publication / I. German - Dolgoprudny: Publishing House "Intellect", 2011. - 992p.]. It is a function of both blood pressure and the rigidity of the walls of blood vessels, blood viscosity and a number of other parameters; therefore, its simple and non-invasive assessment simultaneously with measuring blood pressure could more accurately characterize the functioning of the patient's CVS. This parameter (PWV) was recognized worldwide in the early 2000s as an important independent predictor of cardiovascular complications [Boutouyrie P., et al. Aortic stiffness is an independent predictor of primary coronary events in hypertensive patients: a longitudinal study. Hypertension. 2002; 39 (1): 10-15. DOI: 10.1161 / hy0102.099031], and since 2015. in accordance with the recommendations of the AHA (American Heart Association) PWV is recommended as the main parameter for assessing (class I; level of evidence A) stiffness of the arterial walls [Townsend R.R., et al .; American Heart Association Council on Hypertension. Recommendations for Improving and Standardizing Vascular Research on Arterial Stiffness. A Scientific Statement from the American Heart Association. J Hypertension 2015 Sep; 66 (3): 698-722.]. In a number of recent publications, PWV is already considered today the "Gold Standard" for assessing the stiffness of the arterial wall [Tkachenko Yu.V. et al. Adaptation of the pulse wave measurement technique for screening examinations in outpatient practice. Clinical practice. 2019; 10 (1): 48-56. DOI: 10.17816 / clinpract10148-56]. It is important to understand that, since PWV depends, among other things, on blood pressure [Younessi Heravi MA, et al. Continous and cuffless blood pressure monitoring using ECG and SpO2 signals. J. Biomed. Phys. Eng. 2014; 4 (1): 27-32], and blood pressure is very variable and can have strong fluctuations at intervals of even several minutes, especially in patients with impaired blood pressure regulation [Manvelov L.S., Kadykov A.V. Blood pressure and technique for measuring it. Ross. Honey. Magazine. 2015; 21 (1): 49-51], for the correct interpretation of the results of measurements of blood pressure and PWV, their measurements must be carried out jointly and simultaneously (simultaneously). Moreover, it is advisable to assess PWV not specifically in any single vessel, but integrally, both in large major vessels (aorta, etc.), and in smaller peripheral vessels along the blood flow along the entire patient's body, because in general, their PWV is different (in the aorta, about 4 - 6 m / s, in the radial artery, 8 - 12 m / s, etc.), and in each such link of the CVS, vascular lesions affecting PWV can be detected. However, there are no non-invasive, simple, cheap devices for the population that directly measure the integral PWV along the entire human body simultaneously with the measurement of blood pressure - there are no medical devices on the market today. Therefore, the problem of developing non-invasive diagnostic methods and devices for the population - simple, cheap and directly measuring integral PWV together (simultaneously) with measuring blood pressure - is urgent.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

Широко известен неинвазивный осциллометрический метод измерения АД с использованием надувной компрессионный манжеты, накладываемой на конечность, например, на плечо пациента, для создания давления на сосуды конечности в процессе измерения АД. В этом методе в манжету нагнетается помпой воздух и регистрируются датчиком давления постоянная компонента давления воздуха в манжете и амплитуды пульсаций переменной компоненты давления воздуха в манжете - Am, As, Ad, соответствующие моментам времени с максимальными пульсациями, с пульсациями в момент прохода давления через точку систолического АД (САД) и в момент прохода давления через точку диастолического АД (ДАД). В момент времени пульсаций с Am по кривой постоянной компоненты давления в манжете определяется среднее АД (АДср), далее аналогично по As – САД и по Ad – ДАД [Forouzanfar, M., et al. Oscillometric Blood Pressure Estimation: Past, Present, and Future. IEEE Reviews in Biomed. Engineering. 2015. 8(44):6310-516].A non-invasive oscillometric method for measuring blood pressure is widely known using an inflatable compression cuff applied to a limb, for example, a patient's shoulder, to create pressure on the vessels of the limb during blood pressure measurement. In this method, air is pumped into the cuff by a pump and the pressure sensor registers the constant component of the air pressure in the cuff and the amplitude of the pulsations of the variable component of the air pressure in the cuff - Am, As, Ad, corresponding to the moments of time with maximum pulsations, with pulsations at the moment the pressure passes through the systolic point. BP (SBP) and at the time of the passage of pressure through the point of diastolic BP (DBP). At the moment of time of pulsations with Am, the mean BP (MAP) is determined according to the curve of the constant component of the pressure in the cuff, then, similarly, for As - MAP and Ad - MAP [Forouzanfar, M., et al. Oscillometric Blood Pressure Estimation: Past, Present, and Future. IEEE Reviews in Biomed. Engineering. 2015.8 (44): 6310-516].

Широко известны приборы – тонометры, автоматические или полуавтоматические, для реализации этого метода. Они содержат в качестве основных элементов компрессионную манжету, помпу накачки давления в манжете, клапан сброса давления, датчик давления воздуха в манжете, электронную схему усиления и фильтрации электрического сигнала с датчика давления, электронную схему управления помпой и клапаном сброса давления, кнопки управления работой устройства, как минимум, кнопку старт/стоп, а также микропроцессор, предназначенный для управления работой всеми указанными элементами, сбора и обработки результатов измерений, а также дисплей, отображающий результаты измерений. [Патенты: US 6.719.703. B2 от 2004 г., US 5.170.795 от 1992 г. и др.].Devices are widely known - tonometers, automatic or semi-automatic, for the implementation of this method. They contain as the main elements a compression cuff, a pump for pumping pressure in the cuff, a pressure relief valve, an air pressure sensor in the cuff, an electronic circuit for amplifying and filtering an electrical signal from a pressure sensor, an electronic circuit for controlling the pump and a pressure relief valve, buttons for controlling the operation of the device, at least a start / stop button, as well as a microprocessor designed to control the operation of all specified elements, collect and process measurement results, as well as a display that shows the measurement results. [Patents: US 6.719.703. B2 from 2004, US 5.170.795 from 1992 and others].

Известны также «одноточечные» и «двухточечные» методы определения СРПВ и приборы, их реализующие. [Ткаченко Ю.В. и др. Адаптация методики измерения пульсовой волны для скрининговых обследований в амбулаторной практике. Клиническая практика. 2019; 10(1): 48-56, DOI: 10.17816/clinpract 10148-56]. Also known are "one-point" and "two-point" methods for determining the PWV and devices that implement them. [Tkachenko Yu.V. et al. Adaptation of the pulse wave measurement technique for screening examinations in outpatient practice. Clinical practice. 2019; 10 (1): 48-56, doi: 10.17816 / clinpract 10148-56].

Наиболее дешевыми и простыми с точки зрения аппаратной реализации являются «одноточечные» методы и приборы. Они основаны на морфологическом анализе формы пульсовой волны (ПВ) давления по зарегистрированной плетизмограмме (сфигмограмме) в выбранной «точке» тела человека [Федотов А.А. Методики морфологического анализа пульсовой волны. Мед. техника. 2019. №4: 32-35.] и определяют СРПВ по времени распространения в сосудах отраженной ПВ, которая отображается на плетизмограмме на форме огибающей ПВ в виде второго пика (гребня) ПВ, следующего за первым пиком (гребнем) прямой ПВ сразу после впадины-инцизуры, характеризующей момент захлопывания аортального клапана [Парфёнов А.С. Экспресс-диагностика сердечно-сосудистых заболеваний. Мир измерений. 2008. №6:74-82.]. Наиболее часто «одноточечным» методом определяют СРПВ в аорте – аортальную скорость PWVао. Распространяющаяся ПВ давления крови в аорте после сердечного выброса претерпевает отражение от ветвлений аорты, главным образом от нижнего ветвления на подвздошные артерии. В результате на плетизмограмме (Фиг. 1) возникают два характерных пика (гребня): пик прямой 1 и пик отражённой 2 волны, разделённых инцизурой 3. Время запаздывания пика отражённой волны по отношению ко времени прихода пика прямой волны, т.е. временное расстояние Т на плетизмограмме между пиками этих двух волн, характеризует время распространения ПВ по аорте от сердца к точке ветвления аорты и обратно к сердцу до места регистрации плетизмограммы на аорте. Более того, такой «рисунок» (форма огибающей) ПВ давления в аорте, содержащий инцизуру, прямую и отражённую волны давления, распространяется далее и по всем более мелким артериям, вплоть до самых мелких артериол. Однако, по мере распространения ПВ по более мелким сосудам, двугорбый «рисунок» ПВ с инцизурой, прямой и отраженными гребнями волн размывается. Вязкость крови, жёсткость стенок сосудов, наличие патологий, и другие факторы оказывают на форму огибающей ПВ «размывающее» действие, особенно на правую его часть с инцизурой и пиком отраженной ПВ, вплоть до полного исчезновения на периферии конечностей этих морфологических признаков ПВ на плетизмограмме (Фиг. 2). The cheapest and simplest from the point of view of hardware implementation are "one-point" methods and devices. They are based on the morphological analysis of the shape of the pulse wave (PW) pressure according to the registered plethysmogram (sphygmogram) at the selected "point" of the human body [Fedotov A.A. Methods for the morphological analysis of the pulse wave. Honey. Technics. 2019. No. 4: 32-35.] And determine the PWV by the propagation time in the vessels of the reflected PW, which is displayed on the plethysmogram on the shape of the PW envelope in the form of the second peak (ridge) of the PW, following the first peak (ridge) of the straight PW immediately after the trough -incises, characterizing the moment of collapse of the aortic valve [Parfyonov A.S. Express diagnostics of cardiovascular diseases. The world of measurements. 2008. No. 6: 74-82.]. Most often, the "single-point" method is used to determine PWV in the aorta - aortic velocity PWVao. The spreading PT of blood pressure in the aorta after cardiac output is reflected from the aortic ramifications, mainly from the inferior ramification to the iliac arteries. As a result, two characteristic peaks (crests) appear on the plethysmogram ( Fig. 1 ): the peak of the direct 1 and the peak of the reflected wave 2, separated by the incisure 3. The delay time of the peak of the reflected wave in relation to the time of arrival of the peak of the direct wave, i.e. the time distance T on the plethysmogram between the peaks of these two waves characterizes the time of PT propagation along the aorta from the heart to the branching point of the aorta and back to the heart to the place of registration of the plethysmogram on the aorta. Moreover, such a "pattern" (envelope shape) of the PT pressure in the aorta, containing incisura, direct and reflected pressure waves, spreads further along all the smaller arteries, down to the smallest arterioles. However, as the PV propagates through smaller vessels, the two-humped "pattern" of the PV with incisure, direct and reflected wave crests is blurred. The viscosity of blood, the stiffness of the walls of blood vessels, the presence of pathologies, and other factors have a "blurring" effect on the shape of the PV envelope, especially on its right side with incisura and the peak of the reflected PV, up to the complete disappearance of these morphological signs of PV on the plethysmogram on the periphery of the limbs ( Fig. . 2 ).

Тем не менее, в общем случае нормы у пациента такую форму ПВ можно зафиксировать и на пальцах конечностей, и в ряде других локализаций на коже по ходу тока крови. Для этого «одноточечные» приборы могут использовать самые разнообразные датчики – оптические, например, фотоплетизмографические датчики (ФПГ-датчики), акустические, ультразвуковые и другие датчики. На основании зарегистрированной каким-либо датчиком плетизмограммы, СРПВ в аорте (PWVао) определяется по формуле:Nevertheless, in the general case of a patient's norm, this form of PV can be recorded on the fingers of the extremities, and in a number of other localizations on the skin along the blood flow. For this "single-point" devices can use a wide variety of sensors - optical, for example, photoplethysmographic sensors (PPG sensors), acoustic, ultrasonic and other sensors. Based on the plethysmogram recorded by any sensor, PWV in the aorta (PWVao) is determined by the formula:

, (1)

, (one)

где PWVао - скорость ПВ в аорте; К – масштабный коэффициент для нормирования полученного значения; L - длина ствола аорты, T - время запаздывания пика отражённой волны по отношению ко времени прихода пика прямой волны на плетизмограмме.where PWVao is the PT velocity in the aorta; K is the scale factor for normalizing the obtained value; L is the length of the aortic trunk, T is the delay time of the peak of the reflected wave in relation to the time of arrival of the peak of the direct wave on the plethysmogram.

