Исследование компрессионно-осциллометрического метода измерения артериального давления

Внедрение: 2010 г.

К неинвазивным экспресс-методам измерения артериального давления (АД), частоты сердечных сокращений (ЧСС) и частоты дыхания (ЧД) относятся методы, основанные на регистрации и обработке осциллометрического сигнала (ОС), полученного во время компрессионных воздействий на кровеносные сосуды верхней конечности. Целью исследования [1] являлось выявление спектральных особенностей ОС, регистрируемых при разных условиях проявления дыхания в компрессионной процедуре измерения АД, получение данных о показателях дыхания и его модулирующем действии на АД.

При определении влияния дыхания, оказываемого в процедуре измерения АД, на результаты был проведен ряд установочных исследований с применением модуля E14‑440:

1. В первой серии исследований создавались условия, при проведении измерений заведомо влияющие на регистрируемый ОС. Для этого использовался фиксирующий пояс (ФП), который охватывал вместе грудную клетку и руку. 
2. Во второй серии измерения проводились без пояса. В тоже время плечо пациента располагалось таким образом, чтобы не было контакта между грудной клеткой и манжетой. В этом варианте исключалось непосредственное механическое действие дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету.
3. В третьей серии использовались функциональные пробы, изменяющие состояние организма во время измерений АД, и в частности – влияющие на ритм дыхания. Использовалась дыхательная проба с задержкой дыхания, имитирующая апноэ.
4. В качестве другой функциональной пробы, влияющей на показатели ЧСС, ЧД и АД, использовалась проба с физической нагрузкой – 10 приседаний за 10 с, которая проводилась перед измерением АД. 

На рисунке 1 приведена схема измерительной системы, используемой в исследованиях. Она составлена из пневматически соединенных с манжетой (М) измерителя артериального давления (ИАД) и преобразователя давления (ПД), соединённого с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), выход которого связан с персональным компьютером (ПК).

Рисунок 1. Схема измерительной системы: М – манжета; ФП – фиксирующий пояс; ИАД – измеритель артериального давления; ПД -– преобразователь давления; АЦП – E14‑440; ПК – персональный компьютер.

Измерения осциллометрическим методом проводились измерителем АД «Модуль ОЕМ‑НИАД» (фирма «Микролюкс»). В измерениях использовалась манжета «Eclipse, Pediatrtic, range 16‑22cm» (фирмы SunTech). Ширина манжеты, определяющая ширину зоны компрессионного воздействия на ткани плечевого сегмента конечности, – 11 см. В качестве преобразователя давления использован преобразователь давления 26PC05SMT (производство фирмы «Honeywell»). В устройстве сбора данных использован USB-модуль E14‑440. Регистрируемые сигналы давления в манжете и результаты обработки данных под управлением программы «Powergraph» отображались на мониторе ПК.

Ниже в качестве примера приводим описание исследований мужчины в возрасте 27 лет. Показатели, полученные независимыми методами до исследований: АД – 115/76 мм рт. ст.; ЧСС – 52 уд./мин.; ЧД – 14 дых./мин. В исследованиях испытуемый находился в положении сидя в спокойном состоянии, мышцы расслаблены.

Исследование 1. Измерение физиологических показателей с контролем условия съема сигнала давления в манжете осуществлялось целенаправленным внесением влияния дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету, за счёт общего охвата фиксирующим поясом грудной клетки и руки. В качестве ФП использован ремень шириной 8 см. После запуска установленной в ПК программы измерения АД измерителем АД автоматически создавался компрессионно-декомпрессионный цикл изменения давления в манжете. В интерфейсном окне программы индицировались численные значения текущего уровня давления в манжете. В период декомпрессии воздуха в манжете, при уровне 170±3 мм рт.ст., запускалась программа «Power Graph», регистрирующая записи сигналов давления в манжете (рисунок 2).

Рисунок 2. Зарегистрированное давление в манжете. По оси Х – время в секундах (с), от начала регистрации. По оси Y – отметки давления в манжете в мм рт.ст.

После выполнения функции дифференцирования получен осциллометрический сигнал, содержащий осцилляции давления в манжете (рисунок 3, верхняя временная диаграмма).

