Неинвазивное артериальное давление что это

Исторические сведения

В 1876 г. E.Marey предложил один из первых способов неинвазивного определения АД у человека, который получил название осциллометрического. Из-за сложности в реализации и неоднозначной трактовки результатов он долго не получал развития. Развивались пальпаторные подходы, получившие широкое распространение после появления в 1896 г. модели прибора S.Riva-Rocci, содержащей окклюзионную манжетку для конечностей. Открытие Н. С. Коротковым в 1905 г. закономерностей звуковых явлений при декомпрессии плечевой артерии легло в основу нового аускультативного метода, ставшего основным способом контроля АД и принципиально не изменившегося за 90 лет существования. Первые же исследователи, изучавшие динамику АД при его повторных измерениях, отмечали нестабильность данной величины. В 1898 г. L.Hill опубликовал первое сообщение об изменениях АД во время сна и работы. Динамические измерения АД находили все более широкое распространение в практике научных исследований, но широкого распространения не получали ввиду трудоемкости исследования и проблем, связанных с ночными измерениями АД.

Технологический прогресс в области электроники привел в начале 60-х годов к созданию относительно малогабаритных систем «холтеровского» мониторирования ЭКГ , а, вскоре, и полуавтоматического монитора АД Remler M2000 . Для измерения АД больной по сигналу таймера накачивал с помощью груши воздух в манжету, а прибор обеспечивал стравливание воздуха и регистрацию на магнитную ленту носимого регистратора кривой давления в манжете и сигнала закрепленного под ней микрофона. Основным недостатком прибора был ручной режим нагнетания воздуха, что не позволяло получать ночных величин АД. Фактически это был лишь прототип суточных мониторов давления.

В эти же годы в практику клинико-физиологических работ вошло и инвазивное суточное мониторирование АД. Метод получил название «Oxford». Он предполагает непрерывную регистрацию АД через катетер, введенный в плечевую артерию. Миниатюрный инфузатор обеспечивает промывку катетера гепаринезированным солевым раствором. Сигнал датчика давления непрерывно записывается на магнитную ленту. Эта методика представляет наиболее точный способ измерения АД в амбулаторных условиях. Однако с учетом потенциального риска развития осложнений (инфицирование, кровотечение, повреждение срединного нерва и др.), а также наличия стресс фактора у пациента с соответствующим прессорным компонентом, данный метод не находит массового применения в научной и клинической практике.

Неинвазивные приборы с встроенными микрокомпрессорами (реже — газовыми баллончиками) и полностью автоматизированным процессом измерения появились в конце 60-х годов. Практически все они воспроизводили алгоритм измерения АД по методу Короткова.

В 1976 г. фирма Criticon создала и выпустила на рынок первый прикроватный автоматический измеритель АД, успешно реализующий модифицированный осциллометрический метод Marey (Dinamap 825). При измерении АД по этому методу давление в окклюзионной манжетке снижается постепенно (ступенями по 6 — 8 мм рт.ст. или линейно) и анализируется амплитуда микропульсаций давления в манжете, возникающих при передаче на нее пульсации артерий. Зависимость амплитуды пульсаций от уровня давления в манжете имеет характерную колоколообразную форму. Ее анализ позволяет определить значения систолического, среднего и диастолического давления. За первое обычно принимают давление в манжете, при котором происходит наиболее резкое (быстрое) увеличение амплитуды пульсаций, второму соответствуют максимальные пульсации, а третьему — резкое ослабление пульсаций.

Однако точные алгоритмы работы приборов, как правило, не разглашаются фирмами-производителями. В некоторых приборах применяют алгоритмы, основанные на анализе первой производной пульсаций, то есть варианты тахоосциллометрии.

Прибор Dinamap успешно прошел верификацию при сопоставлении с данными катетеризации и стал прототипом для нового типа измерителей АД — осциллометрических. С 80-х годов этот метод нашел применение и в носимых суточных мониторах АД.

В настоящее время приборы на основе осциллометрического метода составляют около 80 % от всех автоматических и полуавтоматических измерителей артериального давления. Среди носимых суточных мониторов этот процент снижается до 30 %, при этом аускультативные методы представлены в 38 % мониторов, а на комбинацию методов приходится 24 % приборов (K. Ng, 1994).

Преимущества и недостатки методов

Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки.

Аускультативный метод (по Н. С. Короткову)

Преимущества

а) На сегодняшний день признается официальным эталоном неинвазивного измерения АД для диагностических целей и при проведении верификации автоматических измерителей АД.