Этот способ определения СРПВ в аорте реализован, например, в российской диагностической системе BPLab Vasotens (ООО ≪Пётр Телегин≫, Нижний Новгород, Россия) [см. Ткаченко Ю.В. и др. Адаптация методики измерения пульсовой волны для скрининговых обследований в амбулаторной практике. Клиническая практика. 2019; 10(1): 48-56, DOI: 10.17816/clinpract 10148-56]. Система П.Телегина BPLab включает в себя суточный монитор АД (суточный тонометр) с компрессионной манжетой и специализированное программное обеспечение «Vasotens», анализирующее форму ПВ давления воздуха непосредственно в манжете по сигналу с датчика давления в процессе измерения АД, т.е. данная система реализует оценку СРПВ одновременно с измерением АД. В этом ее плюс.This method for determining PWV in the aorta is implemented, for example, in the Russian diagnostic system BPLab Vasotens (LLC "Peter Telegin", Nizhny Novgorod, Russia) [see. Tkachenko Yu.V. et al. Adaptation of the pulse wave measurement technique for screening examinations in outpatient practice. Clinical practice. 2019; 10 (1): 48-56, doi: 10.17816 / clinpract 10148-56]. P.Telegin's BPLab system includes a daily blood pressure monitor (daily tonometer) with a compression cuff and specialized software “Vasotens”, which analyzes the form of the air pressure in the air pressure directly in the cuff according to the signal from the pressure sensor in the process of measuring blood pressure, i.e. this system implements the assessment of PWV simultaneously with the measurement of blood pressure. This is its plus.

Недостатком данного способа является отсутствие точных данных по L и K для каждого конкретного пациента. Нередко на плетизмограмме не проявляется инцизура, особенно у возрастных пациентов и у пациентов с повышенной жесткостью сосудов, поэтому разделение прямой и отраженной волн на плетизмограмме становится проблематичным. Также ошибка в определении максимумов прямой и отраженной ПВ на плетизмограмме, а, следовательно, и в Т в формуле (1) может возникать вследствие искажения формы сигнала в электронной схеме усиления и фильтрации электрического сигнала с датчика давления в зависимости от амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) конкретной используемой в устройстве электронной схемы. The disadvantage of this method is the lack of accurate data on L and K for each specific patient. Often, incisure does not appear on the plethysmogram, especially in aged patients and in patients with increased vascular rigidity, therefore, the separation of direct and reflected waves on the plethysmogram becomes problematic. Also, an error in determining the maxima of the direct and reflected PV on the plethysmogram, and, consequently, in T in formula (1), may arise due to distortion of the signal shape in the electronic circuit for amplifying and filtering the electrical signal from the pressure sensor, depending on the amplitude-frequency characteristic ) of the specific electronic circuit used in the device.

Вследствие сказанного, обсуждаемый «одноточечный» способ (метод) является неточным. Кроме того, в данном способе, как и в подавляющем большинстве других «одноточечных» методов, способов и приборов, определяется лишь СРПВ в аорте. Соответственно, анализ жёсткости стенки сосудов возможен лишь для аорты. Другие сосуды ССС, особенно на периферии конечностей, не могут быть охарактеризованы с его помощью. Therefore, the discussed "one-point" method (method) is imprecise. In addition, in this method, as in the vast majority of other "single-point" methods, methods and devices, only PWV in the aorta is determined. Accordingly, the analysis of the vascular wall stiffness is possible only for the aorta. Other vessels of the CVS, especially on the periphery of the extremities, cannot be characterized with its help.

Аналогичные недостатки присущи и известному российскому «одноточечному» прибору «Ангиоскан», который, в отличие от BPLab, использует для регистрации плетизмограммы не датчики давления воздуха в манжете тонометра, а оптический фотоплетизмографический датчик (ФПГ-датчик), располагаемый на пальце руки пациента. Это позволяет характеризовать вместе с аортой и периферические сосуды, т.е. в данном случае можно говорить о комплексной (интегральной) оценке сосудов разной иерархии. Однако, как было указано выше, «рисунок» плетизмограммы в виде двугорбой формы огибающей ПВ размывается по мере распространения ПВ к периферии конечности, ее максимумы смещаются, меняется время запаздывания пика отражённой волны T, поэтому «одноточечный» прибор «Ангиоскан» ещё менее точен.Similar disadvantages are inherent in the well-known Russian "one-point" device "Angioscan", which, unlike BPLab, uses not air pressure sensors in the tonometer's cuff to register plethysmograms, but an optical photoplethysmographic sensor (FPG sensor) located on the patient's finger. This makes it possible to characterize together with the aorta and peripheral vessels, i.e. in this case, we can talk about a complex (integral) assessment of vessels of different hierarchies. However, as mentioned above, the "pattern" of the plethysmogram in the form of a two-humped shape of the PV envelope is blurred as the PV propagates to the periphery of the limb, its maxima shift, the delay time of the peak of the reflected wave T changes, therefore the "one-point" device "Angioscan" is even less accurate.

В целом, как результат, из-за недостаточной точности никакие «одноточечные» методы и приборы не изучались пока в серьезных международных проспективных исследованиях для оценки функционирования ССС, и в международных рекомендациях они не рекомендуются к применению в реальной клинической практике [Васюк Ю.А., Баранов А.А. и др. Согласованное мнение российских экспертов по оценке артериальной жесткости в клинической практике. Кардиоваскулярная терапия и профилактика. 2016. 15(2): 4-19].In general, as a result, due to insufficient accuracy, no "one-point" methods and devices have been studied so far in serious international prospective studies to assess the functioning of the CVS, and in international recommendations they are not recommended for use in real clinical practice [Vasyuk Yu.A. , Baranov A.A. et al. Consensus opinion of Russian experts on the assessment of arterial stiffness in clinical practice. Cardiovascular therapy and prevention. 2016.15 (2): 4-19].

Более точными являются «двухточечные» методы и приборы, которые регистрируют прямую ПВ давления в двух разных «точках» на поверхности тела, лежащих на определённом расстоянии друг от друга, определяют задержку T времени распространения прямой ПВ между этими двумя точками (Pulse transit time) и по этой задержке T с учётом известного расстояния между «точками» определяют СРПВ как расстояние, деленное на Т. Двухточечные методы и приборы также сегодня весьма разнообразны.More accurate are "point-to-point" methods and instruments that register the direct PV of pressure at two different "points" on the body surface, lying at a certain distance from each other, determine the delay T of the propagation time of the direct PV between these two points (Pulse transit time) and from this delay T, taking into account the known distance between the "points", the PWV is determined as the distance divided by T. Two-point methods and instruments are also very diverse today.

Например, известен способ и устройство для измерения скорости ПВ, в котором в качестве первой «точки» используются электрокардиографические (ЭКГ) электроды, крепящиеся на грудь пациента, а в качестве второй «точки» используется катетер с датчиком давления, который вставляется в лучевую артерию (заявка US № 2015/0065828 A1, 2015). В этом варианте определяется задержка времени T между импульсом сигнала ЭКГ и приходом пика прямой ПВ, регистрируемой в артерии датчиком давления. Это наиболее точный способ определения СРПВ из всех рассматриваемых, однако он дорогой и инвазивный, не пригодный для массового применения, особенно в домашних условиях. К тому же, он не позволяет полностью оценить интегральную СРПВ для целей интегральной оценки жесткости всех сосудов, т.к. не задействует мелкие артерии на периферии конечности, а также не измеряет АД одновременно с СРПВ.For example, there is a known method and device for measuring the PT velocity, in which electrocardiographic (ECG) electrodes attached to the patient's chest are used as the first "point", and a catheter with a pressure sensor is used as the second "point", which is inserted into the radial artery ( US application No. 2015/0065828 A1, 2015). In this version, the time delay T is determined between the ECG signal pulse and the arrival of the peak of the direct PV recorded in the artery by the pressure sensor. This is the most accurate method of determining PWV of all considered, but it is expensive and invasive, not suitable for mass use, especially at home. In addition, it does not allow a complete assessment of the integral PWV for the purposes of the integral assessment of the stiffness of all vessels, since does not use small arteries on the periphery of the limb, and also does not measure blood pressure simultaneously with PWV.

Золотым стандартом в неинвазивном определении СРПВ «двухточечным» способом является каротидно-феморальный способ, в котором СРПВ определяется по временной задержке регистрации пульса на сонной и бедренной артериях (Van Bortel L.M., Laurent S., Boutouyrie P. et al. Expert consensus document on the measurement of aortic stiffness in daily practice using carotid-femoral pulse wave velocity // Journal of hypertension. – 2012. – V. 30. – №. 3. – P. 445-448). В качестве опорного сигнала, относительно которого измеряется временная задержка, используется сигнал электрокардиограммы (Millasseau S.C., Stewart A.D., Patel S.J., Redwood S.R., Chowienczyk P. J. Evaluation of carotid-femoral pulse wave velocity: influence of timing algorithm and heart rate // Hypertension. – 2005. – V. 45. – №. 2. – P. 222-226). Данный способ реализуется в следующих коммерческих приборах: PulsePen (Diatecne, Италия), Pulse Trace PWV (Micro Medical, Великобритания), Поли-Спектр- СРПВ (НейроСофт, РФ). Для регистрации ПВ давления – плетизмограммы - на периферии в таких приборах используются датчики апплационной тонометрии, ультразвуковые датчики и различные другие датчики. В частности, известная система «SphygmoCor» снабжена широкополосным пьезоэлектрическим зондом, переставляя который регистрируют ПВ давления последовательно сначала на сонной, а затем на бедренной артерии [Ткаченко Ю.В. и др. Адаптация методики измерения пульсовой волны для скрининговых обследований в амбулаторной практике. Клиническая практика. 2019; 10(1): 48-56, DOI: 10.17816/clinpract 10148-56]. Это не удобно и удлиняет процедуру измерений. The gold standard in the non-invasive determination of PWV by the "two-point" method is the carotid-femoral method, in which PWV is determined by the time delay in recording the pulse in the carotid and femoral arteries (Van Bortel LM, Laurent S., Boutouyrie P. et al. Expert consensus document on the Measurement of aortic stiffness in daily practice using carotid-femoral pulse wave velocity // Journal of hypertension. - 2012. - V. 30. - No. 3. - P. 445-448). An electrocardiogram signal is used as a reference signal against which the time delay is measured (Millasseau SC, Stewart AD, Patel SJ, Redwood SR, Chowienczyk PJ Evaluation of carotid-femoral pulse wave velocity: influence of timing algorithm and heart rate // Hypertension. - 2005. - V. 45. - No. 2. - P. 222-226). This method is implemented in the following commercial devices: PulsePen (Diatecne, Italy), Pulse Trace PWV (Micro Medical, UK), Poly-Spectrum-PWV (NeuroSoft, RF). To register PV pressure - plethysmograms - at the periphery, such devices use applation tonometry sensors, ultrasonic sensors and various other sensors. In particular, the well-known system "SphygmoCor" is equipped with a broadband piezoelectric probe, rearranging which the PT pressure is recorded sequentially, first on the carotid, and then on the femoral artery [Tkachenko Yu.V. et al. Adaptation of the pulse wave measurement technique for screening examinations in outpatient practice. Clinical practice. 2019; 10 (1): 48-56, doi: 10.17816 / clinpract 10148-56]. This is inconvenient and lengthens the measurement procedure.

Но способ и устройства, реализующие вышеописанную методику определения каротидно-феморальный СРПВ, имеют и более серьезные недостатки. Во-первых, использование модуля ЭКГ делает такие устройства сложными и дорогими. Во-вторых, они являются достаточно громоздкими, а для работы с ними, как и с большинством стандартных ультразвуковых (УЗИ) приборов, требуются специальные навыки (обучение), т.е. для их применения требуется квалифицированный врач-оператор. Например, надо уметь правильно вручную позиционировать УЗИ-датчик на сонной и бедренной артериях. Самостоятельное применение пациентом у себя дома таких приборов исключается. В-третьих, в этом способе одновременно не измеряется АД и не задействуются для исследования периферические сосуды конечностей.But the method and devices that implement the above-described technique for determining carotid-femoral PWV have more serious disadvantages. First, the use of an ECG module makes such devices complex and expensive. Secondly, they are quite cumbersome, and to work with them, as with most standard ultrasound (US) devices, special skills (training) are required, i.e. a qualified operator is required for their use. For example, you need to be able to correctly position the ultrasound probe manually on the carotid and femoral arteries. Independent use of such devices by the patient at home is excluded. Thirdly, in this method, blood pressure is not simultaneously measured and peripheral vessels of the extremities are not used for research.

Дополнительно известны сегодня методы и приборы, сочетающие тонометр АД и оптические датчики регистрации ПВ и её формы на периферии конечностей, в том числе на пальцах, - пульсоксиметрические и ФПГ-датчики. Такие датчики содержат минимум один источник и один приемник оптического излучения и работают на принципах абсорбционной оптической спектроскопии, регистрируя оптическую плотность тканей в видимом и/или ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, которая зависит, в свою очередь, от объемного кровенаполнения исследуемого участка органа, участка кожи, например, (Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiological measurement. 2007. 28 (3): R1-R39). Например, известно устройство для неинвазивного измерения АД при помощи надувной манжеты с выносным оптическим пульсоксиметрическим датчиком для оценки качества пульсового сигнала и перекалибровки прибора (патент № US9687161 В2, 2017). Однако, данное устройство измеряет только АД и не позволяет измерять СРПВ, а пульсоксиметрический датчик используется в нем для получения опорного сигнала ПВ, с которым затем сравнивается регистрируемый устройством пульсовой сигнал, и при больших расхождениях их форм принимается решение о перекалибровке устройства.Additionally, methods and devices are known today that combine a blood pressure tonometer and optical sensors for recording PV and its shape on the periphery of the limbs, including fingers, - pulse oximetry and PPG sensors. Such sensors contain at least one source and one receiver of optical radiation and operate on the principles of absorption optical spectroscopy, registering the optical density of tissues in the visible and / or near infrared wavelength range, which, in turn, depends on the volumetric blood filling of the investigated organ area, skin area , for example, (Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiological measurement. 2007.28 (3): R1-R39). For example, a device for non-invasive measurement of blood pressure using an inflatable cuff with an external optical pulse oximetric sensor for assessing the quality of the pulse signal and recalibrating the device is known (patent No. US9687161 B2, 2017). However, this device measures only blood pressure and does not allow measuring PWV, and the pulse oximetry sensor is used in it to obtain a reference PV signal, with which the pulse signal recorded by the device is then compared, and in case of large discrepancies in their shapes, a decision is made to recalibrate the device.

