RU2424765C2 - Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation - Google Patents
Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2424765C2 RU2424765C2 RU2009138968/14A RU2009138968A RU2424765C2 RU 2424765 C2 RU2424765 C2 RU 2424765C2 RU 2009138968/14 A RU2009138968/14 A RU 2009138968/14A RU 2009138968 A RU2009138968 A RU 2009138968A RU 2424765 C2 RU2424765 C2 RU 2424765C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cuff
- respiratory
- signal
- chest
- spectrum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицине и медицинской технике, точнее к способам и устройствам для косвенных измерений физиологических показателей состояния организма, более точно к способам компрессионных измерений показателей артериального давления (АД) и дыхания, проявления и оценки дыхательной активности в разных тканях организма, а также для повышения достоверности результатов измерений. Изобретение можно использовать для диагностических целей, мониторинга состояния организма, а также контроля терапевтических мероприятий. Оно может применяться в различных ситуациях, включая кардиореспираторные исследования в клиниках, кабинетах функциональной диагностики, при обследованиях в режиме экспресс-диагностики, в чрезвычайных ситуациях, исследованиях профессиональных заболеваний, в спортивной медицине, в суточном мониторировании физиологических показателей и многих других медицинских исследованиях.The invention relates to medicine and medical equipment, more specifically to methods and devices for indirect measurements of physiological indicators of the state of the body, more specifically to methods of compression measurements of blood pressure (BP) and respiration, manifestations and assessment of respiratory activity in different tissues of the body, and also to increase reliability of measurement results. The invention can be used for diagnostic purposes, monitoring the condition of the body, as well as monitoring therapeutic measures. It can be used in various situations, including cardiorespiratory examinations in clinics, functional diagnostic rooms, during examinations in express diagnostic mode, in emergency situations, studies of occupational diseases, in sports medicine, in daily monitoring of physiological parameters and many other medical studies.
Известны способы измерения физиологических показателей: АД, частоты сердечных сокращений (ЧСС) и дыхания. Среди них известны косвенные методы измерения АД и ЧСС, которые основаны на регистрации осциллометрического сигнала во время компрессионных воздействий на кровеносные сосуды верхней конечности. Реализующее измерения устройство включает соответственным образом соединенные окклюзионную плечевую манжету, блок создания давления и блок управления, регистрации и обработки биосигналов. Однако известные компрессионные способы и измерители АД не проявляют влияние дыхательной активности на разные ткани, не определяют показатели дыхания и его влияние на пульсирующее кровенаполнение сосудов, что ограничивает функциональные возможности медицинских исследований. Недостатком также является проявление во время измерений артефактов, вызванных возможными движениями плеча с обернутой вокруг него пневматической манжетой. Из-за близкого расположения плеча и грудной клетки ее дыхательные экскурсии также могут создавать механические воздействия на манжету. Этот фактор строго не контролируют, несмотря на влияние на результат измерений.Known methods for measuring physiological parameters: blood pressure, heart rate (HR) and respiration. Among them, indirect methods for measuring blood pressure and heart rate are known, which are based on recording an oscillometric signal during compression effects on the blood vessels of the upper limb. The measuring device includes appropriately connected occlusal shoulder cuff, a pressure generating unit and a control unit for recording and processing biosignals. However, the known compression methods and blood pressure meters do not show the effect of respiratory activity on different tissues, they do not determine respiration parameters and its effect on pulsating blood vessels, which limits the functionality of medical research. The disadvantage is the manifestation during measurements of artifacts caused by possible movements of the shoulder with a pneumatic cuff wrapped around it. Due to the close location of the shoulder and chest, her breathing excursions can also create mechanical effects on the cuff. This factor is not strictly controlled, despite the effect on the measurement result.
Для получения данных о дыхании принято регистрировать пневмографический сигнал, по которому определяют временные параметры вдоха и выдоха и частоту дыхания. Пневмограмму регистрируют, например, посредством располагаемого на грудной клетке пояса отведения с установленным на поясе пневмографическим датчиком, и в результате обработки данных определяют показатели дыхания. Однако не анализируют проявление дыхательной активности в разных тканях организма.To obtain data on breathing, it is customary to record a pneumographic signal by which the temporal parameters of inspiration and expiration and the respiratory rate are determined. A pneumogram is recorded, for example, by means of a lead belt located on the chest cage with a pneumographic sensor mounted on the belt, and as a result of data processing, respiratory indicators are determined. However, the manifestation of respiratory activity in different tissues of the body is not analyzed.
При необходимости получения совместных данных о параметрах АД, ЧСС и дыхания известные способы и устройства используют одновременно. Объединение двух каналов измерения (АД и дыхания) и соответствующих устройств съема сигналов (манжеты и пояса отведения с датчиком пневмограммы) позволяет определять показатели АД и дыхания. Однако это усложняет эксплуатацию измерительного комплекса, из-за необходимости совместного снаряжения на теле устройств съема информации, внимания и контроля над ними со стороны медицинского персонала. В то же время не производится анализ влияния дыхательной активности на разные ткани организма.If it is necessary to obtain joint data on the parameters of blood pressure, heart rate and respiration, known methods and devices are used simultaneously. The combination of two measurement channels (blood pressure and respiration) and the corresponding signal pickup devices (cuffs and abduction belts with a pneumogram sensor) allows you to determine blood pressure and respiration parameters. However, this complicates the operation of the measuring complex, due to the need for joint equipment on the body of the devices for collecting information, attention and control over them by medical personnel. At the same time, an analysis of the effect of respiratory activity on different tissues of the body is not performed.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству является решение [1], обеспечивающее при компрессионном воздействии на кровеносные сосуды плеча измерение не только показателей АД и ЧСС, а также частоты дыхания (ЧД). В декомпрессионный период измерительной процедуры в течение нескольких циклов дыхания сохраняют постоянным уровень давления в манжете, в диапазоне между верхним и нижним значениями АД. На этой ступеньке регистрируют тоны Короткова, по огибающей амплитудных значений которых выделяют дыхательные волны и по ним определяют показатели дыхания. Устройство включает два канала регистрации сигналов и соответственно два первичных преобразователя физиологической информации. Это - измерительные каналы и соответствующие им датчики давления и тонов Короткова.The closest in technical essence to the claimed method and device is the solution [1], which provides compression measurement of blood vessels of the shoulder, the measurement of not only blood pressure and heart rate, but also respiratory rate (BH). During the decompression period of the measurement procedure, the level of pressure in the cuff is kept constant for several breathing cycles, in the range between the upper and lower blood pressure values. At this step, Korotkov tones are recorded, the respiratory waves are distinguished from the envelope of the amplitude values of which and respiration indices are determined from them. The device includes two channels for recording signals and, accordingly, two primary transducers of physiological information. These are the measuring channels and the corresponding Korotkov pressure and tone sensors.
К недостатку компрессионного способа и устройства [1], являющихся прототипом, относится увеличение продолжительности времени измерений, по сравнению со стандартным циклом измерения АД окклюзионными методами. Это вызвано необходимостью регистрации нескольких циклов дыхания для повышения точности измерения его показателей. Вместе с удлинением общего времени обследования при этом также увеличивается продолжительность компрессионного воздействия, создающего дискомфортные болевые ощущения пациенту, а также влияние на его состояние и физиологические показатели. Другие недостатки решения [1] проявляются в ситуациях, когда тоны Короткова не прослушиваются, или при существенных изменениях АД во время измерений. Они являются источником возможных ошибок измерений не только показателей АД, но и дыхания. Кроме того, недостатком является отсутствие информации о влиянии дыхательной активности на разные ткани организма.The disadvantage of the compression method and device [1], which is the prototype, is the increase in the duration of the measurement time, compared with the standard measurement cycle of blood pressure by occlusive methods. This is due to the need to register several breathing cycles to increase the accuracy of measuring its performance. Along with lengthening the total examination time, this also increases the duration of the compression effect, which creates uncomfortable pain for the patient, as well as the effect on his condition and physiological parameters. Other disadvantages of the solution [1] are manifested in situations where Korotkov’s tones are not heard, or with significant changes in blood pressure during measurements. They are the source of possible measurement errors not only in blood pressure, but also in respiration. In addition, the lack of information on the effect of respiratory activity on various tissues of the body is a drawback.
