Метод измерения артериального давления Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 681.335

МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

© Е.И. Глинкин

Ключевые слова: метод измерения; артериальное давление; информативные параметры; предельная амплитуда; постоянная времени; аппроксимация осциллограммы.

Предложен осциллографический метод измерения артериального давления по динамическим калибровочным характеристикам с оптимизацией информативных параметров по двум амплитудам в кратные моменты времени.

Изобретение относится к медицине, в частности, к физиологии и кардиологии, может быть использовано как в клинических, так и в экспериментальных исследованиях [1-5]. Определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете. При этом определяют предельные значения амплитуды и постоянной времени [1; 5] по двум значениям амплитуды и моментам времени. Метод повышает точность измерения артериального давления за счет аппроксимации осциллограмм по экспоненциальному закону.

Известен способ определения артериального давления (АД) методом Короткова [2], по которому измеряют диастолическое и систолическое артериальные давления. Недостатками этого решения являются необходимость создания высоких уровней давления в пере-жимной манжете, превышающих величину систолического давления в артерии, а также то, что между измерением диастолического и систолического давления проходит время не менее 15-20 с. Таким образом, измеряемые величины давления относятся к сердечным циклам, отстоящим далеко друг от друга.

Известен также тахоосциллографический метод (ТО) измерения АД, предложенный Н.Н. Савицким [3]. В основе ТО метода лежит принцип измерения изменения объема конечности, которое происходит под действием пульсирующего тока крови в магистральных сосудах. Этот метод позволяет измерять диастоличе-ское (Рмин), среднее динамическое (Рср), боковое систолическое (Рбс) и конечное (Рмакс) систолические давления в магистральном артериальном сосуде конечности, на которую наложена пережимная измерительная манжета. По указанным выше значениям АД рассчитывают величины пульсового (dP Рбс, Рмин) и ударного (Руд, Рмакс, Рбс) АД. Погрешность измерения первых четырех показателей АД по данным автора составляет 5 мм рт. ст. при скорости подъема давления в пережимной манжете 4-5 мм рт. ст./с.

Недостатками этого способа являются ряд инструментальных и методических недоработок, которые резко увеличивают погрешность измерений.

За прототип принят способ измерения артериального давления [4], включающий регистрацию и анализ осциллограмм артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим и графическим преоб-

разованием. Регистрацию и анализ объемной осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов производят в полосе частот от 0-0,1 до 40-60 Гц, компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн ОСГ с максимальной амплитудой при выходе на плато диастолической части кривой ОСГ, величину диастолического артериального давления (Рд) определяют в момент начала отклонения вниз диастолической части кривой ОСГ по величине давления в пережимной измерительной манжете, величину среднего динамического артериального давления (Рср) определяют по величине давления в пережимной измерительной манжете в момент прекращения компрессии, после чего боковое систолическое давление рассчитывают по формуле Рс = Рд + (А2/А1) (Рср Рд), где А1 -среднее арифметическое амплитуд, составляющих один цикл осциллограммы до появления признака диа-столического давления на осциллограмме; А2 - максимальная амплитуда ОСГ в этом цикле; Рд и Рср - измеренные диастолическое и среднее динамическое артериальные давления соответственно.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений за счет графического метода анализа осциллограмм с линейной аппроксимацией, что приводит к субъективной оценке давления и его неопределенности из-за отсутствия нормированных мер отсчета, т. к. амплитудные характеристики изменяются также от времени. Это вызывает методическую и динамическую погрешности.

Технической задачей метода является повышение точности за счет проведения аппроксимации по экспоненциальному закону.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в методе измерения артериального давления, в отличие от прототипа, вводят меру отсчета в виде информативных параметров динамической характеристики, а именно, предельного значения амплитуды и постоянной времени, для этого на диастолической части осциллограммы регистрируют текущую амплитуду в первый момент времени и измеряют вторую амплитуду в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум значениям амплитуды и моментам времени находят информативные параметры, а по постоянной времени определяют диастолическое давление, аналогично находят систолическое давление.

Рис. 1. Модель осциллограммы

Принцип измерения артериального давления основан [5] на регистрации и анализе осциллограммы (рис. 1) артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим преобразованием. Регистрацию и анализ объемной осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов производят в полосе частот от 0-0,1 до 40-60 Гц. Компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн ОСГ с максимальной амплитудой при выходе на плато диа-столической части кривой ОСГ, величину диастоличе-ского артериального давления (Рд) определяют в момент начала отклонения вниз диастолической части кривой ОСГ по величине давления в пережимной измерительной манжете.

Предлагаемый метод реализует четыре режима работы:

1) определение меры отсчета в виде информативных параметров диастолической части (рис. 2);

2) определение меры отсчета в виде информативных параметров систолической части (рис. 3);

3) измерение диастолического давления (рис. 4);

4) измерение систолического давления.

1. Определяем меру отсчета в виде информативных параметров диастолической части.

Для этого на диастолической части осциллограммы регистрируем текущую амплитуду и в первый момент времени ^ и измеряем вторую амплитуду и2 в кратный момент времени Г2 от первоначального значения времени, по двум значениям амплитуды и моментам времени находим информативные параметры (рис. 2).

Диастолическую часть наилучшим образом целесообразно аппроксимировать экспоненциальной зависимостью (рис. 2):

Ц = и0(ет -1) .