Также известны близкие по смыслу к определению СРПВ «двухточечные» устройства, не получившие, правда, широкого распространения на практике, реализующие, наоборот, технологию косвенного неинвазивного измерения АД (технология CNIBP) по задержке времени прохождения ПВ от одной точки тела до другой (Pulse transit time), что позволяет не использовать надувную компрессионную манжету (заявка US № 2010/0081892 А1 (2010), Task Force Monitor systems (CNSystems Medizintechnik GmbH, Австрия). Это перспективно для систем суточного мониторирования АД. Для регистрации импульсов ПВ такие приборы используют ФПГ-датчики, один из которых может крепиться на голове (лоб, мочка уха) или груди, а второй на запястье руки, кончике пальца руки, ноги и т.д. Эти устройства могут дополнительно снабжаться ЭКГ модулем, однако непосредственно СРПВ такими приборами не измеряется и не анализируется. По регистрируемой задержке времени прохождения ПВ с учётом известной зависимости АД от СРПВ (Elgendi M., Fletcher R., Liang Y., Howard N. et al. The use of photoplethysmography for assessing hypertension // NPJ digital medicine. 2019. 2(1): 1-11) в этих устройствах косвенно вычисляется АД, но не очень точно, т.к. в общем случае АД зависит не только от СРПВ, но и от других параметров ССС, сердечного выброса, в частности, т.е. такие безманжетные тонометры пока не очень точны.Also known are “point-to-point” devices close in meaning to the definition of PWV, which, however, have not received widespread use in practice, realizing, on the contrary, the technology of indirect non-invasive measurement of blood pressure (CNIBP technology) by delaying the transit time of the PT from one point of the body to another (Pulse transit time), which makes it possible not to use an inflatable compression cuff (application US No. 2010/0081892 A1 (2010), Task Force Monitor systems (CNSystems Medizintechnik GmbH, Austria). This is promising for daily blood pressure monitoring systems. -sensors, one of which can be mounted on the head (forehead, earlobe) or chest, and the second on the wrist, fingertips, feet, etc. These devices can be additionally equipped with an ECG module, however, PWV is not directly measured by such devices and is not analyzed.According to the recorded delay in the time of passage of the PV, taking into account the known dependence of blood pressure on the PWV (Elgendi M., Fletcher R., Lia ng Y., Howard N. et al. The use of photoplethysmography for assessing hypertension // NPJ digital medicine. 2019.2 (1): 1-11) in these devices, blood pressure is indirectly calculated, but not very accurately, because in general, blood pressure depends not only on PWV, but also on other parameters of the CVS, cardiac output, in particular, i.e. such cuffless blood pressure monitors are not yet very accurate.

Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является устройство и способ для неинвазивного измерения осциллометрическим методом каротидно-феморальной СРПВ (заявка WO № 2011/045806 A1, 2011). Устройство, реализующее соответствующий способ, состоит из четырех стандартных надувных манжет от тонометра, крепящихся на конечностях испытуемого, и модуля ЭКГ. При этом две манжеты крепятся на плечи рук и две на нижние части голеней ног, чем задействуются для исследования все основные периферические артерии конечности. Каждая манжета соединена со своим собственным тонометром АД, включающим в себя пневматический блок, состоящий из ротационного компрессора (насоса), пневматического клапана и датчика давления воздуха в манжете, и электронный блок обработки сигнала датчика давления, определения (вычисления) АД и управления работой всех узлов и блоков устройства.Closest to the proposed method and device is a device and method for non-invasive oscillometric measurement of the carotid-femoral PWV (application WO No. 2011/045806 A1, 2011). A device that implements the corresponding method consists of four standard inflatable cuffs from a tonometer, attached to the subject's limbs, and an ECG module. In this case, two cuffs are attached to the shoulders of the arms and two to the lower parts of the lower legs, thereby using all the main peripheral arteries of the limb for research. Each cuff is connected to its own BP tonometer, which includes a pneumatic unit consisting of a rotary compressor (pump), a pneumatic valve and an air pressure sensor in the cuff, and an electronic unit for processing the pressure sensor signal, determining (calculating) BP and controlling the operation of all units and device blocks.

Способ состоит из последовательного выполнения двух этапов. На первом этапе все манжеты одновременно накачиваются до давления, заведомо выше САД, далее они медленно сдуваются и определяются САД, ДАД и АДср для всех 4-х конечностей стандартным осциллометрическим методом. Найденные значения САД, ДАД и АДср сохраняются в памяти микропроцессора электронного блока для дальнейшего анализа. На втором этапе измерений все четыре манжеты накачиваются до АДср, при котором наиболее четко проявляется ПВ, и удерживаются на этом уровне в течение необходимого времени измерений. За это время записываются и сохраняются осциллограммы давления со всех 4-х датчиков давления в манжетах и электрокардиограммы с двух отведений. Далее определяется СРПВ отдельно по левой и правой сторонам тела человека. Левосторонняя СРПВ (PWVLP) определяется по временной задержке регистрации сигналов давления на левой руке и левой ноге по формуле:The method consists of the sequential execution of two stages. At the first stage, all cuffs are simultaneously inflated to a pressure that is obviously higher than SBP, then they are slowly deflated and SBP, DBP and ABP are determined for all 4 extremities using the standard oscillometric method. The found values of SBP, DBP and ABP are saved in the memory of the microprocessor of the electronic unit for further analysis. At the second stage of measurements, all four cuffs are inflated to the ABP, at which the PT is most clearly manifested, and are held at this level for the required measurement time. During this time, pressure oscillograms from all 4 cuff pressure sensors and electrocardiogram from two leads are recorded and saved. Further, the PWV is determined separately on the left and right sides of the human body. Left-sided PWVLP (PWVLP) is determined by the time delay in recording pressure signals on the left arm and left leg by the formula:

PWVLP = DLP/TLP, (2)PWVLP = DLP / TLP, (2)

где DLP – расстояние, полученное путем суммирования расстояния от манжеты на левой верхней конечности до сердца и от сердца до манжеты на левой нижней конечности; при этом данные расстояния определяются при помощи обычной измерительной рулетки; TLP – временная задержка ПВ между осциллограммами, полученными с манжеты на левой верхней конечности и манжеты на левой нижней конечности.where DLP is the distance obtained by summing the distance from the cuff on the left upper limb to the heart and from the heart to the cuff on the left lower limb; while these distances are determined using a conventional measuring tape; TLP - time delay PT between waveforms obtained from the cuff on the left upper limb and the cuff on the left lower limb.

Аналогично вычисляется СРПВ (PWVRP) на правой стороне тела:The PWVRP on the right side of the body is calculated similarly:

PWVRP = DRP/TRP, (3)PWVRP = DRP / TRP, (3)

где DRP – расстояние, полученное путем суммирования расстояния от манжеты на правой верхней конечности до сердца и от сердца до манжеты на правой нижней конечности, TRP – временная задержка ПВ между осциллограммами, полученными с манжеты на правой верхней конечности и манжеты на правой нижней конечности.where DRP is the distance obtained by summing the distance from the cuff on the right upper limb to the heart and from the heart to the cuff on the right lower limb, TRP is the PT time delay between the waveforms obtained from the cuff on the right upper limb and the cuff on the right lower limb.

Далее определяется усредненная периферическая СРПВ (PWV) путем усреднения значений PWVLP и PWVRP:Next, the averaged peripheral PWV (PWV) is determined by averaging the PWVLP and PWVRP values:

PWV=( PWVLP+PWVRP)/2. (4) PWV = (PWVLP + PWVRP) / 2. (four)

Конечное значение каротидно-феморальной СРПВ вычисляется как:The final value of carotid-femoral PWV is calculated as:

PWVCF = k⋅PWV + C, (5)PWVCF = k⋅PWV + C, (5)

где k – коэффициент пропорциональности между каротидно-феморальной СРПВ и СРПВ от верхней до нижней конечности, C – численная константа. Коэффициенты k и C определяются из регрессионного анализа параметров аорты, полученных из статистически значимого популяционного набора стандартными ультразвуковыми методами измерения.where k is the coefficient of proportionality between carotid-femoral PWV and PWV from the upper to the lower limb, C is a numerical constant. Coefficients k and C are determined from regression analysis of aortic parameters obtained from a statistically significant population set using standard ultrasound measurement methods.

Способ и устройство-прототип являются неинвазивными, автоматизированными, не требуют участия квалифицированного врача-оператора и в целом позволяют получать практически одновременно данные по АД и по интегральным СРПВ на левой и правой сторонах тела - PWVLP и PWVRP.The method and the prototype device are non-invasive, automated, do not require the participation of a qualified operator and, in general, allow obtaining almost simultaneously data on blood pressure and integral PWV on the left and right sides of the body - PWVLP and PWVRP.

Однако, способ и устройство-прототип обладают следующими недостатками:However, the method and the prototype device have the following disadvantages:

1. Во-первых, измерения АД и СРПВ, все же, несколько разнесены по времени. Измерения выполняются в два этапа, что еще длительно и неудобно для пациента. 1. First, the measurements of blood pressure and PWV are, nevertheless, somewhat spaced in time. Measurements are performed in two stages, which is still time-consuming and inconvenient for the patient.

2. Во-вторых, даже для одной стороны тела необходимо использовать два тонометра – две манжеты и два независимых пневматических и электронных модуля, что удорожает конструкцию. 2. Secondly, even for one side of the body, it is necessary to use two tonometers - two cuffs and two independent pneumatic and electronic modules, which increases the cost of the design.

3. В-третьих, не задействуются для анализа интегральной СРПВ мелкие артерии ступни конечности (измерения проводятся до нижней части голени).3. Thirdly, the small arteries of the foot of the limb are not used for the analysis of integral PWV (measurements are taken to the lower part of the leg).

4. В-четвертых, указанная формула для вычисления СРПВ является не точной из-за того, что в ней используется сумма расстояний от манжеты на верхней конечности до сердца и от сердца до манжеты на нижней конечности. Хотя очевидно, что ПВ распространяется от сердца в конечности параллельно, и в момент, когда ПВ регистрируется плечевой манжетой на руке, эта же ПВ, движущаяся к голени ноги, уже находится ниже сердца. Следовательно, для вычисления СРПВ необходимо использовать разницу расстояний от сердца до манжеты на нижней конечности и от сердца до манжеты на верхней конечности, а не их сумму.4. Fourth, this formula for calculating PWV is not accurate due to the fact that it uses the sum of the distances from the cuff on the upper limb to the heart and from the heart to the cuff on the lower limb. Although it is obvious that the PV extends from the heart to the limb in parallel, and at the moment when the PV is registered by the shoulder cuff on the arm, the same PV moving to the lower leg of the leg is already located below the heart. Therefore, to calculate PWV it is necessary to use the difference in the distances from the heart to the cuff on the lower limb and from the heart to the cuff on the upper limb, and not their sum.

5. В-пятых, как известно, электронные схемы усиления и фильтрации сигналов, которые в данном случае в прототипе используются для усиления и фильтрации сигналов с датчиков давления воздуха в манжетах, обладают некоторой задержкой распространения сигнала и могут вносить искажения в фазу пульсового сигнала (искажать время распространения ПВ). В устройстве-прототипе задействуются для одной стороны тела человека две такие электронные схемы, для двух манжет, но задержки в них сигнала никак не учтены и не синхронизированы в устройстве. В результате, измеряемая задержка времени распространения ПВ может быть выполнена с погрешностью на вносимые электронными схемами собственные задержки, что снижает точность измерений. 5. Fifth, as you know, electronic circuits for amplifying and filtering signals, which in this case in the prototype are used to amplify and filter signals from air pressure sensors in the cuffs, have a certain delay in signal propagation and can distort the phase of the pulse signal (distort propagation time of PV). In the prototype device, two such electronic circuits are used for one side of the human body, for two cuffs, but the signal delays in them are in no way taken into account and are not synchronized in the device. As a result, the measured delay in the propagation time of the PW can be performed with an error for the intrinsic delays introduced by the electronic circuits, which reduces the measurement accuracy.