Целями изобретения являются:The objectives of the invention are:
- расширение функциональных возможностей способа измерения физиологических показателей при компрессионных воздействиях, достигаемое за счет определения дополнительных показателей и данных, отражающих состояние дыхания и его действие на пульсирующее кровенаполнение сосудов и другие ткани организма;- expanding the functionality of the method of measuring physiological parameters under compression effects, achieved by determining additional indicators and data reflecting the state of respiration and its effect on the pulsating blood vessels and other body tissues;
- получение дополнительной физиологической информации на основе данных, регистрируемых в процедуре измерения АД в стандартном цикле изменения давления в манжете;- obtaining additional physiological information based on data recorded in the procedure for measuring blood pressure in the standard cycle of pressure changes in the cuff;
- минимизация числа каналов и располагаемых на теле первичных преобразователей информации;- minimization of the number of channels and primary information converters located on the body;
- повышение достоверности результатов измерения за счет создания контролируемых условий съема сигналов;- increasing the reliability of the measurement results by creating controlled conditions for signal pickup;
- получение данных о модулирующем влиянии дыхания на распространяемые в сосудистой системе пульсовые волны кровенаполнения в теле.- obtaining data on the modulating effect of respiration on the pulse waves of blood supply in the body distributed in the vascular system.
Указанная задача решается следующим образом.The specified problem is solved as follows.
Компрессионный способ измерения физиологических показателей включает измерение артериального давления в процедуре с компрессионно-декомпрессионным изменением давления в оборачивающей плечо манжете, которое проводят, контролируя условие съема регистрируемого в декомпрессионный период сигнала с осцилляциями давления в манжете, путем привнесения или исключения механического влияния дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету, вычисляют спектр осциллометрического сигнала, анализируют проявление в спектре составляющих, отвечающих за пульсирующее кровенаполнение сосудов и дыхательные волны, выделяя пики, частоты максимумов которых принадлежат диапазонам частот сердечных сокращений и дыхания, и которые преимущественно имеют гармоники на соответствующих частотах, определяют частоты выделенных пиков результатом измерения частоты сердечных сокращений и частоты дыхания и по структуре спектра осциллометрического сигнала характеризуют ответственные за проявление дыхания механизмы как суперпозицию действия независимых составляющих, выделяя пики, соответствующие модулирующему действию на пульсирующее кровенаполнение сосудов дыхательных волн, непосредственному механическому действию внешних дыхательных движений грудной клетки на манжету и действию внутренних дыхательных движений, передаваемых в объеме тела за счет сил натяжения в системе фасциальных тканей. Модулирующее действие дыхательных волн на пульсирующее кровенаполнение сосудов определяют как соответственно действие на несущий сигнал модулирующего сигнала и выделяют в спектре в виде пика, представляющего несущий сигнал и двух ответственных за модулирующий сигнал пиков, спутников, на нижней и верхней боковых частотах, относительно частоты максимума пика, несущего сигнала, и определяют коэффициентом амплитудной модуляции, равным удвоенному отношению амплитуд модулирующего и несущего сигналов.The compression method for measuring physiological parameters includes measuring blood pressure in a procedure with a compression-decompression change in pressure in the shoulder-wrap cuff, which is carried out by monitoring the condition for taking a signal recorded in the decompression period with pressure oscillations in the cuff by introducing or eliminating the mechanical effect of respiratory movements of the chest on shoulder cuff, calculate the spectrum of the oscillometric signal, analyze the manifestation in the spectrum of the components, responsible for pulsating blood vessels and respiratory waves, identifying peaks whose maximum frequencies belong to the heart rate and respiration frequency ranges, and which mainly have harmonics at the corresponding frequencies, determine the frequencies of the selected peaks by measuring the heart rate and respiration rate and the structure of the spectrum of the oscillometric signal characterize the mechanisms responsible for the manifestation of respiration as a superposition of the action of independent components, highlighting the peaks correspondingly They are responsible for the modulating effect on the pulsating blood supply of the vessels of the respiratory waves, the direct mechanical effect of the external respiratory movements of the chest on the cuff and the effect of the internal respiratory movements transmitted in the body volume due to the tension forces in the system of fascial tissues. The modulating effect of respiratory waves on pulsating blood vessels is defined as the effect on the carrier signal of the modulating signal and is allocated in the spectrum as a peak representing the carrier signal and two peaks responsible for the modulating signal, satellites, at the lower and upper side frequencies, relative to the peak maximum frequency, carrier signal, and determine the coefficient of amplitude modulation equal to twice the ratio of the amplitudes of the modulating and carrier signals.
При анализе проявлений дыхания в спектре осциллометрического сигнала, полученного из данных, регистрируемых в условиях, исключающих механическое действие дыхательных движений грудной клетки на манжету, выделяют пик, частота максимума которого соответствует частоте дыхания, за который отвечают объемные изменения тканей, вызванные изменением сил натяжения в системе взаимодействующих фасций, и выделяют пики, за которые отвечает модулирующее действие дыхательных волн в теле на пульсирующее кровенаполнение сосудов, которое характеризуют коэффициентом амплитудной модуляции как удвоенное отношение амплитуд модулирующего и модулируемого сигналов, соответственно на боковой частоте спутника и частоте несущего сигналов.When analyzing the manifestations of respiration in the spectrum of the oscillometric signal obtained from data recorded under conditions that exclude the mechanical action of the respiratory movements of the chest on the cuff, a peak is selected whose maximum frequency corresponds to the respiration rate, for which volume changes in tissues caused by changes in the tension forces in the system are responsible interacting fascias, and secrete peaks for which the modulating effect of respiratory waves in the body on the pulsating blood supply of the vessels, which characterizes m coefficient of amplitude modulation as a double ratio of the amplitudes of the modulating and modulated signals, respectively, at the side frequency of the satellite and the frequency of the carrier signals.
При анализе данных проявляют действие внешних дыхательных движений грудной клетки на манжету. Для контроля механического действия дыхательных движений грудной клетки на манжету используют фиксирующий пояс, охватывающий вместе грудную клетку и плечо с обернутой вокруг него манжетой, усиливая проявление в спектре осциллометрического сигнала выделение пика дыхательной составляющей, обусловленной непосредственным механическим действием дыхательных движений грудной клетки на манжету, по сравнению с действием пульсирующего кровенаполнения сосудов плеча.When analyzing the data, they exert the effect of external respiratory movements of the chest on the cuff. To control the mechanical effect of the respiratory movements of the chest on the cuff, a fixing belt is used that covers the chest and the shoulder with the cuff wrapped around it, increasing the manifestation of the peak of the respiratory component in the spectrum of the oscillometric signal due to the direct mechanical action of the respiratory movements of the chest on the cuff, in comparison with the action of pulsating blood vessels in the shoulder vessels.
Результат анализа спектра осциллометрического сигнала, в котором однозначно не проявляются составляющие пиков, ответственных за дыхательные волны и пульсирующее кровенаполнение сосудов, определяют как артефакт, который связывают с нарушением условий регистрации данных.The result of the analysis of the spectrum of the oscillometric signal, in which the components of the peaks responsible for the respiratory waves and the pulsating blood supply to the vessels do not clearly appear, is defined as an artifact that is associated with a violation of the data recording conditions.
Компрессионный способ измерения физиологических показателей реализуется устройством, включающем в своем составе пневматически соединенные с манжетой и связанные между собой блок измерения АД и систему получения спектра осциллометрического сигнала, и фиксирующий пояс.The compression method for measuring physiological parameters is implemented by a device comprising pneumatically connected to the cuff and interconnected measuring unit of blood pressure and a system for obtaining the spectrum of the oscillometric signal, and a fixing belt.
