Кузенков Р.А. Електронна бібліотека

В. М. Пономаренко, Р. Г. Воронцов, Б. С. Бобров

СПОСОБИ І ПРИЛАДИ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВИМІРЮВАННЯ АРТЕРІАЛЬНОГО ТИСКУ

Всесоюзний науково-дослідний інститут медичного приладобудування,

Москва

Артеріальний тиск є найважливішим показником роботи серцево-судинної системи, тому прилади, призначені для вимірювання систолічного і діастолічного тиску крові, набули широкого поширення в медичній практиці.

Відомі два методи вимірювання артеріального тиску - прямий, пов'язаний з пункцією кровоносної судини, і непрямий (безкровний). Непрямий метод вимірювання артеріального тиску завдяки своїй простоті і безпеки міцно увійшов в медичну практику і реалізований в багатьох конструкціях, починаючи від простих приладів типу ртутних і мембранних сфігмоманометрів і закінчуючи автоматизованими системами.

У зв'язку з розвитком реанімаційної служби, проведенням складних серцево-судинних і відновлювальних операцій, розширенням профілактичних заходів, пов'язаних з масовим медичним обстеженням населення, до пристроїв для вимірювання артеріального тиску ставляться такі вимоги: швидкість вимірювання, об'єктивність отриманих даних, перешкодозахищеність і простота маніпуляцій.

Перераховані вимоги можуть бути реалізовані тільки в відповідних автоматизованих системах.

За кордоном і в Радянському Союзі описані десятки способів автоматичного вимірювання артеріального тиску і сотні пристроїв для їх здійснення. Однак значно менша частина цих пристроїв реалізована у вигляді промислових зразків.

Найбільш широке поширення отримав запропонований в 1905 р російським медиком Н. С. Коротковим метод визначення тиску крові але наявності характерних звуків, що виникають і зникають в плечовий або стегнової артерії в міру зміни тиску повітря в компресійної манжеті, одягненою на відповідну кінцівку. Моменти виникнення і зникнення звуків (їх назвали звуками Короткова), що прослуховуються лікарем за допомогою стетофонендоскопа, характеризують відповідно величини систолічного і діастолічного тиску. Цей метод реалізований в численних конструкціях приладів типу ртутних або мембранних сфігмоманометрів, а також в автоматичних пристроях, заснованих на перетворенні звуків Короткова в електричні сигнали. Спільними елементами в цих пристроях є мікрофон, акустичний фільтр, перетворювач звуків Короткова в імпульси стабільної частоти і амплітуди, виконавчий пристрій, подає команду на вимірювальний пристрій, і, нарешті, вимірювальний пристрій.

Серед іноземних промислових зразків слід згадати прилад

Diasyst, розроблений західнонімецької фірмою "Сіменс". Компресійна манжета має п'єзоелектричний датчик з попереднім підсилювачем для реєстрації звуків Короткова. Оскільки манжета охоплює пьезодатчик, ізолюючи його акустично, загальна стійкість приладу поліпшується в порівнянні з подібними пристроями, в яких мікрофон встановлюється поза манжети, наприклад на ліктьову западину руки пацієнта. Сигнал, що знімається з пьезодатчика, подається на вузькосмуговий фільтр (25 ° Гц), в результаті чого перешкоди, що мають частоти, відмінні від зазначеної, фільтруються. У схемі приладу передбачена селекція звуків Короткова за тривалістю паузи між ними. Точність вимірювання приладу за даними рекламного проспекту складає ± 5 мм рт.ст. Процес вимірювання здійснюється на стадії компресії манжети і графічно показаний на рис. 1. Прилад має програмний пристрій для періодичних вимірювань через 1, 5, 10, 15 і 30 хв. і сигнальний пристрій, що спрацьовує при досягненні граничних значень тиску під час роботи за заданою програмою.

Мал. 1. Пневматичний цикл приладу

Diasyst фірми "Сіменс".

Значний інтерес представляє прилад

AVM -2, розроблений об'єднанням "Медикор" Угорської Народної Республіки. Пневматична частина містить безшумний мікрокомпресор, пневмоклапани і здвоєний манометр. Сигнал від манометра передається дистанційним датчиком на вихідний регістр приладу. Прилад оснащений програмним пристроєм для вимірювання з періодичністю 2,5; 5; 10 і 20 хв. Компресійна манжета має мікрофон, сигнали з якого посилюються селективним підсилювачем, уніфікує змінні по амплітуді звуки Короткова. Частотний фільтр приладу дозволяє відсівати перешкоди, що мають інші в порівнянні зі звуками Короткова частотні складові, а аналізатор пропускає лише періодично повторювані звуки. Дуже важливим моментом при вимірі артеріального тиску, особливо при масовому обстеженні населення і в реанімаційній практиці, є час всього циклу вимірювання T, яке визначається різницею між максимальним тиском у манжеті Pmax і діастолічним тиском Pd, швидкістю падіння тиску V в інтервалі між Pmax і Pd, а також часом швидкого підняття тиску t1 в манжеті до Р mах і часом різкого зниження тиску t 2 після досягнення Рd (рис. 2) [1]. Зазначена залежність може бути представлена ​​наступним виразом:

.