Таким образом, в медицине существует актуальная потребность в способе и устройстве для неинвазивного одновременного измерения АД и интегральной СРПВ, лишенных указанных недостатков.Thus, in medicine, there is an urgent need for a method and device for non-invasive simultaneous measurement of blood pressure and integral PWV, devoid of these disadvantages.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задача настоящего изобретения состоит в разработке неинвазивного способа и устройства для быстрого и точного определения интегральной скорости распространения пульсовой волны (СРПВ) в сосудах разной иерархии вдоль всего тела одновременно с процедурой измерения артериального давления (АД) стандартным осциллометрическим методом с целью последующей оценки состояния кровеносных сосудов и общего функционального состояния ССС пациента. При этом разрабатываемые способ и устройство должны предоставлять возможность использовать их в домашних условиях, для чего устройство по сравнению с прототипом должно быть более простое в обращении и по конструкции, что, соответственно сделает его и более дешевым для потребителя.The objective of the present invention is to develop a non-invasive method and device for quickly and accurately determining the integral velocity of propagation of the pulse wave (PWV) in vessels of different hierarchy along the whole body simultaneously with the procedure for measuring blood pressure (BP) by a standard oscillometric method in order to subsequently assess the state of blood vessels and the general functional state of the patient's CVS. At the same time, the developed method and device should provide an opportunity to use them at home, for which the device, in comparison with the prototype, should be simpler in handling and design, which, accordingly, will make it cheaper for the consumer.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности и достоверности измерений СРПВ, а также в уменьшении числа конструктивных элементов в устройстве, в частности, компрессионных манжет, и в исключении из конструкции дорогостоящего модуля ЭКГ.The technical result achieved with the use of the invention consists in increasing the accuracy and reliability of the PWV measurements, as well as in reducing the number of structural elements in the device, in particular, compression cuffs, and in eliminating the expensive ECG module from the design.

Технический результат достигается за счет того, что способ измерения скорости распространения пульсовой волны заключается в следующем:The technical result is achieved due to the fact that the method for measuring the speed of propagation of the pulse wave is as follows:

- осуществляют регистрацию пульсовых волн давлений воздуха в компрессионной манжете тонометра, установленной на плече пациента, во время накачки или сброса давления в компрессионной манжете на интервале между систолическим давлением и диастолическим давлением, который определяется превышением амплитуд пульсаций давления Ар заранее выбранного порогового значения Ар_пор: Ар > Ар_пор,- register the pulse waves of air pressure in the compression cuff of the tonometer installed on the patient's shoulder during pumping or release of pressure in the compression cuff in the interval between systolic pressure and diastolic pressure, which is determined by the excess of the amplitudes of pressure pulsations Ap of the preselected threshold value Ap_pore: Ap> Ap_por,

- одновременно на этом же интервале между систолическим и диастолическим давлениями осуществляют регистрацию пульсовой волны давления на участке большого пальца ноги с помощью метода фотоплетизмографии, - simultaneously at the same interval between systolic and diastolic pressures, the pulse pressure wave is recorded in the area of the big toe using the method of photoplethysmography,

- осуществляют обработку полученных сигналов осциллограммы с манжеты тонометра и фотоплетизмограммы, регистрируемой с участка большого пальца ноги, в режиме реального времени, определяют временную задержку распространения пульсовой волны давления

между плечом и пальцем ноги как разницу во времени между i-ым локальным максимумом второй производной сигнала фотоплетизмограммы и i-ым локальным максимумом второй производной сигнала осциллограммы, - carry out the processing of the received signals of the oscillogram from the cuff of the tonometer and the photoplethysmogram recorded from the area of the big toe, in real time, determine the time delay of the propagation of the pressure pulse wave

between the shoulder and toe as the time difference between the i-th local maximum of the second derivative of the photoplethysmogram signal and the i-th local maximum of the second derivative of the oscillogram signal,

- вычисляют интегральное значение скорости распространения пульсовой волны PWVe по формуле- calculate the integral value of the velocity of propagation of the pulse wave PWVe according to the formula

,

где D1 – расстояние между сердцем и серединой плеча пациента, на котором крепится манжета тонометра, D2 – расстояние между сердцем и участком большого пальца ноги,

– усредненные временные задержки

по всем импульсам давления пульсовой волны N в записанных сигналах осциллограммы и фотоплетизмограммы, рассчитанное по формуле:where D1 is the distance between the heart and the middle of the patient's shoulder, on which the tonometer cuff is attached, D2 is the distance between the heart and the big toe,

- average time delays

for all pressure pulses of the pulse wave N in the recorded signals of the oscillogram and photoplethysmogram, calculated by the formula:

.

...

В некоторых вариантах осуществления изобретения участком большого пальца ноги является дистальная фаланга большого пальца ноги.In some embodiments, the big toe portion is the distal phalanx of the big toe.

В некоторых вариантах осуществления участком большого пальца ноги является подушечка стопы у основания большого пальца ноги.In some embodiments, the big toe portion is the ball of the foot at the base of the big toe.

Технический результат достигается за счет того, что устройство измерения скорости распространения пульсовой волны включает автоматический тонометр 4 для измерения артериального давления осциллометрическим методом с присоединенной к нему плечевой компрессионной манжетой 5 и оптический ФПГ-датчик 6, причем тонометр 4 состоит из пневматического блока 7, включающего в себя блок накачки давления в манжете 71, пневматический клапан сброса давления 72 и датчик давления воздуха в манжете 73, которые соединены пневматически параллельно с манжетой 5, и электронного блока 8, включающего в себя соединенные последовательно аналоговый блок усиления сигнала 81 с датчика давления воздуха в манжете 73, блок оцифровки аналогового сигнала давления 82, блок цифровой фильтрации сигнала давления 83 с регулируемой групповой задержкой τ1 для получения из сигнала давления осциллограммы пульсирующей его части и постоянной компоненты давления в манжете, и микропроцессор 84, при этом ФПГ-датчик 6 выполнен с возможностью подключения к микропроцессору 84 тонометра через встроенные в электронный блок 8 тонометра последовательно соединенные аналоговый блок усиления сигнала 61 с ФПГ-датчика 6, блок оцифровки аналогового сигнала 62 с ФПГ-датчика 6 и блок цифровой фильтрации сигнала 63 с ФПГ-датчика 6 с регулируемой групповой задержкой τ2 для получения сигнала фотоплетизмограммы, причем управляющие выходы микропроцессора 84 соединены со входами управления блока накачки давления в манжете 71, пневматического клапана сброса давления 72 и с ФПГ-датчиком 6, а микропроцессор 84 тонометра выполнен с возможностью обрабатывать все поступающие сигналы с пневматического блока 7 и оптического ФПГ-датчика 6, осуществлять вычисления для измерения скорости распространения пульсовой волны, а также управлять работой ФПГ-датчика 6 и пневматическим блоком 7.The technical result is achieved due to the fact that the device for measuring the speed of propagation of the pulse wave includes an automatic tonometer 4 for measuring blood pressure by an oscillometric method with a shoulder compression cuff 5 attached to it and an optical PPG sensor 6, and the tonometer 4 consists of a pneumatic unit 7, including itself a cuff pressure pumping unit 71, a pneumatic pressure relief valve 72 and an air pressure sensor in the cuff 73, which are connected pneumatically in parallel with the cuff 5, and an electronic unit 8, which includes an analog signal amplification unit 81 from the cuff air pressure sensor connected in series 73, a block for digitizing an analog pressure signal 82, a block for digital filtering of a pressure signal 83 with an adjustable group delay τ1 to obtain from the pressure signal an oscillogram of its pulsating part and a constant cuff pressure component, and a microprocessor 84, while the PPG sensor 6 is made with the possibility the connection to the microprocessor 84 of the tonometer through the built-in electronic unit 8 of the tonometer connected in series with the analog signal amplification unit 61 from the PPG sensor 6, the unit for digitizing the analog signal 62 from the PPG sensor 6 and the digital filtering unit of the signal 63 from the PPG sensor 6 with an adjustable group delay τ2 to obtain a photoplethysmogram signal, and the control outputs of the microprocessor 84 are connected to the control inputs of the cuff pressure pump 71, the pneumatic pressure relief valve 72 and the PPG sensor 6, and the tonometer microprocessor 84 is configured to process all incoming signals from the pneumatic unit 7 and an optical PPG sensor 6, to carry out calculations to measure the propagation velocity of the pulse wave, as well as to control the operation of the PPG sensor 6 and the pneumatic unit 7.

В некоторых вариантах осуществления ФПГ-датчик 6 включает по меньшей мере один излучатель 64, вход которого соединен с управляющим выходом микропроцессора 84 тонометра, и фотоприемник 65, выход которого подключен к аналоговому блоку усиления сигнала 61.In some embodiments, the PPG sensor 6 includes at least one emitter 64, the input of which is connected to the control output of the microprocessor 84 of the tonometer, and a photodetector 65, the output of which is connected to an analog signal amplification unit 61.

В некоторых вариантах осуществления частота дискретизации блока оцифровки аналогового сигнала 62 с ФПГ-датчика 6 и блока оцифровки аналогового сигнала 82 с датчика давления воздуха в манжете 73 является одинаковой и составляет не менее 250 Гц.In some embodiments, the sampling frequency of the block for digitizing the analog signal 62 from the PPG sensor 6 and the block for digitizing the analog signal 82 from the air pressure sensor in the cuff 73 is the same and is not less than 250 Hz.

В некоторых вариантах осуществления блок цифровой фильтрации сигнала давления 83 и блок цифровой фильтрации сигнала 63 с ФПГ-датчика 6 выполнены с возможностью обеспечения одинаковой временной задержкой при обработке сигналов.In some embodiments, the digital filtering unit of the pressure signal 83 and the digital filtering unit of the signal 63 from the PPG sensor 6 are configured to provide the same time delay in signal processing.

В некоторых вариантах осуществления что блоком цифровой фильтрации сигнала давления 83 и блоком цифровой фильтрации сигнала 63 с ФПГ-датчика 6 являются цифровые фильтры Баттерворта, или фильтры Чебышева, или фильтры Бесселя, или их комбинация.In some embodiments, the digital filtering unit of the pressure signal 83 and the digital filtering unit of the signal 63 from the PPG sensor 6 are digital Butterworth filters, or Chebyshev filters, or Bessel filters, or a combination thereof.

В некоторых вариантах осуществления фильтры выполнены перестраиваемыми, и параметры фильтров выбираются таким образом, чтобы одновременно поступившие на датчик давления воздуха в манжете 73 и ФПГ-датчик 6 сигналы пульсовой волны одновременно передавались в микропроцессор 84 тонометра.In some embodiments, the filters are tunable, and the filter parameters are selected so that the pulse wave signals simultaneously supplied to the cuff air pressure sensor 73 and PPG sensor 6 are simultaneously transmitted to the tonometer microprocessor 84.

В некоторых вариантах осуществления нижняя и верхняя частоты срезов, тип и порядок фильтров выбираются одинаковыми.In some embodiments, the low and high cutoff frequencies, type and order of filters are selected to be the same.

Обеспечение возможности одновременного измерения АД и СРПВ «двухточечным» методом непосредственно во время процедуры измерения АД во время накачки/сброса давления в компрессионной манжете на интервале между САД и ДАД позволяет проводить измерения в один этап, увеличить точность и достоверность результатов измерения.Providing the possibility of simultaneous measurement of blood pressure and PWV using the "two-point" method directly during the procedure for measuring blood pressure during pumping / relieving pressure in the compression cuff in the interval between SBP and DBP allows measurements to be carried out in one stage, to increase the accuracy and reliability of measurement results.

Выбор двух точек измерения, между которыми определяется СРПВ, таких как плечо и палец ноги, обеспечивает неискаженные данные измерений СРПВ в сравнении с выбором двух точек, таких как плечо и палец руки. Selecting two measurement points between which the PWV is determined, such as the shoulder and toe, provides undistorted PWV measurements compared to selecting two points, such as the shoulder and finger.

Вычисление времени распространения ПВ давления как временная задержка

регистрации ПВ между плечом (рукой) и ногой, определяемая как разница во времени между «подножием» (началом) i-ой прямой волны фотоплетизмограммы, регистрируемой ФПГ-датчиком на ноге, и «подножием» (началом) соответствующей i-ой ПВ давления, регистрируемой датчиком давления тонометра в манжете на плече, позволяет избежать погрешностей и ошибок измерений СРПВ, связанных с эффектом «размытия» формы ПВ по мере ее распространения по сосудам.Calculation of the propagation time of the PT pressure as a time delay

registration of PT between the shoulder (arm) and the leg, defined as the time difference between the “foot” (beginning) of the i-th direct wave of the photoplethysmogram recorded by the PPG sensor on the leg, and the “foot” (beginning) of the corresponding i-th PT pressure, registered by the pressure sensor of the tonometer in the cuff on the shoulder, allows you to avoid errors and errors in measurements of PWV associated with the effect of "blurring" the shape of the PV as it propagates through the vessels.

Предлагаемое устройство не требует выполнения измерений в два этапа, что позволяет одномоментно, т.е. за один этап, получать данные по САД, ДАД и СРПВ.The proposed device does not require measurements in two stages, which allows one-time, i.e. in one step, to receive data on SBP, DBP and PWV.

