RU2664632C2 - Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor - Google Patents
Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2664632C2 RU2664632C2 RU2016145980A RU2016145980A RU2664632C2 RU 2664632 C2 RU2664632 C2 RU 2664632C2 RU 2016145980 A RU2016145980 A RU 2016145980A RU 2016145980 A RU2016145980 A RU 2016145980A RU 2664632 C2 RU2664632 C2 RU 2664632C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- blood pressure
- vessels
- state
- blood
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/021—Measuring pressure in heart or blood vessels
- A61B5/02108—Measuring pressure in heart or blood vessels from analysis of pulse wave characteristics
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
- A61B5/026—Measuring blood flow
- A61B5/0295—Measuring blood flow using plethysmography, i.e. measuring the variations in the volume of a body part as modified by the circulation of blood therethrough, e.g. impedance plethysmography
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/24—Detecting, measuring or recording bioelectric or biomagnetic signals of the body or parts thereof
- A61B5/316—Modalities, i.e. specific diagnostic methods
- A61B5/318—Heart-related electrical modalities, e.g. electrocardiography [ECG]
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинской технике, а именно к способам и устройствам для оценки изменений артериального давления, скорости распространения пульсовой волны и состояния сосудистой системы, по результатам измерений артериального давления и скорости распространения пульсовой волны в каждом цикле сердечного сокращения. Изобретение может использоваться в медицинских целях, для исследования состояния сосудистой системы.The invention relates to medical equipment, and in particular to methods and devices for assessing changes in blood pressure, pulse wave velocity and the state of the vascular system, according to the results of blood pressure and pulse wave velocity propagation in each heartbeat cycle. The invention can be used for medical purposes, to study the state of the vascular system.
Известен многофункциональный монитор АД, запатентованный фирмой Nihon Kohden Co. [1]. Он выполняет алгоритм, основанный на связи параметров артериального давления (АД) и времени распространения пульсовой волны (РПВ). При работе монитора регистрируются два сигнала электрокардиограмма (ЭКГ) и сигнал периферической пульсовой волны. В результате обработки сигналов определяется интервал времени РПВ от сердца до места регистрации периферической пульсовой волны. По данным о РПВ вычисляются параметры АД и пульсовой волны. Недостатком этого косвенного способа получения данных является отсутствие численной оценки, отражающей изменения состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения, что ограничивает возможности ее исследования.Known multifunctional blood pressure monitor, patented by Nihon Kohden Co. [one]. It performs an algorithm based on the relationship between blood pressure (BP) parameters and the pulse wave propagation time (RPW). When the monitor is operating, two electrocardiogram (ECG) signals and a peripheral pulse wave signal are recorded. As a result of signal processing, the RPV time interval from the heart to the place of registration of the peripheral pulse wave is determined. According to the RPV, the parameters of blood pressure and pulse wave are calculated. The disadvantage of this indirect method of obtaining data is the lack of a numerical estimate reflecting changes in the state of the vascular system in each cycle of cardiac contraction, which limits the possibilities of its study.
Из патента [2] известно решение, реализующее неинвазивное непрерывное измерение АД. Оно производится путем съема и измерения характеристик сигнала, отражающего объемные изменения кровенаполнения пальцевых артерий. Кровенаполнение анализируется по фотоплетизмограмме (ФПГ), снимаемой с пальца, на который при этом от компрессионной манжеты создается внешнее давление. Контроль давления в манжете производится в соответствии с изменениями ФПГ сигнала. АД вычисляется по данным о давлении в манжете и об изменении ФПГ сигнала. Это соотношение позволяетFrom the patent [2], a solution is known that implements a non-invasive continuous measurement of blood pressure. It is made by taking and measuring the characteristics of a signal that reflects volume changes in the blood supply of the digital arteries. Blood supply is analyzed by photoplethysmogram (PPG), taken from the finger, which creates external pressure from the compression cuff. The cuff pressure is controlled in accordance with changes in the PPG signal. Blood pressure is calculated from the data on the pressure in the cuff and the change in the PPG signal. This ratio allows
путем анализа контура кривой АД рассчитывать параметры стенки сосудов. При настройке аппаратуры используют регистрацию кривой АД в состоянии пережатой и расслабленной артерии. Однако этот способ не решает задачу оценки состояния сосудистой системы. В частности, по полученным данным невозможно анализировать динамику изменения состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения, что ограничивает возможности для ее исследования.by analyzing the contour of the blood pressure curve, calculate the parameters of the vessel wall. When setting up the equipment, registration of the blood pressure curve in the state of a pinched and relaxed artery is used. However, this method does not solve the problem of assessing the state of the vascular system. In particular, according to the data obtained, it is impossible to analyze the dynamics of changes in the state of the vascular system in each cycle of cardiac contraction, which limits the possibilities for its study.
Патент на изобретение [3] защищает известные решения, принятые в разработке монитора пациента. Монитором одновременно и непрерывно измеряют три основных физиологических параметра, относящиеся к жизненно важным функциям организма. Способ измерения основан на регистрации сигнала ЭКГ, по которому определяется частота сердечных сокращений (ЧСС). Кроме того, осуществляется контроль параметров АД и насыщения крови кислородом в пальцевых сосудах. При съеме сигналов используют две пальцевых манжеты. На одном из пальцев неинвазивно и непрерывно измеряют АД способом разгруженной стенки сосудов по принципу Пеньяза, на другом пальце, - насыщение крови кислородом. Благодаря информации, получаемой с двух пальцев, уменьшается число ошибочных результатов и повышается достоверность данных при мониторировании состояния пациентов, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, или с проблемами в системе дыхания. Однако недостатком способа является отсутствие решений, позволяющих оценить изменение состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения. Это ограничивает возможности анализа состояния пациента.The patent for the invention [3] protects the well-known decisions made in the development of a patient monitor. The monitor simultaneously and continuously measures three basic physiological parameters related to the vital functions of the body. The measurement method is based on the registration of the ECG signal, which determines the heart rate (HR). In addition, the parameters of blood pressure and oxygen saturation in the finger vessels are monitored. When picking up signals, two finger cuffs are used. On one of the fingers, blood pressure is measured non-invasively and continuously by the method of unloaded vessel wall according to the Penyaz principle, on the other finger, blood oxygen saturation. Thanks to the information obtained with two fingers, the number of erroneous results decreases and the reliability of the data increases when monitoring the status of patients suffering from cardiovascular diseases, or with problems in the respiratory system. However, the disadvantage of this method is the lack of solutions to assess the change in the state of the vascular system in each cycle of cardiac contraction. This limits the analysis of the patient's condition.
Известны решения, используемые в способе автоматического и неинвазивного мониторинга АД [4]. Способом [4] регистрируют изменение объема наполнения крови в пальцевой, или височной артерии. В результате обработки полученных данных анализируют форму кривой волны АД и определяются ее параметры. В теоретическом обосновании объемных изменений артерии, вызванных изменением АД, используется модель «total compliance model». По ней определяют АД в любой момент времени и определяют состояние артерии конкретного пациента. После установления у пациента среднего давления систолическое и диастолическое давление рассчитывается на основе соотношения АД с регистрируемыми изменениями объема наполнения артериальных сосудов. Это повышает надежность и точность результатов измерений у пациентов с аномальными значениями показателей АД. Однако способ не обеспечивает получение данных в каждом цикле сердечного сокращения об изменении состояния сосудистой системы, что ограничивает возможности проведения исследований.Known solutions used in the method of automatic and non-invasive monitoring of blood pressure [4]. By the method [4], a change in the volume of blood filling in the digital or temporal artery is recorded. As a result of processing the obtained data, the waveform of the blood pressure waveform is analyzed and its parameters are determined. In the theoretical justification of volume changes in arteries caused by a change in blood pressure, the model of “total compliance model” is used. It determines blood pressure at any time and determine the state of the artery of a particular patient. After the average pressure in the patient is established, systolic and diastolic pressure is calculated based on the ratio of blood pressure with recorded changes in the volume of filling of arterial vessels. This increases the reliability and accuracy of the measurement results in patients with abnormal blood pressure values. However, the method does not provide data in each heartbeat cycle about a change in the state of the vascular system, which limits the possibility of research.
Известен способ контроля АД [5], согласно которому производят съем ФПГ сигнала и его преобразование в частотно зависимый сигнал, используемый для управления клапанами системы пневматического управления. Такое решение упрощает построение системы пневматического управления, однако не позволяет получать данные об изменении состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения.A known method of controlling blood pressure [5], according to which the PPG signal is removed and converted into a frequency-dependent signal used to control valves of the pneumatic control system. This solution simplifies the construction of a pneumatic control system, but does not allow to obtain data on changes in the state of the vascular system in each heartbeat cycle.