б) Обладает повышенной (относительно осциллометрического) устойчивостью к движениям руки. Особенно при «привязке» анализа звуковых явлений к R- зубцу ЭКГ, применении двух и более микрофонов, использовании сложных спектральных алгоритмов распознавания полезного сигнала. Например, прибор Accutracker 2 в условиях тестирования при велоэргометрической нагрузке успешно выполнял около 93 % измерений АД.

Недостатки.

Чувствителен к шумам в помещении, точности расположения микрофонов относительно артерии, разворотам манжеты с микрофонами на руке в ходе длительного мониторирования, требует непосредственного контакта манжеты или микрофона с кожей пациента.

Осциллометрический метод измерения АД

Преимущества.

а) Относительно устойчив с шумовым нагрузкам, что позволяет использовать его в ситуациях с высоким уровнем шума (вплоть до кабины вертолета).

б) Позволяет проводить определения АД в случаях, представляющих проблему для аускультативного метода — при выраженном «аускультативном провале», «бесконечном тоне», слабых тонах Короткова.

в) Значения давления практически не зависят от разворота манжеты на руке и мало зависят от ее перемещений вдоль руки (пока манжета не достигает локтевого сгиба).

г) Позволяет проводить измерения АД без потери точности через тонкую ткань одежды.

Недостатки.

Относительно низкая устойчивость к движениям руки. Так прибор SL90202 не обеспечивал измерения АД при ВЭМ пробе в 82 % измерений.

Оба метода оказываются неэффективными при выраженных нарушениях ритма сердца. В этой ситуации чрезвычайно затруднено и врачебное определение АД, поскольку проблематичен сам алгоритм осуществления методики, приемлемый для нерегулярных сокращений сердца.

Новые методы

В последние годы все большее внимание привлекают новые неинвазивные методы определения АД.

В 1969 чешский исследователь J.Penaz получил патент на метод, который в англоязычной литературе обычно именуется как «volume-clump» . В отечественной литературе этот и подобные ему методы называют компенсационными (реже, методами разгруженной артерии). Он основан на непрерывной оценке объема сосудов пальца методом фотоплетизмографии и использовании следящей электропневматической системы для создания в окружающей палец манжете давления, противодействующего растяжению проходящих под манжетой артериальных сосудов. При выполнении последнего условия и постоянстве диаметра пальцевых артерий в них поддерживается неизменное растягивающее давление, близкое к нулю, а давление в манжете «повторяет» давление крови в артериях пальца. Таким образом, прибор обеспечивает уникальную возможность длительной регистрации неинвазивными средствами всей кривой артериального давления, что ранее было возможно только инвазивным методом Oxford. Стационарный прибор, реализующий данный метод известен под названием Finapres, а недавно созданный носимый — Portapres (I и II). Последний предполагает наложение манжеток на два пальца руки и их чередование для исключения неприятных ощущений у пациента при суточном мониторировании АД . Прибор имеет систему коррекции АД на гидростатическую поправку, возникающую при различном расположении пальцев относительно уровня сердца. К сожалению, метод не лишен принципиальных недостатков. Измеряемая величина диастолического АД ниже, чем в плечевой артерии, причем поправка зависит от вазоспастического состояния артерий пальца. Систолическое АД, как правило, выше, чем в плечевой артерии, для молодых субъектов, но ниже у пожилых. Поправка также зависит от тонуса артерий. Масса прибора с аккумуляторами более 2 кг, и он существенно дороже традиционных мониторов АД.

Метод тонометрии, впервые описанный Pressman и Newgard в 1963 г. предполагает частичное сдавливание поверхностно залегающих артерий конечности (например, на запястье) и регистрацию с помощью тензодатчиков бокового давления, передаваемого на них через стенку сосуда. В настоящее время проходит апробацию серийно выпускаемый прикроватный вариант аппарата Colin Pilot 9200. Интерес к этому методу связан, прежде всего, с ожидаемой комбинацией — непрерывная запись АД — низкий уровень тактильных воздействий — приемлемая цена.

Примечания

См. также

• СМАД: точность измерения АД
• Что такое СМАД?

Неинвазивное непрерывное измерение артериального давления

Кишов Р. М.

Кишов Расул Магомедович / Kishov Rasul Magomedovich — старший преподаватель, кафедра теоретической и общей электротехники, факультет компьютерных технологий, вычислительной техники и энергетики,

Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

Аннотация: в медицинской практике часто применяются так называемые суточные мониторы артериального давления (СМАД). В статье описывается СМАД, предполагающий параллельное применение фотоплетизмографии и осциллометрического метода измерения артериального давления, и способный непрерывно измерять артериальное давление.