Предлагаемое устройство не содержит сложных и дорогостоящих конструктивных элементов, таких как модуль ЭКГ, имеет всего одну компрессионную манжету, что упрощает его использование и делает его доступным для использования в домашних условиях.The proposed device does not contain complex and expensive structural elements, such as an ECG module, has only one compression cuff, which simplifies its use and makes it available for use at home.

Используемый алгоритм позволяет задействовать для анализа интегральной СРПВ мелкие артерии ступни конечности вплоть до артерий и артериол пальца ноги, что позволяет проводить измерения вдоль всего тела. The algorithm used makes it possible to use small arteries of the foot of the limb up to the arteries and arterioles of the toe for the analysis of integral PWV, which allows measurements along the entire body.

Устройство содержит блоки цифровой фильтрации в каждом из каналов с регулируемой групповой задержкой распространения сигнала, что позволяет за счет регулировки минимизировать погрешности и ошибки измерений, связанные с разной задержкой сигналов в разных электронных блоках (каналах) устройства.The device contains digital filtering units in each of the channels with an adjustable group delay of signal propagation, which allows, by adjusting, to minimize errors and measurement errors associated with different signal delays in different electronic units (channels) of the device.

ТЕРМИНЫ (ОПРЕДЕЛЕНИЯ)TERMS (DEFINITIONS)

Для лучшего понимания настоящего изобретения ниже приведены некоторые термины, использованные в настоящем описании изобретения. Если не определено отдельно, технические и научные термины в данной заявке имеют стандартные значения, общепринятые в научной и технической литературе.For a better understanding of the present invention, below are some of the terms used in the present description of the invention. Unless otherwise specified, technical and scientific terms in this application have the standard meanings generally accepted in the scientific and technical literature.

В настоящем описании и в формуле изобретения термины «включает», «включающий» и «включает в себя», «имеющий», «снабженный», «содержащий» и другие их грамматические формы не предназначены для истолкования в исключительном смысле, а, напротив, используются в неисключительном смысле (т.е., в смысле «имеющий в своем составе»). В качестве исчерпывающего перечня следует рассматривать только выражения типа «состоящий из».In the present description and in the claims, the terms "includes", "including" and "includes", "having", "equipped", "containing" and their other grammatical forms are not intended to be construed in an exclusive sense, but, on the contrary, are used in a non-exclusive sense (ie, in the sense of "including"). Only expressions of the type “consisting of” should be considered as an exhaustive list.

Термины сфигмограмма и плетизмограмма для целей пояснения особенностей данной заявки на изобретение являются синонимами. The terms sphygmogram and plethysmogram are synonymous for purposes of clarifying the features of this application.

Под скоростью распространения пульсовой волны (ПВ) по сосуду с кровью, т.е. под СРПВ, измеряемой предлагаемым «двухточечным» методом, понимается расстояние, которое проходит регистрируемая ПВ между этими двумя выбранными для измерений «точками» вдоль сосуда, измеренное или заранее известное в метрах, деленное на время распространения ПВ в секундах, регистрируемое какими-либо датчиками ПВ в этих двух выбранных «точках». При этом, если сосуд изгибается, например, как дуга аорты, то расстояние считается по оси сосуда, т.е. с учетом изгиба.Under the speed of propagation of the pulse wave (PW) through the blood vessel, i.e. PWV, measured by the proposed "two-point" method, means the distance that the recorded PW travels between these two selected for measurements "points" along the vessel, measured or known in advance in meters, divided by the time of PW propagation in seconds recorded by any PW sensors at these two selected "points". In this case, if the vessel is bent, for example, like an aortic arch, then the distance is calculated along the axis of the vessel, i.e. taking into account the bend.

Под интегральной СРПВ, которая в комплексе характеризует распространение ПВ вдоль группы сосудов разной иерархии, с разной СРПВ в каждом отдельном сосуде, понимается расстояние, которое проходит регистрируемая ПВ между двумя выбранными для измерений «точками» вдоль этой группы сосудов по ходу тока крови, измеренное или заранее известное в метрах, деленное на время распространения ПВ в секундах, регистрируемое какими-либо датчиками ПВ в этих двух выбранных «точках». При этом мелкие изгибы и ветвления сосудов не принимаются во внимание. Так, если один датчик располагается в области сердца, а другой на пальце ноги, то за расстояние, т.е. за путь, который проходит ПВ, принимается непосредственно наикратчайшее измеренное рулеткой расстояние между этими двумя «точками» в положении лёжа с выпрямленными ногами. Integral PWV, which in combination characterizes the distribution of PV along a group of vessels of different hierarchy, with different PWV in each individual vessel, is understood as the distance that the recorded PV travels between two "points" selected for measurements along this group of vessels along the blood flow, measured or known in advance in meters, divided by the time of the SP propagation in seconds, recorded by any SP sensors at these two selected "points". In this case, small bends and branching of the vessels are not taken into account. So, if one sensor is located in the region of the heart, and the other on the toe, then for a distance, i.e. for the path taken by the PV, the shortest distance measured with a tape measure between these two "points" in the prone position with straightened legs is taken directly.

Термин «подножие» ПВ означает условную точку начало подъема импульса прямой ПВ на фотоплетизмограмме и/или осциллограмме (Фиг. 4). По точкам «подножия» ПВ на фотоплетизмограмме и осциллограмме определяется время задержки распространения ПВ по сосудам от плеча (осциллограмма) до пальца ноги (фотоплетизмограмма). Эти точки выбраны в предлагаемом способе как альтернатива точкам максимума (пиков) импульсов прямой ПВ поскольку максимум может сдвигаться из-за размытия формы огибающей ПВ, что приведет к ошибкам измерений. Но если положение точек максимума (пиков) ПВ на фотоплетизмограмме или осциллограмме очевидно, и процедура определения максимума для каждого импульса ПВ общеизвестна – нахождение нуля первой производной сигнала, то положение точки «подножия» на фотоплетизмограмме или осциллограмме не так очевидно, поэтому предложена в описании строгая процедура определения этих точек - нахождение максимумов второй производной сигнала (Фиг. 4).The term "foot" of the PW means the conditional point of the beginning of the rise of the pulse of the straight PW in the photoplethysmogram and / or oscillogram ( Fig. 4 ). From the points of the "foot" of the PV on the photoplethysmogram and the oscillogram, the delay time of the PV propagation along the vessels from the shoulder (oscillogram) to the toe (photoplethysmogram) is determined. These points are selected in the proposed method as an alternative to the points of the maximum (peaks) of the pulses of the direct PW since the maximum can shift due to the blurring of the shape of the PW envelope, which will lead to measurement errors. But if the position of the maximum points (peaks) of the PW on the photoplethysmogram or oscillogram is obvious, and the procedure for determining the maximum for each PW pulse is well known - finding the zero of the first derivative of the signal, then the position of the "foot" point on the photoplethysmogram or oscillogram is not so obvious, therefore, a strict the procedure for determining these points is to find the maxima of the second derivative of the signal ( Fig. 4 ).

Термин «соединенный» означает функционально соединенный, при этом может быть использовано любое количество или комбинация промежуточных элементов между соединяемыми компонентами (включая отсутствие промежуточных элементов).The term "connected" means functionally connected, and any number or combination of intermediate elements between the connected components (including the absence of intermediate elements) can be used.

Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и т.д. используются просто как условные маркеры, не накладывая каких-либо численных или иных ограничений на перечисляемые объекты.In addition, the terms "first", "second", "third", etc. are used simply as conditional markers, without imposing any numerical or other restrictions on the enumerated objects.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Прилагаемые чертежи, которые включены в состав настоящего описания и являются его неотъемлемой частью, иллюстрируют пояснения к изобретению и варианты осуществления изобретения, что совместно с вышеприведенным общим описанием изобретения и нижеприведенным подробным описанием вариантов его осуществления служит для пояснения принципов настоящего изобретения. На чертежах одинаковые позиции применяются для обозначения одинаковых частей.The accompanying drawings, which are included in the present description and are an integral part thereof, illustrate explanations of the invention and embodiments of the invention, which together with the above general description of the invention and the following detailed description of embodiments thereof serves to explain the principles of the present invention. In the drawings, like numbers are used to denote like parts.

На фиг. 1 схематично изображен вид (форма огибающей) пульсовой волны (ПВ), регистрируемой каким-либо датчиком в сосуде с кровью в артериальном звене кровообращения. Пик (гребень) прямой волны обозначен 1, пик гребень обратной обозначен 2, инцизура – 3. FIG. 1 schematically shows a view (envelope) of a pulse wave (PW) recorded by any sensor in a vessel with blood in the arterial link of blood circulation. The peak (crest) of the forward wave is designated 1, the peak ridge of the backward wave is designated 2, and the incisure is 3.

На фиг. 2 схематично представлены реально регистрируемые ФПГ-датчиком различные ПВ после частичного или полного «размытия» по мере распространения по сосудам от центра к периферии для разных испытуемых. (а) – хорошо просматриваемые пики прямой и отраженной ПВ, (б) – частично «размытая» картина, (в) – отсутствие четкого разделения ПВ на прямую и отраженную ПВ. FIG. 2 schematically shows various PTs actually recorded by the PPG sensor after partial or complete "blurring" as they propagate through the vessels from the center to the periphery for different subjects. (a) - clearly visible peaks of the direct and reflected SP, (b) - a partially “blurred” pattern, (c) - the absence of a clear separation of the SP into direct and reflected SP.

На фиг. 3 представлено пояснение к определению задержки времени распространения ПВ по разнице времени прихода ПВ на осциллограмме АД на плече и на фотоплетизмограмме на пальце ноги.FIG. 3 shows an explanation for determining the delay in the propagation time of the PW by the difference in the time of PW arrival on the BP oscillogram on the shoulder and on the photoplethysmogram on the toe.

На фиг. 4 представлено пояснение к определению «подножия» ПВ по графикам осциллограммы и фотоплетизмограммы через вторые производные сигнала. FIG. 4 provides an explanation for the definition of the "foot" of the PV from the graphs of the oscillogram and photoplethysmogram through the second derivatives of the signal.

На фиг. 5 схематично показано расположение датчиков заявляемого устройства на теле человека и определение расстояний между ними. FIG. 5 schematically shows the location of the sensors of the claimed device on the human body and the determination of the distances between them.

На фиг. 6 представлена блок-схема заявляемого нового устройства.FIG. 6 shows a block diagram of the proposed new device.

ОБОЗНАЧЕНИЯSYMBOLS

4 – автоматический тонометр, 5 – компрессионная манжета тонометра, 6 – ФПГ-датчик, 7 – пневматический блок тонометра, 8 – электронный блок тонометра, 61 - аналоговый блок усиления сигнала с ФПГ-датчика, 62 - блок оцифровки аналогового сигнала с ФПГ-датчика, 63 - блок цифровой фильтрации сигнала с ФПГ-датчика с регулируемой групповой задержкой, 64 – излучатель ФПГ-датчика, 65 - фотоприемник ФПГ-датчика, 71 - блок накачки давления в манжете, 72 - пневматический клапан сброса давления, 73 – датчик давления воздуха в манжете, 81 - аналоговый блок усиления сигнала с датчика давления, 82 - блок оцифровки аналогового сигнала давления, 83 - блок цифровой фильтрации сигнала давления с регулируемой групповой задержкой, 84 – микропроцессор, 85 - блок индикации результатов измерений (дисплей), 86 - кнопочный блок для управления работой микропроцессора и всего устройства в целом.4 - automatic tonometer, 5 - tonometer compression cuff, 6 - FPG-sensor, 7 - pneumatic tonometer unit, 8 - tonometer electronic unit, 61 - analog signal amplification unit from FPG-sensor, 62 - analog signal digitizing unit from FPG-sensor , 63 - block for digital filtering of the signal from the PPG sensor with adjustable group delay, 64 - emitter of the PPG sensor, 65 - photodetector of the PPG sensor, 71 - pumping unit for cuff pressure, 72 - pneumatic pressure relief valve, 73 - air pressure sensor in the cuff, 81 - an analog unit for amplifying a signal from a pressure sensor, 82 - a unit for digitizing an analog pressure signal, 83 - a digital filtering unit for a pressure signal with an adjustable group delay, 84 - a microprocessor, 85 - a unit for indicating measurement results (display), 86 - push-button a block for controlling the operation of the microprocessor and the entire device as a whole.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯCARRYING OUT THE INVENTION

В целом, настоящее изобретение относится к «двухточечному» способу определения интегральной СРПВ, по которой далее врачи судят об общей жёсткости стенок сосудов разной иерархии и оценивают в комплексе их общее функциональное состояние. In general, the present invention relates to a "point-to-point" method for determining integral PWV, by which doctors further judge the general stiffness of the walls of vessels of different hierarchies and evaluate their overall functional state as a whole.

В заявляемом способе предлагается одновременно с обычной процедурой измерения АД осциллометрическим методом с помощью автоматического тонометра АД с плечевой компрессионной манжетой дополнительно измерять «двухточечным» методом интегральную СРПВ на интервале от плеча до пальца ноги пациента. In the claimed method, it is proposed, simultaneously with the usual procedure for measuring blood pressure by the oscillometric method, using an automatic blood pressure monitor with a shoulder compression cuff, to additionally measure the integral PWV by the "two-point" method in the interval from the shoulder to the toe of the patient.

