Скорость пульсовой волны в артериях. Способ измерения скорости распространения пульсовой волны. Методы контроля кровенаполнения тканей

Сфигмография - это регистрация движения артериальной стенки, возникающего под влиянием волны давления крови при каждом сокращении сердца. Степень деформаций артериальной стенки при продвижении пульсовой волны зависит от свойств сосуда и уровня давления крови. Сфигмография позволяет рассчитывать скорость распространения пуль­совой волны, другие показатели, а также она может быть использована при фазовом анали­зе сердечного цикла (поликардиография).

Техника регистрации достаточно проста: на место пульсации сосуда, например, лучевой артерии, накладывается датчик, в качестве которого используются пьезокристаллические, тензометрические или емкостные датчики, сигнал от которого идет на регистрирующее устройство (например, электрокардиограф). При сфигмографии непосредственно регистрируются колебания артериальной стенки, вызванные прохождением по сосуду пульсовой волны.

Сфигмограмма периферических артерий отличается от центральной сфигмограммы от­сутствием выраженной инцизуры. На ней хорошо выражена основная волна (анакрота - катакрота) и вторичная волна - как отдельная волна.

Для регистрации скорости распространения пульсовой волны по артериям эластическо­го типа проводят синхронную регистрацию пульса на сонной артерии и на бедренной артерии (в области паха). По разнице между началами сфигмограмм (время) и на основании за­меров длины сосудов рассчитывают скорость распространения. В норме она равна 4-8 м/с. Для регистрации скорости распространения пульса по артериям мышечного типа регистрируют синхронно пульс на сонной артерии и на лучевой. Расчет такой же. Скорость, в норме от 6 до 12 м/с - значительно выше, чем для артерий эластического типа. Реально с помощью механокардиографа регистрируют одновременно пульс на сонной, бедренной и лучевой артериях и рассчитывают оба показателя. Эти данные имеют важное значение для диагностики патологий сосудистой стенки и для оценки эффективности лечения этой пато­логии. Например, при склерозировании сосудов скорость пульсовой волны из-за роста жё­сткости сосудистой стенки возрастает. При занятии физической культурой интенсивность склерозирования снижается, и это отражается на уменьшении скорости распространения пульсовой волны.

10.Флебография

Это регистрация кровенаполнения крупных вен (обычно яремной вены, поэтому правиль­нее говорить о югулярной флебографии). Обычно для регистрации флебограммы больной находится в положении лежа на спине. Датчик (пелот, воронка) располагается с правой стороны на внутренней или наружной яремной вене. Флебограмма центрального венного пульса у здорового человека состоит из трех положительных зубцов или волн (а - предсердной, с - каротидной и v - вентрикулярной) и двух отрицательных волн - х и у. Волна а - предсердная, обусловлена сокращением правого предсердия, во время которого прекращается отток крови из вен, что вызывает их набухание. Волна с - отражает каротидный пульс и связана с передачей движения от подлежащей под веной сонной артерии. За волной с следует первая отрицательная волна - % (коллапс, провал) - это связано с систо­лой желудочка - в этот момент в предсердиях вначале создается разряжение, что и вызы­вает усиленное опорожнение крови из вены. Затем наступает положительная волна v - вентрикулярная, обусловленная тем, что во время фазы изометрического расслабления атриовентрикулярный клапан все еще не открыт, и поэтому кровь начинает переполнять предсердие и затруднять отток крови из вен в предсердие. После этой волны начинается вторая отрицательная волна у, она отражает фазу быстрого наполнения кровью желудочка: кровь из предсердий быстро уходит в желудочек, и поэтому вены опорожняются быстрее обычного. Венный пульс (флебограмма) ва­жен при диагностике заболеваний, связанных с дефектами или функци­ональными нарушениями правого сердца. Например, при пороке трех­створчатого клапана, в частности, при его стенозе (недостаточном открытии) во время диастолы очень выражена на флебограмме волна а из-за трудности опорожнения крови из предсердия в желудочек через суженное отверстие. При недостаточ­ности трехстворчатого клапана меж­ду волнами 8 и с появляется новая волна I, которая обусловлена регургитацией, т. е. обратным выталкивани­ем крови нз желудочка в предсердие во время систолы желудочка. Чем выше степень недостаточности трех­створчатого клапана, тем выраженнее эта волна I.