Abstract: in medical practice it is often used continuous blood pressure measurement system. In this article discussed a device for continuous blood pressure measurement, which concurrently use photoplethysmography and oscillometric method of blood pressure measurement.

Ключевые слова: измерение артериального давления, осциллометрический метод измерения.

Keywords: blood pressure measurement, oscillometric method.

Артериальным давлением называют давление, которое оказывает кровь на стенки артерии. Его принято измерять в мм. рт. ст относительно атмосферного. Поскольку давление в кровеносной системе человека нагнетается сердцем, которое периодически сокращается, артериальное давление не является постоянной величиной. В момент сокращения сердечной мышцы уровень давления максимален и его называют систолическим артериальным давлением (САД), в момент расслабления минимален — диастолическое артериальное давление (ДАД) (см. рис. 1). Кроме того, стремление организма поддерживать свой гомеостаз и чуткое реагирование на внешние раздражители и стресс приводят к колебаниям САД и ДАД во времени. Так, стрессовые ситуации и физические нагрузки провоцируют увеличение артериального давления. Причиной повышения артериального давления могут быть также различные заболевания, такие как: атеросклероз, артериальная гипертензия, воспаление почек, ожирение и многое другое.

Рис.1. Типовая диаграмма изменения артериального давления [2]

Стойкое повышенное кровяное давление подвергает организм различным рискам: повышает риск возникновения инфаркта миокарда, инсульта, развитие почечной или сердечной недостаточности. По официальным данным Всемирной организации здравоохранения около миллиарда людей страдают от высокого кровяного давления, и в год умирает более девяти миллионов человек от последствий этого заболевания [1].

Сегодня по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в экономически развитых странах доля взрослых людей, страдающих от повышенного артериального давления, достигает 25 %. Только 5 % из них знают о своем заболевании, в свою очередь 40 % получают соответствующее лечение, и только у 10- 20 % отмечается устойчивая нормализация артериального давления.

В США высокое артериальное давление является причиной смертности приблизительно 60 000 человек в год. Лица с повышенным артериальным давлением живут в среднем на 10 лет меньше, чем люди, не страдающие гипертонической болезнью.

Методы измерения АД принято делить на две категории: инвазивные и неинвазивные. К неинвазивным относятся методы, основанные на аускультации артерии методом тонов Короткова и осциллографическом методе регистрации, в то время как инвазивные методы применяются при обследовании тяжелобольных в условиях стационара, так как предполагают осуществление измерения посредством введения датчика давления непосредственно в артерию. Наиболее широко распространен метод тонов Короткова, применяемый для ручного измерения АД с помощью сфигмоманометра. Для проведения автоматического

измерения, как правило, применяется осциллометрический метод, основанный на анализе пульсаций давления, в основном благодаря большей помехоустойчивости по отношению к внешним шумам [4].

Для обследования пациентов врачи могут применять устройства с различными методами измерения, однако примерно в 10-20 % случаев измерения оказываются завышенными из-за страха и волнения пациента во время процедуры измерения. Этот эффект называют «эффектом белого халата». Кроме того, поскольку АД может значительно меняться у человека в течение суток, характер измерения может представлять для врача значительную ценность. С целью избежать проявления эффекта «белого халата» и получить картину измерения АД в течение длительного периода времени, врачи устанавливают пациенту суточный монитор артериального давления. При этом и здесь не обходится без трудностей — СМАД измеряют АД в запрограммированные заранее промежутки времени. При этом частота измерения не может быть высокой, поскольку лежащий в основе метода измерения осциллометрический метод предполагает полное пережатие плечевой артерии до полного подавления пульсаций крови, и это приводит к значительному дискомфорту обследуемого. Испытываемые неудобства сказываются на уровне кровяного давления, что вносит искажение в результаты измерений. В то же время слишком большие интервалы между измерениями могут привести к пропуску важной информации об уровне АД обследуемого.

Предпринимаются различные попытки решить данную проблему. Например, в работах [3, 4] описывается датчик кровяного давления, который встраивается в существующую платформу MEMSWEAR. Измерения АД проводятся с использованием фотоплетизмографии, и они частично непрерывные.

Авторы в [5] оценивают кровяное давление, опираясь на предположение, что есть соответствие между длительностью распространения пульсовой волны и кровяным давлением. Параметр, который используется для измерения — время распространения пульсовой волны.