Отличительной особенностью предлагаемого способа является регистрация в качестве первой «точки» ПВ давления воздуха в манжете тонометра, которая регистрируется обычным датчиком давления тонометра. Манжета располагается при измерениях стандартным образом не плече пациента. А в качестве второй «точки» для регистрации ПВ используется в предлагаемом способе дистальная фаланга большого пальца ноги и используется известный из уровня техники метод оптической фотоплетизмографии (ФПГ) на просвет или на отражение для регистрации ПВ, т.е. конструктивно для регистрации ПВ используется оптический ФПГ-датчик. В случае отсутствия у пациента или сильного поражения большого пальца ноги (например, при диабетической стопе), возможно проведение измерений ФПГ-датчиком на отражение на подушечке стопы у основания большого пальца. A distinctive feature of the proposed method is the registration of the air pressure in the tonometer cuff as the first "point" of the PV, which is recorded by a conventional tonometer pressure sensor. The cuff is positioned for measurements in a standard way on the patient's shoulder. And as the second "point" for PV registration, the distal phalanx of the big toe is used in the proposed method and the method of optical photoplethysmography (PPG) known from the prior art is used for transmission or reflection to register PV, i.e. Structurally, an optical PPG sensor is used to register PW. If the patient does not have a big toe or has a severe lesion (for example, with a diabetic foot), it is possible to take measurements with a PPG sensor for reflection on the ball of the foot at the base of the big toe.

СРПВ регистрируется в предлагаемом новом способе непосредственно во время процедуры измерения АД во время накачки/сброса давления в компрессионной манжете на интервале между САД и ДАД, который определяется превышением амплитуд пульсаций давления Ар некоторого заранее выбранного их порогового значения Ар_пор:PWV is recorded in the proposed new method directly during the procedure for measuring blood pressure during pumping / depressurization in the compression cuff in the interval between SBP and DBP, which is determined by the excess of the amplitudes of pressure pulsations Ap of some preselected threshold value Ap_pore:

Ар > Ар_пор (6)Ap> Ap_por (6)

Это необходимо для более надежной регистрации ПВ давления в манжете тонометра. Вне этого интервала пульсации нестабильны и соизмеримы с уровнем шума в пневмосистеме тонометра, что резко снижает точность и воспроизводимость результатов измерений. This is necessary for a more reliable recording of the PT pressure in the tonometer cuff. Outside this interval, pulsations are unstable and comparable with the noise level in the pneumatic system of the tonometer, which sharply reduces the accuracy and reproducibility of measurement results.

Конкретное числовое значение Ар_пор зависит от конструкции устройства, чувствительности используемого в нем датчика давления, коэффициента усиления сигнала датчика давления электронной схемой усиления и фильтрации сигнала и т.д. и определяется опытным путём при настройке устройства на производстве. Например, в качестве Ар_пор может быть выбрана амплитуда пульсаций в 5% (0.05) от среднего значения максимальных амплитуд пульсаций Ар_max регистрируемых прибором в 10 тестовых отладочных измерений на 10 испытуемых. The specific numerical value of Ap_por depends on the design of the device, the sensitivity of the pressure sensor used in it, the amplification factor of the pressure sensor signal by the electronic signal amplification and filtering circuit, etc. and is determined empirically when setting up the device in production. For example, the amplitude of pulsations in 5% (0.05) of the average value of the maximum amplitudes of pulsations Ap_max recorded by the device in 10 test debug measurements per 10 subjects can be selected as Ap_por.

Внутри указанного интервала давлений между САД и ДАД, который определяется превышением амплитуд пульсаций давления Ар некоторого заранее выбранного их порогового значения Ар_пор, пульсации давления в манжете принимаются в качестве рабочих для измерения СРПВ. Within the specified interval of pressures between SBP and DBP, which is determined by the excess of the amplitudes of pressure pulsations Ap of a certain preselected threshold value Ap_por, pressure pulsations in the cuff are taken as working ones for measuring PWV.

Задержка времени распространения ПВ в новом способе определяется между этими пульсациями давления в манжете тонометра и пульсациями давления, регистрируемыми ФПГ-датчиком в области большого пальца ноги пациента (дистальная фаланга пальца или подушечка стопы у основания пальца). Палец ноги вместо пальца руки выбирается в данном способе в силу того, что при накачке давления и окклюзии сосудов плеча манжетой условия прохождения ПВ по артериям руки меняются, вследствие чего данные по СРПВ на руке получаются искажёнными, не соответствующими обычным условиям тока крови «в покое». Для сосудов нижней конечности этот эффект, очевидно, отсутствует, поэтому палец ноги выбран в качестве второй «точки» регистрации ПВ давления в предлагаемом способе. Кроме того, использование области большого пальца ноги позволяет измерять интегральную СРПВ вдоль всего тела пациента. The delay in the PT propagation time in the new method is determined between these pressure pulsations in the tonometer cuff and the pressure pulsations recorded by the PPG sensor in the area of the patient's big toe (distal phalanx of the toe or the ball of the foot at the base of the toe). A toe instead of a finger is chosen in this method due to the fact that when the pressure is pumped and the vessels of the shoulder are occluded by the cuff, the conditions for the passage of the PT through the arteries of the arm change, as a result of which the data on PWV on the hand are distorted, not corresponding to the usual conditions of blood flow "at rest" ... For the vessels of the lower extremity, this effect is obviously absent, therefore the toe is chosen as the second "point" for recording the PT pressure in the proposed method. In addition, the use of the big toe area allows for the measurement of integral PWV along the patient's entire body.

Время распространения ПВ давления в предлагаемом способе определяется как временная задержка ΔT_iрегистрации ПВ между плечом (рукой) и ногой. Эта задержка определяется как разница во времени между «подножием» (началом) i-ой прямой волны фотоплетизмограммы, регистрируемой ФПГ-датчиком на ноге, и «подножием» (началом) соответствующей i-ой ПВ давления, регистрируемой датчиком давления тонометра в манжете на плече (Фиг. 3). «Подножия» определяются при помощи сигналов вторых производных осциллограммы давления в манжете на плече и фотоплетизмограммы на пальце ноги. Для этого вычисляются вторые производные сигналов осциллограммы и фотоплетизмограммы, например, не ограничиваясь, используя алгоритмы, описанные в Chiu Y.C., Arand P.W., Shroff S.G., Feldman T., Carroll J.D. Determination of pulse wave velocities with computerized algorithms // American heart journal. – 1991. – V. 121. – №. 5. – P. 1460-1470, и определяют локальные максимумы вычисленных вторых производных, положение которых по шкале времени соответствует времени прихода «подножий» ПВ (Фиг. 4). The time of the PT pressure propagation in the proposed method is defined as the time delay ΔT _i of PT registration between the shoulder (arm) and the leg. This delay is defined as the difference in time between the “foot” (beginning) of the i-th direct wave of the photoplethysmogram recorded by the PPG sensor on the leg and the “foot” (beginning) of the corresponding i-th PT pressure recorded by the tonometer pressure sensor in the cuff on the shoulder ( Fig. 3 ). “Feet” are determined using the signals of the second derivatives of the waveform of the pressure in the cuff on the shoulder and the photoplethysmogram on the toe. For this, the second derivatives of the waveform and photoplethysmogram signals are calculated, for example, without limitation, using the algorithms described in Chiu YC, Arand PW, Shroff SG, Feldman T., Carroll JD Determination of pulse wave velocities with computerized algorithms // American heart journal. - 1991. - V. 121. - No. 5. - P. 1460-1470, and determine the local maxima of the calculated second derivatives, the position of which on the time scale corresponds to the time of arrival of the "feet" of the PW ( Fig. 4 ).

Выбор «подножий» прямой ПВ давления вместо точек максимумов пиков ПВ давления в качестве морфологического признака для определения временной задержки ΔT_i позволяет избежать погрешностей и ошибок измерений СРПВ, связанных с эффектом «размытия» формы ПВ по мере ее распространения по сосудам, т.к., как указывалось выше, больше всего «размывается» правая часть формы огибающей ПВ давления, содержащая пики прямой и отраженной волн. Начало же прямой ПВ, т.е. ее «подножие», в меньшей степени подвержено «размытию» при распространении ПВ. The choice of the “foot” of the direct PW pressure instead of the maximum points of the pressure PW peaks as a morphological sign for determining the time delay ΔT _i allows avoiding errors and errors in the PWV measurements associated with the effect of “blurring” the PW shape as it propagates through the vessels, since As mentioned above, the most "blurred" is the right part of the pressure PW envelope, which contains the peaks of the direct and reflected waves. The beginning of the direct PV, i.e. its “foot” is less susceptible to “blurring” during the SW propagation.

Временные задержки ΔT_i определяются по указанному алгоритму в предлагаемом новом способе по всем импульсам ПВ давления, превышающим в манжете Ap_пор, и усредняются далее по формулеTime delays ΔT _{i are} determined according to the specified algorithm in the proposed new method for all pulses of the PT pressure exceeding Ap_pore in the cuff, and are then averaged according to the formula

, (7)

где N – число ПВ в записанных сигналах осциллограммы и фотоплетизмограммы. where N is the number of PVs in the recorded signals of the oscillogram and photoplethysmogram.

После этого интегральная СРПВ - PWVe - вычисляется по формуле:After that, the integral PWV - PWVe - is calculated by the formula:

, (8)

, (eight)

где D₁ – расстояние между сердцем и серединой плеча испытуемого, на котором крепится манжета, измеренное над ключицей по ходу подключичной артерии, D2 – расстояние между сердцем и большим пальцем ноги испытуемого, на котором крепится ФПГ-датчик. Расстояния D₁ и D₂ измеряются любым известным способом, например, не ограничиваясь, обычным образом при помощи сантиметровой рулетки (Фиг. 5). При этом за «точку сердца» принимается точка проекции на переднюю поверхность тела средней точки дуги аорты, где происходит основное ветвление кровотока вниз по аорте или в руку по подключичной артерии, которая у человека примерно соответствует центру рукоятки грудины (И.Д. Кирпатовский, Э.Д. Смирнова. Клиническая анатомия. Книга I: Голова, шея, торс. Учебное пособие. – М. Медицинское информационное агентство, 2003. – 421 с.).where D ₁ is the distance between the heart and the middle of the subject's shoulder, on which the cuff is attached, measured above the clavicle along the subclavian artery, D2 is the distance between the subject's heart and big toe, on which the PPG sensor is attached. Distances D ₁ and D ₂ are measured by any known method, for example, but not limited to, in the usual way using a centimeter tape (Fig. 5). In this case, the point of projection on the anterior surface of the body of the midpoint of the aortic arch, where the main branching of blood flow down the aorta or into the arm along the subclavian artery, which in humans roughly corresponds to the center of the sternum handle (I.D. Kirpatovsky, E D. Smirnova. Clinical anatomy. Book I: Head, neck, torso. Textbook. - M. Medical Information Agency, 2003. - 421 p.).

Для реализации описанного выше способа предлагается простая и дешевая конструкция устройства. Заявляемое устройство для измерения СРПВ при измерении АД осциллометрическим методом включает в себя (Фиг. 6) автоматический тонометр 4 для измерения АД известным осциллометрическим методом с присоединенной к нему плечевой компрессионной манжетой 5 и дополнительный оптический ФПГ-датчик 6, подключаемый к микропроцессору тонометра через дополнительные блоки обработки сигнала с ФПГ-датчика 61, 62, 63.To implement the above method, a simple and cheap device design is proposed. The inventive device for measuring PWV when measuring blood pressure by the oscillometric method includes ( Fig. 6 ) an automatic tonometer 4 for measuring blood pressure by a known oscillometric method with a shoulder compression cuff 5 attached to it and an additional optical PPG sensor 6 connected to the microprocessor of the tonometer through additional blocks signal processing from PPG-sensor 61, 62, 63.