Флебограмму центрального вен­ного пульса используют также для получения количественной оценки давления в малом круге кровообраще­ния. Установлено, что между длитель­ностью фазы изометрического рас­слабления правого желудочка, ЧСС и величиной давления в легочной ар­терии имеется определенная связь. Например, если ЧСС = 70 уд/мин, а длительность фазы изометрического расслабления правого желудочка со­ставляет 0,08 с, то давление в легоч­ной артерии равно 40 мм рт. ст. Дли­тельность фазы изометрического рас­слабления определяется на основании синхронной регистрации ФКГ (фонокардиограммы) и ФГ (флебограммы) - как интервал от легочного компонента II тона ФКГ до момента открытия трехстворчато­го клапана (вершина волныV).

Когда сердце во время систолы перекачивает кровь в аорту, в первый момент растягивается только начальная часть аорты, т.к. инерция крови, находящейся в аорте, предупреждает немедленный отток крови на периферию. Однако возросшее давление в начальной части аорты преодолевает инерцию, и фронт волны, растягивающей стенку сосуда, распространяется дальше вдоль аорты. Это явление называют распространением пульсовой волны в артериях.

Скорость распространения пульсовой волны в аорте в норме составляет от 3 до 5 м/сек, в крупных артериальных ветвях - от 7 до 10 м/сек, а в мелких артериях - от 15 до 35 м/сек. В целом, чем больше емкость того или иного участка сосудистой системы, тем меньше скорость распространения пульсовой волны, поэтому скорость распространения пульсовой волны в аорте гораздо ниже, чем в дистальных отделах артериальной системы, где мелкие артерии отличаются меньшей податливостью сосудистой стенки и меньшей резервной емкостью. В аорте скорость распространения пульсовой волны в 15 раз меньше, чем скорость кровотока, т.к. распространение пульсовой волны представляет собой особый процесс, лишь незначительно влияющий на продвижение всей массы крови вдоль сосуда.

Сглаживание пульсовых колебаний давления в мелких артериях, артериолах и капиллярах. На рисунке показаны типичные изменения рисунка пульсового колебания по мере того, как пульсовая волна проходит по периферическим сосудам. Особое внимание следует обратить на три нижние кривые, где интенсивность пульсаций становится все меньше в мелких артериях, артериолах и, наконец, в капиллярах. В действительности, пульсовые колебания стенки капилляров наблюдаются, если резко увеличены пульсации в аорте или предельно расслаблены артериолы.

Снижение амплитуды пульсаций в периферических сосудах называют сглаживанием (или демпфированием) пульсовых колебаний. К этому приводят две основные причины: (1) сосудистое сопротивление кровотоку; (2) податливость сосудистой стенки. Сосудистое сопротивление способствует сглаживанию пульсовых колебаний стенки сосудов, потому что все меньший объем крови продвигается вслед за фронтом пульсовой волны. Чем больше сосудистое сопротивление, тем больше препятствий для объемного кровотока (и меньше его величина). Податливость сосудистой стенки также способствует сглаживанию пульсовых колебаний: чем больше резервная емкость сосуда, тем больший объем крови необходим, чтобы вызвать пульсацию во время прохождения фронта пульсовой волны. Таким образом, можно сказать, что степень сглаживания пульсовых колебаний прямо пропорциональна произведению сопротивления сосуда на его резервную емкость (или податливость сосудистой стенки).

Аускультативный метод измерения давления

Совсем не обязательно вводить иглу в артерию пациента для измерения артериального давления при обычном клиническом обследовании, хотя в ряде случаев применяют прямые методы измерения давления. Вместо этого используют непрямые методы, чаще всего аускультативный метод определения величины систолического и диастолического давления.

Аускультативный метод . На рисунке представлен аускультативный метод определения величины систолического и диастолического давления. Стетоскоп располагается в области локтевого сгиба над лучевой артерией. На плечо накладывается резиновая манжетка для нагнетания воздуха. Все время, пока давление в манжетке остается ниже, чем в плечевой артерии, стетоскоп не улавливает никаких звуков. Однако когда давление в манжетке увеличивается до уровня, достаточного для перекрытия кровотока в плечевой артерии, но только во время диастолического снижения давления в ней, можно услышать звуки, сопровождающие каждую пульсацию. Эти звуки известны как тоны Короткова.