Рисунок 3. Осциллометрический сигнал (сверху) и его спектр Фурье (снизу). По оси Х – отметки частоты, Гц. По оси У – оцифрованные отметки значений спектральной плотности мощности ОС в усл. ед.  

В результате данных измерений получены данные о физиологических показателях: АД (108/74 мм рт.ст.), ЧСС (50 уд./мин), ЧД (17,4 дыхан./мин). Кроме того, по спектру определяется проявление дыхания в регистрируемом сигнале осцилляций, как действие дыхательных движений грудной клетки на манжету, что соответствует протоколу проведения исследования.

Исследование 2. Измерение физиологических показателей путём исключения влияния дыхательных движений грудной клетки на плечевую манжету проводилось с тем же пациентом. При этом ФП в исследовании не использовался. Как и в первом варианте, регистрация ОС проводилась в декомпрессионный период измерения АД. 

Рисунок 4. Осциллометрический сигнал (сверху) и его спектр Фурье (снизу) в исследовании 2.

В проведенных измерениях и анализе результатов исследования 2 получены следующие данные: АД (121/77 мм рт.ст.), ЧСС (60,6 уд./мин) и ЧД (11 дыхан./мин). По спектру ОС определён характер действия и проявления дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов и объемные изменения тканей в теле, создаваемые за счёт изменений при дыхании сил натяжения в системе взаимосвязанных фасций. В спектре ОС осцилляций давления в манжете содержатся две независимые составляющие: модулированное низкочастотными дыхательными волнами в объеме тела пульсирующее кровенаполнение сосудов, с коэффициентом амплитудной модуляции Км = 0,26 и, кроме того, проявление объемных изменений тканей с частотой, равной ЧД.

Исследование 3. Измерения АД с функциональной пробой задержки дыхания и регистрацией ОС в декомпрессионный период. Записи сделаны в условиях, исключающих действие дыхательных движений грудной клетки на манжету. Фиксирующий пояс не использовался. 

Рисунок 5. Осциллометрический сигнал (сверху) и его спектр Фурье (снизу) в исследовании 3.

В результате измерений в исследовании 3 получены данные о физиологических показателях: АД (130/94 мм рт.ст.) и ЧСС (57 уд./мин). Кроме того, по спектру ОС определено отсутствие дыхания и исключение его влияния на ткани организма, что соответствует созданным условиям проведения исследования.

Исследование 4. При измерениях физиологических показателей после физической нагрузки 10 приседаний за 10 с. регистрировалось давление в манжете в декомпрессионный период измерения АД. При этом создавались условия, исключающие действие дыхательных движений грудной клетки на манжету. Фиксирующий пояс в исследовании не использовался. 

Рисунок 6. Осциллометрический сигнал (сверху) и его спектр Фурье (снизу) в исследовании 4.

В результате измерений в исследовании 4 получены данные о физиологических показателях: АД (131/80 мм рт.ст.), ЧСС (88 уд./мин), ЧД (14 дыхан./мин). Кроме того, по спектру ОС определён характер проявления и действия дыхания на пульсирующее кровенаполнение сосудов и окружающих тканей. А именно, ОС изменений давления в манжете модулирован низкочастотными дыхательными волнами с коэффициентом амплитудной модуляции Км = 0,04, и независимо от пульсирующего кровенаполнения дыхательные волны передаются по системе взаимосвязанных фасций, действуя на манжету.

В выводах авторы отмечают, что компрессионный метод с включением в обработку спектрального анализа ОС представляется эффективным в исследованиях функционального состояния кровообращения и дыхания и их взаимосвязи. Процедура измерения АД осциллометрическим методом с контролем влияния артефактов движений грудной клетки на манжету, с обработкой спектра ОС расширяют возможности метода и повышают достоверность результатов измерений. Это позволяет формулировать требования к проектированию устройств, оптимизирующих реализацию исследований.
 

Источник:
Чащин А.В., Попечителев Е.П. Реализация компрессионно-осциллометрического метода измерения артериального давления в комплексном исследовании состояния организма // Вестник новых медицинских технологий. – 2010. – Т. ХVII, № 1. – С. 125‑128.

Разработчик: Чащин А.В., Попечителев Е.П. (Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет)