EA003497B1

EA003497B1 - Способ компрессионной объемной осциллометрии для определения показателей системы кровообращения

Info

Publication number: EA003497B1
Application number: EA200100999A
Authority: EA
Inventors: Вячеслав Николаевич Рагозин; Владимир Александрович Дегтярев; Лариса Яковлевна Андрияко; Зоя Алексеевна Кириллова
Original assignee: Вячеслав Николаевич Рагозин; Владимир Александрович Дегтярев; Лариса Яковлевна Андрияко; Зоя Алексеевна Кириллова
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-07-04
Publication date: 2003-06-26
Also published as: EA200100999A1

Abstract

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии и кардиологии. Цель - создание физиологически обоснованного неинвазивного способа определения показателей сердечно-сосудистой системы. Способ включает в процессе измерения давления в пережимной манжете регистрацию графика линейного изменения прикладываемого давления, венозно-артериальную осциллометрическую кривую и осциллометрическую кривую артериального пульса. С помощью электрических и графических преобразований, используя амплитудные характеристики полученных кривых, по признакам и расчетным формулам определяют величины диастолического, среднего, систолического и конечного систолического давлений, соответственно венозного и артериального, и просвет магистрального артериального сосуда.

Description

Изобретение относится к медицине, в частности к физиологии и кардиологии, и может быть использовано как в клинической практике, так и в экспериментальных исследованиях.

Известен способ компрессионной объемной осциллометрии, позволяющий произвести определение показателей артериального давления, включающий регистрацию пульсовых кривых кровеносных сосудов в процессе изменяющегося давления в пережимной измерительной манжете, наложенной на плечо обследуемого, с последующим графическим преобразованием. (Савицкий Н.Н. «Некоторые методы исследования и функциональной оценки системы кровообращения», Медгиз, 1956 г.).

В основе известного способа лежит принцип измерения изменяющегося объема конечности, который происходит под действием пульсирующего тока крови в магистральных сосудах. Известный способ позволяет измерять диастолическое, среднее, боковое систолическое и конечное систолическое давление в магистральном артериальном сосуде конечности.

Однако известный способ имеет ряд инструментальных и методических недоработок, которые увеличивают погрешность определения давления и сужают возможности метода, лежащего в основе принципа регистрации осциллометрических кривых.

Основная инструментальная погрешность появляется в результате линейного преобразования низкочастотной части спектра осцилляторного сигнала, воспринимаемого измерительной манжетой с магистрального артериального сосуда конечности, в скоростные сигналы. Это приводит к амплитудно-фазовому сдвигу спектра регистрируемого сигнала при формировании признаков показателей артериального давления и, соответственно, к ошибкам их определения. Кроме этого, искажаются амплитудные характеристики пульсовых сигналов, несущих дополнительную информацию о показателях состояния системы кровообращения.

Основная методическая погрешность состоит в субъективности подхода исследователя к расшифровке данных при определении признаков давления, что отражается и на алгоритме автоматического анализа кривых. Такая погрешность может составлять 10-15 мм рт.ст.

Основной целью настоящего изобретения является создание физиологически обоснованного неинвазивного способа определения показателей состояния сердечно-сосудистой системы обследуемого пациента на основе измерительной системы преобразования, усиления и регистрации практически неискаженных пульсовых кривых с минимальными частотными и амплитудно-временными искажениями под действием изменяющегося давления в пережимной измерительной манжете.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе компрессионной объемной осциллометрии для определения показателей системы кровообращения, включающем регистрацию пульсовых кривых кровеносных сосудов в процессе изменения давления в пережимной измерительной манжете, наложенной на конечность обследуемого, с последующим электрическим и графическим преобразованием, в процессе линейного нарастания давления в пережимной измерительной манжете регистрируют график линейного увеличения прикладываемого давления и осциллометрическую кривую в диапазоне частот приблизительно от 0 до 50 Гц с прямолинейной горизонтальной амплитудночастотной характеристикой и линейной амплитудной характеристикой по всему тракту преобразования, усиления и регистрации объемных сигналов пульсовых волн, затем, продолжая компрессию манжеты до 200-300 мм рт.ст., регистрируют объемную осциллометрическую кривую артериального пульса.