Истинную причину тонов Короткова все еще обсуждают, однако главной причиной их появления, бесспорно, является то, что отдельным порциям крови приходится прорываться через частично перекрытый сосуд. При этом в сосуде, расположенном ниже места наложения манжетки, ток крови становится турбулентным и вызывает вибрацию, что является причиной появления звуков, слышимых при помощи стетоскопа.

Для измерения артериального давления аускультативным методом давление в манжетке сначала поднимают выше уровня систолического давления. Плечевая артерия при этом пережата таким образом, что кровоток в ней полностью отсутствует и тоны Короткова не слышны. Затем давление в манжетке постепенно понижают. Как только давление в манжетке становится ниже систолического уровня, кровь начинает прорываться через сдавленный участок артерии во время систолического подъема давления. В это время в стетоскопе слышны звуки, похожие на стук, возникающие синхронно с сердцебиениями. Давление в манжетке во время появления первого звука принято считать равным систолическому давлению в артерии.

По мере того, как давление в манжетке продолжает снижаться, характер тонов Короткова меняется: они становятся более грубыми и громкими. Наконец, когда давление в манжетке падает до уровня диастолического, артерия под манжеткой во время диастолы остается непережатой. Условия, необходимые для формирования звуков (прорыв отдельных порций крови через суженную артерию), исчезают. В связи с этим звуки внезапно становятся приглушенными, и после снижения давления в манжетке еще на 5-10 мм рт. ст. полностью прекращаются. Давление в манжетке во время изменения характера звука принято считать равным диастоличе-скому давлению в артерии. Аускультативный метод измерения систолического и диастолического давления не является абсолютно точным. Ошибка может составить 10% по сравнению с прямым измерением давления в артерии с помощью катетера.

Нормальный уровень артериального давления , измеренный аускультативным методом. На рисунке показаны нормальные уровни систолического и диастолического артериального давления в зависимости от возраста. Постепенное увеличение давления с возрастом объясняют возрастными изменениями регуляторных механизмов, контролирующих кровяное давление. В первую очередь почки ответственны за долговременную регуляцию артериального давления. Как известно, функция почек заметно меняется с возрастом, особенно у людей старше 50 лет.

Сердечно-сосудистая болезнь (ССБ) лидирует среди причин смерти и смертельных болезней у мужчин и женщин. В 1948 г. кардиологическое исследование Фрэмингема под руководством Национального института болезней сердца, легких и крови (НИБСЛК) начало изучение факторов и характеристик, которые приводят к возникновению ССБ. В то время как набор инструментов и объем проводимых анализов были довольно ограниченны в то время, конфигурация пульсовой волны являлась важным параметром, зарегистрированным в данном исследовании. Было установлено, что визуальное изучение схем колебаний пульсовой волны с высокой степенью точности соотносится с возросшим риском развития ССБ.

Недавно исследователи из больницы св. Томаса повторно изучили это поразительное наблюдение. Группа исследователей из больницы св. Томаса конкретизировала первоначальные заключения, чтобы доказать, что объем пульса в пальце, полученный цифровым фотоплетизмографическим сенсором, напрямую зависит от пульсовых колебаний артериального давления в лучевой и плечевой артериях.

Пульс генерируется, когда сердце качает и распространяет кровь. Первый компонент колебательного сигнала цифрового объема пульса (ЦОП) (т.е. систолический компонент, показанный ниже голубым цветом) является результатом прямого распространения пульса от корня артерии к пальцу. Пока пульс перемещается ниже по руке, прямой пульс прокачивается вдоль аорты в нижнюю часть корпуса. Это приводит к изменению диаметра артерии и бифуркациям, благодаря которым часть пульса отражается обратно. Кульминацией этих отражений является отражение в виде одной волны из нижней части корпуса, которая перемещается вверх по аорте и затем вниз к пальцу, образуя второй компонент ЦОП (т.е. диастолический компонент, обозначенный ниже зеленым цветом). Рука служит проводником и для волны прямой передачи, и для отраженной волны, таким образом, оказывая незначительное влияние на контур ЦОП.