Мал. 2. Традиційний цикл вимірювання.

Зазвичай час вимірювання Т за традиційним циклу (див. Рис. 2) займає 1,5 - 2 хв. У приладі повний цикл вимірювання скорочений до 20-30 сек. без збільшення похибки вимірювання. Ця особливість схеми, згадана вперше в патенті США [2], досягнута завдяки тому, що на початку вимірювання манжета наповнюється повітрям зі швидкістю 20 мм. рт. ст. в секунду (рис. 3) до появи перших звуків Короткова. В цей же момент до повітряної ємності манжети автоматично підключається додатковий резервуар, внаслідок чого тиск в манжеті різко падає до величини свідомо нижче діастолічного тиску, а потім повільно підвищується зі швидкістю 3 мм рт. ст. в секунду. Якщо проблема повторюється, звуків Короткова сигнал управління фіксує величину діастолічного тиску і включає манжету на різке збільшення швидкості компресії. У момент досягнення систолічного тиску і зникнення звуків Короткова нагнітання повітря в манжету закінчується і починається повільна декомпресія. Потім при появі звуків Короткова на шкалі приладу фіксується систолічний тиск і відкривається клапан різкого відведення повітря з порожнини манжети.

Мал. 3. Зміна тиску в .Манжети при коригувати циклі вимірювання.

У патентах США також зустрічається цілий ряд способів і пристроїв, спрямованих на підвищення точності вимірювання та поліпшення завадостійкості. Так, в одному з патентів [13] описано пристрій, де вимір діастолічного тиску здійснюється за допомогою підключення додаткового компресора, який створює в манжеті імпульсна розрідження постійної амплітуди. Це імпульсна розрідження, що збігається за часом з діастоли серця, накладається на манжетное тиск, яке повільно знижується, залишаючись весь час вище раніше виміряного систолічного тиску (рис. 4). У міру зниження тиску настає момент, коли манжетное тиск досягає рівня пульсового тиску, відповідного моменту діастоли серця. У цей момент чутливий мікрофон вловлює звук Короткова, в результаті чого виробляється сигнал на вимір діастолічного тиску, що дорівнює різниці між тиском манжети в момент появи звуку і величиною амплітуди розрідження. У патенті

США [14] описано пристрій автоматичного перемикання фільтра з смуги частот 30-100 Гц, характерною, на думку авторів, для систолічного тиску, на смугу частот 50 100 Гц, характерною для діастолічного тиску.

Мал. 4. Криві зміни тиску в манжеті в часі.

7 - знижується манжетное тиск; 2 - негативне пульсовий тиск;

3 -

пульсова хвиля; 4 - пульсові позначки.

Відомий також патент [5], згідно з яким проблема помехозащищенности вирішена шляхом використання двох фільтрів, один з яких, з смугою частот 40-100 Гц, виділяє корисний сигнал (звуки Короткова), а інший налаштований на частоту пропускання перешкод 1000 Гц. При уловлюванні мікрофоном сигналу з частотою 1000 Гц другий фільтр виробляє сигнал, який забороняє вимір.

У більшості приладів Японії проблема завадостійкості частково вирішується використанням схем збігу з термінами проведення звуків Короткова і пульсу. В автоматичному вимірнику артеріального тиску фірми "сан Соккі Ко, ЛТД" передбачені як схеми збігу, так і шумоїзмерітельний схема, яка виробляє заборонений сигнал і подає його на вимірювальну схему, якщо рівень шуму перевищив заздалегідь визначений поріг.

Незважаючи на велику кількість приладів для автоматичного вимірювання артеріального тиску, здійснених на основі звуків Короткова, не можна стверджувати, що навіть найкращі з них відповідають усім згаданим вище вимогам. Зокрема, ні в одному з відомих приладів не вирішена повністю проблема захисту від акустичних перешкод, недостатньо опрацьовані питання, пов'язані з частотної селекцією звуків Короткова.