Блоком измерения АД реализуется осциллометрический способ измерения АД и представляются результаты измерения. При этом блоком измерения АД автоматически создается давление в манжете и в нем анализируются возникающие осцилляции давления в манжете, вызванные пульсирующим кровенаполнением сосудов и объемными изменениями окружающих тканей. Давление в манжете преобразуется в электрический сигнал и в цифровую форму, обрабатывается и результаты представляются в виде измеряемых показателей систолического и диастолического давления.The blood pressure measurement unit implements an oscillometric method for measuring blood pressure and the measurement results are presented. In this case, the blood pressure measurement unit automatically creates pressure in the cuff and analyzes the arising pressure oscillations in the cuff caused by pulsating blood vessels and volumetric changes in surrounding tissues. The pressure in the cuff is converted into an electrical signal and into digital form, processed and the results are presented in the form of measured indicators of systolic and diastolic pressure.
Манжетой осуществляется взаимодействие технических средств с сосудистой системой и другими тканями плечевого сегмента конечности. Посредством манжеты компрессионное давление передается на кровеносные сосуды, и воспринимаются осцилляции давления в манжете, вызванные зависимым от степени компрессии кровенаполнением сосудов и объемными изменениями окружающих тканей. Манжетой также воспринимаются внешние механические воздействия на нее движений грудной клетки.The cuff is the interaction of technical means with the vascular system and other tissues of the shoulder segment of the limb. By means of the cuff, the compression pressure is transmitted to the blood vessels, and pressure oscillations in the cuff caused by the pressure-dependent blood filling of the vessels and volume changes in the surrounding tissues are perceived. The cuff also perceives external mechanical effects on her chest movements.
Системой получения спектра осциллометрического сигнала регистрируют давление в манжете, из которого выделяют осцилляции давления и вычисляют частотный спектр осциллометрического сигнала, в структуре которого проявляют действие на манжету дыхательных движений грудной клетки, модулированное дыханием пульсирующее кровенаполнение сосудов и объемные изменения окружающих их тканей. В систему входят преобразователь давления, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, регистрации, обработки и представления информации. При этом преобразователь давления преобразует подаваемое на него давление в манжете в пропорциональный электрический сигнал. Аналого-цифровым преобразователем этот сигнал преобразуется в цифровую форму. На дисплее блока управления, регистрации обработки и представления информации визуализируются временная диаграмма изменения сигнала давления в манжете, регистрируемого в декомпрессионный период измерительного процесса, и вычисляемые осциллометрический сигнал и спектр осциллометрического сигнала. Посредством блока управления, регистрации, обработки и представления информации по зарегистрированным в ходе измерительной процедуры данным получают информацию о частоте сердечных сокращений, частоте дыхания и о характере влияния дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов и объемные изменения окружающих их тканей в теле.With the system for obtaining the spectrum of the oscillometric signal, the pressure in the cuff is recorded, from which pressure oscillations are extracted, and the frequency spectrum of the oscillometric signal is calculated, in the structure of which the effect on the cuff of the respiratory movements of the chest, breathing pulsed blood vessels modulated by breathing and volume changes in the tissues surrounding them are exerted. The system includes a pressure transmitter, an analog-to-digital converter and a control unit for recording, processing and presenting information. In this case, the pressure transducer converts the pressure supplied to it in the cuff into a proportional electrical signal. An analog-to-digital converter converts this signal to digital form. On the display of the control unit, registration of processing and presentation of information, a time diagram of the change in the pressure signal in the cuff, recorded during the decompression period of the measuring process, and the calculated oscillometric signal and the spectrum of the oscillometric signal are visualized. Using the control unit, registration, processing and presentation of information on the data recorded during the measurement procedure, information is obtained on the heart rate, respiratory rate and the nature of the effect of respiration on the pulsating blood supply of blood vessels and volume changes in the surrounding tissues in the body.
Фиксирующим поясом обеспечивают контроль условий проведения измерений путем общего охвата и фиксации положения плеча с обернутой вокруг него манжетой и грудной клетки. Пояс ограничивает возможные движения относительно друг друга верхней конечности и грудной клетки за счет чего, кроме повышения информативности, повышается достоверность результатов измерения. Для удобства и оперативности использования фиксирующего пояса он конструктивно может быть объединен с манжетой.The fixing belt provides control of the measurement conditions by means of the general coverage and fixing the position of the shoulder with the cuff and chest wrapped around it. The belt limits the possible movements of the upper limb and the chest relative to each other due to which, in addition to increasing information content, the reliability of the measurement results increases. For the convenience and efficiency of using the fixing belt, it can be structurally combined with a cuff.
В результате проведенного компрессионным способом измерения определяются отражающие состояние организма (функций кровообращения и дыхания) физиологические показатели - систолическое и диастолическое давление, частота сердечных сокращений, частота дыхания, и определяется характер влияния дыхания на регистрируемый при измерении сигнал, или проявление артефактов, связанных с движением грудной клетки.As a result of the measurement performed by the compression method, physiological indicators reflecting the state of the body (blood circulation and respiration functions) are determined - systolic and diastolic pressure, heart rate, respiration rate, and the nature of the effect of respiration on the signal recorded during measurement, or the manifestation of artifacts associated with the movement of the chest cells.
Другой особенностью компрессионного способа измерения физиологических показателей является использование спектра осциллометрического сигнала, в котором выделяются составляющие, связанные с волновыми изменениями давления в манжете, отражающими пульсирующее кровенаполнение сосудов и объемные изменения окружающих их тканей, вследствие дыхательных волн. Получение данных в результате анализа спектра расширяет функциональные возможности исследований, представляя состояние жизненно важных функциональных систем кровообращения и дыхания и их взаимодействие.Another feature of the compression method for measuring physiological parameters is the use of the spectrum of the oscillometric signal, in which the components associated with the wave changes in the cuff pressure reflecting the pulsating blood supply of the vessels and volume changes in the surrounding tissues due to respiratory waves are distinguished. Obtaining data as a result of spectrum analysis expands the functionality of the research, representing the state of the vital functional circulatory and respiratory systems and their interaction.
Еще особенностью компрессионного способа измерения физиологических показателей является то, что расширение номенклатуры измеряемых показателей не увеличивает продолжительность времени измерений и компрессирующих воздействий на кровеносные сосуды, по сравнению с продолжительностью измерения АД стандартным осциллометрическим способом.Another feature of the compression method for measuring physiological parameters is that the expansion of the range of measured parameters does not increase the length of time for measurements and compressive effects on blood vessels, compared with the duration of blood pressure measurement using a standard oscillometric method.
К особенностям способа относится создание контролируемых условий при измерении за счет использования фиксирующего пояса.The features of the method include the creation of controlled conditions during measurement through the use of a fixing belt.
Пятой особенностью компрессионного способа является его осуществление с использованием в роли первичного преобразователя лишь одной манжеты, в которой регистрируется давление воздуха.The fifth feature of the compression method is its implementation using only one cuff as the primary transducer, in which air pressure is recorded.
Шестая отличительная особенность компрессионного способа измерения физиологических показателей состоит в том, что регистрация данных для обработки производится, например, в декомпрессионный период измерения АД.The sixth distinctive feature of the compression method for measuring physiological parameters is that the data for processing are recorded, for example, in the decompression period of blood pressure measurement.
Седьмая отличительная особенность компрессионного способа измерения физиологических показателей состоит в том, что выявляются артефакты, связанные с нарушением условий регистрации сигнала давления в манжете.The seventh distinguishing feature of the compression method for measuring physiological parameters is that artifacts associated with a violation of the conditions for recording a pressure signal in the cuff are detected.
Патентными исследованиями не выявлено технических решений с признаками, сходными по признакам, отличающим заявляемое решение от прототипа. Поэтому предложенное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».Patent studies have not identified technical solutions with features similar in features that distinguish the claimed solution from the prototype. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
Сущность изобретения поясняется приведенными чертежами.The invention is illustrated by the drawings.