На полученной осциллометрической кривой определяют признаки диастолического, среднего, систолического и конечного систолического давлений, соответственно венозного и артериального, которые сносят на график линейного нарастания давления в пережимной измерительной манжете и определяют соответствующие им значения указанных величин давления, на установленном промежутке времени подсчитывают частоту пульса. По величинам амплитуд пульсовых волн на осциллометрической кривой определяют просвет магистральных сосудов конечности в фазе систолы и диастолы нагруженного и ненагруженного манжетой сосуда.

Регистрацию объемной артериальной осциллометрической кривой для определения показателей артериального давления и просвета нагруженного и ненагруженного манжетой сосуда в фазах систолы и диастолы проводят как в режиме набора давления в манжете, так и в режиме сброса.

Предлагаемый способ компрессионной объемной осциллометрии позволяет определять и рассчитать не менее 20 показателей состояния системы кровообращения обследуемых пациентов.

Для определения показателей давления на зарегистрированной венозно-артериальной и артериальной осциллометрической кривой выделяют экстремальные точки в систолической части и аппроксимируют их прямыми линиями до пересечения, таким же образом соединяют экстремальные точки и в диастолической части кривой. Прямые линии образуют контуры осциллометрических кривых, а точки их пересечения используются для объективного определения признаков венозного, артериального давления и амплитудных соотношений при определении просвета магистрального артериального сосуда, нагруженного давлением манжеты и ненагруженного.

Этот принцип определения признаков артериального давления справедлив для обследуемых, имеющих пониженное и нормальное артериальное давление. У лиц с артериальной гипертензией контурный анализ не позволяет надежно определить систолическое давление (Рс). Эта величина может быть определена по дополнительным показателям, формирующимся на осциллометрической кривой. Кроме того, использование дополнительных показателей для определения Рс позволяет, во-первых, существенно снизить погрешность определения этого показателя, во-вторых, - улучшить комфортность обследования, так как появляется возможность ограничить компрессию в манжете до величин среднего артериального давления.

Так как зарегистрированные пульсовые волны давления практически не имеют частотных и амплитудно-фазовых искажений, величина истинного систолического артериального давления может быть определена по величинам амплитуды и крутизны переднего фронта пульсовой кривой; для этого на участке осциллометрической кривой, начиная с пульсовой волны, соответствующей среднему артериальному давлению, до пульсовой волны, при которой отмечается выраженное снижение ее амплитуды, измеряют амплитуду У и крутизну переднего фронта (анакроты) бУ/б! пульсовых волн; на измеренном участке находят максимальное значение амплитуды Умакс и минимальное значение крутизны переднего фронта бУ/б1мин, пульсовая волна с Умакс и бУ/б!мин является признаком Рс. Рс= £(Умакс, бУ/б!мин);

по дикротической волне; для этой цели на участке осциллометрической кривой до диастолического давления измеряют (см. фиг. 1) амплитудные соотношения величин У и Удв, пропорциональные соответственно величинам пульсового давления (бР) и пульсового давления дикротической волны (бРдв = Рдв - Рд), по перегибу в области дикротических волн определяют давление дикротической волны (Рдв) и по известным значениям У, Удв и Рдв и Рд рассчитывают Рс по формуле

Рс = Рд + У/Удв(Рдв-Рд), где

Рдв - давление дикротической волны,

Рд- диастолическое давление,

У - максимальная амплитуда выбранной пульсовой кривой до диастолического давления,

Удв - амплитуда дикротической волны той же пульсовой кривой;