Известен способ проведения неинвазивных измерений динамических характеристик изменения давления крови и эластичности артериальных сосудов [6]. При этом используют съем и преобразование сигналов, в которых регистрируют данные о растяжимости пальцевых артериальных сосудов в каждом цикле сердечного сокращения. Кроме того, измеряют полную проводимость сосудов, производят контроль давления, создаваемого в пальцевой манжете, и непрерывно измеряют АД в сосудах пальца способом Пеньяза [7, 8]. С соседнего пальца той же руки производят съем и регистрируют сигнал, пропорциональный полной электрической проводимости, пропорциональный объему кровенаполнения сосудов пальца. Таким образом, два независимых друг от друга сигнала представляют для каждого цикла сердечных сокращений зависимость, характеризующую состояние стенки сосуда от внутрисосудистого давления. Данные представляют на двухкоординатном графопостроителе по двум координатам. По одной оси - о модуле объемной упругости Ev или сжимаемости Са стенки сосуда, выраженной в условных единицах, по другой оси - измеряемого сигнала, связанного с показателем внутриартериального давления, в пересчете представленного в абсолютных единицах давления. Главным недостатком этого способа является то, что он не позволяет оценить интегральный показатель состояния, относящийся ко всей артериальной системе, а позволяет оценить состояние только локальных сосудов пальца. Другой недостаток связан с помехоустойчивостью съема реографического сигнала. Съем может проводиться в условиях только при неподвижном состоянии пациента, что ограничивает возможности использования способа на практике.A known method of conducting non-invasive measurements of the dynamic characteristics of changes in blood pressure and elasticity of arterial vessels [6]. In this case, the removal and conversion of signals is used, in which data on the extensibility of the digital arterial vessels in each cycle of the heartbeat are recorded. In addition, the total conductivity of the vessels is measured, the pressure created in the finger cuff is monitored, and blood pressure in the finger vessels is continuously measured by the Penaz method [7, 8]. From a neighboring finger of the same hand, they remove and record a signal proportional to the total electrical conductivity, proportional to the volume of blood supply to the vessels of the finger. Thus, two independent signals from each other represent, for each heartbeat cycle, a dependence characterizing the state of the vessel wall from intravascular pressure. Data is presented on a two-coordinate plotter in two coordinates. On one axis - the modulus of bulk elasticity E v or compressibility C a of the vessel wall, expressed in arbitrary units, on the other axis - the measured signal associated with the indicator of intra-arterial pressure, in terms of the pressure presented in absolute units. The main disadvantage of this method is that it does not allow to evaluate the integral indicator of the state related to the entire arterial system, but allows to assess the condition of only the local vessels of the finger. Another disadvantage is associated with noise immunity of the removal of the rheographic signal. The removal can be carried out in conditions only when the patient is stationary, which limits the possibility of using the method in practice.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту изобретения «Способ» является способ по патенту [9], решающий задачу определения АД на основе корреляционной связи этого параметра с временем РПВ по артериальному руслу. Способ выполняют путем съема и регистрации сигналов ЭКГ и пульсовой волны давления, и определения по ним времени РПВ от сердца до участка локации пульса и скорости РПВ на этом участке сосудистого русла. Параметр АД рассчитывают по скорости РПВ. В способе [9] учитывается, что эластичность кровеносных сосудов включает активную и пассивную составляющие, что влияет на соотношение между параметрами АД и скорости РПВ. В способе [9] также предусмотрена калибровка, производимая путем измерения и определения АД в зависимости и с учетом роста пациента. Однако способ [9] не представляет численных оценок, указывающих на изменение состояния сосудистой системы артериальных сосудов в каждом цикле сердечного сокращения. Кроме того, расчет АД в зависимости; от времени РПВ, связанного с эластичностью сосудов, основан на эмпирических коэффициентах. Это делает способ не универсальным для определения параметра АД по отношению к разным пациентам.The closest in technical essence to the claimed subject matter of the invention, “Method” is the method according to the patent [9], which solves the problem of determining blood pressure based on the correlation of this parameter with the time of RPM in the arterial bed. The method is carried out by taking and recording ECG signals and a pulse pressure wave, and determining from them the time of the RPV from the heart to the site of the location of the pulse and the speed of the RPV in this section of the vascular bed. The parameter HELL is calculated by the speed of the RPV. The method [9] takes into account that the elasticity of blood vessels includes active and passive components, which affects the relationship between blood pressure parameters and the speed of the RPV. The method [9] also provides for calibration performed by measuring and determining blood pressure, depending on and taking into account the growth of the patient. However, the method [9] does not present numerical estimates indicating a change in the state of the vascular system of arterial vessels in each cycle of cardiac contraction. In addition, the calculation of blood pressure in dependence; from the time of the RPV associated with vascular elasticity is based on empirical coefficients. This makes the method not universal for determining the parameter of blood pressure in relation to different patients.
Известны технические решения устройства многофункционального монитора АД [1] фирмы Nihon Kohden Со. Монитор включает в своем составе следующие блоки:Known technical solutions for the device multifunctional blood pressure monitor [1] by Nihon Kohden Co. The monitor includes the following blocks:
- блок обнаружения периферической пульсовой волны;- peripheral pulse wave detection unit;
- устройство для определения интервала времени прохождения пульсовой волны от аорты до участка регистрации периферической пульсовой волны;- a device for determining the time interval of the passage of the pulse wave from the aorta to the registration area of the peripheral pulse wave;
- входной блок, используемый для ввода калибровочного значения АД;- the input unit used to enter the calibration value of blood pressure;
- блок центрального процессора, производящего измерение времени РПВ, на основе выделяемой периферической пульсовой волны крови;- the unit of the Central processor that measures the time of the RPV, based on the allocated peripheral pulse wave of blood;
- дисплей для отображения вычисляемых значений АД и значения параметра пульсовой волны.- a display for displaying calculated blood pressure values and pulse wave parameter values.
Однако устройство [1] не представляет численных оценок изменений состояния сосудистой системы, относящихся к каждому циклу сердечного сокращения, что ограничивает его возможности для целей исследований.However, the device [1] does not provide numerical estimates of changes in the state of the vascular system related to each cycle of cardiac contraction, which limits its capabilities for research purposes.
Известно изобретение [2], представляющее аппаратуру для непрерывного неинвазивного измерения АД. В состав аппаратуры включены:Known invention [2], representing equipment for continuous non-invasive measurement of blood pressure. The equipment includes:
- фотоплетизмографическая система, обеспечивающая съем сигнала, отражающего объемные изменения кровенаполнения пальцевых артерий, и измерение характеристик кровенаполнения пальцевых артерий;- photoplethysmographic system that provides a signal pickup, reflecting volume changes in the blood supply of the digital arteries, and measuring the characteristics of the blood supply of the digital arteries;
- система съема ФПГ сигнала, объединенная с пальцевой окклюзионной манжетой, обеспечивающая контроль давления в манжете в соответствии с ФПГ сигналом.- a system for removing the PPG signal, combined with a finger occlusal cuff, providing control of the pressure in the cuff in accordance with the PPG signal.
Однако аппаратура [2] не позволяет в каждом цикле сердечного сокращения представлять численные оценки изменения состояния сосудистой системы, что ограничивает возможности применения аппаратуры для исследования состояния сосудистой системы.However, the equipment [2] does not allow in each heartbeat cycle to present numerical estimates of changes in the state of the vascular system, which limits the possibility of using the equipment to study the state of the vascular system.
Известно изобретение [3] монитора, обеспечивающего одновременное и непрерывное измерение трех основных физиологических параметров, отражающих состояние жизненно важных функций организма. В состав аппаратуры включены:The invention of the monitor is known [3], which provides simultaneous and continuous measurement of three basic physiological parameters that reflect the state of vital body functions. The equipment includes:
- электрокардиографические электроды;- electrocardiographic electrodes;
- регистратор сигнала ЭКГ;- ECG signal recorder;
- контроллер АД и насыщения крови кислородом в пальцевых сосудах;- controller of blood pressure and oxygen saturation in the finger vessels;
- две пальцевые манжеты, используемые в качестве устройства съема информации; на одном из пальцев для неинвазивного и непрерывного измерения АД по принципу Пеньяза, на другом пальце - для измерения насыщения крови кислородом;- two finger cuffs used as an information retrieval device; on one of the fingers for non-invasive and continuous measurement of blood pressure according to the Penyaz principle, on the other finger - to measure blood oxygen saturation;
- первый индикатор и датчик для измерения АД;- the first indicator and sensor for measuring blood pressure;
- второй индикатор и датчик для измерения оксигенации крови- second indicator and sensor for measuring blood oxygenation
- следящая система, используемая в канале измерителя АД.- a tracking system used in the channel of the blood pressure meter.