На фиг.1-3 - варианты исполнения устройства для измерения физиологических показателей. На фиг.4 и 5 - варианты расположения фиксирующего пояса, охватывающего грудную клетку и руку с плечевой манжетой. На фиг.6 и 7 - временные диаграммы и соответствующие им спектры осциллометрического сигнала, полученные при измерении артериального давления в декомпрессионный период изменения давления в манжете, соответственно в условиях, привносящих механическое действие дыхательных движений грудной клетки на манжету, и в условиях, исключающих механическое действие дыхательных движений грудной клетки на манжету. На фиг.8 и 9 - временные диаграммы и соответствующие им спектры осциллометрического сигнала, полученные при измерении артериального давления в декомпрессионный период изменения давления в манжете, в функциональных пробах, в условиях, исключающих механическое действие дыхательных движений грудной клетки на манжету.Figure 1-3 - embodiments of a device for measuring physiological parameters. Figures 4 and 5 show variants of the location of the fixing belt covering the chest and arm with a shoulder cuff. 6 and 7 are timing diagrams and corresponding spectra of the oscillometric signal obtained by measuring blood pressure in the decompression period of the pressure change in the cuff, respectively, under conditions that introduce the mechanical effect of the respiratory movements of the chest on the cuff, and in conditions excluding the mechanical effect respiratory movements of the chest on the cuff. On Fig and 9 - time diagrams and the corresponding spectra of the oscillometric signal obtained when measuring blood pressure in the decompression period of pressure changes in the cuff, in functional tests, under conditions that exclude the mechanical effect of respiratory movements of the chest on the cuff.
Исполненное в вариантах фиг.1, или фиг.2, или фиг.3 устройство для компрессионных измерений физиологических показателей содержит пневматически соединенный с манжетой 2 и связанные между собой блок 1 измерения АД и систему 3 получения спектра осциллометрического сигнала, и фиксирующий пояс 4.The device for compression measurements of physiological parameters made in the variants of FIG. 1, FIG. 2, or FIG. 3 comprises a pneumatically connected to a
Блок 1 измерения АД обеспечивает автоматическое создание компрессионно-декомпрессионного цикла изменения давления в манжете, регистрацию и определение при этом, по осциллометрическому сигналу, показателей систолического и диастолического давления. Блок 1 измерения АД может быть автономным и функционировать независимо от остальных электронных блоков устройства (фиг.1).
Блок 1 в устройстве может быть соединен с блоком 7 управления, регистрации, обработки и представления информации и работать под его управлением (фиг.2 и 3).
Манжета 2 обеспечивает создание компрессионного давления на кровеносные сосуды и регистрацию возникающих во время декомпрессии осцилляций давления в манжете, связанных с пульсациями кровенаполнения сосудов. Манжетой 2, при условии совместного охвата фиксирующим поясом 4 плеча с манжетой 2 и грудной клетки, также воспринимаются внешние механические воздействия, создаваемые дыхательными и другими движениями грудной клетки.The
Система 3 получения спектра осциллометрического сигнала содержит преобразователь 5 давления, электрически связанный с аналого-цифровым преобразователем 6, соединенным с блоком 7 управления, регистрации, обработки и представления информации. Давление воздуха в манжете 2 посредством преобразователя 5 давления преобразуется в пропорциональный электрический сигнал. В качестве преобразователя 5 давления используется независимый от блока 1 преобразователь давления (фиг.1 или 2) или преобразователь давления, входящий в состав блока 1 измерения АД (фиг.3). В любом из этих вариантов электрический выход преобразователя 5 давления соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 6.The
Аналого-цифровой преобразователь 6 предназначен для преобразования аналоговых электрических сигналов, поступающих на него от преобразователя 5 давления, в цифровой код, передаваемый на вход блока 7 управления, регистрации, обработки и представления информации.An analog-to-
Блок 7 управления, регистрации, обработки и представления информации обеспечивает управление, сбор цифровых данных, поступающих с выхода аналого-цифрового преобразователя 6, обработку и представление информации. При работе по схемам, изображенным фиг.2 и 3, блок 7 обеспечивает также взаимодействие с блоком 1 измерения АД. В блоке 7 визуально представляются регистрируемые сигналы давления в манжете 2, производится накопление данных, обработка зарегистрированной информации и представление спектра осциллометрического сигнала. В качестве блока 7 управления, регистрации, обработки и представления информации используются разные варианты известных технических решений, например устройство на основе микропроцессорного контроллера, или персональный компьютер. Для целей исследования и отработки методик в практическом применении предпочтителен персональный компьютер. При этом блок 1 измерения АД, например модуль «OEM-NIBP» (Микролюкс, Челябинск), при работе по схемам фиг.2 и 3, сопрягается с компьютером и под управлением соответствующей установленной программы обеспечивает измерения АД.
Фиксирующий пояс 4 предназначен для общего охвата плеча с манжетой и грудной клетки. Им создают условия, контролирующие воздействия на манжету дыхательных и других движений грудной клетки. За счет прижатия к грудной клетке пояс 4 ограничивает движения плеча. Это создает условия съема сигналов, в которых контролируют расположение и механическое взаимодействие плеча с грудной клеткой.The locking
Компрессионный способ измерения физиологических показателей осуществляют следующим образом.The compression method for measuring physiological parameters is as follows.
Собирают пневмоэлетрическую схему в соответствии с фиг.1, или 2, или 3. Плечо пациента оборачивают пневматической манжетой 2. При необходимости фиксирующим поясом 4 охватывают грудную клетку и плечо с обернутой вокруг него манжетой, используя один из вариантов фиксации положения плеча (фиг.4 или 5). За счет общего охвата и создания механической связи между плечом и грудной клеткой обеспечивается контроль условия над действием дыхательных движений грудной клетки на манжету.A pneumo-electric scheme is assembled in accordance with FIG. 1, 2, or 3. The patient’s shoulder is wrapped in a
Подают команду измерить АД. При работе с устройством по схеме фиг.1 это осуществляют подачей команды непосредственно на блок 1. При работе с устройством по схемам фиг.2 или 3 команду подают от персонального компьютера. В исполнении поступившей команды блоком 1 измерения АД производится компрессионно-декомпрессионный измерительный цикл изменения давления в манжете 2. Блоком 1 по программе, реализующей алгоритм осциллометрического метода измерения АД, осуществляется автоматическое управление давлением в манжете 2. В период декомпрессии в регистрируемом сигнале давления в манжете проявляется пульсирующее кровенаполнение сосудов плечевого сегмента конечности, представляющее осциллометрический сигнал. При этом амплитуда осцилляции зависит от уровня давления в манжете, действующего на просвет кровеносных сосудов, расположенных в области подманжетного пространства, и отражает изменение амплитуды пульсаций кровенаполнения сосудов. При обработке регистрируемых данных в блоке 1 выделяется «колокол» огибающей амплитуд пульсаций, по которому определяются показатели АД. В конце измерения АД по команде от блока 1 давление в манжете 2 автоматически сбрасывается. Блок 1 измерения АД приходит в исходное состояние готовности к проведению нового измерения. При работе с устройством (фиг.1) измеренные показатели систолического и диастолического давления отображаются на цифровом табло блока 1. При работе с устройством по схемам фиг.2 или 3 измеренные показатели отображаются в интерфейсном окне программы измерения АД, установленной на персональном компьютере.They give a command to measure blood pressure. When working with the device according to the scheme of figure 1, this is done by sending a command directly to block 1. When working with the device according to the schemes of figure 2 or 3, the command is sent from a personal computer. In the execution of the command received by
В декомпрессионный период измерительного процесса параллельно с работой блока 1 измерения АД в системе 3 получения спектра осциллометрического сигнала, посредством преобразователя 5 давления, аналого-цифрового преобразователя 6 и блока 7 управления, регистрации, обработки и представления информации, также регистрируется давление в манжете. В этом сигнале проявляется результирующее действие нескольких составляющих в суперпозиции независимых механических взаимодействий тканей тела и манжеты. К ним относится результат работы блока 1 измерения АД, создающего спадающее давление в манжете, пульсирующее кровенаполнение сосудов, низкочастотные объемные изменения окружающих кровеносные сосуды тканей и дыхательные и другие движения грудной клетки.In the decompression period of the measurement process, in parallel with the operation of the blood
В измерениях, проводимых без фиксирующего пояса 4, руку и плечо пациента располагают таким образом, что манжета не соприкасается с грудной клеткой. На манжету при этом не передаются движения грудной клетки. Для этого пациент специально инструктируется, чтобы исключить во время измерений механическое действие грудной клетки на манжету. Работа всех блоков устройства производится так же, как и при измерениях с использованием фиксирующего пояса 4. Однако в регистрируемом сигнале давления в манжете исключено проявление непосредственных механических воздействий на нее, связанных с дыхательными и другими внешними движениями грудной клетки.In measurements carried out without the fixing
Программное обеспечение регистрации сигналов давления и сбор данных строится на компьютерной программе управления, регистрации и обработки, например «Power graph» (программный продукт фирмы «L-card»). Программа предназначена для обслуживания подключенных к персональному компьютеру устройств ввода-вывода.The software for recording pressure signals and data collection is built on a computer program for managing, recording and processing, for example, “Power graph” (software product of the company “L-card”). The program is intended for servicing I / O devices connected to a personal computer.