Конфигурация колебательного сигнала цифрового объема пульса находится в прямой зависимости от ригидности большой артерии и сосудистого тонуса. Поэтому характеристики колебательного сигнала цифрового объема пульса могут изменяться в зависимости от этих факторов.

Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ)

Мы наблюдаем и измеряем скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) в артериальной системе во время циркуляции крови. Этот физиологический феномен предоставляет нам уникальную информацию о причинах изменения кровяного давления, течения, скорости и профильного среза. Такие изменения в пульсовой волне могут использоваться для классификации артериальной эластичности. См. диаграмму ниже для более подробной информации:

S (Начальная точка артериального пульса - волна)
Открывается клапан аорты; удаляется кровь из левого желудочка.

P (Первая основная сфигмографическая волна)
Волна вызвана выбросом из левого желудочка, который линеарно увеличивает стенку артерии.

T (Вторая дополнительная сфигмографическая волна)
Волна, отраженная от малой артерии.

C (Вырезка завитка)
Конечная точка систолической фазы, клапан аорты закрывается.

D (Дикротическая волна)
Отражаемая колебательная волна, полученная в результате удара крови, вызванного кровяным давлением в аорте об артериальный клапан

Заболевания и расстройства сердечно-сосудистой системы напрямую связаны с состоянием малых и больших артерий. Артериальная ригидность и расширение основных артерий являются мощным предвестником потенциальных проблем со здоровьем, сердечной недостаточности, почечных осложнений, атеросклероза и инфаркта. Возраст и систолическое давление – вот два самых важных фактора способных усилить СРПВ. При старении организма происходит медиакальциноз, и артерии теряют эластичность. Как результат, измерение СРПВ оказывается полезным для изучения эффекта старения, сосудистых заболеваний, влияния сосудорасширяющих и сосудосужающих препаратов на артерии.

Измерение скорости распространения пульсовой волны:

Быстрый и объективный анализ функционирования сосудистой системы
Качественно определяет артериальную ригидность и расширение
Предоставляет информацию о сердечно-сосудистом статусе
Облегчает мониторинг медикаментозного и иного лечения, образа жизни /диеты
Помогает приостанавливать развитие болезни

Анализ СРПВ

Анализ СРПВ широко признан Европейским обществом по лечению гипертензии в качестве неотъемлемой составляющей диагностирования и лечения гипертензии (т.е. повышенного кровяного давления). Зависимость между СРПВ и сердечн-ососудистыми заболеваниями, нарушениями и смертями была доказана.

Индексы артериальной ригидности (EEl, DDI and DEI) дают жизненно важные сведения работникам системы здравоохранения. Этот анализ дает быструю и объективную оценку функционированию сосудистой системы. Эта информация полезна для информирования и ориентирования медработников (т.к. данные могут быть использованы при принятии решений, касающихся начала лечения, до того как появятся симптомы или клинические признаки).

Анализ СРПВ определяет, правильно ли функционирует сосудистая система, есть какие-либо ограничения её функциональности, которые могут угрожать здоровью пациента. Здоровое сердце эффективно поставляет кислород и питательные вещества по всему телу, одновременно прокачивая продукты жизнедеятельности к почкам, печени и легким для последующего удаления из организма. Для того чтобы это произошло, необходимо, чтобы артерии были в хорошем состоянии. Со временем артерии могут становиться атеросклеротическими, артериосклеротическими или затвердевать (потеряв эластичность и увеличив сужение). Эти изменения увеличивают нагрузку на сердце, клапаны и артерии, которая может привести к инсульту, инфаркту, отказу почек и/или внезапной смерти.

Артериальная ригидность, вызванная медиакальцинозом и потерей эластичности (т.е. старением), является самым важным фактором, способствующим увеличению СРПВ. Скорость пульсовой волны (СРПВ) – эффективное и высоко воспроизводимое измерение для оценки васкулярной эндотелиальной дисфункции (т.е. эластичности артерий) и артериальной ригидности.