У 1962 р у Всесоюзному науково-дослідному інституті медичного приладобудування (ВНІІМП) С. А. Вінокурскім і співавт. була розроблена оригінальна конструкція приладу ІДА-1 [16], в основу якого було закладено тахоосціллографіческій метод Савицького в поєднанні з методом Ріва-Роччі-Короткова [7]. Реєстрація результатів вимірювання в цьому приладі проводиться на діаграмної стрічці шляхом друкування цифр, відповідних максимальному і мінімальному тиску за методом Коротковас одночасним записом тахоосціллограмми Савицького (рис. 5). Кінцеве систолічний тиск Кс на осциллограмме визначається в момент першого різкого збільшення осциляцій, а мінімальне (діастолічний) тиск - в момент перших змін в конфігурації нижнього негативного ділянки кривої Мн. Бічного систолі тиску Б

c відповідає момент появи максимальної негативною осциляції, а середнє діастолічний тиск С, визначається по зникненню хвилі закриття при розгляді тахоосціллограмми зліва направо.

Мал. 5. Тахоосціллограмма по Савицькому.

До

- пульсація, що характеризує максимальний тиск; МН- пульсація, що характеризує мінімальний тиск; Б - пульсація, що характеризує бічне систолічний тиск: С - пульсація, що характеризує середню динамічний тиск.

Описаний спосіб автоматичного вимірювання параметрів артеріального тиску заслуговує, на нашу думку, подальшої розробки.

На особливу увагу заслуговують прилади, в яких здійснено фазовий метод автоматичного вимірювання діастолічного тиску крові, запропонований і розроблений бельгійським дослідником

Dobbelleer [8, 9]. Їм були детально вивчені явища, що відбуваються в 2 порівняно вузьких компресійних манжетах, послідовно накладених на плече. Dobbeleer встановив, що пульсова хвиля викликає в манжетах коливання тиску, причому ці коливання запізнюються в нижній манжеті по відношенню до верхньої. Це запізнення значно зменшується при зниженні тиску в манжетах, так як поперечний переріз артерії збільшується, зменшується опір стінок потоку крові і відповідно зростає швидкість поширення пульсової хвилі. Їм також було встановлено, що в момент наближення манжетного тиску до рівня діастолічного тиску пульсації в обох манжетах виникають практично одночасно. На рис. 6 наведені записи цього явища, зроблені Dobbeleer в 1962 р Вимірювання величини діастолічного тиску запропонованим методом можливо як в компресійному, так і в декомпресійним режимі манжет. Так, в апараті "Haemoto-nograph" голландської фірми "Godart" вимір здійснюється в період повільної декомпресії після швидкого надування манжет до заздалегідь встановленого граничного тиску. Систолічний тиск вимірюється в момент виявлення коливань повітря в дистальної манжеті. Фазовий відмінність між імпульсами тиску в 2 манжетах визначається за допомогою фазового дискримінатора, який включає в роботу вимірювач тиску при досягненні фазового зсуву мінімальної величини. Великий інтерес в даному приладі представляє принцип автоматичної установки величини порогового рівня, що залежить від максимальної амплітуди вихідного сигналу дискриминатора. Тому в кожному окремому випадку в приладі автоматично встановлюється гранична величина, рівність якої вихідному сигналу фазового дискримінатора вказує на досягнення діастолічного тиску. Як дискриминатора - елемента, що уловлює пульсації тиску, використаний терморезистор.

Мал. 6. Запізнення двох пульсації подвійний манжети щодо тиску в манжеті.

У приладі, запатентованому в США [10], замість фазового зсуву досліджується різниця амплітуд осциляцій 2 манжет, яка прямо пропорційна величині фазового зсуву. На початку вимірювання обидві манжети надуваються повітрям зі швидкістю 2-4 мм рт.ст. в секунду. У міру збільшення тиску в манжетах пульсовая хвиля, долаючи опір стиснутої артерії, викликатиме коливання повітря в манжетах. Ці коливання вловлюються датчиками і подаються на вхід диференціального підсилювача. Аналіз отриманих імпульсів показує, що при тисках в манжетах, що знаходяться нижче рівня діастолічного кров'яного тиску, перетворені в імпульси коливання повітря в обох манжетах практично однакові за формою і амплітудою (рис. 7, А). В результаті різниця між імпульсами верхньої і нижньої манжети дорівнює 0 і вихідний сигнал з диференціального підсилювача відсутній. У міру наближення манжетного тиску до диастолическому надходять на вхід дискримінатора імпульси будуть відрізнятися за формою і амплітудою, в результаті чого вихідний сигнал буде збільшуватися (рис. 7, Б). У разі рівного розподілу манжетного і діастолічного тиску цей сигнал перевищить встановлений граничний рівень відповідного пристрою, який виробляє сигнал для фіксування діастолічного тиску. Після вимірювання діастолічного тиску схема перемикається на швидку компресію до повного стискання артерії, а потім починається повільна декомпресія. У момент появи першого коливання повітря в нижній манжеті вимірюється систолічний тиск.

Мал. 7. Типові пульсові хвилі при манжета тиску.

