CC BY
247
2014,. № 4(10)
УДК 621.3.087.47
М. А. Писарев
ПРОБЛЕМЫ И ДОСТИЖЕНИЯ В ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
Аннотация. Перечислены основные существующие проблемы измерения артериального давления. Определены недостатки манжетных тонометров. Проведен анализ наиболее перспективных и удачных технических решений и патентов на способы измерения артериального давления. На их основе предложена реализация безманжетного пальцевого тонометра, решающего актуальные проблемы, рассмотренные в статье.
Abstract. Defined main existing problems of blood pressure measurement. Identified limitations of blood pressure monitors cuff. Made an analysis of the most promising and successful solutions and patents. Based on these proposed design of without cuff finger tonometer that solving actual problems discussed in the article.
Ключевые слова: тонометрия, артериальное давление, точность, метод Короткова, манжета.
Key words: tonometry, blood pressure, accuracy, Korotkoff metod, cuff.
В настоящее время существует проблема разработки приборов для измерения артериального давления (АД). Несмотря на большое разнообразие, их качество измерения остается на низком уровне. Тем не менее спрос на них очень высок, потому что большое число людей страдает повышением АД. Инфаркт, инсульт, слепота, почечная недостаточность - все это осложнения гипертонии. Постоянный контроль уровня АД - единственный способ избежать этих осложнений.
Точность измерения АД имеет важную роль в диагностике и контроле за лечением АГ. В настоящее время основным, официально утвержденным, способом является определение АД (АДкл) по методу Н. С. Короткова. Определение артериального давления в домашних условиях основывается на результатах измерений АД сфигмоманометром, реализующих измерение АД с помощью манжеты [1]. Однако метод Н. С. Короткова по сравнению с измерениями АД, полученными при катетеризации, дает заниженные значения для систолического (САД) и завышенные для диастолического АД (ДАД), не эффективен при «аускультативном провале», «бесконечном тоне», стенозирующих поражениях и высокой ригидности магистральных артерий. Однако метод Короткова удерживает лидирующую позицию и продолжает оставаться «золотым стандартом» неинвазивного измерения АД [2].
Техника измерения АД состоит в следующем: на первом этапе в манжету накачивается воздух до уровня давления, на 20 мм рт. ст. превышающего систолическое артериальное давление (САД) (т.е. до исчезновения пульса); затем давление снижается в манжете на 2 мм рт. ст. в секунду. Уровню САД соответствует давление, при котором появляется 1 тон (1-я фаза тонов Короткова (рис. 1)); уровню диастолического давления (ДАД) - давление, при котором происходит исчезновение тонов (5-я фаза тонов Короткова) [3].
M. A. Pisarev
PROBLEM AND ACHIEVEMENTS IN FIELD OF BLOOD PRESSURE MEASURING
66
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль
Рис. 1. Тоны Короткова
Достижение высокой точности вне амбулаторных измерений АД является одной из основных проблем, особенно при проектировании портативных приборов для самоконтроля уровня АД.
Рассмотрение методов измерения АД показывает, что подавляющее большинство выпускаемых тонометров независимо от их назначения (для измерения АД по пальцу, по запястью или по предплечью) используют для создания внешнего компенсирующего давления пневматическую манжету. Применение манжеты, помимо несомненных достоинств, имеет и ряд недостатков:
1. Манжета ослабляет сигнал пульсовых колебаний, по которому фиксируются моменты уравновешивания, в тех случаях, когда сигнал пульсовой волны снимается с датчика, измеряющего давление внутри манжеты. При этом, помимо демпфирующего действия мягких тканей конечности, амплитуда сигнала пульсовых колебаний снижается также за счет большого отношения объема манжеты и объема части артерии, заключенной под манжетой.
2. Вторым недостатком является наличие индивидуальных и возрастных различий пациентов, что особенно проявляется в случае пальцевых тонометров, в которых размер манжеты, как правило, является фиксированным.
3. Существенным недостатком является то, что наблюдается нарушение гемодинамики кровеносных сосудов за счет их полного пережатия в момент компрессии, что приводит к неизбежным и существенным погрешностям измерения. Процесс многократного повторения измерений не только увеличит и без того сильное стрессорное воздействие, но и может вызвать ишемию окклюзируемого органа, в особенности у пожилых людей. Это объясняет, почему даже хорошие манжетные измерители АД не нашли применения в палате интенсивной терапии и в случае острой необходимости врачи прибегают к прямому методу.
4. Для практической реализации недостатком является необходимость (в случае автоматической накачки манжеты) компрессора, который потребляет значительную мощность и требует частой замены источника питания, что удорожает эксплуатацию тонометра.
Анализ технической литературы и патентов на способы измерения АД показывает, что в настоящее время указанные выше проблемы еще актуальны и не нашли полного решения. Среди наиболее удачных и перспективных решений можно выделить следующие.