При этом тонометр 4 состоит стандартно из пневматического блока 7, включающего в себя блок накачки давления в манжете 71, выполненный в виде воздушного компрессора (помпы), пневматического клапана сброса давления 72 и датчика давления воздуха в манжете 73, которые все соединены пневматически параллельно с манжетой, и электронного блока 8, включающего в себя соединенные последовательно аналоговый блок усиления сигнала с датчика давления 81, блок оцифровки аналогового сигнала давления 82, блок цифровой фильтрации сигнала давления 83 с регулируемой групповой задержкой τ1 для получения из сигнала давления осциллограммы пульсирующей его части и постоянной компоненты давления в манжете, микропроцессор 84, обрабатывающий все поступающие сигналы, управляющий работой пневматического блока 7 (работой его компрессора и пневматического клапана), оптического датчика 6, а также проводящего все необходимые вычисления, блок индикации результатов измерений (вычислений) 85 и кнопочный блок 86 для управления работой микропроцессора и всего устройства в целом, содержащий как минимум одну кнопку «старт/стоп» и кнопки ввода в микропроцессор значений расстояний D₁ и D₂, измеренных у пациента, например, в виде цифровой клавиатуры или известных вариантов клавиатур для ответа на подсказки меню: выбрать, войти, увеличить значение на шаг, уменьшить значение на шаг, ввод, выход и т.д.In this case, the tonometer 4 usually consists of a pneumatic unit 7, which includes a cuff pressure pumping unit 71 made in the form of an air compressor (pump), a pneumatic pressure relief valve 72 and an air pressure sensor in the cuff 73, which are all pneumatically connected in parallel with the cuff , and an electronic unit 8, which includes a serially connected analog unit for amplifying a signal from a pressure sensor 81, a unit for digitizing an analog pressure signal 82, a digital filtering unit for a pressure signal 83 with an adjustable group delay τ1 to obtain an oscillogram of its pulsating part and a constant component from the pressure signal pressure in the cuff, microprocessor 84, which processes all incoming signals, controls the operation of the pneumatic unit 7 (the operation of its compressor and pneumatic valve), the optical sensor 6, and also conducts all the necessary calculations, the unit for displaying the measurement results (calculations) 85 and the button unit 86 for governing operation of the microprocessor and the entire device as a whole, containing at least one "start / stop" button and buttons for entering into the microprocessor the values of the distances D ₁ and D ₂ measured at the patient, for example, in the form of a numeric keypad or known variants of keyboards for responding to prompts menu: select, enter, increase value by step, decrease value by step, enter, exit, etc.

При этом отдельные управляющие выходы микропроцессора 84 соединены со входами управления (включения/выключения) блока накачки давления в манжете 71 и пневматического клапана сброса давления 72 для управления их работой (например, включения/выключения).In this case, separate control outputs of the microprocessor 84 are connected to the control inputs (on / off) of the cuff pressure pump 71 and the pneumatic pressure relief valve 72 to control their operation (for example, on / off).

При этом в электронный блок 8 тонометра встроены дополнительные блоки обработки сигнала с ФПГ-датчика - аналоговый блок усиления сигнала 61 с ФПГ-датчика 6, блок оцифровки аналогового сигнала 62 с ФПГ-датчика 6, и блок цифровой фильтрации сигнала 63 с ФПГ-датчика 6 с регулируемой групповой задержкой τ2 для получения сигнала ПВ (плетизмограммы) – соединенные последовательно друг с другом и с выходом ФПГ-датчика, а выходом с блока цифровой фильтрации 63 подключенные к микропроцессору 84. At the same time, additional signal processing units from the PPG sensor are built into the electronic unit 8 of the tonometer - an analog signal amplification unit 61 from a PPG sensor 6, an analog signal digitizing unit 62 from a PPG sensor 6, and a digital signal filtering unit 63 from a PPG sensor 6 with adjustable group delay τ2 to obtain a PV signal (plethysmograms) - connected in series with each other and with the output of the PPG sensor, and with the output from the digital filtering unit 63 connected to the microprocessor 84.

При этом ФПГ-датчик 6 содержит минимум один излучатель 64, например, светодиод, и минимум один фотоприемник 65, например, фотодиод, выход которого подключен к блоку усиления сигнала с ФПГ-датчика 61, а излучатель 64 подключен к отдельному управляющему выходу микропроцессора 84 тонометра для управления его работой (например, включения/выключения). В настоящем изобретении могут использоваться любые известные ФПГ-датчики, в том числе работающие на лазерных диодах или лазерах.In this case, the PPG sensor 6 contains at least one emitter 64, for example, an LED, and at least one photodetector 65, for example, a photodiode, the output of which is connected to the signal amplification unit from the PPG sensor 61, and the emitter 64 is connected to a separate control output of the microprocessor 84 of the tonometer to control its operation (for example, on / off). Any known PPG sensors can be used in the present invention, including those operating on laser diodes or lasers.

Кроме того, в заявляемом устройстве частота дискретизации блоков оцифровки данных 62 и 82 должна быть установлена одинаковой и не менее 250 Гц для получения временного разрешения записываемых сигнала с датчика давления и сигнала с ФПГ-датчика, обеспечивающего измерение СРПВ с точностью до 0,1 м/c.In addition, in the claimed device, the sampling frequency of the data digitizing units 62 and 82 must be set the same and not less than 250 Hz to obtain the time resolution of the recorded signal from the pressure sensor and the signal from the PPG sensor, which ensures the measurement of the PWS with an accuracy of 0.1 m / c.

Кроме того, конструктивно блоки цифровой фильтрации 63 и 83 могут представлять собой полосовые фильтры, например, фильтры Баттерворта, Чебышева, Бесселя или другого типа. Однако параметры блоков цифровой фильтрации 63 и 83 должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить одинаковую временную задержку при обработке сигналов. Как один из вариантов осуществления устройства, нижняя и верхняя частоты срезов, тип и порядок фильтров 63 и 83 выбираются одинаковыми. В другом варианте осуществления изобретения фильтры делаются перестраиваемыми, и параметры фильтров выбираются (подстраиваются) при настройке устройства таким образом, чтобы одновременно поступившие извне на датчик давления и ФПГ-датчик сигналы ПВ одновременно передавались в микропроцессор, т.е. чтобы по мере их распространения по электронным блокам устройства вплоть до микропроцессора сигналы не претерпевали рассогласованной временной задержки в этих блоках. Эта общая идеология контроля временной задержки и наличие этих блоков в устройстве является основным отличительным признаком конструкции предлагаемого нового устройства. In addition, structurally, the digital filtering blocks 63 and 83 can be bandpass filters, for example, Butterworth, Chebyshev, Bessel, or other filters. However, the parameters of the digital filter blocks 63 and 83 must be selected in such a way as to ensure the same time delay in signal processing. As one embodiment of the device, the low and high cutoff frequencies, type and order of filters 63 and 83 are selected to be the same. In another embodiment of the invention, the filters are made tunable, and the filter parameters are selected (adjusted) when adjusting the device in such a way that the PV signals simultaneously received from the outside to the pressure sensor and PPG sensor are simultaneously transmitted to the microprocessor, i.e. so that as they propagate through the electronic blocks of the device up to the microprocessor, the signals do not undergo an inconsistent time delay in these blocks. This general ideology of time delay control and the presence of these blocks in the device is the main distinguishing feature of the proposed new device design.

Таким образом, предлагаемое устройство не требует выполнения измерений в два этапа, содержит всего одну манжету и один пневматический блок, позволяет задействовать для анализа интегральной СРПВ мелкие артерии ступни конечности вплоть до артерий и артериол пальца ноги и содержит блоки цифровой фильтрации в каждом из каналов с регулируемой групповой задержкой распространения сигнала, что позволяет за счет регулировки минимизировать погрешности и ошибки измерений, связанные с разной задержкой сигналов в разных электронных блоках устройства.Thus, the proposed device does not require measurements in two stages, contains only one cuff and one pneumatic unit, allows the use of small arteries of the foot of the limb up to the arteries and arterioles of the toe for the analysis of integral PWV, and contains digital filtering units in each channel with adjustable group delay of signal propagation, which allows, by adjusting, to minimize errors and measurement errors associated with different signal delays in different electronic units of the device.

Способ одновременного измерения артериального давления (АД) и скорости распространения пульсовой волны (СРПВ) в кровеносных сосудах с целью оценки общего функционального состояния ССС пациента реализуется посредством описанного выше устройства следующим образом.The method of simultaneous measurement of blood pressure (BP) and pulse wave velocity (PWV) in blood vessels in order to assess the general functional state of the patient's CVS is implemented by means of the device described above as follows.

Предполагается, что изготовитель устройства при его производстве заранее правильно настроил устройство для целей осуществления заявляемого способа, а именно: настроил групповые задержки распространения сигналов в блоках цифровой фильтрации 63 и 83 так, что устройство дополнительно не вносит рассогласованной задержки сигналов ПВ в каналах осциллометрии и фотоплетизмографиии, и определил для данного устройства пороговое значение Ар_пор амплитуд пульсаций ПВ давления воздуха в манжете, которое используется для определения промежутка давления в манжете в диапазоне между САД и ДАД. It is assumed that the manufacturer of the device, during its production, correctly configured the device in advance for the implementation of the proposed method, namely: adjusted the group signal propagation delays in the digital filtering units 63 and 83 so that the device does not additionally introduce a mismatched delay of the PV signals in the oscillometry and photoplethysmography channels, and determined for this device the threshold value Ap_pore of the amplitudes of pulsations of the PT of the air pressure in the cuff, which is used to determine the interval of pressure in the cuff in the range between SBP and DBP.

Обследуемый пациент располагается для измерений лежа на кушетке на спине, руки вытянуты вдоль тела. Включается устройство для проведения измерений. У пациента рулеткой измеряются расстояния D₁ и D₂ согласно Фиг. 5. Значения этих расстояний перед началом измерений с помощью клавиатуры устройства 86 вводятся в память микропроцессора 84 устройства. На плече пациента крепится компрессионная манжета 5 тонометра. На этой же стороне тела в области большого пальца ноги, например, на дистальной фаланге большого пальца ноги, крепится оптический ФПГ-датчик устройства 6. The examined patient is positioned for measurements lying on a couch on his back, arms extended along the body. The measurement device is switched on. In a patient, distances D ₁ and D ₂ are measured with a tape measure according to FIG. 5. The values of these distances before starting measurements using the keyboard of the device 86 are entered into the memory of the microprocessor 84 of the device. A compression cuff 5 of the tonometer is attached to the patient's shoulder. On the same side of the body in the area of the big toe, for example, on the distal phalanx of the big toe, the optical PPG sensor of the device 6 is attached.

Начинается стандартная процедура измерения АД с накачкой и сбросом давления в компрессионной манжете по нажатию кнопки «Старт/стоп» на клавиатуре устройства 86. Во время накачки, либо во время сброса давления определяются стандартным осциллометрическим методом систолическое (САД) и диастолическое (ДАД) давления, а в промежутке между точками систолического (САД) и диастолического (ДАД) давлений, которые определяются превышением регистрируемых амплитуд Ар пульсаций ПВ давления воздуха в манжете установленного порового значения для устройства Ар_пор, фиксируются как функция времени импульсы ПВ давления в манжете тонометра. В микропроцессор 84 записывается осциллограмма с манжеты тонометра. Одновременно импульсы ПВ давления регистрируются ФПГ-датчиком 6 на дистальной фаланге большого пальца ноги пациента. В микропроцессор 84 записывается фотоплетизмограмма с пальца ноги. The standard procedure for measuring blood pressure begins with pumping and releasing the pressure in the compression cuff by pressing the Start / Stop button on the keyboard of the device 86. During pumping or during pressure release, systolic (SBP) and diastolic (DBP) pressures are determined by the standard oscillometric method. and in the interval between the points of systolic (SBP) and diastolic (DBP) pressures, which are determined by the excess of the recorded amplitudes of the AP pulsations of the air pressure in the cuff, the set pore value for the Ap_pore device, the pulses of the PT pressure in the tonometer cuff are recorded as a function of time. The microprocessor 84 records an oscillogram from the tonometer cuff. At the same time, pulses of PT pressure are recorded by the PPG sensor 6 on the distal phalanx of the patient's big toe. The microprocessor 84 records a photoplethysmogram from a toe.

Во время этой записи в реальном времени микропроцессором 84 определяются «подножия» импульсов прямых ПВ для осциллограммы и фотоплетизмограммы путем вычисления вторых производных сигналов осциллограммы и фотоплетизмограммы и нахождения локальных максимумов вторых производных как показано на Фиг. 4. По «подножиям» микропроцессором 84 далее определяются все времена задержки ΔT_i прихода i-го «подножия» фотоплетизмограммы относительно времени прихода i-го «подножия» осциллограммы, которые затем суммируются и усредняются согласно формуле (7). На заключительном этапе интегральная СРПВ определяется по формуле (8) с учетом введенных ранее в память микропроцессора 84 значений расстояний D₁ и D₂.During this real-time recording, the microprocessor 84 determines the footfalls of the forward PW pulses for the waveform and photoplethysmogram by calculating the second derivatives of the waveform and photoplethysmogram signals and finding the local maxima of the second derivatives as shown in FIG. 4 . The microprocessor 84 then determines all the delay times ΔT _{i of the} arrival of the i-th “foot” of the photoplethysmogram relative to the arrival time of the i-th “foot” of the oscillogram, which are then summed up and averaged according to formula (7). At the final stage, the integral PWV is determined by the formula (8) taking into account the values of the distances D ₁ and D ₂ entered earlier in the memory of the microprocessor 84.

На основании вычисленного значения интегральной СРПВ получают информацию об общей жёсткости стенок сосудов пациента и оценивают в комплексе с измеренным АД общее функциональное состояние ССС пациента.Based on the calculated value of the integral PWV, information is obtained on the general stiffness of the patient's vascular walls and the overall functional state of the patient's CVS is assessed in conjunction with the measured blood pressure.