В блоке 7 в декомпрессионный период изменения давления в манжете включается регистрация спадающего осциллирующего давления в манжете. С остановкой регистрирующей записи сбор данных завершается. Это производят при давлении ниже диастолического, но до автоматического сброса давления в манжете блоком 1 измерения АД. Так исключается регистрация данных, в которых могут присутствовать броски давления в манжете, связанные с переходными процессами из-за технических особенностей управления созданием давления в манжете.In
Полученные при регистрации данные о давлении в манжете программно обрабатывают, используя функцию дифференцирования, в результате чего получают осциллометрический сигнал. Затем средствами спектроанализатора программы «Power graph», методом быстрого преобразования Фурье, автоматически вычисляют спектр.The cuff pressure data obtained during registration is programmed using the differentiation function, as a result of which an oscillometric signal is obtained. Then, using the spectrum analyzer of the Power graph program, the spectrum is automatically calculated using the fast Fourier transform method.
В рассчитанном спектре анализируют положение частот максимумов пиков, за которые отвечают квазипериодические составляющие сигнала давления в манжете 2. Эти пики проявляются как низкочастотные и высокочастотные составляющие осциллометрического сигнала. Высокочастотные составляющие связаны с пульсирующим кровенаполнением сосудов. Низкочастотные составляющие, в частности, связаны с дыханием. В зависимости от условий проведения измерений дыхание в спектре может проявляться с разной степенью выраженности независимых составляющих. Одним из них является модулирующий фактор дыхания, действующий на АД и пульсирующее кровенаполнение сосудов в грудной полости [2]. Вдох связывается с уменьшением АД, а выдох с повышением АД, а дыхательные волны при этом считаются проявлением волн второго порядка. Дыхательные волны в теле также участвуют в создании другой независимой составляющей в суперпозиции с первой, в виде объемных изменений тканей в теле, создаваемых за счет изменений при дыхании сил натяжения в системе взаимосвязанных фасций [3]. Третья независимая составляющая в суперпозиции может проявляться из-за одновременного внешнего механического действия непосредственно на манжету дыхательных и других движений грудной клетки.In the calculated spectrum, the position of the frequencies of the peak maxima is analyzed, for which the quasiperiodic components of the pressure signal in
Анализ проявления дыхания в спектре проводят, учитывая принципы суперпозиции и модуляции. Согласно принципу суперпозиции, результирующий эффект от независимых действий представляет собой сумму эффектов, вызываемых этими действиями в отдельности. Принцип модуляции несущего сигнала состоит в том, что результирующий эффект в спектре проявляется в виде трех пиков, соответственно на несущей частоте и на нижней и верхней боковых частотах двух спутников [4]. Значения нижней и верхней боковых частот пиков, спутников, равны соответственно разнице и сумме частоты модулируемого, несущего сигнала, и частоты модулирующего сигнала, а именно дыхательных волн, действующих в грудной клетке на пульсирующее кровенаполнение, как на несущий сигнал. По спектру осциллометрического сигнала, в котором проявляется модулирующее действие дыхательных волн на пульсирующее кровенаполнение сосудов, определяют коэффициент модуляции Км, равный удвоенному отношению значений максимумов пиков, представляющих модулирующий и несущий сигналы. В спектре осциллометрического сигнала, в котором имеются пики в диапазонах изменения частот быстро- и медленноволновых изменений давления в манжете и преимущественно выделяются гармоники этих пиков, эти частоты определяют как показатели частоты сердечных сокращений и дыхания.An analysis of the manifestation of respiration in the spectrum is carried out, taking into account the principles of superposition and modulation. According to the principle of superposition, the resulting effect of independent actions is the sum of the effects caused by these actions separately. The principle of modulation of the carrier signal is that the resulting effect in the spectrum manifests itself in the form of three peaks, respectively, at the carrier frequency and at the lower and upper side frequencies of two satellites [4]. The values of the lower and upper lateral frequencies of the peaks and satellites are equal, respectively, to the difference and the sum of the frequency of the modulated carrier signal and the frequency of the modulating signal, namely the respiratory waves acting in the chest on a pulsating blood supply as on a carrier signal. From the spectrum of the oscillometric signal, in which the modulating effect of respiratory waves on the pulsating blood supply of the vessels is manifested, the modulation coefficient K m is determined, which is equal to twice the ratio of the peak maxima representing the modulating and carrying signals. In the spectrum of the oscillometric signal, in which there are peaks in the frequency ranges of fast and slow wave pressure changes in the cuff and harmonics of these peaks are predominantly distinguished, these frequencies are defined as indicators of heart rate and respiration.
Применение компрессионного способа измерения физиологических показателей иллюстрируется примерами 1-4: в варианте использования фиксирующего пояса, охватывающего грудную клетку и руку (пример 1); в варианте, исключающем непосредственное влияние механического действия дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету (пример 2); при функциональных пробах (примеры 3 и 4). В экспериментах использованы функциональная дыхательная проба с задержкой дыхания и с использованием физической нагрузки 10 приседаний за 10 с, создающей учащение частоты сердечных сокращений, частоты дыхания и повышение АД.The use of the compression method for measuring physiological parameters is illustrated by examples 1-4: in the embodiment of the use of a fixing belt covering the chest and arm (example 1); in a variant that excludes the direct effect of the mechanical action of the respiratory movements of the chest on the shoulder cuff (example 2); with functional tests (examples 3 and 4). In the experiments, we used a functional breathing test with breath holding and using physical activity of 10 squats for 10 s, which creates an increase in heart rate, respiratory rate and increase in blood pressure.
Данные о обследуемом.Data about the subject.
Мужчина (А-ев), возраст 27 лет, практически здоров, вес 70 кг, рост 175 см, нормотоник. Данные, полученные независимыми методами, до проведения исследований: АД 115/76 мм рт. ст.; ЧСС 52 уд./мин; ЧД 14 дых./мин. В исследованиях компрессионным способом измерения физиологических показателей состояния организма пациент находился в спокойном состоянии в положении сидя, мышцы не напряжены.Male (A-ev), age 27 years old, practically healthy,
Данные об устройстве для осуществления компрессионного способа измерения физиологических показателей.Data on the device for implementing the compression method for measuring physiological parameters.
Все измерения проводились по схеме фиг.2 с использованием манжеты «Eclipse, Pediatrtic, range 16-22cm» (продукция фирмы SunTech). Ширина манжеты, определяющая ширину зоны компрессионного воздействия на ткани плечевого сегмента конечности 11 см. В качестве блока 1 измерения АД использован модуль «OEM-NIBP» неинвазивных измерений АД (фирма «Микролюкс», г.Челябинск), снабженный выводом для связи с персональным компьютером через USB-порт. В персональном компьютере установлена программа измерения АД модулем «OEM-NIBP». В данном случае персональный компьютер (notebook IBM ThinkPad) использован в качестве блока 7 управления, регистрации, обработки и представления информации. В системе 3 получения спектра осциллометрического сигнала в качестве преобразователя 5 давления использован преобразователь давления 26PC05SMT (производство фирмы "Honeywell"). В роли аналого-цифрового преобразователя 6 использован производимый фирмой "L-Card" модуль Е14-440, обеспечивающий 16-разрядное аналого-цифровое преобразование входных сигналов и передачу данных на персональный компьютер по линии связи через USB-порт компьютера. Частота опроса регистрируемого модулем сигнала давления в манжете устанавливалась в программе 200 Гц.All measurements were carried out according to the scheme of figure 2 using the cuff "Eclipse, Pediatrtic, range 16-22cm" (products of the company SunTech). The width of the cuff, which determines the width of the compression zone on the tissue of the shoulder segment of the limb is 11 cm. As the
Регистрируемые сигналы давления в манжете отображались на мониторе компьютера вместе с результатами обработки данных. Для этого использовались средства компьютерной программы «Power graph».The recorded cuff pressure signals were displayed on a computer monitor along with the data processing results. For this, the means of the computer program “Power graph” were used.