В патенте «Способ измерения артериального давления (RU 2280403)» [4] Л. Ш. Розен-блатом предложен способ, решающий задачу повышения точности и помехозащищенности измерения артериального давления за счет синхронного использования нескольких сигналов. Надувная измерительная манжета размещается на конечности пациента, происходит накачка манжеты до заданного начального уровня давления, далее - ступенчатый сброс давления в манжете в виде снижающихся плато давлений (рис. 2). На каждом из плато на период измерения и регистрации значения происходит удержание давления и амплитуды осцилляторного сигнала в измерительной манжете.
Рис. 2. Вид измерительных плато
67
В памяти сохраняются результаты измерений, измерения и регистрация значений артериального давления плато повторяются до момента достижения давления на плато определенного установленного значения. Далее строится кривая изменения накопленных амплитуд осцилляторного сигнала в форме «колокола» с последующей аппроксимацией полиномами 2-4-й степени его информационно важных частей - вершины, систолического и диастолического склонов. В конце рассчитываются действительные параметры артериального давления по результатам построения «колокола».
В патенте «Способ измерения артериального давления (RU 2262886)» [5] предложен другой подход, основанный на гипотезе о том, что реальный вид кривой объемного расширения артерии от избыточного давления существенно отличается от его упрощенного представления на рис. 3.
V тКж-
Н АР ^ Pa(t)
Рис. 3. Традиционный вид кривой объемного расширения
К такому выводу приводят следующие элементарные соображения. Совершенно очевидно, что при нулевом избыточном давлении артерия имеет некоторый, существенно отличный от нуля, начальный объем, причем она сохраняет просвет для беспрепятственного протекания крови. При отрицательном избыточном давлении ее объем также не может быть равен нулю. С учетом сказанного реальная зависимость V(P) должна, скорее всего, иметь вид, близкий к тому, что изображен на рис. 4.
V
Рис. 4. Реальный АР вид кривой объемного расширения
В продолжении этого патента [5] предложен безманжетный пальцевый тонометр [6], конструкция которого представлена на рис. 5. На рис. 6 показано положение пальца во время измерения АД на ногтевой фаланге. Палец помещается между штоком и компрессионной камерой, закрепленной в верхней части корпуса. На обеих сторонах балки приклеены фольговые тензометрические датчики, по два датчика сверху и снизу.
Рис. 5. Конструкция безманжетного тонометра
Рис. 6. Положение пальца при измерении
68
Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль
Таким образом, при изгибе балки под действием давления, нагнетаемого в компрессионной камере, одна пара тензометров воспринимает деформацию растяжения, другая пара - деформацию сжатия. Процесс измерения состоит в следующем. С помощью груши в компрессионной камере создается давление, под действием которого палец прижимается к штоку, укрепленному на тензометрической балке. Исходное давление в камере должно быть таким, чтобы шток перекрыл кровоток в артерии. После этого с помощью клапана осуществляется выпуск воздуха из компрессионной камеры, в результате чего давление штока на палец начинает снижаться по закону, близкому к линейному. Такая конструкция тонометра решает такие перечисленные выше проблемы тонометрии, как возможность измерения АД в процессе компрессирования артерии; проблема индивидуального подбора размера манжеты и соответственно чрезмерного пережатия ей артерии; уменьшение потребления энергии от автономного источника питания.
Заключение
Метод Короткова в наше время остается безальтернативным при всех его недостатках, и поэтому в настоящее время задачи повышения точности будут решаться только аппаратным путем, особенно при разработке аппаратуры, предназначенной не для клинических испытаний, а для домашнего мониторинга давления.
Список литературы
1. Хамбли, П. Измерение артериального давления / П. Хамбли. - URL:
http://www.ua.arh.ru
2. Рогоза, А. Н. К вопросу о точности измерения АД автоматическими приборами /
А. Н. Рогоза // Функциональная диагностика. - 2003. - № 1. - С. 216-220.
3. Орнатский, П. П. Автоматические измерения и приборы / П. П. Орнатский. - Киев :
Вища школа, 1973. - 552 с.
4. Пат. 2280403 Российская Федерация. Способ измерения артериального давления. -URL: http://www.findpatent.ru/patent/228/2280403 .html
5. Пат. 2262886 Российская Федерация. Способ измерения артериального давления. -URL: http://www.findpatent.ru/patent/226/2262886.html
6. Писарев, М. А. АРМ врача терапевта / М. А. Писарев, М. А. Голобокова // Современные проблемы компьютерных наук : сб. материалов I Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию образования Пензенского государственного университета. - Пенза, 2013. -С. 117-123.
Писарев Максим Аркадьевич Pisarev Maksim Arkad'evich
аспирант, postgraduate student,
Пензенский государственный университет Penza State University
E-mail: [email protected]
УДК 621.3.087.47 Писарев, М. А.
Проблемы и достижения в области измерения артериального давления / М. А. Писарев // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2014. - № 4 (10). - С. 65-68.