А - нижче діастолічного; Б - одно або вище діастолічного

Певний інтерес представляє прилад, запатентований в Англії [11]. У конструкції передбачена компресійна манжета з 3 електродами, розташованими на її поверхні, що прилягає до плеча досліджуваного. Під впливом проходить пульсової хвилі крові відбувається зміна електричного опору між верхнім і середнім, а також між середнім і нижнім електродом. Зміни електричного опору аналізуються в диференціальному підсилювачі. У момент рівності діастолічного і манжетного тиску зміни електричного опору між відповідними електродами практично однакові, в результаті чого вихідний сигнал диференціального підсилювача різко зменшується і стає менше порогової величини. Вимірювальний елемент в цей момент вимірює тиск в манжеті, рівне диастолическому кров'яного тиску.

Одним з непрямих способів вимірювання артеріального тиску є метод вимірювання за допомогою ультразвуку на основі ефекту Доплера. За критерій оцінки параметрів кров'яного тиску при систолічному тиску приймається момент майже миттєвого зміни форми затиснутою артерії від закритої до відкритої, при діастолічному тиску - момент, коли артерія більше не стискається в будь-який момент серцевого циклу [12]. Рух артеріальної стінки спостерігається за допомогою ультразвукового променя, спрямованого на артерію. Перевага даного методу, так само як і фазового, в порівнянні зі звуковим методом полягає в тому, що характер одержуваної інформації про рух артеріальної стінки не залежить від характеру кровотоку в артерії, що є джерелом звуків Короткова.

Метод має певні переваги для застосування на малих артеріях, а також для вимірювання кров'яного тиску у дітей молодшого віку.

Нами не розглянуті загальновідомі осцилометричний методи вимірювання та пристрої для їх здійснення, так як осцилограми не завжди дають ті характерні зміни, на основі яких можна з достатньою точністю визначити величини систолічного і діастолічного тиску крові.

Метод вимірювання артеріального тиску з Використання АНАЛІЗУ пульсової крівої, что знімається з пальця с помощью спеціальної компресійної манжети, реалізованій в ряді приладів, запатентований за кордоном [13, 14]. Суть методу Полягає в тому, что сістолі тиску при декомпресії відповідає момент з'явився пульсу, а діастолічного - максимальна величина амплітуді пульсового тиску. Однак точність даного методу, досягнута в відомих приладах, нижче, ніж в пристроях, заснованих на звуковому або фазовому методі.

Частотно-селективний метод [15] дозволяє вимірювати артеріальний тиск за допомогою аналізу амплітудно-частотного спектра пульсової кривої в частотному діапазоні 30-40 Гц. Моменти різкого збільшення або зменшення амплітуди пульсової хвилі в зазначеному діапазоні частот показують на досягнення систолічного або діастолічного тиску відповідно.

У США запатентований прилад [16], в якому здійснено безманжетний спосіб вимірювання артеріального тиску. В основу способу закладена залежність між швидкістю поширення хвиль тиску в потоці крові і зміною артеріального тиску. Вимірювання забезпечується за допомогою 1 передавального і 2 приймають датчиків, послідовно розташованих над плечовою артерією.

На закінчення слід згадати так званий вібраторних метод, який базується на явищі почастішання пульсу при підвищенні тиску в манжеті. Виникнення прискореного пульсу відповідає рівню діастолічного тиску, а на сфігмоманометрічсской кривої - появі негативного зубця.

Л І Т Е Р А Т У Р А

1. До atona Z., В про lv а ry G., Orv. technika, 1969, No 5, с. 141.- 2. G ilf про rd SR, Пат. США No 2827040, 1954. -3. У urns G. К., Пат. США № 3552381, 1967.- G ill е t te F. N. Пат. США No 3308811, 1964. - 5. V про gt J. R. Пат. США № 3450131, 1964 .-- 6. У ні про до у р с ь к і й С. А., Р а б і і про Свиридович Н. Н. Новини мед. техніки, 1964, ст. 2, с. 34. - 7. Савицький Н. Н. Деякі методи дослідження та функціональної оцінки системи кровообігу. Л., 1956. - 8. de D про bbeleer G. Пат. США No 3118440, 1964.- 9. Idem. Wid. med., Electron., 1965, No 4, p. 122.- 10. M а r х Т. J. Пат. США, No 3348534, 1963 - 11. З 1 е а r з С. А. Анг-лійской. пат. No 1227030, 1970. - 12. Ware R. \ V., L a е gn з r Ch, J., 0 wens T. Е., Німецький пат., No 1302482, 1971, prior. USA. - 13. В о li з V. \ V. Пат. США No 3149628 1961.- 14. Gowen RJ пат. США No 3482565, 1964. 15. T olles Е. Е. Пат. США, No 3095872, 1959. - 16. T r: iit е M. ППТ. США, No 3224435, 1965.