Пример 1. Измерение физиологических показателей с контролем условия съема сигнала давления в манжете путем привнесения влияния дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету за счет охватывающего грудную клетку и руку фиксирующего пояса. В качестве фиксирующего пояса использован ремень шириной 8 см.Example 1. Measurement of physiological parameters with control of the condition for taking the pressure signal in the cuff by introducing the influence of the respiratory movements of the chest on the shoulder cuff due to the fixing belt covering the chest and arm. An 8 cm wide belt was used as a fixing belt.
После запуска установленной в персональном компьютере программы измерения АД модулем «OEM-NIBP» автоматически производился компрессионно-декомпрессионный цикл изменения давления в манжете. В интерфейсном окне этой программы индицировались численные значения текущего уровня давления в манжете. В период декомпрессии воздуха в манжете, при уровне 170±3 мм рт. ст., запускали программу регистрирующей записи сигналов давления в манжете «Power Graph». В интерфейсном окне программы на экране монитора наблюдали соответствующие изменения регистрируемого сигнала давления в манжете. При давлении 50±3 мм рт. ст., еще до окончания измерения АД, но ниже диастолического давления (приблизительно на сороковой секунде записи) остановили регистрацию. На верхней диаграмме фиг.6 показано зарегистрированное давление в манжете. По оси Х - оцифрованные отметки текущего времени, в секундах (с), от начала регистрации. По оси Y - отметки давления в манжете, мм рт. ст. На диаграмме давления в манжете имеется спадающая кривая с наложением осциллирующей компоненты. При завершении измерения АД модулем «OEM-NIBP» давление в манжете автоматически было сброшено и в интерфейсном окне программы измерения АД были выведены цифровые значения измеренного систолического и диастолического давления: 108/74 мм рт. ст. Зарегистрированные данные сигнала давления в манжете обрабатывали средствами программы «Power Graph». После выполнения функции дифференцирования получен осциллометрический сигнал, содержащий осцилляции давления в манжете (фиг.6, средняя диаграмма). Цена одного деления по оси Х- 1с. По оси Y - относительные единицы. В осциллограмме явно проявляется периодический характер дыхательных волн, которые связаны с механическим действием дыхательных движений грудной клетки на манжету. На кривой также присутствуют осцилляции, связанные с пульсирующим кровенаполнением сосудов. По данным о осциллометрическом сигнале вычислен его спектр, представленный в интерфейсном окне программы спектрального анализа этой программы (фиг.6, нижняя диаграмма). По оси У - оцифрованные отметки значений спектральной плотности мощности осциллометрического сигнала, усл. ед., по оси Х - отметки частоты, Гц. Вычисления проведены программой "Power graph" по алгоритму быстрого преобразования Фурье с разрешением 16384 точки и с использованием спектрального окна Блэкмана.After starting the program for measuring blood pressure installed in a personal computer, the OEM-NIBP module automatically performed a compression-decompression cycle for changing the pressure in the cuff. In the interface window of this program, numerical values of the current level of pressure in the cuff were displayed. During decompression of the air in the cuff, at a level of 170 ± 3 mm RT. Art., launched the program for recording recording pressure signals in the cuff "Power Graph". In the program interface window on the monitor screen, corresponding changes in the recorded pressure signal in the cuff were observed. At a pressure of 50 ± 3 mm RT. Art., even before the end of the measurement of blood pressure, but below the diastolic pressure (approximately at the fortieth second of recording), the registration was stopped. The upper diagram of FIG. 6 shows the recorded cuff pressure. The x-axis represents the digitized marks of the current time, in seconds (s), from the start of registration. On the Y axis - pressure marks in the cuff, mm RT. Art. On the pressure diagram in the cuff, there is a declining curve with an overlapping oscillating component. When the measurement of blood pressure was completed by the OEM-NIBP module, the cuff pressure was automatically released and digital values of the measured systolic and diastolic pressure were displayed in the interface window of the blood pressure measurement program: 108/74 mm Hg. Art. The recorded data of the pressure signal in the cuff was processed using the Power Graph software. After performing the differentiation function, an oscillometric signal was obtained containing pressure oscillations in the cuff (Fig. 6, middle diagram). The price of one division along the X-axis is 1s. The y-axis is relative units. The oscillogram clearly shows the periodic nature of the respiratory waves, which are associated with the mechanical effect of the respiratory movements of the chest on the cuff. On the curve there are also oscillations associated with pulsating blood vessels. According to the data of the oscillometric signal, its spectrum is calculated, presented in the interface window of the spectral analysis program of this program (Fig.6, bottom diagram). On the y-axis - digitized values of the spectral power density of the oscillometric signal, conv. units, along the X axis - frequency marks, Hz. The calculations were carried out by the Power graph program using the fast Fourier transform algorithm with a resolution of 16384 points and using the Blackman spectral window.
В полученном спектре плотности мощности (Power) осциллометрического сигнала выделяются два пика, максимумы частот которых лежат соответственно в диапазоне возможных частот сердечных сокращений (отметка 1, на частоте 0,83 Гц, соответствующая 50 ударам в минуту), и в диапазоне возможной частоты дыхания (отметка 2, на частоте 0,29 Гц, соответствующая 17,4 дыханиям в минуту). Кроме того, выделенные в спектре отметками 3 и 4 пики с максимумами на частотах 1,67 Гц и 0,6 Гц являются вторыми частотными гармониками соответственно пиков 1 и 2. Поэтому частота максимума пика 1 является частотой пульсирующего кровенаполнения сосудов и соответствует частоте сердечных сокращений. Она соответствует и предварительно определенной в независимом исследовании частоте пульса 52±3 уд/мин. Низкочастотный пик спектра осциллометрического сигнала с максимумом на частоте 0,29 Гц является проявлением медленных волновых процессов, связанных, в частности, с воздействием дыхательных движений грудной клетки на манжету. Пик 1 не имеет свойственных модулируемому сигналу, с различием на 0,29 Гц нижней и верхней боковых частот, спутников. Это свидетельствует об отсутствии проявления модулирующего влияния дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов в области подманжетного пространства из-за созданных условий съема сигнала давления в манжете. В то же время за счет использования фиксирующего пояса амплитуда пика на частоте 0,29 Гц более чем в два раза превосходит мощность на частоте 0,89 Гц. Это связано с более мощным проявлением действия дыхательных движений грудной клетки на манжету, по сравнению с действием пульсирующего кровенаполнения сосудов и объемных изменений окружающих тканей на манжету. Таким образом, в результате измерений получены данные о физиологических показателях: АД (108/74 мм рт. ст.), ЧСС (50 ударов в минуту), ЧД (17,4 дыхания в минуту). Кроме того, по спектру определено проявление дыхания в регистрируемом сигнале осцилляции как действие дыхательных движений грудной клетки на манжету, что соответствует условию проведения исследования.Two peaks are distinguished in the obtained power density spectrum of the oscillometric signal, the maximum frequencies of which lie respectively in the range of possible heart rate (