Обзор

Распространение крови по артериям происходит во время одного сердечного сокращения. Кровь перемещается по артериям благодаря кинетической энергии из участка удаления кровяного объема к потенциальной энергии вытянутого участка сосудистой стенки. Последующие изменения происходят с давлением, течением, скоростью и конфигурацией. Эти изменения составляют физиологический феномен, известный как пульсовая волна, за которым легко наблюдать и измерять при анализе артериальной эластичности.

Взаимодействия

Возраст является самым важным фактором, способствующим увеличению СРПВ. Артериальная ригидность возникает по причине кальцификации и утраты эластичности, которые сопровождают процесс старения. Исследования показали, что увеличение СРПВ может быть предвестником атеросклеротического развития (например, диабет), в то время как другие исследования не выявили увеличения СРПВ с возрастом у пациентов с предрасположенностью к атеросклерозу (т.е. с диагнозом наследственная гиперхолестеролемия). Принимая во внимание все вышесказанное, была установлена качественная зависимость между процессом атеросклероза и артериальной ригидностью.

Исследования показывают, что гипертензия в большей степени, чем атеросклероз, способствуют росту артериальной ригидности, обусловленной возрастом. В то время как артериальное давление является ценным первоочередным индикатором гипертензии, СРПВ предоставляет дальнейшие подробные сведения. Анализ СРПВ измеряет движение артериальной стенки, стимулируя движение посредством пульсового давления, вызванного барофлексом.

Обширное повреждение артерий способствует развитию сердечно-сосудистых патологий и увеличению смертности, наблюдаемой при гипертонии. Артериальное растяжение, которое ассоциируется с подобным повреждением, ведет к увеличению диспропорциональности систолического давления и пульсового давления. Данные факторы ассоциируются с увеличением показателей частоты и летальности сердечно-сосудистых нарушений. Анализ пульсовой волны предоставляет информацию об артериальной ригидности и растяжении, которая чрезвычайно важна при изучении процессов старения, сосудистых нарушений и препаратов, которые расширяют или сужают артерии.

Пациенты с сахарным диабетом и ишемической болезнью сердца часто демонстрируют ухудшение артериального функционирования в неоклюзированных артериях. При атеросклерозе стены артерий имеют тенденцию к утолщению, отвердению и суживанию, что делает их менее эффективными в абсорбировании энергии от артериального пульса. Это в свою очередь увеличивает СРПВ.

Установление статуса главных артерий имеет ключевое значение для раннего диагностирования, лечения и профилактики сердечно-сосудистых нарушений. Анализ артериальной ригидности позволяет получить колоссальную информацию о потенциальных медицинских проблемах, включая инфаркты, сердечную недостаточность, диабет и почечные осложнения.

Измерение СРПВ посредством датчика на пальце

Когда сердце сжимается, оно производит прямую волну, которая перемещается вниз к пальцу. Эта волна отражается в нижней части корпуса и тоже направляется к пальцу. Вот эта комбинация, прямой и отраженной волн, измеряется и записывается с помощью датчика на пальце.

Цифровой объем пульса (ЦОП)

Первый компонент колебательного сигнала цифрового объема пульса (ЦОП) (т.е. систолический компонент) является результатом прямого распространения пульса от корня артерии к пальцу. Пока пульс перемещается ниже по руке, прямой пульс прокачивается вдоль аорты в нижнюю часть корпуса. Это приводит к изменениям артериального давления, благодаря которым часть пульса отражается обратно к пальцу. Кульминацией этих отражений является отражение в виде одной волны из нижней части корпуса, которая перемещается вверх по аорте и затем вниз к пальцу, образуя второй компонент ЦОП (т.е. диастолический компонент). Рука служит проводником и для волны прямой передачи, и для отраженной волны, таким образом, оказывая незначительное влияние на контур ЦОП.

Измерение цифрового объема пульса (ЦОП)

Цифровой объем пульса измеряется путем передачи инфракрасного света через палец. Количество поглощенного света прямо пропорционально количеству крови в пальце.

Присутствие контрольной системы позволяет поддерживать оптимальный уровень для измерения изменений объема артериального давления. Благодаря этому минимизируется возможность получения некорректных сигналов, вызванных спазмом сосудов или слабой перфузией.