Все измерительные каналы системы работают независимо. Использование манжет для съема сигналов одновременно с двух пальцев и получение соответствующей измерительной информации от датчиков предоставляет существенные преимущества при обработке сигналов и для интерпретации результатов. За счет этого уменьшается число ошибочных результатов. Измерительная система с двумя пальцевыми датчиками обеспечивает измерение неинвазивным способом жизненно важных функций организма, - АД и насыщения крови кислородом, и повышает надежность устройства для мониторинга состояния пациентов. Однако устройство не обеспечивает получение в каждом цикле сердечного сокращения данных об изменении состояния сосудистой системы.All measuring channels of the system work independently. The use of cuffs for picking up signals simultaneously with two fingers and obtaining the corresponding measurement information from sensors provides significant advantages in signal processing and for interpreting the results. Due to this, the number of erroneous results is reduced. A measuring system with two finger sensors provides a non-invasive method of measuring the vital functions of the body - blood pressure and oxygen saturation of the blood, and increases the reliability of the device for monitoring the condition of patients. However, the device does not provide in each cycle of cardiac contraction data on changes in the state of the vascular system.
Известны защищенные патентом [4] решения, относящиеся к системе автоматического и неинвазивного мониторинга АД. В ней используют фотоплетизмограф, регистрирующий изменения объема наполнения крови в пальцевой, или височной артерии. Кроме того, используют подпрограмму для анализа формы волны кривой АД и определения ее показателей. Система реализует модель «total compliance model», позволяющую определять состояние артерии конкретного пациента и АД в любой момент времени. При этом аппаратура обеспечивает повышение надежности и точности измерений у пациентов с аномальными значениями АД. В состав аппаратуры для автоматического и неинвазивного мониторинга АД входят средства для:Known patented solutions [4] related to the system of automatic and non-invasive monitoring of blood pressure. It uses a photoplethysmograph that records changes in the volume of blood filling in the digital or temporal artery. In addition, they use a subroutine to analyze the waveform of the blood pressure curve and determine its performance. The system implements the “total compliance model” model, which allows determining the state of the artery of a particular patient and blood pressure at any time. At the same time, the equipment provides increased reliability and accuracy of measurements in patients with abnormal blood pressure values. The equipment for automatic and non-invasive blood pressure monitoring includes tools for:
- неинвазивного обнаружения изменений объема в артерии пациента;- non-invasive detection of volume changes in the patient’s arteries;
- измерения АД;- blood pressure measurements;
- процессор, связанный со средствами для неинвазивного обнаружения изменений объема.- a processor associated with means for non-invasively detecting volume changes.
Однако устройство [4] ограничено по функциональным возможностям, так как не позволяет в каждом цикле сердечного сокращения выявить и численно оценить изменения состояния сосудистой системы.However, the device [4] is limited in functionality, since it does not allow in each cycle of the heartbeat to identify and quantify changes in the state of the vascular system.
Известно устройство [5], реализующее непрерывное измерение АД. В нем используются преобразователи световых сигналов ФПГ в частотно модулированные сигналы, управляющие системой создания давления. Устройство оснащено:A device [5] that implements continuous measurement of blood pressure is known. It uses converters of light PPG signals into frequency-modulated signals that control the pressure generation system. The device is equipped with:
- пальцевой компрессионной манжетой, снабженной фотоплетизмографической системой;- a finger compression cuff equipped with a photoplethysmographic system;
- в составе фотоплетизмографической системы имеется, по меньшей мере, один излучатель света и, по меньшей мере, один световой детектор;- as part of the photoplethysmographic system there is at least one light emitter and at least one light detector;
- преобразователь светового сигнала в частоту;- a light signal to frequency converter;
- по меньшей мере, один компрессор;- at least one compressor;
- по меньшей мере, один клапан, или система клапанов;- at least one valve or valve system;
- по меньшей мере, один преобразователь давления;- at least one pressure transducer;
- контроллер, обеспечивающий управление изменением давления в манжете и клапанами.- a controller that provides control of the change in pressure in the cuff and valves.
Недостатком устройства является невозможность в каждом цикле сердечного сокращения выявить и численно оценить изменение состояния сосудистой системы.The disadvantage of this device is the inability in each cycle of the heartbeat to identify and quantify the change in the state of the vascular system.
Известно устройство сенсорной системы [10], обеспечивающее измерение одного, или более физиологических сигналов, и в частности, неинвазивное измерение АД. Система включает:A device of the sensor system [10] is known, which provides the measurement of one or more physiological signals, and in particular, the non-invasive measurement of blood pressure. The system includes:
- базовую часть, для постоянного многоразового использования;- the base part, for permanent reusable use;
- съемную часть, для одноразового использования;- removable part, for single use;
- съемная часть представляет фотоплетизмографический датчик, по крайней мере, с одним источником света, и, по крайней мере, одним детектором света;- the removable part is a photoplethysmographic sensor with at least one light source and at least one light detector;
- разъемные соединители для подключения, по меньшей мере, одного источника света к источнику электрического питания, и соединение в пневмосистеме, для подачи воздуха по соединительным трубкам в манжету. Электрический разъем и пневмосоединитель позволяют обеспечить получение данных с двух соседних пальцев руки субъекта.- detachable connectors for connecting at least one light source to an electric power source, and a connection in a pneumatic system for supplying air through the connecting tubes to the cuff. An electrical connector and a pneumatic connector provide data from two adjacent fingers of a subject’s hand.
Недостатком устройства является невозможность получения в каждом цикле сердечного сокращения численных оценок изменения состояния сосудистой системы.The disadvantage of this device is the impossibility of obtaining in each cycle of cardiac contraction numerical estimates of changes in the state of the vascular system.
Известно устройство, описанное в работе [6]. Устройство обеспечивает одновременно неинвазивные измерения динамических характеристик изменения давления крови и эластичности артериальных сосудов. Измерительная система устройства включает два независимых информационно-измерительных канала, обеспечивающих съем и преобразование сигналов, в которых присутствуют данные о растяжимости пальцевых артериальных сосудов в каждом цикле сердечного сокращения. К основным блокам измерительной системы относятся:A device is described in [6]. The device provides simultaneously non-invasive measurements of the dynamic characteristics of changes in blood pressure and elasticity of arterial vessels. The measuring system of the device includes two independent information and measuring channels that provide the removal and conversion of signals, in which there is data on the extensibility of the digital arterial vessels in each cycle of the heartbeat. The main units of the measuring system include:
- измеритель полной проводимости;- full conductivity meter;
- контроллер давления, создаваемого в пальцевой манжете;- pressure controller generated in the finger cuff;
- система измерения мгновенного значения АД;- a system for measuring instantaneous blood pressure;
- аналого-цифровой преобразователь и регистрирующее устройство;- analog-to-digital converter and recording device;
- персональный компьютер;- Personal Computer;
- двухкоординатный графопостроитель.- two-dimensional plotter.