Пример 2. Измерение физиологических показателей с контролем условия съема сигналов давления в манжете путем исключения влияния дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету. Фиксирующий пояс в исследовании не использован. Как и в примере 1, на верхней диаграмме (фиг.7) показано зарегистрированное давление в манжете в декомпрессионный период измерения артериального давления (в диапазоне 170-50 мм рт.ст.). Результат измерения АД: 121/77 мм рт.ст. На фиг.7 (средняя диаграмма) - осциллометрический сигнал с осцилляциями давления в манжете, в котором превалируют высокочастотные пульсации и проявляется низкочастотная огибающая. В вычисленном спектре (фиг.7, нижняя диаграмма) соответственно выделяются высокочастотный и низкочастотный пики 1 и 2 (с максимумом на частоте 1,01 Гц, соответствующей 60,6 ударам в минуту, и с максимумом на частоте 0,18 Гц, соответствующей 11 дыханиям в минуту). Частоты выделенных пиков принадлежат диапазонам частот сердечных сокращений и дыхания. Пики 1 и 2 в спектре имеют гармонические повторения (соответственно пики 3 и 9 -вторая и третья гармоники пика 1, на частотах 2,03 Гц и 3,04 Гц, пик 4 -вторая гармоника пика 2, на частоте 0,37 Гц). Таким образом, частота максимума пика 1 определяется, как частота пульсирующего кровенаполнения сосудов, соответствующая частоте сердечных сокращений, частота пика 2 соответствует частоте дыхания. При анализе проявлений дыхания по спектру осциллометрического сигнала также выделяются пики 5 и 6, являющиеся нижней и верхней боковыми частотами, спутниками пика 1, и пики 7 и 8 нижней и верхней боковыми частотами, спутниками пика 3 (отметка пика 5 - на частоте 0,85 Гц, пика 6 - на частоте 1,18 Гц, пика 7 - на частоте 1,87 Гц и пика 8 - на частоте 2,21 Гц). Таким образом, триада пиков на частотах с отметками 1, 5 и 6 повторяется в частотной области второй гармоники пика 1 (на частотах с отметками 3, 7 и 8). Одинаково сдвинутые по частоте, приблизительно на 0,18 Гц, нижняя и верхняя боковые частоты, спутники пиков 1 и 3, соответствует проявлению модулирующего действия дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов. Удвоенное отношение амплитуд пиков 5 и 1 представляется коэффициентом амплитудной модуляции КM≈0,26. Присутствие пиков 2 и 4 в спектре является проявлением независимой дыхательной составляющей в суперпозиции с проявлением модулирующего действия дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов. Оно объясняется объемными изменениями тканей в теле, создаваемыми за счет изменений при дыхании сил натяжения в системе взаимосвязанных фасций. Таким образом, в результате проведенных измерений и анализа получены данные о физиологических показателях: АД (121/77 мм рт. ст.), ЧСС (60,6 ударов в минуту) и ЧД (11 дыханий в минуту). По спектру осциллометрического сигнала определен характер действия и проявления дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов и объемные изменения тканей в теле, создаваемые за счет изменений при дыхании сил натяжения в системе взаимосвязанных фасций. А именно, в спектре осциллометрического сигнала осцилляций давления в манжете содержатся две независимые составляющие: модулированное низкочастотными дыхательными волнами в объеме тела пульсирующее кровенаполнение сосудов с коэффициентом амплитудной модуляции КM≈0,26 и, кроме того, проявляются объемные изменения тканей с частотой, равной частоте дыхания.Example 2. Measurement of physiological parameters with monitoring the conditions for the removal of pressure signals in the cuff by eliminating the effect of respiratory movements of the chest on the shoulder cuff. The fixing belt was not used in the study. As in example 1, the upper diagram (Fig. 7) shows the recorded cuff pressure during the decompression period of blood pressure measurement (in the range of 170-50 mmHg). The result of measuring blood pressure: 121/77 mm Hg In Fig. 7 (middle diagram) is an oscillometric signal with pressure oscillations in the cuff, in which high-frequency pulsations prevail and a low-frequency envelope appears. In the calculated spectrum (Fig. 7, bottom diagram), the high-frequency and low-
Пример 3. Измерение физиологических показателей с проведением функциональной пробы задержки дыхания. Как и в примерах 1 и 2, на верхней диаграмме (фиг.8) приводится зарегистрированное давление в манжете в декомпрессионный период (в диапазоне 160-66 мм рт. ст.) измерения артериального давления. Запись сделана в условиях, исключающих действие дыхательных движений грудной клетки на манжету. Фиксирующий пояс в исследовании не использован. Результат измерения АД: 130/94 мм рт. ст. На фиг.8 (средняя диаграмма) - осциллометрический сигнал, в котором явно выделяются высокочастотные осцилляции, и не выраженные непериодические низкочастотные изменения огибающей. Соответственно, в вычисленном спектре (фиг.8, нижняя диаграмма) выделяется высокочастотный пик 1 (с максимумом на частоте 0,95 Гц, соответствующей 57 ударам в минуту) и две его гармоники (пик 2, с максимумом на частоте 1,93 Гц, и пик 3, с максимумом на частоте 2,82 Гц). Частота максимума пика 1 принадлежит диапазону частот сердечных сокращений. Таким образом, частота пика 1 определяется, как частота сердечных сокращений. В спектре отсутствуют составляющие, которые могли бы отвечать за проявление периодического дыхания. К тому же пик 1 не имеет нижней и верхней боковых частот, спутников, свойственных проявлению модулированного сигнала. Такая структура спектра соответствует отсутствию дыхания и дыхательных волн в регистрируемом сигнале. Таким образом, в результате измерений получены данные о физиологических показателях: АД (130/94 мм рт. ст.) и ЧСС (57 ударов в минуту). Кроме того, по спектру осциллометрического сигнала определено полное отсутствие дыхания и исключение его влияния на ткани организма, что соответствует созданным условиям проведения исследования.Example 3. Measurement of physiological parameters with a functional test of breath holding. As in examples 1 and 2, the upper diagram (Fig. 8) shows the recorded cuff pressure during the decompression period (in the range of 160-66 mm Hg) of blood pressure measurement. The recording was made under conditions excluding the effect of respiratory movements of the chest on the cuff. The fixing belt was not used in the study. The result of measuring blood pressure: 130/94 mm RT. Art. On Fig (middle diagram) is an oscillometric signal in which high-frequency oscillations are clearly distinguished, and not expressed non-periodic low-frequency changes of the envelope. Accordingly, in the calculated spectrum (Fig. 8, the bottom diagram), high-frequency peak 1 (with a maximum at a frequency of 0.95 Hz, corresponding to 57 beats per minute) and its two harmonics (
Пример 4. Измерение физиологических показателей после физической нагрузки 10 приседаний за 10 с. Как и в примерах 2 и 3, на верхней диаграмме (фиг.9) представлено зарегистрированное давление в манжете (в диапазоне 163-60 мм рт. ст.) в декомпрессионный период измерения артериального давления. Данные получены в условиях, исключающих действие дыхательных движений грудной клетки на манжету. Фиксирующий пояс в исследовании не использован. Результат измерения АД: 131/80 мм рт. ст. На фиг.9 (средняя диаграмма) - осциллометрический сигнал, в котором имеются высокочастотные пульсации с проявляемой низкочастотной огибающей. Соответственно, в вычисленном спектре (фиг.8, нижняя диаграмма) выделяются высокочастотный и низкочастотный пики 1 и 2 (с максимумом амплитуды на частоте 1,46 Гц, соответствующей 88 ударам в минуту, и с максимумом амплитуды на частоте 0,23 Гц, соответствующей 14 дыханиям в минуту). Эти частоты соответствуют диапазонам частот сердечных сокращений и дыхания после физической нагрузки. В спектре выделяются вторая и третья гармоники пика 1 (соответственно пик 3 с максимумом на частоте 2,91 Гц и пик 4 с максимумом на частоте 4,35 Гц). Таким образом, частота максимума пика 1 определяется как частота сердечных сокращений. Пик 2 в спектре не представлен гармониками на соответствующих частотах. В тоже время у пика 1 имеется две слабо выраженные нижняя и верхняя боковые частоты, спутники (пик 5 и пик 6). Частоты максимумов этих пиков отличаются от частоты максимума пика 1 на 0,23 Гц, соответствующего значению частоты выделенного максимума пика 2. Поэтому частота максимума пика 2 определяется как частота дыхания и существует соответственно слабая (с коэффициентом амплитудной модуляции КM≈0,04) дыхательная модуляция пульсового кровенаполнения тканей в суперпозиции с объемным изменением тканей в теле организма. Низкочастотные объемные изменения тканей в области подманжетного пространства могут передаваться по системе взаимосвязанных фасций от расположенных в области внутренних органов, в виде дыхательных волн, и действуют на манжету независимо от пульсирующего кровенаполнения. Таким образом, в результате измерений получены данные о физиологических показателях: АД (131/80 мм рт. ст.), ЧСС (88 ударов в минуту), ЧД (14 дыханий в минуту). Кроме того, по спектру осциллометрического сигнала определен характер проявления и действия дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов и окружающих тканей. А именно, осциллометрический сигнал осцилляции давления в манжете модулирован низкочастотными дыхательными волнами с коэффициентом амплитудной модуляции КM≈0,04, и независимо от пульсирующего кровенаполнения дыхательные волны передаются по системе взаимосвязанных фасций, действуя на манжету.Example 4. Measurement of physiological parameters after