по интегральным значениям пульсовой волны, для чего на участке осциллометрической кривой, зарегистрированной до диастолического артериального давления, вычисляют арифметическое среднее значение одной пульсовой волны Ζ (см. фиг. 1), измеряют максимальную ве личину этой волны У, определяют величины Рд и Рср и рассчитывают Рс по формуле:

Рс = Рд + (У^)(Рср - Рд), где

Рср - среднее давление;

Ζ - среднее значение амплитуд выбранной пульсовой волны до появления признака диастолического артериального давления на осциллометрической кривой;

У - максимальная амплитуда указанной пульсовой волны; использование этого приема позволяет определять величины венозного давления, артериального давления Рд, Рср, Рс, просвет нагруженного и ненагруженного давлением манжеты магистрального артериального сосуда в фазах систолы и диастолы при прекращении компрессии манжеты сразу после появления признака среднего артериального давления.

Величину просвета нагруженного давлением манжеты артериального сосуда определяют по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке диастолического артериального давления и пропорциональной просвету нагруженного артериального сосуда в фазу систолы.

Величину просвета ненагруженного давлением манжеты артериального сосуда определяют по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в диапазоне низких давлений в манжете и пропорциональной приращению просвета практически ненагруженного артериального сосуда в фазе систолы.

Значения величин артериального давления и просветов артериального сосуда в фазах систолы и диастолы используют для графических построений и расчета различных показателей системы кровообращения, например, сердечного выброса, ударного объема крови, периферического сопротивления, просвета сосудов, скорости пульсовой волны, податливости сосудистой стенки и других.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема пульсовой волны; на фиг. 2 - объемная осциллометрическая кривая, зарегистрированная с руки обследуемого в положении лежа; на фиг. 3 - осциллометрическая кривая с ноги обследуемого в положении сидя; на фиг. 4 - осциллометрическая кривая обследуемого с высокими показателями артериального давления. Приведенная на фиг. 1 схема пульсовой волны поясняет, каким образом осуществляют расчет систолического давления, используя при этом ее амплитудные характеристики. Систолическое давление может быть определено по дикротической составляющей пульсовой волны, а также по интегральным значениям пульсовой волны. В обоих случаях величину систолического давления вычисляют по приведенным выше формулам.

Далее приведены примеры осуществления способа.

Возможны несколько вариантов обследования пациента.

Для получения одновременной информации о показателях венозного и артериального давления в сосудах верхних конечностей пациент должен находиться в горизонтальном положении; на руку, отведенную на 90° от корпуса тела, накладывают пережимную измерительную манжету и, создавая компрессию в последней, регистрируют осциллометрическую кривую.

На фиг. 2 показана объемная осциллометрическая кривая, зарегистрированная с руки обследуемого «А.Л.Я.», внизу под кривой показаны цифры текущего нарастающего давления в пережимной измерительной манжете. В начале роста давления в манжете формируются венозные составляющие давления, которые, увеличиваясь до максимальных амплитуд, уменьшаются и пропадают при полном пережатии вен руки, пульсовые кривые приобретают вид артериального пульса. Дальнейший рост давления в манжете приводит к формированию объемной артериальной осциллограммы.

Определение показателей венозного давления проводится, например, так: венозноартериальную осциллометрическую кривую аппроксимируют прямыми линиями «аб»; «бв»; «вг» в систолической части и «де»; «ел»; «лн» в диастолической части, точки пересечения этих прямых сносят на текущее значение давления в пережимной измерительной манжете, которые соответствуют величинам венозного давления: точки «б» - диастолическое, «в» - среднее, «л» систолическое и «н» - конечное систолическое венозное давление.

Показатели артериального давления определяются по закономерно развивающейся кривой артериального пульса, для чего прямыми линиями «АБ»; «БВ»; «ВГ» аппроксимируют кривую в систолической части и линиями «ДЕ»; «ЕО»; «ОР» в диастолической части, в начале систолического выброса крови. Точки пересечения этих линий сносят на текущее значение давления в пережимной измерительной манжете, которые соответствуют величинам артериального давления: точки «Е» - диастолическое, «О» - среднее, «Б» - систолическое и «В» - конечное систолическое артериальное давление.