В канале измерения давления используется контроллер давления, производящий управляющие сигналы давления в пальцевой манжете, и система измерения мгновенного значения АД. Эти блоки обеспечивают непрерывное измерение АД в сосудах пальца способом Пеньяза [7, 8]. С соседнего пальца той же руки производится съем сигнала, пропорционального полной электрической проводимости, представляющего данные об объеме кровенаполнения сосудов пальца. Использование двух информационно-измерительных каналов позволяет в каждом цикле сердечных сокращений представлять зависимость, характеризующую изменение состояния стенки сосуда от внутрисосудистого давления. Данные этой зависимости представляются по двум осям координат на графопостроителе. По одной оси - о модуле объемной упругости Ev, или сжимаемости Са стенки сосуда, выраженной в условных единицах, по другой оси - измеряемого сигнала АД, в пересчете представленного в абсолютных единицах давления. Устройство [6] предназначено для медицинских исследований состояния сосудов и в частности для проведения разных функциональных проб. Недостатком устройства [6] является то, что оно позволяет из всей артериальной системы оценить состояние лишь локальных сосудов, а именно сосудов пальца. Недостатком так же является усложнение аппаратной части устройства, что при работе ухудшает его эксплуатационные характеристики. Это касается использования в устройстве двух разных информационно-измерительных каналов. При этом обоим способам исследования, - способу измерения АД по принципу разгруженной стенки Пеньяза и способу измерения электрической проводимости сосуда, свойственны различные инструментальные и методические погрешности и условия применения в разных состояниях пациентов. Другой недостаток, - съем реографического сигнала может осуществляться лишь в неподвижном состоянии пациента. Все это ограничивает возможности использования устройства для практических целей.The pressure measurement channel uses a pressure controller that produces pressure control signals in the finger cuff and a system for measuring the instantaneous blood pressure value. These blocks provide continuous measurement of blood pressure in the vessels of the finger using the Penyaz method [7, 8]. From a neighboring finger of the same hand, a signal is taken that is proportional to the total electrical conductivity, representing data on the volume of blood supply to the vessels of the finger. The use of two information-measuring channels allows in each heartbeat cycle to represent a relationship characterizing the change in the state of the vessel wall from intravascular pressure. The data of this dependence are presented along two coordinate axes on the plotter. On one axis - about the modulus of bulk elasticity E v , or compressibility C a of the vessel wall, expressed in arbitrary units, on the other axis - the measured signal of blood pressure, in terms of the absolute pressure units. The device [6] is intended for medical research of the state of blood vessels and, in particular, for conducting various functional tests. The disadvantage of the device [6] is that it allows the whole arterial system to assess the condition of only local vessels, namely the vessels of the finger. The disadvantage is the complication of the hardware of the device, which during operation degrades its performance. This applies to the use of two different information and measurement channels in the device. In this case, both research methods, the method of measuring blood pressure according to the principle of unloaded Penyaz wall and the method of measuring the electrical conductivity of a vessel, are characterized by various instrumental and methodological errors and application conditions in different conditions of patients. Another drawback is the removal of the rheographic signal can be carried out only in a stationary state of the patient. All this limits the possibility of using the device for practical purposes.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту изобретения «Устройство» является устройство по патенту [9], реализующее неинвазивное измерение и определение показателей АД. В состав устройства входят:The closest in technical essence to the claimed object of the invention “Device” is the device according to the patent [9], which implements a non-invasive measurement and determination of blood pressure indicators. The device includes:
- датчик для съема и регистрации сигнала ЭКГ;- a sensor for recording and recording an ECG signal;
- датчик пульса для детектирования сигнала пульсовой волны давления;- pulse sensor for detecting a pulse pressure wave signal;
- блок оценки времени РПВ от сердца до участка локации пульса.- a unit for evaluating the time of RPT from the heart to the pulse location site.
Однако устройство [9] не позволяет в каждом цикле сердечного сокращения выделять и оценивать изменения состояния сосудистой системы.However, the device [9] does not allow in each cycle of the heartbeat to isolate and evaluate changes in the state of the vascular system.
Целью настоящего изобретения является создание способа и устройства, проводящих численную оценку в каждом сердечном сокращении изменений состояния сосудистой системы и измерение параметров АД и скорости РПВ.The aim of the present invention is to provide a method and device that conducts a numerical assessment in each cardiac contraction of changes in the state of the vascular system and measurement of blood pressure parameters and RPV rate.
Решение данной задачи по объекту изобретения «Способ» осуществляется с использованием данных, получаемых при съеме с пациента и регистрации сигнала ЭКГ, и с двух пальцев одной руки соответственно двух ФПГ сигналов. При этом на оба пальца одновременно, посредством манжет, создают внешнее давление, изменяющееся во времени по разным законам. На одном из пальцев давление создают по алгоритму управления в следящем режиме, обеспечивающем выполнение принципа Пеньяза, непрерывного поддержания сосудов в ненагруженном состоянии. Для этого внешнее давление производят в соответствии с сигналом ФПГ, используемым в цепи обратной связи системы управления давлением, таким образом, чтобы кровенаполнение сосудов пальца соответствовало максимальному уровню. Выполнение этого условия, в соответствии с принципом Пеньяза, обеспечивает равенство внешнего давления и измеряемого параметра АД, и позволяет непрерывно измерять АД (Pизм.) в пальцевых сосудах. Из данных непрерывно регистрируемой кривой АД в каждом из i циклов сердечного сокращения находят экстремумы максимумы, являющиеся в этих циклах соответствующими значениями измеренного систолического АД (Pизм.i).The solution of this problem for the object of the invention "Method" is carried out using data obtained when taking from the patient and registering the ECG signal, and from two fingers of one hand, respectively, two PPG signals. At the same time, both fingers simultaneously create external pressure through the cuffs, which varies in time according to different laws. On one of the fingers, pressure is created according to the control algorithm in a follow-up mode, ensuring the implementation of the Penyaz principle, the continuous maintenance of blood vessels in an unloaded state. To do this, external pressure is produced in accordance with the PPG signal used in the feedback circuit of the pressure control system, so that the blood supply to the vessels of the finger corresponds to the maximum level. The fulfillment of this condition, in accordance with the Penyaz principle, ensures the equality of the external pressure and the measured parameter of blood pressure, and allows you to continuously measure blood pressure (P meas. ) In the finger vessels. From the data of a continuously recorded blood pressure curve in each of the i cycles of cardiac contraction, maximums are found that are the maximum values in these cycles that are the corresponding values of the measured systolic blood pressure (P meas . I ).
Давление в манжете, передаваемое на кровеносные сосуды другого пальца, устанавливают на постоянном уровне, выбранном из диапазона изменения АД от уровня диастолического до систолического давления. При этом регистрируют ФПГ сигнал, отражающий кровенаполнение сосудов этого пальца. При обработке данных по регистрируемым сигналам ЭКГ и кровенаполнения сосудов второго пальца определяют продолжительность времени РПВ на участке артериального русла протяженностью от сердца до кровеносных сосудов второго пальца. По измеренному интервалу времени РИВ вычисляют параметр скорость РПВ. При этом расчете получают ряд значений скоростей Сi, относящихся к каждому из i циклов сердечных сокращений:The pressure in the cuff transmitted to the blood vessels of the other finger is set at a constant level selected from the range of blood pressure changes from the level of diastolic to systolic pressure. At the same time, a PPG signal is recorded that reflects the blood supply to the vessels of this finger. When processing data on the recorded ECG and blood vessels of the vessels of the second finger, the duration of the RPV in the section of the arterial bed extending from the heart to the blood vessels of the second finger is determined. Using the measured RIV time interval, the RPV speed parameter is calculated. In this calculation, a series of values of the speeds C i are obtained that relate to each of the i heart rate cycles:
где Сi - значение скорости РПВ в i-м цикле сердечного сокращения, ΔTi - интервал времени РПВ, отсчитываемый от момента появления R-зубца ЭКГ в i-м цикле сердечного сокращения до появления в этом цикле соответствующего признака пульсовой волны. Вычисленные по измеренным интервалам ΔTi значения Сi представляются результатами измерения интегральных значений параметра, так как они характеризуют скорость РПВ на протяженном участке артериального русла, от сердца до пальцевых сосудов. Этот участок артериального русла представлен совокупностью сосудов разного типа растяжимости, включая аорту (сосуд эластичного типа растяжимости) и сосуды мышечного типа.where C i is the RPV velocity in the i-th heart beat cycle, ΔT i is the RPV time interval, counted from the moment the R-wave of the ECG appeared in the i-th heart beat cycle until the corresponding sign of the pulse wave appears in this cycle. The values of C i calculated from the measured ΔT i intervals are represented by the measurement results of the integral values of the parameter, since they characterize the RPV rate over an extended section of the arterial bed, from the heart to the finger vessels. This section of the arterial bed is represented by a combination of vessels of different types of extensibility, including the aorta (vessel of elastic type of extensibility) and vessels of muscle type.
Затем по скорости РПВ рассчитывают АД, например, используя формулу, обоснованную в работе [12]:Then, according to the RPV speed, blood pressure is calculated, for example, using the formula justified in [12]:
где Pрасч.i - расчетное значение АД, Сi - скорость РПВ, а и b - константы, определяемые в исходном состоянии. В результате вычислений получают ряд Pрасч.i расчетных значений АД, относящихся к i-циклам сердечного сокращения.where P calc . i is the calculated value of blood pressure, C i is the RPV speed, and a and b are constants determined in the initial state. As a result of the calculations, a series of P calc . I of calculated BP values related to the i-cycles of the heartbeat is obtained.