Описание примеров 1-4 осуществления компрессионного способа измерения физиологических показателей демонстрирует возможности его реализации в разных контролируемых условиях исследований: с использованием фиксирующего пояса, охватывающего грудную клетку и руку; в варианте, исключающем непосредственное влияние механического действия дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету; в функциональных пробах с задержкой дыхания и с использованием физической нагрузки, изменяющих состояние организма. Во всех случаях осуществление компрессионного способа измерения физиологических показателей обеспечивает измерение показателей систолического и диастолического давления осциллометрическим методом и получение спектра осциллометрического сигнала, по которому определяются показатели частоты сердечных сокращений и частоты дыхания. Спектр позволяет анализировать в разной степени выраженные проявления ответственных пиков, в зависимости от условий проведения исследований, отражающих разные проявления дыхания, которые составляют суперпозицию независимых действий: модулирующего действия дыхания на АД и пульсирующее кровенаполнение сосудов, возникающее в грудной полости; действие объемных изменений тканей в теле, создаваемых за счет изменений при дыхании сил натяжения в системе взаимосвязанных фасций; внешнего механического действия непосредственно на манжету дыхательных и других движений грудной клетки. Процедура измерения АД осциллометрическим методом и контроль влияния артефактов движений грудной клетки на манжету с получением и обработкой спектра осциллометрического сигнала расширяют функциональные возможности способа, повышают достоверность результатов измерения и могут использоваться в исследовании состояния организма.The description of examples 1-4 of the implementation of the compression method for measuring physiological parameters demonstrates the possibility of its implementation in various controlled research conditions: using a fixing belt covering the chest and arm; in a variant that excludes the direct effect of the mechanical action of the respiratory movements of the chest on the shoulder cuff; in functional tests with breath holding and using physical activity that change the state of the body. In all cases, the implementation of the compression method for measuring physiological parameters ensures the measurement of systolic and diastolic pressure indicators by the oscillometric method and obtaining the spectrum of the oscillometric signal, which determines the heart rate and respiratory rate. The spectrum makes it possible to analyze, to varying degrees, the manifestations of responsible peaks, depending on the conditions of the studies, reflecting different manifestations of respiration, which constitute a superposition of independent actions: the modulating effect of respiration on blood pressure and the pulsating blood vessels filling in the chest cavity; the effect of volumetric changes in tissues in the body created due to changes in the respiration of tension forces in the system of interconnected fascias; external mechanical action directly on the cuff of the respiratory and other movements of the chest. The procedure for measuring blood pressure by the oscillometric method and monitoring the effect of artifacts of chest movements on the cuff with obtaining and processing the spectrum of the oscillometric signal expand the functionality of the method, increase the reliability of the measurement results and can be used to study the state of the body.
Источники информацииInformation sources
1. Устройство для определения физиологических показателей человека. - Изобретение СССР. АС № 1657143, 1991. МПК5 A61В 5/0205, №4633174; заявл. 22.02.91; опубл. 23.06.91, Бюл. №23. - 8 с.1. A device for determining the physiological parameters of a person. - The invention of the USSR. AC No. 1657143, 1991. IPC 5 A61B 5/0205, No. 4633174; declared 02.22.91; publ. 06/23/91, Bull. Number 23. - 8 p.
2. Физиология человека. Кровь. Кровообращение. Дыхание. Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. М.: Мир, т.3. 1986.2. Human physiology. Blood. Circulation. Breath. Ed. R. Schmidt and G. Teus. M .: World, vol. 3. 1986.
3. Ю.С.Беленький. Фасция, ее топография и прикладное значение с точки зрения анатома, хирурга и остеопата / Санкт-Петербург, 2007 г.3. Yu.S. Belenky. Fascia, its topography and applied value from the point of view of anatomist, surgeon and osteopath / St. Petersburg, 2007
4. А.А.Харкевич. Спектры и анализ / Государственное издательство технико-теоретической литературы, M., 1952 г.4. A.A. Kharkevich. Spectra and Analysis / State Publishing House of Technical and Theoretical Literature, M., 1952
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138968/14A RU2424765C2 (en) | 2009-10-21 | 2009-10-21 | Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009138968/14A RU2424765C2 (en) | 2009-10-21 | 2009-10-21 | Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009138968A RU2009138968A (en) | 2011-04-27 |
| RU2424765C2 true RU2424765C2 (en) | 2011-07-27 |
Family
ID=44731298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009138968/14A RU2424765C2 (en) | 2009-10-21 | 2009-10-21 | Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2424765C2 (en) |
-
2009
- 2009-10-21 RU RU2009138968/14A patent/RU2424765C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| реферат, рисунки. КУЗНЕЦОВА О.В. и др. Спектральный анализ ритмов сердца, артериального давления и дыхания у детей 8-11 лет в покое. Физиология человека, 2005, 31, 1, с.33-39. BRAAM R.L. etal. Home blood pressure measurement with oscillometric upper-arm devices. Neth J Med. 2003 Oct; 61(10):307-12. * |
| реферат, фиг.1, кол.4-5. * |
| фиг.1, кол.3-4. * |
| фиг.2. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009138968A (en) | 2011-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11123023B2 (en) | Method and apparatus for determining respiratory information for a subject | |
| US20210244302A1 (en) | Methods to estimate the blood pressure and the arterial stiffness based on photoplethysmographic (ppg) signals | |
| JP5296312B2 (en) | Blood volume evaluation method using photoelectric volumetric pulse wave method | |
| US20060264771A1 (en) | Apparatus for evaluating cardiovascular functions | |
| US10117598B1 (en) | Non-invasive wearable respiration rate monitoring system | |
| KR101746492B1 (en) | Pulse variation measurement apparatus and Method for Pulse variation measurement using the same | |
| JP2012157435A (en) | Sphygmomanometer | |
| US20220000435A1 (en) | Method and apparatus for determining respiratory information for a subject | |
| WO2017220526A1 (en) | A method and apparatus for determining respiratory information for a subject | |
| US20110184298A1 (en) | Portable cardio waveform acquisiton and heart rate variability (hrv) analysis | |
| JP7235120B2 (en) | Sphygmomanometer | |
| Angelucci et al. | The Medical Internet of Things: applications in respiratory medicine | |
| CN210408412U (en) | Portable dynamic cardiovascular parameter acquisition equipment | |
| CN116636821A (en) | Blood pressure management system and method | |
| CN208876506U (en) | Pulse wave velocity device and blood pressure continuous measurement device | |
| US20170188963A1 (en) | Physiological monitoring system featuring floormat and handheld sensor | |
| Rashid et al. | Monitoring the Cardiovascular Parameters (HR, RR, PBP) Under Pressure Situation | |
| RU2424765C2 (en) | Compressive method of measuring physiological indices of organism state and device for its realisation | |
| KR20070101696A (en) | Method and apparatus for measuring blood pressures by using blood oxygen concentration and electrocardiography | |
| US20170188964A1 (en) | Physiological monitoring system featuring floormat and handheld sensor | |
| US20170188962A1 (en) | Physiological monitoring system featuring floormat and handheld sensor | |
| Anchan | Estimating pulse wave velocity using mobile phone sensors | |
| JP2007252767A (en) | Blood oxygen concentration analyzer, and method and apparatus for measuring blood pressure value by electrocardiograph | |
| CN112040851A (en) | Vital sign measuring device | |
| JP2000225097A (en) | Portable blood pressure gauge |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131022 |