Таким образом, соответствующие величины давлений равны:

венозное в венах плеча: диастолическое 12 мм рт.ст.; среднее - 17 мм рт. ст.; систолическое - 19 мм рт.ст.; конечное систолическое - 23 мм рт.ст.

артериальное давление: диастолическое 68 мм рт.ст.; среднее - 97 мм рт.ст.; систоличе ское - 112 мм рт. ст. и конечное систолическое 148 мм рт.ст.

В представленном примере систолическое артериальное давление определено по основным признакам - скоростному признаку максимальной амплитуды переднего фронта пульсовой волны, сформированной осциллометрической кривой и совпадающему с ним признаку контурного анализа. Такая объемная артериальная осциллометрическая кривая формируется у обследуемого с нормальными величинами артериального давления.

На фиг. 3 показана подобная осциллометрическая кривая пациента «Р.В.Н.» в положении сидя, зарегистрированная с манжеты, расположенной в нижней трети бедра. Признаки давления снесены на текущее значение нарастающего давления в пережимной измерительной манжете.

У обследуемых с повышенным давлением часто после основных признаков Рс формируется несколько равных, а иногда и больших по амплитуде пульсовых кривых. Это может быть связано, например, с высоким периферическим сопротивлением артериальной части дистального участка конечности нагруженной давлением манжеты. В этом случае можно использовать дополнительные признаки сформированной кривой для расчета систолического давления, которые позволят ограничить режим компрессии до величин среднего давления в пережимной измерительной манжете и обеспечить больший комфорт для обследуемого.

Так как измерительная система позволяет регистрировать практически неискаженные объемные сигналы пульсовых волн, преобразованных измерительной манжетой в сигналы давления, то амплитудные соотношения внутри каждой пульсовой волны до достижения давления в манжете, равного диастолическому, пропорциональны величинам давления, с одной стороны, с другой, - каждая пульсовая волна осциллометрической кривой пропорциональна изменяющемуся под действием давления в манжете просвету магистрального артериального сосуда.

Ниже приводятся примеры (фиг. 2 и 4) расчета Рс по амплитудным соотношениям пульсовой волны, пропорциональным величинам давления.

Для определения Рс по величине дикротической волны внутри осциллометрической кривой (фиг. 2) по амплитудам дикротических волн, аппроксимируя их, проводят прямые линии «ИК» и «КМ», точку перегиба «К» сносят на текущее давление в пережимной манжете и определяют соответствующее ему давление дикротической волны, в нашем случае, равное 87 мм рт.ст. С помощью компьютерного анализа на участке до диастолического давления, измеряют величину волны У (см. фиг. 1) и Удв, которые, соответственно, равны 220 и 97 относительных единиц.

Ί

По найденным величинам и Рд = 68 мм рт.ст. рассчитывают систолическое артериальное давление:

Рс = Рд+У/Уда(Рд-Рдв) = 68+220/97(87-68) = 111 мм рт.ст.

Рс - по основным признакам равно 112 мм рт.ст.

Для определения Рс по интегральному значению пульсовой волны в приведенном выше примере определяют диастолическое Рд и среднее Рср давления, до диастолического давления (см. фиг. 2) измеряют максимальную амплитуду выделенной пульсовой волны У (см. фиг. 1), с помощью компьютерного анализа измеряют среднее значение амплитуд той же пульсовой волны Ζ. По известным величинам Рд=68 мм рт.ст, Рср=97 мм рт.ст., У=220 условных единиц и найденному значению Ζ=139 относительных единиц рассчитывают систолическое давление по формуле

Рс = Рд+У^(Рср-Рд) = 68+220/139(97-68) = 113,9 мм рт.ст.