(1)

Составим систему уравнений, из которой найдем информативные параметры: ив и Тп , соответствующие предельному значению амплитуды и постоянной времени:

Ц = ио (е ° -1)

тв

(2)

и2 = ио (е ° -1)

Решая систему уравнений (2), находим алгоритмы для определения информативных параметров. Разделим и2 на Ц :

и2 _ е'2'т° -1 Ц ~ е41 т° -1

примем, что '2 = ;

тогда можно записать:

Ц е2'1'Тв -1 Ц * / т 1

2 - = е '1'+1,

и1 е*1'^ -1 Ц

Рис. 2. Аппроксимация диастолической части

Рис. 3. Аппроксимация систолической части

Рис. 4. Определение диастолического давления по экспериментальным данным

отсюда следует:

тогда получим отношение:

щ —1

—2 -1 = в'г'Г»

Щ —

-2^/ Ге

—

-и / Г

—

2 = е-и1/Ге .

После логарифмирования

После логарифмирования определим параметр Т$:

1п(—2-1) = ,

—1 Гв

находим постоянную времени Гд :

Го =

и

1п(—2 -1) (— 1 )

(3)

1п(—1) = А. ; ^ Г5 =-4-и 2 Г5 5 1п(—1)

и'

(6)

а из первого уравнения системы (5) - второй параметр и3:

—5 =

—2

(7)

а из первого уравнения системы (2) - параметр амплитуды:

—и =-

—2

(4)

- 2

Подставляя измеренные значения и1 и и2, ^ и Г2 в алгоритмы (3) и (4), определяем информативные параметры диастолической части, а именно, постоянную времени Гд и предельное значение амплитуды —д .

Найденные значения —д и Гп являются мерой отсчета в виде информативных параметров динамической характеристики для измерения диастолического давления.

2. Определяем меру отсчета в виде информативных параметров систолической части.

Для этого на систолической части осциллограммы регистрируем текущую амплитуду и1 в первый момент времени и измеряем вторую амплитуду и2 в кратный момент времени 12 от первоначального значения времени, по двум значениям амплитуды и моментам времени находим информативные параметры (рис. 3).

Составим систему уравнений, из которой найдем информативные параметры: — и Г , соответствующие предельному значению амплитуды и постоянной времени:

Подставляя измеренные значения и1 и и2, ^ и Г2 в алгоритмы (6) и (7), определяем информативные параметры систолической части, а именно, постоянную времени Г и предельное значение амплитуды — .

Найденные значения Г и — являются мерой отсчета в виде информативных параметров динамической характеристики для измерения систолического давления.

3. Аппроксимируя осциллограмму по зависимости (1), вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени Т (рис. 4)

(

Г = г/1п

\

V и 0

- +1

(8)

Для диастолической части модели и Г , поэтому для измеряемого давления Р = V и по линейному законУ:

Ро = уГо,

(9)

где V - скорость линейного набора давления в пере-жимной измерительной манжете.

Находим диастолическое давление

Рд =20 • 3,6 = 72 мм рт. ст.

—1 =—5е

—2 =—8е 5

(5)

Из системы уравнений (5) найдем информативные параметры: и и Тх. Разделим и2 на и!:

На рис. 4 представлена модель осциллограммы, где указаны точки измерения показателей АД для диастолической части осциллограммы. В данном примере диастолическое давление равно 72 мм рт. ст., т. е. разница давлений по способу, предлагаемому в прототипе, и инновационному способу составляет 8 мм рт. ст.

4. Аналогично для систолической части вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени Г , и измеряют систолическое давление:

—2

-и / Г

, примем, что /2 = 2^;

Ре =vTs .

Оценим на примере погрешность измерения диа-столического давления.

е

е

Г

5

2

-V Г5

е

е

Таблица 1

Погрешность измерения диастолического давления

осциллограммы экспоненциальной зависимостью, в отличие от прототипа, позволяют повысить точность измерения на 10-50 %.

P , мм рт. ст. 63 80 105

е, % 13 11 46

При графическом преобразовании осциллограммы прямыми линиями разброс диастолического давления составляет: 63 < р < 105 мм рт. ст. Таким образом,

погрешность измерения диастолического давления Ра

данного способа по отношению к прототипу р будет:

е =

Pd - P

Pr,

•100%.

(10)

ЛИТЕРАТУРА

Глинкин Е.И. Адекватность инноваций // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2014. Т. 19. Вып. 3. С. 869-875.

Медицинские приборы. Разработка и применение / под ред. С.В. Ревенко. М.: Медицинская книга, 2004. С. 326-330. Савицкий Н.Н. Некоторые методы исследования и функциональной оценки системы кровообращения. М.: Медгиз, 1956. Патент № 2088143 РФ кл. А 61 В5/02. Способ измерения артериального давления / В.А. Дегтярев, В.Н. Рагозин и др. Б.И. № от 27.08.1997.

Патент № 2441581 РФ кл. А 61 В 5/022. Способ измерения артериального давления / Е.И. Глинкин и др. Б.И., 2012. № 4.

Поступила в редакцию 7 февраля 2015 г.

Данные погрешности измерения диастолического давления, рассчитанные по формуле 10, оформим в виде табл. 1.

Следовательно, разброс погрешности составляет 10-50 %.

Таким образом, введение меры отсчета в виде информативных параметров динамической характеристики в предлагаемом методе, а также аппроксимация

Glinkin E.I. METHOD OF MEASUREMENT OF ARTERIAL PRESSURE

The oscillographic method of measurement of arterial pressure according to dynamic calibration characteristics with optimization of informative parameters on two amplitudes in multiple time points is offered.

Key words: measurement method; arterial pressure; informative parameters; limit amplitude; time constant; approximation of the oscillogram.

Глинкин Евгений Иванович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры биомедицинской техники, заслуженный изобретатель Российской Федерации, e-mail: glinkinei@rambler.ru

Glinkin Evgeniy Ivanovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor, Professor of Bio-medical Technics Department, Honored Inventor of Russian Federation, e-mail: glinki-nei@rambler.ru