Обоснованием для использования скорости РПВ для расчета АД (Pр) является работа [13], выполненная Bramwell J.C. and Hill A.V. (1922 г.), в которой скорость С распространения переднего фронта пульсовой волны определяется следующей формулой:The rationale for using the RPV speed for calculating blood pressure (Pr) is the work [13], performed by Bramwell J.C. and Hill A.V. (1922), in which the propagation velocity C of the leading edge of the pulse wave is determined by the following formula:
где ρ - плотность крови, А - площадь сечения сосуда, 
Таким образом, параметры скорость РПВ, относительная растяжимость сосудов D и плотность крови ρ взаимосвязаны и описываются соотношением:Thus, the parameters of the RPV rate, the relative extensibility of blood vessels D and blood density ρ are interconnected and are described by the ratio:
Зависимость площади А сечения артерий от кровяного давления исследовалась экспериментально многими авторами. Однако наиболее точно она описывается эмпирическим выражением, предложенным в работе [11]:The dependence of the cross-sectional area A of arteries on blood pressure was investigated experimentally by many authors. However, it is most accurately described by the empirical expression proposed in [11]:
где Аmax - максимальная площадь сечения аорты при очень высоком давлении, параметры P0 и P1 характеризуют эластичность артерий, P0 - соответствует давлению при нулевом значении арктангенса, P1 - характеризует размах давления, при котором сечение сосуда изменяется в диапазоне от 0,5Аmax до 0,75Аmax. Чем больше значения параметров P0 и P1, тем эластичнее артерии. Таким образом, очевидно, что скорость РПВ непосредственно определяется D - относительной растяжимостью сосудов. Растяжимость сосудов 
Используя теоретически обоснованную связь параметров скорости РПВ, АД и состояния сосудов, проявление в каждом цикле сердечных сокращений в процессе измерений возможных расхождений между рассчитанными значениями АД (Ррасч.i) и одновременно измеренными значениями АД методом Пеньяза (Ризм.i) связывают с изменением свойств сосудов, вследствие гуморального или вегетативного воздействия. При этом динамику изменения растяжимости сосудов контролируют в каждом сердечном сокращении, численно оценивая различие между рассчитываемыми и измеренными значениями Ррасч.i и Ризм.i. Отклонения расчетных Ррасч.i от измеренных Ризм.i значений давления в большую сторону интерпретируют, как проявление вазодилатации сосудов, а в меньшую - вазоконстрикции. Текущие изменения состояния сосудистой системы в сторону вазодилатации, или вазоконстрикции и степень выраженности изменений оценивают численно в ходе измерительной процедуры по значениям двух индексов I1 и I2 процентных пропорций, характеризующих соответственно относительное расхождение I1 и отношение I2 между соответствующими текущими значениями Pизм.i измеряемого параметра АД и текущими расчетными значениями Pрасч.i. Индексы I1 или I2 вычисляют по формулам:Using a theoretically substantiated relationship between the parameters of the RPV, blood pressure and vascular status, the manifestation in each cycle of heart contractions during the measurement of possible discrepancies between the calculated blood pressure values (P calc. I ) and simultaneously measured blood pressure values by the Penyaz method (P meas. I ) is associated with a change properties of blood vessels due to humoral or autonomic effects. In this case, the dynamics of changes in vascular distensibility is monitored in each heart beat , numerically assessing the difference between the calculated and measured values of P calc. I and P meas . I. Deviations of the calculated P calc. I from the measured P meas. I pressure values are interpreted to the greater side as a manifestation of vasodilation of the vessels, and to a lesser extent - of vasoconstriction. Current changes in the state of the vascular system in the direction of vasodilation or vasoconstriction and the severity of changes are evaluated numerically during the measurement procedure according to the values of two indices I 1 and I 2 percentage proportions characterizing, respectively, the relative discrepancy I 1 and the ratio of I 2 between the corresponding current values of P meas. i of the measured blood pressure parameter and the current calculated values of P calc . i . Indices I 1 or I 2 are calculated by the formulas:
Решение задачи по объекту изобретения «Устройство» достигается тем, что в состав устройства включены датчик ЭКГ, фотоплетизмографическая и пневматическая системы, контроллер и устройство отображения информации с индикатором индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы.The solution of the problem according to the object of the invention “Device” is achieved by the fact that the device includes an ECG sensor, photoplethysmographic and pneumatic systems, a controller and an information display device with an index indicator reflecting changes in the state of the vascular system.
Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что они имеют общие признаки:A comparative analysis of the proposed method with the prototype shows that they have common features:
- при их осуществлении используют съем с тела пациента и регистрацию сигналов, связанных с электрической активностью сердца (сигнал ЭКГ) и пульсовым давлением, вызванным распространением пульсовой волны давления по кровеносным сосудам от сердца до участка детектируемого пульса;- when they are used, they will take a sample from the patient’s body and register signals related to the electrical activity of the heart (ECG signal) and pulse pressure caused by the propagation of the pulse pressure wave through the blood vessels from the heart to the detected pulse section;
- из регистрируемых сигналов получают данные о времени и скорости РПВ от сердца до участка детектируемого пульса;- from the recorded signals receive data on the time and speed of the RPV from the heart to the area of the detected pulse;
- АД определяют по времени РПВ, и при расчете используют соотношение между АД и скоростью РПВ.- BP is determined by the time of the RPV, and the calculation uses the ratio between blood pressure and the speed of the RPV.
Заявляемый способ отличается от прототипа новыми признаками:The inventive method differs from the prototype with new features:
- вместе с сигналом ЭКГ одновременно производят съем и регистрацию двух ФПГ сигналов, отражающих соответственно прохождение пульсовой волны в двух пальцевых артериях одной руки;- together with the ECG signal, two PPG signals are simultaneously taken and recorded, respectively reflecting the passage of the pulse wave in two finger arteries of one arm;
- на обе пальцевые артерии одновременно создают внешнее давление, изменяющееся во времени по разным законам;- both finger arteries simultaneously create external pressure, which varies in time according to different laws;
- на основе принципа Пеньяза непрерывно измеряют АД в пальцевых сосудах и в каждом из i циклов сердечного сокращения находят экстремумы максимумы, являющиеся в этих циклах соответствующими значениями измеренного систолического АД;- on the basis of the Penyaz principle, blood pressure is continuously measured in the finger vessels and in each of the i cycles of cardiac contraction, extremes are found that are the maximums that are the corresponding values of the measured systolic blood pressure in these cycles;
- по отношению к каждому циклу сердечного сокращения получают численную оценку различия между значениями измеренного систолического АД и вычисленного систолического АД по скорости РПВ;- in relation to each heartbeat cycle, a numerical estimate of the difference between the values of the measured systolic blood pressure and the calculated systolic blood pressure in terms of the RPV is obtained;
- отклонения измеренного систолического АД от расчетного в большую сторону интерпретируют, как проявление вазодилатации сосудов, а в меньшую- deviations of the measured systolic blood pressure from the calculated one are interpreted to a greater extent as a manifestation of vasodilation of blood vessels, and to a lesser extent
- вазоконстрикции;- vasoconstriction;
- текущие изменения состояния сосудистой системы в сторону вазодилатации, или вазоконстрикции и степень выраженности изменений в ходе измерительного процедуры оценивают численно в каждом цикле сердечного сокращения, по значениям двух индексов процентных пропорций, характеризующих соответственно относительное расхождение или отношение - the current changes in the state of the vascular system towards vasodilation or vasoconstriction and the severity of changes during the measurement procedure are evaluated numerically in each heartbeat cycle, according to the values of two percentage indices characterizing, respectively, the relative discrepancy or ratio
между соответствующими текущими измеренными и расчетными значениями систолического АД, отражающими изменение состояния сосудистой системы.between the corresponding current measured and calculated values of systolic blood pressure, reflecting a change in the state of the vascular system.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство имеет общие признаки с прототипом и включает: датчик ЭКГ; систему с датчиком пульсовой волны давления и измерителем АД (в прототипе в качестве измерителя АД использован блок для калибровочных измерений АД); контроллер и устройство отображения информации.A comparative analysis of the claimed device with the prototype shows that the claimed device has common features with the prototype and includes: an ECG sensor; a system with a pulse pressure wave sensor and a blood pressure meter (in the prototype, a block for calibrating blood pressure measurements was used as a blood pressure meter); controller and information display device.
Заявляемое устройство от прототипа отличается новыми признаками: включает две фотоплетизмографические системы, соответственно совмещенные с двумя компрессионными манжетами, пневматически связанными с пневматической системой, электрические выводы датчика ЭКГ, пневматической и фотоплетизмографических систем связаны с контроллером, соединенным с устройством отображения рассчитываемых и измеряемых параметров с устройством отображения рассчитываемых и измеряемых параметров, при этом одна фотоплетизмографическая система, связанная с ней компрессионная манжета и датчик ЭКГ выполнены с возможностью определения скорости распространения пульсовой волны, а вторая фотоплетизмографическая система и связанная с ней компрессионная манжета выполнены с возможностью определения кровяного давления методом Пеньяза, причем контроллер выполнен с возможностью преобразования входных сигналов от датчика ЭКГ, пневматической и фотоплетизмографических систем в цифровой код, их обработки и определения значений индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения.The inventive device from the prototype is distinguished by new features: includes two photoplethysmographic systems, respectively combined with two compression cuffs, pneumatically connected to the pneumatic system, the electrical terminals of the ECG sensor, pneumatic and photoplethysmographic systems are connected to the controller connected to the display device of calculated and measured parameters with a display device calculated and measured parameters, with one photoplethysmographic system connected with it, the compression cuff and the ECG sensor are configured to determine the pulse wave propagation speed, and the second photoplethysmographic system and the associated compression cuff are configured to determine blood pressure using the Penyaz method, the controller being configured to convert input signals from the ECG sensor, pneumatic and photoplethysmographic systems into a digital code, their processing and determination of index values, reflecting changes in the state of the vascular system in each heartbeat cycle.