Чтобы решить данную проблему, предлагается прибор, объединяющий в себе медицинский тонометр, работающий на основе осциллометрического метода, со структурной схемой, представленной в работе [3], и фотоплетизмограф со структурной схемой, изображенной на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема фотоплетизмографа

В основе фотоплетизмографа лежит датчик (на Рис. 2. устройство съема данных), устройство которого схематично изображено на рисунке 3. Здесь LED — светодиод, установленный с одной стороны пальца, PD (photo diod) — фотодиод, установленный на противоположной стороне. Светодиод излучает свет, пропускаемый через палец. Свет частично поглощается кровью, мускулами, кожей, костью и попадает на фоточувствительный элемент. С изменением объема крови в пальце изменяется и интенсивность света, проходящего через палец. Увеличение давления приводит к увеличению объема крови в пальце и, соответственно, уменьшает поток света, проходящий через палец. Таким образом, сопротивление фотодиода можно считать обратно пропорциональным уровню кровяного давления человека. Можно также утверждать, что в момент, когда сопротивление фотодиода максимально, кардиоваскулярная система человека находится в фазе систолы, а в момент, когда минимальна, находится в фазе диастолы. Однако сама по себе интенсивность света, проходящего через палец, не позволяет однозначно оценить уровни САД и ДАД, поскольку является очень индивидуальным показателем, зависящим от анатомических особенностей организма человека, и может значительно меняться в течение дня.

Рис. 3. Иллюстрация фотоплетизмографии на пальце

Слабый сигнал, снимаемый с фотодиода, имеет постоянную составляющую, от которой можно избавиться с помощью блока фильтрации. После чего сигнал усиливается по амплитуде с помощью блока усиления. Как правило, эта схема реализуется с помощью операционных усилителей. Поскольку амплитуда сигнала отличается от человека к человеку, необходимо гибко подбирать коэффициент усиления так, чтобы эффективно использовать динамический диапазон АЦП на следующем этапе. Данный функционал реализуется с помощью блока с регулировкой коэффициента усиления, управляемого микроконтроллером. Кроме данной функции на микроконтроллер также возложена задача расчета САД, ДАД и функция управления процедурой измерения.

Тот факт, что объем кровенаполнения пальцев для каждого пользователя значение индивидуальное и способное меняться с течением времени, приводит к необходимости индивидуальной калибровки усилителя для каждого пользователя. Кроме того, данный метод предполагает для достижения эффективного непрерывного мониторинга одновременное постоянное применение фотоплетизмографии и периодическое применение осциллометрического метода измерения АД, что является ограничением разработанной системы.

Тем не менее, применение системы и описанного алгоритма позволяет осуществлять непрерывный и неинвазивный мониторинг АД в течение длительного периода времени с достаточно высокой точностью, значительно уменьшив при этом дискомфорт пользователя, связанный с пережатием артерии при применении осциллометрического метода.

Литература

1. Носова Н. С. Конкурентная стратегия компании. М.: Юрайт, 2009. 256 с.

2. Вcемирный день здоровья: Сократите риск инфаркта и инсульта — следите за своим кровяным давлением

[Электронный ресурс]. // Центр СМИ ВОЗ — 03.04.2013 г. — URL:

https://www.who.int/mediacentre/news/releases/2013/world_health_day_20130403/ru/index.html.

3. Кишов Р. М. Автоматический медицинский тонометр с применением алгоритмов цифровой фильтрации. Вестник Дагестанского государственного технического университета. — 2013. — № 31. С. 13-20.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4. Современные неинвазивные методы измерения артериального давления для диагностики артериальной гипертонии и оценки эффективности антигипертензивной терапии. / А. Н. Рогоза [и др.]. — М.: Медика, 2007.

5. Wei C. K. «Photoplethysmography blood pressure measurement», M. Sc. Engg. Thesis, Department of Mechanical Engineering, National University of Singapore, 2009.

6. Teng X. F. and Zhang Y. T. «Continuous and Noninvasive Estimation of Arterial Blood pressure using a photoplethysmographic Approach», Proceedings of the 25th Annual International Conference of the IEEE EMBS, vol. 4, pp. 3153-3156, Cancun Mexico, September, 2003.

7. Lopez G., Ushida H., Hidaka K., Shuzo M., Yamada I. «Continuous Blood pressure measurement in daily activities», The University of Tokyo, IEEE SENSOR 2009 conference.