На фиг. 4 представлена осциллометрическая кривая обследуемого «Д.В.А» с высоким артериальным давлением. Величины артериального давления снесены на текущие значения давления в пережимной манжете. Систолическое давление определялось по скоростным характеристикам пульсовой волны на сформированной осциллометрической кривой. Контурный анализ дает ложный признак систолического давления. В данном случае для уточнения величины систолического давления можно использовать расчет Рс по амплитудным соотношениям пульсовой волны, измеренным до достижения в манжете диастолического давления в сосуде, так как это сделано в предыдущем примере.

Результаты определения артериального давления в приведенном примере (фиг. 4):

диастолическое давление=75 мм рт.ст.; среднее=107 мм рт.ст. систолическое=139 мм рт.ст. и конечное=188 мм рт.ст. Давление дикротической волны=97 мм рт.ст. Амплитудные соотношения пульсовой волны, выбранной на участке до диастолического давления, следующие: У=169; Удв=62; Ζ=87 относительных единиц.

Расчет по дикротической волне:

Рс = Рд + Х/У(Рдв - Рд) = 140,2 мм рт.ст.

Расчет по интегральному значению пульсовой волны:

Рс = Рд + У^(Рср - Рд) = 137,2 мм рт.ст.

Следует отметить, что измерительная система позволяет регистрировать практически неискаженные объемные сигналы пульсовых волн, преобразованных измерительной манжетой в сигналы давления, и поэтому амплитуда каждой пульсовой волны пропорциональна изменяющемуся под действием давления в манжете просвету магистрального артериального сосуда.

Величину просвета нагруженного давлением манжеты магистрального артериального сосуда определяют на осциллометрической кри вой по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны 8с, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке диастолического давления, пропорциональной приращению просвета нагруженного давлением манжеты сосуда в фазе систолы 68.

Величину просвета ненагруженного давлением манжеты магистрального артериального сосуда определяют на осциллометрической кривой по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны 8с, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в диапазоне низких давлений в манжете, пропорциональной приращению просвета практически ненагруженного давлением манжеты сосуда в фазе систолы 68о.

На фиг. 4 приведен пример измерения просвета сосуда с помощью компьютерного анализа сигналов. Результаты измерений приведены ниже;

68о=83: 68=246: 8с=758-относительных единиц

Величины просвета магистрального артериального сосуда, нагруженного давлением манжеты, в относительных единицах: суммарный просвет в систоле=758, приращение просвета сосуда в фазе систолы=246, просвет в диастоле=758-246=512.

Величины просвета магистрального артериального сосуда, практически не нагруженного давлением манжеты в относительных единицах: суммарный просвет в систоле=758, приращение просвета сосуда в фазе систолы=83, просвет в диастоле=758-83=675.

Полученные с помощью предлагаемого способа компрессионной объемной осциллометрии значения показателей давления и просветов магистральных сосудов в фазах систолы и диастолы используют для графических построений и расчета различных величин показателей системы кровообращения, таких как сердечный выброс, ударный объем крови, периферическое сопротивление, скорость пульсовой волны, податливость сосудистой стенки и других.

Таким образом, предлагаемый неинвазивный способ, основанный на закономерном развитии осциллометрических кривых под действием нарастающего давления в пережимной манжете, физиологически обоснован, позволяет определить и рассчитать ряд показателей, оценивающих состояние кровообращения обследуемого пациента.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ определения показателей системы кровообращения путем объемной компрессионной осциллометрии, включающий регист9 рацию пульсовых кривых кровеносных сосудов в процессе изменения давления в пережимной измерительной манжете, наложенной на конечность обследуемого, с последующим электрическим и графическим преобразованием, отличающийся тем, что в нем первоначально в процессе нарастания давления в пережимной манжете в диапазоне частот от приблизительно 0 до 50 Гц с прямолинейной горизонтальной амплитудно-частотной характеристикой и линейной амплитудной характеристикой по всему тракту преобразования и усиления регистрируют график линейного увеличения прикладываемого давления и венозно-артериальную осциллометрическую кривую, затем, продолжая компрессию манжеты до 200-300 мм рт.ст., регистрируют осциллометрическую кривую артериального пульса, по полученным пульсовым кривым определяют значения диастолического, среднего, систолического и конечного систолического давлений, соответственно венозного и артериального, и просвет магистральных артериальных сосудов в фазе систолы и диастолы нагруженного манжетой сосуда и ненагруженного, на определенном промежутке времени подсчитывают частоту пульса.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что регистрацию артериального давления проводят в режиме линейного набора или линейного сброса давления в пережимной измерительной манжете.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в диастолической и систолической осциллометрической кривой и кривой артериального пульса выделяют экстремальные точки, которые аппроксимируют прямыми линиями в диастолической области и систолической до пересечения этих прямых, затем точки пересечения этих прямых проецируют на график линейного изменения прикладываемого давления, ординаты этих точек соответствуют абсолютным величинам венозного и артериального давлений соответственно.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что систолическое артериальное давление (Рс) определяют по величинам амплитуды и крутизны переднего фронта пульсовой кривой, для чего на участке осциллометрической кривой, зарегистрированном после среднего артериального давления, начиная с пульсовой волны, соответствующей среднему артериальному давлению, измеряют амплитуду У и крутизну переднего фронта ЙУ/Й1 пульсовых волн; на измеренном участке находят максимальное значение амплитуды Умакс и минимальное значение крутизны переднего фронта ЙУ/Й1мин. пульсовая волна с Умакс и ЙУ/Й1мин является признаком Рс, Рс= (Умакс, йУ/ймин).
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что Рс определяют по амплитудным соотношениям пульсовой волны, для чего на участке осциллометрической кривой до диастолического давле ния измеряют амплитудные соотношения величин У и Удв, пропорциональные величинам давления ЙР и йРдв соответственно, по перегибу в области дикротических волн определяют давление дикротической волны и по известным значениям У, Удв и Рдв рассчитывают Рс по формуле

Рс = Рд + (У/Удв)(Рдв - Рд), где

Рдв - давление дикротической волны,

Рд - диастолическое давление,

У - максимальная амплитуда выбранной пульсовой кривой до диастолического давления,

Удв - амплитуда дикротической волны той же пульсовой кривой.
6. Способ по п.1, отличающийся тем, что Рс определяют по интегральным значениям пульсовой волны, для чего на участке осциллометрической кривой, зарегистрированной до диастолического артериального давления, вычисляют среднее значение амплитуд одной пульсовой волны Ζ, измеряют максимальную величину этой волны У, определяют величины Рд и Рср и рассчитывают Рс по формуле

Рс = Рд + (У^)(Рср - Рд), где

Рс - среднее давление,

Рд - диастолическое давление,

Ζ - среднее значение амплитуд выбранной пульсовой волны до появления признака диастолического артериального давления на осциллометрической кривой,

У - максимальная амплитуда указанной пульсовой волны.
7. Способ по пп.4, 5, отличающийся тем, что для определения величин венозного давления и артериального давления Рд, Рср, Рс, просветов магистрального артериального сосуда в фазах систолы и диастолы компрессию манжеты проводят до появления признака среднего артериального давления.
8. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину просвета артериального сосуда определяют по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке диастолического давления в манжете и пропорциональной приращению просвета нагруженного давлением манжеты сосуда в фазе систолы.
9. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину просвета артериального сосуда определяют по разнице максимальной амплитуды пульсовой волны, измеренной в точке среднего давления и пропорциональной сумме просвета сосуда в фазе систолы и диастолы и амплитуды пульсовой волны, измеренной в диапазоне низких давлений в манжете и пропорциональной приращению просвета практически ненагруженного давлением манжеты сосуда в фазе систолы.
10. Способ по пп.1-9, отличающийся тем, что значения величин артериального давления и просветов артериального сосуда в фазах систолы и диастолы используют для графических построений и расчета различных показателей системы кровообращения.