Пример: Испытуемый N, возрастом 32 года, мужского пола, без серьезных сердечно-сосудистых заболеваний, прошёл исследование по вышеописанному способу на предлагаемом устройстве. Измеренные величины САД и ДАД составили 128 мм рт ст и 85 мм рт ст соответственно. Расстояние D₁ между сердцем и серединой плеча составило 0,32 м, Расстояние D₂ между сердцем и большим пальцем ноги составило 1,45 м. Средняя временная задержка между «подножиями» прямых ПВ осциллограммы и фотоплетизмограммы составила ДTср = 0,224 с. Рассчитанная интегральная СРПВ составила 5,04 м/с. Согласно общеизвестным в медицине данным, такие показатели можно характеризовать как норма, нарушений в работе сердца и патологий сосудов не выявлено.Example: Subject N, 32 years old, male, without serious cardiovascular diseases, was tested according to the above method on the proposed device. The measured values of SBP and DBP were 128 mm Hg and 85 mm Hg, respectively. The distance D ₁ between the heart and the middle of the shoulder was 0.32 m, the distance D ₂ between the heart and the big toe was 1.45 m. The average time delay between the “feet” of the straight PW of the oscillogram and photoplethysmogram was DTav = 0.224 s. The calculated integral PWV was 5.04 m / s. According to the data generally known in medicine, such indicators can be characterized as the norm; no disturbances in the work of the heart or vascular pathologies have been identified.

Как вариант, у части пациентов могут наблюдаться повышенные значения САД и ДАД, например, до уровней 150 мм рт ст и 100 мм рт ст соответственно, но при этом регистрироваться нормальные значения СРПВ (ниже 10 м/с). Это будет характеризовать артериальную гипертензию и повышенный объем сердечного выброса как ее причину. Alternatively, some patients may have elevated SBP and DBP values, for example, up to levels of 150 mm Hg and 100 mm Hg, respectively, but normal PWV values (below 10 m / s) are recorded. This will characterize arterial hypertension and increased cardiac output as its cause.

Как еще один вариант, могут регистрироваться пониженные величины САД и ДАД при пониженных значениях СРПВ (ниже 3 м/с). Эта ситуация будет индикатором некомпенсированного пониженного давления вследствие сниженного тонуса сосудов.As another option, lower SBP and DBP values can be recorded at reduced PWV values (below 3 m / s). This situation will be an indicator of uncompensated low blood pressure due to decreased vascular tone.

Если же у пациента регистрируются повышенные значения САД и ДАД при повышенных значениях СРПВ (СРПВ равна или больше 10 м/с), это характерно для артериальной гипертензии с первопричиной патологии в виде дисфункции сосудов, например, вследствие кальциноза их стенок, повышения их тонуса и пр. If the patient has elevated SBP and DBP values with increased PWV values (PWV is equal to or greater than 10 m / s), this is typical for arterial hypertension with the root cause of pathology in the form of vascular dysfunction, for example, due to calcification of their walls, an increase in their tone, etc. ...

Следует отметить, что непосредственно медицинская интерпретация получаемых по данному способу результатов, включая граничные значения в 3 м/с и 10 м/с, не является предметом настоящего изобретения. Эта интерпретация общеизвестна в медицине, и приведена здесь лишь в качестве примера использования способа одновременной неинвазивной регистрации СРПВ и АД и устройства, его реализующего, для целей оценки функционального состояния ССС пациента.It should be noted that direct medical interpretation of the results obtained by this method, including the boundary values of 3 m / s and 10 m / s, is not the subject of the present invention. This interpretation is well known in medicine, and is presented here only as an example of using a method for simultaneous non-invasive registration of PWV and blood pressure and a device that implements it, for the purpose of assessing the functional state of the patient's CVS.

Предлагаемое устройство измерения артериального давления (АД) и скорости распространения пульсовой волны (СРПВ) в кровеносных сосудах с целью оценки общего функционального состояния ССС пациента работает следующим образом. The proposed device for measuring blood pressure (BP) and pulse wave velocity (PWV) in blood vessels in order to assess the general functional state of the patient's CVS works as follows.

При вводе значений D₁ и D₂ с клавиатуры блока управления 86 они запоминаются в памяти микропроцессора 84. Далее стандартно по нажатию кнопки «Старт» для измерения АД известным осциллометрическим методом микропроцессор 84 устройства с помощью управляющих сигналов закрывает пневматический клапан сброса давления 72, включает компрессор накачки давления блока накачки давления 71, который начинает накачивать давление в манжете до уровня выше САД, и начинает непрерывно регистрировать сигналы с датчика давления 73, прошедшие усиление, оцифровку и цифровую обработку в блоках 81, 82 и 83 соответственно. Одновременно микропроцессор 84 по нажатию кнопки «Старт» с помощью управляющего сигнала включает излучатель 64 ФПГ-датчика 6 и начинает непрерывно регистрировать сигналы с фотоприемника 65 ФПГ-датчика 6, прошедшие усиление, оцифровку и цифровую обработку в блоках 61, 62 и 63 соответственно. When the values of D ₁ and D _{2 are} entered from the keyboard of the control unit 86, they are stored in the memory of the microprocessor 84. Then, by pressing the "Start" button to measure the blood pressure by the known oscillometric method, the microprocessor 84 of the device, using control signals, closes the pneumatic pressure relief valve 72, turns on the compressor pumping the pressure of the pressure pumping unit 71, which starts to pump the pressure in the cuff to a level above the SBP, and begins to continuously record the signals from the pressure sensor 73, which have undergone amplification, digitization and digital processing in blocks 81, 82 and 83, respectively. At the same time, the microprocessor 84 by pressing the "Start" button with the help of the control signal turns on the emitter 64 of the FPG sensor 6 and begins to continuously register the signals from the photodetector 65 of the FPG sensor 6, which have undergone amplification, digitization and digital processing in blocks 61, 62 and 63, respectively.

При достижении давления в манжете заведомо выше уровня САД, как это принято в известных из уровня техники современных автоматических тонометрах, микропроцессор 84 выключает компрессор блока накачки давления 71, открывает пневматический клапан сброса давления 72 и на этапе сброса давления измеряет САД и ДАД известным осциллометрическим методом (алгоритм измерения САД и ДАД известен и не является предметом настоящего изобретения). When the pressure in the cuff is known to be higher than the SBP level, as is customary in the modern automatic blood pressure monitors known from the prior art, the microprocessor 84 turns off the compressor of the pressure pumping unit 71, opens the pneumatic pressure relief valve 72 and, at the pressure relief stage, measures the SBP and DBP by a known oscillometric method ( the algorithm for measuring SBP and DBP is known and is not the subject of the present invention).

Параллельно регистрируемые импульсы ПВ давления в манжете Ар программно в микропроцессоре 84 по амплитуде сравниваются с Ар_пор, и определяется интервал давлений в промежутке между САД и ДАД, пригодный для измерений импульсов ПВ для целей определения СРПВ. Внутри этого интервала программно для зарегистрированных осциллограммы и фотоплетизмограммы микропроцессором 84 вычисляются вторые производные, находятся локальные максимумы, определяются «подножия» всех импульсов прямой ПВ на осциллограмме и фотоплетизмограмме и вычисляются ΔT_i для всех «подножий» всех импульсов ПВ внутри выбранного интервала. После этого все зарегистрированные ΔT_i суммируются в микропроцессоре 84 и усредняются согласно формуле (7). На заключительном этапе интегральная СРПВ определяется по формуле (8) с учетом введенных ранее в память микропроцессора значений расстояний D₁ и D₂, и все результаты измерений – САД, ДАД и СРПВ – выводятся на устройство индикации (дисплей) 85.Parallel recorded pulses of PT pressure in the cuff Ap are programmed in the microprocessor 84 in amplitude compared with Ap_por, and the pressure interval in the interval between SBP and DBP is determined, suitable for measuring PV pulses for the purpose of determining PWV. Within this interval, the microprocessor 84 calculates the second derivatives for the recorded oscillograms and photoplethysmograms programmatically, finds the local maxima, determines the “foot” of all direct PW impulses on the oscillogram and photoplethysmogram, and calculates ΔT _i for all “foot” of all PW pulses within the selected interval. Thereafter, all recorded ΔT _i are summed up in the microprocessor 84 and averaged according to formula (7). At the final stage, the integral PWS is determined by formula (8) taking into account the values of the distances D ₁ and D ₂ entered earlier in the microprocessor memory, and all measurement results - SBP, MAP and PWV - are displayed on the display device (display) 85.

На основании данных, выводимых на устройство индикации, медицинский работник получает информацию об общей жёсткости стенок сосудов разной иерархии пациента и оценивает в комплексе с измеренным АД общее функциональное состояние ССС пациента.Based on the data displayed on the display device, the medical worker receives information about the general rigidity of the vessel walls of the different hierarchy of the patient and assesses, in combination with the measured blood pressure, the general functional state of the patient's CVS.

Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные примеры приведены лишь в целях иллюстрирования использования (применения) настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it should be apparent to those skilled in the art that the specific examples described in detail are provided only for the purpose of illustrating the use (application) of the present invention and should not be construed as in any way limiting. scope of the invention. It should be understood that various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

Claims

1. A method for measuring the speed of propagation of a pulse wave, in which:

- registration of pulse waves of air pressure in the compression cuff of the tonometer installed on the patient's shoulder during pumping or release of pressure in the compression cuff in the interval between systolic pressure and diastolic pressure, which is determined by the excess of the amplitudes of pressure pulsations Ap of the preselected threshold value Ap_por:

Ar> Ar_por,

- simultaneously at the same interval between systolic and diastolic pressures, the pulse pressure wave is recorded in the area of the big toe using the method of photoplethysmography,

- carry out the processing of the received signals of the oscillogram from the cuff of the tonometer and the photoplethysmogram recorded from the area of the big toe, in real time, determine the time delay of the propagation of the pressure pulse wave

- calculate the integral value of the velocity of propagation of the pulse wave PWVe according to the formula

,

where D1 is the distance between the heart and the middle of the patient's shoulder, on which the tonometer cuff is attached, D2 is the distance between the heart and the big toe,

- average time delays

...

2. The method according to claim. 1, characterized in that the area of the big toe is either the distal phalanx of the big toe or the ball of the foot at the base of the big toe.

3. A device for measuring the speed of propagation of a pulse wave, carrying out the steps of the method according to claim 1 and including an automatic tonometer 4 for measuring blood pressure by an oscillometric method with a shoulder compression cuff 5 attached to it and an optical PPG sensor 6,

and tonometer 4 consists of

a pneumatic unit 7 including a cuff pressure pumping unit 71, a pneumatic pressure relief valve 72 and a cuff air pressure sensor 73, each of which is connected pneumatically in parallel with the cuff 5,

and an electronic unit 8, which includes connected in series an analog unit for amplifying the signal 81 from the air pressure sensor in the cuff 73, a unit for digitizing an analog pressure signal 82, a digital filtering unit for a pressure signal 83 with an adjustable group delay τ1 to obtain an oscillogram of its pulsating part from the pressure signal and the constant component of the pressure in the cuff, and the microprocessor 84,

in this case, the PPG sensor 6 is configured to connect to the microprocessor 84 of the tonometer through the analogue signal amplification unit 61 from the PPG sensor 6, the unit for digitizing the analog signal 62 from the PPG sensor 6 and the digital signal filtering unit 63, which are connected in series in the electronic unit 8 of the tonometer. from PPG sensor 6 with adjustable group delay τ2 to obtain a photoplethysmogram signal,

and the control outputs of the microprocessor 84 are connected to the control inputs of the cuff pressure pump 71, the pneumatic pressure relief valve 72 and the PPG sensor 6,

moreover, the microprocessor 84 of the tonometer is configured to process all incoming signals from the pneumatic unit 7 and the optical PPG sensor 6, to carry out calculations to measure the pulse wave propagation velocity, and also to control the operation of the PPG sensor 6 and the pneumatic unit 7.

4. The device according to claim 3, characterized in that the PPG sensor 6 includes at least one emitter 64, the input of which is connected to the control output of the microprocessor 84 of the tonometer, and a photodetector 65, the output of which is connected to the analog signal amplification unit 61.

5. The device according to claim 3, characterized in that the sampling frequency of the block for digitizing the analog signal 62 from the FPG sensor 6 and the block for digitizing the analog signal 82 from the air pressure sensor in the cuff 73 is the same and is at least 250 Hz.

6. The device according to claim 3, characterized in that the block for digital filtering of the pressure signal 83 and the block for digital filtering of the signal 63 from the PPG sensor 6 are configured to provide the same time delay during signal processing.

7. The device according to claim 6, characterized in that the digital filtering unit of the pressure signal 83 and the digital filtering unit of the signal 63 from the PPG sensor 6 are digital Butterworth filters, or Chebyshev filters, or Bessel filters.

8. The device according to claim 7, characterized in that the filters are tunable, and the parameters of the filters are selected in such a way that the pulse wave signals simultaneously received at the air pressure sensor in the cuff 73 and the PPG sensor 6 are simultaneously transmitted to the microprocessor 84 of the tonometer.

9. The device according to claim 7, characterized in that the lower and upper cutoff frequencies, the type and order of the filters are selected to be the same.