Из приведенного перечня признаков заявляемого способа и достижения поставленной задачи наглядно видно, что заявляемое техническое решение представляет собой новую совокупность признаков, как сочетание известных и новых признаков, обеспечивающих получение нового технического результата, неизвестного на дату подачи заявки. Новый технический результат, которыйFrom the above list of features of the proposed method and the achievement of the task it is clearly seen that the claimed technical solution is a new combination of features, as a combination of known and new features, providing a new technical result, unknown at the filing date of the application. New technical result which
может быть получен при осуществлении способа, заключается в получении при каждом сердечном сокращении численных оценок изменений состояния сосудистой системы, по параметрам АД и скорости РПВ.can be obtained by implementing the method, consists in obtaining, at each heart beat, numerical estimates of changes in the state of the vascular system, according to blood pressure parameters and RPV rate.
Из приведенного перечня признаков заявляемого устройства и достижения поставленной задачи наглядно видно, что заявляемое техническое решение представляет собой новую совокупность признаков, как сочетание известных и новых признаков, обеспечивающих получение нового технического результата неизвестного на дату подачи заявки. Новый технический результат, который может быть получен заявляемым устройством, заключается в получении численных оценок в каждом сердечном сокращении изменений состояния сосудистой системы по параметрам АД и скорости РПВ.From the above list of features of the claimed device and the achievement of the task, it is clearly seen that the claimed technical solution is a new set of features, as a combination of known and new features, providing a new technical result unknown on the filing date of the application. A new technical result that can be obtained by the claimed device is to obtain numerical estimates in each cardiac contraction of changes in the state of the vascular system in terms of blood pressure and the speed of the RPV.
Техническое решение заявляемого способа также соответствует критерию "новизна", так как оно неизвестно из уровня техники на дату подачи заявки. Неизвестна из уровня техники совокупность существенных признаков заявляемого технического решения и их влияние на получение требуемого технического результата.The technical solution of the proposed method also meets the criterion of "novelty", since it is unknown from the prior art at the date of application. The level of essential features of the claimed technical solution and their influence on obtaining the required technical result are unknown from the prior art.
Техническое решение заявляемого устройства соответствует критерию "новизна", так как оно неизвестно из уровня техники на дату подачи заявки. Неизвестна из уровня техники совокупность существенных признаков заявляемого технического решения и их влияние на получение требуемого технического результата.The technical solution of the claimed device meets the criterion of "novelty", since it is unknown from the prior art at the date of application. The level of essential features of the claimed technical solution and their influence on obtaining the required technical result are unknown from the prior art.
Техническое решение заявляемого способа соответствует критерию "изобретательский уровень", так как не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, и не обнаружена известность влияния отличительных признаков на получаемый технический результат.The technical solution of the proposed method meets the criterion of "inventive step", since no solutions have been identified that have features that match its distinctive features, and not known fame of the distinctive features on the resulting technical result.
Техническое решение заявляемого устройства соответствует критерию "изобретательский уровень", так как не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, и не обнаружена известность влияния отличительных признаков на получаемый технический результат.The technical solution of the claimed device meets the criterion of "inventive step", since no solutions have been identified that have features that match its distinctive features, and not known the influence of distinctive features on the resulting technical result.
Таким образом, заявляемые технические решения "Способ … и устройство …" связаны между собой настолько, что они образуют единый изобретательский замысел и соответствуют всем критериям, предъявляемым к изобретениям, и обеспечивают получение нового технического результата.Thus, the claimed technical solutions "Method ... and device ..." are so interconnected that they form a single inventive concept and meet all the criteria for inventions, and provide a new technical result.
Сущность заявляемого изобретения поясняется приведенными чертежами, на которых изображены: на фиг. 1 - блок схема заявляемого устройства; на фиг. 2 - блок схема пневматической системы заявляемого устройства, как пример ее исполнения; на фиг. 3 - блок схема фотоплетизмографической системы заявляемого устройства; на фиг. 4 и 5 - временные диаграммы сигналов измерительного процесса.The essence of the claimed invention is illustrated by the drawings, which depict: in FIG. 1 is a block diagram of the inventive device; in FIG. 2 - block diagram of the pneumatic system of the claimed device, as an example of its implementation; in FIG. 3 - block diagram of the photoplethysmographic system of the claimed device; in FIG. 4 and 5 are timing diagrams of the measurement process signals.
Устройство (фиг. 1) включает датчик ЭКГ 1, фотоплетизмографические системы 2 и 6, соответственно совмещенные с компрессионными манжетами 3 и 5, пневматически связанными с пневматической системой 4, электрические выводы датчика ЭКГ, пневматической и фотоплетизмографических систем связаны с контроллером 7, соединенным с устройством 8 отображения информации с индикатором индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы. Датчик ЭКГ 1 предназначен для съема сигналов электрического сердечного потенциала. Фотоплетизмографические системы 2 и 6 предназначены для съема и регистрации сигналов, связанных с кровенаполнением пальцевых сосудов. Фотоплетизмографические системы 2 и 6 выполнены по одинаковой схеме и соответственно содержат, по меньшей мере, по одному источнику света 9 (10) и, по меньшей мере, одному фотоприемнику 11 (12). Источники света 9 (10) предназначены для подачи световых сигналов на кровеносные сосуды. Фотоприемники 11 (12) предназначены для съема световых сигналов, проходящих от источника 9 (10) света через пальцевые кровеносные сосуды. Фотоплетизмографические системы 2 и 6 конструктивно совмещены соответственно с манжетами 3 и 5. Манжеты 3 и 5 предназначены для передачи создаваемого в них давления на сосудистые системы пальцев. Пневматическая система 4 предназначена для создания давления в пальцевых компрессионных манжетах 3 и 5. Она включает, по меньшей мере, один компрессор, по меньшей мере, два клапана, и датчики давления. Исполнение пневматической системы 4 возможно на основе разных известных вариантов, каждый из которых обеспечивает выполнение ее назначение. Как вариант исполнения, пневматическая система 4 содержит компрессоры 13 и 14, пневматически связанные соответственно с клапанами 15 и 16, соединенными соответственно с датчиками давления 17 и 18. Пневматические выводы пневматической системы 4 связаны соответственно с манжетами 3 и 5. Электрические выводы пневматической системы 4 от датчиков давления 17 и 18 соединены с контроллером 7. Контроллер 7 предназначен для формирования сигналов управления пневматической системой 4 и фотоплетизмографическими 2 и 6 системами, и передачи обработанных данных в устройство 8 отображения информации с индикатором индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы. В контроллере 7 производится преобразование в цифровой код входных сигналов, поступающих от датчика ЭКГ 1, от пневматической 4 и фотоплетизмографических систем 2 и 6. В контроллере 7 производилась математическая обработка преобразованных цифровых данных, в результате чего по командам из контроллера 7 в ходе проведения измерений они представляются в устройстве 8 отображения информации на индикаторах индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы. Устройство 8 отображения предназначено для отображения регистрируемых сигналов ЭКГ и пульсовой волны, представления измеряемых значений параметров ЭКГ, показателей АД, и расчетных значений индексов, отражающих изменения состояния сосудистой системы в каждом цикле сердечного сокращения.The device (Fig. 1) includes an
Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. До включения устройства в работу давление в пальцевых манжетах равно атмосферному давлению, на контроллер 7 от датчика ЭКГ 1, а также с выхода фотоприемников 11 и 12 фотоплетизмографических систем 2 и 6 и с выхода датчиков давления 17 и 18 никаких сигналов не поступает. На устройстве 8 информация не отображается. Перед измерительной процедурой на теле пациента размещают электроды датчика ЭКГ 1, а на пальцах руки располагают манжеты 3 и 5, совмещенные с фотоплетизмографическими системами соответственно 2 и 6. При определении с помощью программных средств, в контроллере 7, готовности произвести измерительный процесс, в контроллере формируются сигналы, управляющие созданием давления в манжетах 3 и 5 и изменением световых сигналов от источников света 9 и 10 в фотоплетизмографических системах 2 и 6. По команде Пуск от контроллера 7 в пневматической системе 4 включаются компрессоры 13 и 14 и клапаны 15 и16. При этом в манжетах создается давление по заданному алгоритму управления измерительным циклом. В одной из манжет давление повышается до уровня, при котором амплитуда сигнала пульсовой волны, снимаемого фотоприемником соответствующей фотоплетизмографической системы, достигает оптимального уровня. В дальнейшем давление в этой манжете поддерживается на постоянном, достигнутом уровне, или медленно изменяется в зависимости от величины измеренного АД. В другой манжете, расположенной на другом пальце, в это время по сигналу управления давлением, формируемым в контроллере 7, реализуется измерительный алгоритм по принципу Пеньяза. А именно, осуществляется отслеживание за постоянством кровенаполнения сосудов пальца, по сигналу обратной связи в цепи фотоприемника, расположенного на этом пальце. Так, в режиме непрерывного слежения за АД, регистрируется в абсолютных значениях давления параметр АД в пальцевых сосудах. Кроме того, на контроллер 7 от датчика ЭКГ 1 поступает сигнал ЭКГ. Алгоритмом управления пневматической системой 4 по командам от контроллера 7 предусматривается возможность чередования выполнения манжетами 3 и 5 двух описанных функций. Это осуществляется путем соответствующего управления пневматической системой 4 и предназначено для восстановления сосудистой системы соответствующего пальца в ходе исследования, без остановки непрерывного слежения за параметрами АД и состоянием сосудистой системы. В контроллере 7 производится математическая обработка цифровых данных, по расчетным формулам, связывающим параметры скорость РПВ в сосудистой системе и артериальное давление Pизм.The operation of the claimed device is as follows. Before the device is turned on, the pressure in the finger cuffs is equal to atmospheric pressure; no signals are sent to the
По командам из контроллера 7 на устройство отображения выводятся регистрируемые в результате работы устройства данные, представляющие изменение параметров систолического (САД) и диастолического (ДАД) давления, сигнала ЭКГ и данные с расчетными значениями индексов I1 и I2. Они отображаются (фиг. 4 и 5) устройством 8 отображения информации в виде временных диаграмм изменения соответствующих параметров. После завершения работы давление в манжетах сбрасывается.By commands from the
Технический результат, достигаемый при использовании устройства, заключается в получении численной оценки изменений состояния сосудистой системы по результатам измерения АД и скорости РПВ в артериальной системе. Оценки изменений состояния сосудистой системы представляются в виде индексов процентных пропорций, отражающих изменение состояния сосудистой системы для каждого цикла сердечного сокращения.The technical result achieved when using the device is to obtain a numerical estimate of changes in the state of the vascular system according to the results of measuring blood pressure and the speed of the RPV in the arterial system. Estimates of changes in the state of the vascular system are presented in the form of indices of percentage proportions that reflect the change in the state of the vascular system for each cycle of cardiac contraction.
Пример применения заявляемого устройства.An example of the application of the claimed device.
Перед проведением измерений, на теле пациента располагали электроды датчика ЭКГ и на указательном и среднем пальцах левой руки пальцевые манжеты 3 и 5. Проведение измерений инициировалось по команде. из контроллера 7. При этом включались компрессоры 13 и 14 и клапаны 15 и 16. В манжетах 3 и 5 создавалось давление, управление которым производилось в соответствии с изменением световых сигналов источников света 9 и 10 в фотоплетизмографических системах 2 и 6. В манжете 3, расположенной на указательном пальце, давление повышалось до уровня, при котором амплитуда сигнала пульсовой волны, снимаемого фотоприемником соответствующей фотоплетизмографической системы, достигало оптимального уровня. В дальнейшем давление в манжете 3 поддерживалось на постоянном достигнутом уровне, и посредством фотоплетизмографической системы непрерывно регистрировался ФПГ сигнал, отражающий объемные изменения кровенаполнения сосудов указательного пальца. В ходе измерений, вместе с этим сигналом ФПГ, на устройство отображения информации выводился сигнал ЭКГ (фиг. 4). В манжете 5, расположенной на среднем пальце, в это время задавалось давление по алгоритму непрерывного измерения АД, по принципу Пеньяза. А именно, отслеживалось постоянство кровенаполнения сосудов среднего пальца, с использованием сигнала обратной связи в цепи расположенного на нем фотоприемника. Так, в режиме непрерывного слежения за АД при этом регистрировался сигнал АД в сосудах среднего пальца, в абсолютных значениях давления. В ходе измерительного процесса в каждом цикле сердечного сокращения регистрируемые сигналы отображались устройством отображения информации, в виде значений параметров систолического (САД) и диастолического (ДАД) давлений, рассчитанных из непрерывно регистрируемого сигнала АД, и отображался временной ход изменения индексов I1 и I2 (фиг. 5), связанных с изменением состояния сосудистой системы. Также в ходе исследования по заданному алгоритму управления пневматической системой 4, по команде из контроллера 7, производилось предусмотренное чередование выполнения манжетами 3 и 5 двух описанных функций. Это производилось путем соответствующего управления пневматической системой 4 и предназначалось для восстановления (для отдыха) сосудистой системы соответствующего пальца, без остановки при этом измерительного процесса и исследования. Индексы I1 и I2 получались в результате математических расчетов, производимых контроллером 7 [по формулам, связывающим параметры скорость РПВ и АД. Скорость РПВ рассчитывалась по формуле (1), по данным из сигналов ЭКГ и ФП и по расстоянию от сердца до пальца, однократно измеренного и введенного в контроллер 7 перед исследованием.Before taking measurements, ECG sensor electrodes were placed on the patient’s body and
В приведенном на фиг. 5 фрагменте временной диаграммы изменения индексов I1 и I2, начиная от момента времени 10:13, иллюстрирует регистрацию возникновения вазодилатации, вследствие приема обследуемым в 9:55, под наблюдением врача, препарата нифедипина, дозой 10 мг, действие которого и вызывает вазодилатацию и, как следствие, снижение АД. Начало переходного процесса в 10:13 однозначно соответствует расчетному времени проявления действия препарата. При этом, начиная с 10:13, сравнение хода кривой (1), отражающей изменение параметра САД, вычисленного из измерений АД методом Пеньяза, с кривой (2), отражающей изменение параметра САД, вычисленного по скорости РПВ, отчетливо проявляется расхождение между ними. Эти данные указывают на происходящие изменения в состоянии сосудистой системы, вызванные действием препарата нифедипина, а значения индексов I1 и I2 представляют численные оценки степени выраженности этих изменений.In the FIG. 5 fragment of the time diagram of changes in the indices I 1 and I 2 , starting from time 10:13, illustrates the registration of the occurrence of vasodilation, due to the examinee taking at 9:55, under the supervision of a doctor, the drug nifedipine, dose of 10 mg, the action of which causes vasodilation and as a result, a decrease in blood pressure. The beginning of the transition process at 10:13 unambiguously corresponds to the estimated time of manifestation of the drug. At the same time, starting from 10:13, a comparison of the course of curve (1), which reflects the change in the SBP parameter calculated from measurements of blood pressure by the Penyaz method, with the curve (2), which reflects the change in the SBP parameter calculated from the RPM speed, the difference between them is clearly manifested. These data indicate ongoing changes in the state of the vascular system caused by the action of the drug nifedipine, and the values of the indices I 1 and I 2 represent numerical estimates of the severity of these changes.
Таким образом, заявляемые технические решения способа оценки изменений АД, скорости РПВ и состояния сосудов на каждом сердечном сокращении и устройство для его осуществления обеспечивают достижение поставленных целей и получение нового технического результата.Thus, the claimed technical solutions of the method for assessing changes in blood pressure, RPV and vascular status at each heart beat and a device for its implementation ensure the achievement of goals and obtaining a new technical result.
Источники информацииInformation sources
1. Patent US 5603329. Multi-functional blood pressure monitor. Приоритет от 21.06.1995, опубл. 18.02.1997.1. Patent US 5603329. Multi-functional blood pressure monitor. Priority from 06/21/1995, publ. 02/18/1997.
2. Patent US 8814800. Apparatus and method for enhancing and analyzing signals from a continuous non-invasive blood pressure device. Приоритет от 29.10.2009, опубл. 26.09.2014.2. Patent US 8814800. Apparatus and method for enhancing and analyzing signals from a continuous non-invasive blood pressure device. Priority dated 10.29.2009, publ. 09/26/2014.
3. Patent US 5152296/ Dual-finger vital signs monitor. Заявитель Hewlett-Packard Company. Приоритет от 1.03.1990, опубл. 22.09.2013.3. Patent US 5152296 / Dual-finger vital signs monitor. Applicant Hewlett-Packard Company. Priority from 1.03.1990, publ. 09/22/2013.
4. Patent US 5423322. Total compliance method and apparatus for noninvasive arterial blood pressure measurement. Приоритет от 29.12.1988, опубл. 13.6.1995.4. Patent US 5423322. Total compliance method and apparatus for noninvasive arterial blood pressure measurement. Priority from 12.29.1988, publ. 6/13/1995.
5. Patent US US 8343062 Digital control method for measuring blood pressure. Опубл. 01.01.2013.5. Patent US US 8343062 Digital control method for measuring blood pressure. Publ. 01/01/2013.
6. Каварада А. Неинвазивные измерения динамических характеристик давления крови и эластичности артериальных сосудов. Иё дэнси то сэйтай когаку. 1985, том 23, №6, стр. 54-55.6. Cavarada A. Non-invasive measurements of the dynamic characteristics of blood pressure and elasticity of arterial vessels. Iyo dancy then setai kogaku. 1985, Volume 23, No. 6, pp. 54-55.
7. Penaz J. In Dig. 10th Int. Conf. Med. Biol. Engl. - Drezden. - 1973. p. 104.7. Penaz J. In Dig. 10 th Int. Conf. Med. Biol. Engl. - Drezden. - 1973. p. 104.
8. Patent US 4524777 Automatic continuous and indirect blood pressure measurement apparatus / Yamakoshi, K.I. et al. // 1985.8. Patent US 4,524,777 Automatic continuous and indirect blood pressure measurement apparatus / Yamakoshi, K.I. et al. // 1985.
9. Patent US 7374542. Noninvasive blood pressure determination method and apparatus. Приоритет от 23.03.2005, опубл. 20.05.2008.9. Patent US 7374542. Noninvasive blood pressure determination method and apparatus. Priority of March 23, 2005, publ. 05/20/2008.
10. Patent US Patent US 8798703. Disposable and detachable sensor for continuous non-invasive arterial blood pressure monitoring. Опубл. 05.09.2014.10. Patent US Patent US 8798703. Disposable and detachable sensor for continuous non-invasive arterial blood pressure monitoring. Publ. 09/05/2014.
11. Wesseling K.H., Jansen J.R., Settels J.J. and Schreuder J.J. Computation of aortic flow from pressure in humans using a nonlinear, three-element model. J Appl Physiol 74, 1993: 2566-2573).11. Wesseling K.H., Jansen J.R., Settels J.J. and Schreuder J.J. Computation of aortic flow from pressure in humans using a nonlinear, three-element model. J Appl Physiol 74, 1993: 2566-2573).
12. Marcinkevics Z., Greve M., Aivars J.I., Erts R., Zehtabi A.H. Relationship between arterial pressure and pulse wave velocity using photoplethysmography during the post-exercise recovery period. Acta Universitatis Latviensis, 2009, Vol. 753, Biology, pp. 59-68.12. Marcinkevics Z., Greve M., Aivars J.I., Erts R., Zehtabi A.H. Relationship between arterial pressure and pulse wave velocity using photoplethysmography during the post-exercise recovery period. Acta Universitatis Latviensis, 2009, Vol. 753, Biology, pp. 59-68.
13. Bramwell J.G. and Hill A.V. The Velocity of the Pulse Wave in Man. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character. Vol. 93, No. 652 (Apr. 1, 1922), pp. 298-306.13. Bramwell J.G. and Hill A.V. The Velocity of the Pulse Wave in Man. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character. Vol. 93, No. 652 (Apr. 1, 1922), pp. 298-306.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145980A RU2664632C2 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145980A RU2664632C2 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016145980A RU2016145980A (en) | 2018-05-24 |
| RU2016145980A3 RU2016145980A3 (en) | 2018-05-24 |
| RU2664632C2 true RU2664632C2 (en) | 2018-08-21 |
Family
ID=62202280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145980A RU2664632C2 (en) | 2016-11-23 | 2016-11-23 | Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2664632C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694737C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-07-16 | Непубличное акционерное общество "Институт кардиологической техники" (ИНКАРТ) | Apparatus for determining arterial pressure in the shoulder on each heart beat |
| RU2698447C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-08-26 | Непубличное акционерное общество "Институт кардиологической техники" (ИНКАРТ) | Method for determining arterial pressure in the shoulder on each cardiac contraction |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6331162B1 (en) * | 1999-02-01 | 2001-12-18 | Gary F. Mitchell | Pulse wave velocity measuring device |
| RU2013121062A (en) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | METHOD FOR EARLY DIAGNOSTICS OF CARDIOVASCULAR DISEASES BASED ON MULTI-CHANNEL SPECTRAL ANALYSIS OF SLOW WAVES OF CARDING SIGNALS |
| US20150031969A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-01-29 | Mohammad Khair | System and method for monitoring arterial and venous blood oxygen, blood glucose, and blood constituent concentration |
| US20150105634A1 (en) * | 2009-06-29 | 2015-04-16 | Edwards Lifesciences Corporation | Monitoring Cardiovascular Conditions Using Signal Transit Times |
| WO2016146356A1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-09-22 | Koninklijke Philips N.V. | Method and apparatus for measuring blood pressure |
-
2016
- 2016-11-23 RU RU2016145980A patent/RU2664632C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6331162B1 (en) * | 1999-02-01 | 2001-12-18 | Gary F. Mitchell | Pulse wave velocity measuring device |
| US20150105634A1 (en) * | 2009-06-29 | 2015-04-16 | Edwards Lifesciences Corporation | Monitoring Cardiovascular Conditions Using Signal Transit Times |
| US20150031969A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-01-29 | Mohammad Khair | System and method for monitoring arterial and venous blood oxygen, blood glucose, and blood constituent concentration |
| RU2013121062A (en) * | 2013-05-07 | 2014-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | METHOD FOR EARLY DIAGNOSTICS OF CARDIOVASCULAR DISEASES BASED ON MULTI-CHANNEL SPECTRAL ANALYSIS OF SLOW WAVES OF CARDING SIGNALS |
| WO2016146356A1 (en) * | 2015-03-17 | 2016-09-22 | Koninklijke Philips N.V. | Method and apparatus for measuring blood pressure |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694737C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-07-16 | Непубличное акционерное общество "Институт кардиологической техники" (ИНКАРТ) | Apparatus for determining arterial pressure in the shoulder on each heart beat |
| RU2698447C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-08-26 | Непубличное акционерное общество "Институт кардиологической техники" (ИНКАРТ) | Method for determining arterial pressure in the shoulder on each cardiac contraction |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016145980A (en) | 2018-05-24 |
| RU2016145980A3 (en) | 2018-05-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20210244302A1 (en) | Methods to estimate the blood pressure and the arterial stiffness based on photoplethysmographic (ppg) signals | |
| US9833151B2 (en) | Systems and methods for monitoring the circulatory system | |
| Nabeel et al. | Bi-modal arterial compliance probe for calibration-free cuffless blood pressure estimation | |
| JP5850861B2 (en) | Eliminating the effects of irregular cardiac cycles in determining cardiovascular parameters | |
| JP5384026B2 (en) | False positive alarm reduction of SPO2 atrial fibrillation detection using average heart rate and NIBP | |
| US20180199824A1 (en) | Device for measuring biological signals | |
| CN101765398B (en) | Assessment of preload dependence and fluid responsiveness | |
| US10349838B2 (en) | Methods and apparatus for determining arterial pulse wave velocity | |
| JP5806662B2 (en) | Monitoring cardiovascular symptoms using signal transit time | |
| JP2020028726A (en) | Apparatus and methods for computing cardiac output of living subject via applanation tonometry | |
| US11457827B2 (en) | Detection of patent ductus arteriosus using photoplethysmography | |
| Kumar et al. | Estimation of blood pressure by using electrocardiogram (ECG) and photo-plethysmogram (PPG) | |
| CN108366743A (en) | The method and apparatus for estimating aorta Pulse transit time according to the time interval measured between the datum mark of ballistocardiogram | |
| RU2664632C2 (en) | Method of vessel state estimation under each heart contraction and device therefor | |
| EP0168461A1 (en) | Measurement of physiological parameter | |
| JP2001245856A (en) | Measuring device of elasticity of blood vessel | |
| RU172903U1 (en) | Device for continuous measurement of blood pressure and relative integral extensibility of arterial vessels | |
| Bose et al. | Improving the performance of continuous non-invasive estimation of blood pressure using ECG and PPG | |
| Koohi et al. | Dynamic threshold algorithm to evaluate trustworthiness of the estimated blood pressure in oscillometry | |
| Savkar et al. | Study on techniques involved in tourniqueteless blood pressure measurement using PPG | |
| JP2007252767A (en) | Blood oxygen concentration analyzer, and method and apparatus for measuring blood pressure value by electrocardiograph | |
| Nabeel et al. | Non-invasive assessment of local pulse wave velocity as function of arterial pressure | |
| Radjef et al. | A New Algorithm for Measuring Pulse Transit Time from ECG and PPG Signals | |
| Foo et al. | Detection method to minimize variability in photoplethysmographic signals for timing-related measurement. | |
| Jegan et al. | Review of Non-Invasive Blood Pressure Estimation via Modern Approaches |