Измерение артериальной ригидности

Система СРПВ демонстрирует высокую эффективность при оценке артериальной ригидности. Используя данные о цифровом объеме пульса, полученные от инфракрасного датчика на пальце, система СРПВ определяет время, затраченное пульсовыми волнами на проход по артериям. Конфигурация колебательного сигнала, полученная в результате этого измерения, находится в прямой зависимости от времени, которое требуется пульсовым волнам для прохода по артериальной системе. Скорость, с которой пульс проходит по артериям, напрямую связана с артериальной ригидностью. Таким образом, это измерение делает СРПВ ценным и неинвазивным инструментом для оценки сосудистых изменений.

Клиническая значимость артериальной ригидности

Колебательный сигнал цифрового объема пульса, измеренный системой СРПВ, не зависит от изменений в сосудистой системе, но скорее определяется артериальной ригидностью (оценивается с помощью SI) в больших артериях и сосудистым тонусом (оценивается с помощью RI). Артериальная ригидность эффективно оценивает здоровье органа и дает информацию о необходимых изменениях в образе жизни или требуемом медикаментозном лечении. Она также является сильным индикатором целого ряда потенциальных медицинских проблем, включая болезни сердечно-сосудистой системы.

Измерение функционирования эндотелия

В дополнение к артериальной ригидности, система СРПВ эффективно определяет сосудистый тонус артериального дерева. Используя высокоточный фотоплетизмографический преобразователь со схемой формирования сигнала, система СРПВ измеряет колебательный сигнал СРПВ. Мощная система управления поддерживает оптимальный уровень трансмиссии для измерения изменений объема крови с предельной точностью, независимо от размера пальца. Это неинвазивная, независимая от оператора система для измерения артериальной ригидности и сосудистого тонуса.

Клиническая значимость функционирования эндотелия

Система СРПВ может использоваться для регистрации измерения изменений колебательного сигнала СРПВ благодаря сосудорасширителям зависимым от эндотелия, таким как сальбутамол (альбутерол). Эти наблюдения могут использоваться для оценки функционирования эндотелия. Сальбутамол вводится достаточно просто, ингаляционным способом, упрощая этот анализ, который можно проводить как в клинических условиях, так и дома у пациента.

Техническое Описание Анализа СРПВ

Система СРПВ собирает информацию о колебательном сигнале у пациента с помощью неинвазивного сенсора, расположенного на пальце. Измерения, полученные с аппланационного тонометра, включают:

Длительность опорожнения
Индекс артериального утолщения и давления
Индекс субэндокардиальной жизнеспособности

Система полезна как для лечения таких заболеваний как гипертензия, диабет, почечная недостаточность, так и для ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний.

Ключевые сферы применения анализа СРПВ

1. Ранняя диагностика: Легко и быстро идентифицирует пациентов с риском следующих заболеваний:
a. Гипертензия
b. Артериосклероз (затвердевание артерий)
c. Нарушения циркуляции кровеносной системы
d. Преждевременное старение кровеносных сосудов
e. Патологии в более мелких кровеносных сосудах (тех, которые нельзя охватить манжетой для измерения кровяного давления)

2. Улучшенная оценка: Измеряет артериальную ригидность и её влияние на гипертензию, диабет, инфаркт.

3. Мониторинг: Оценивает результаты медикаментозного лечения

Составляющие системы:

1 Анализ ключевых параметров, в числе которых:
o Пульсовое давление на аорте
o Систолическое давление на аорте
o Индекс наращивания аорты
o Нагрузка на левый желудочек
o Пульсовое давление в левом желудочке и восходящей аорте (по которой движется мозговой кровоток)
o Центральное систолическое давление (как получено баро-рецепторами)
o Длительность опорожнения в отношении сердечного цикла
o Перфузионное артериальное давление в течение сердечного цикла

2 Оценка артериальной ригидности и её клинического влияния на сердце

3 Измерение субэндокардиальной жизнеспособности

Преимущества:

Раннее предсказание будущих сердечно-сосудистых нарушений
Оценка медикаментозного лечения, которую нельзя получить с помощью измерения плечевого давления
Признана в международной практике как показатель повреждения органов и предсказатель сердечно-сосудистого риска
Наглядное свидетельство того, какой эффект оказывают на пациента изменения в образе жизни и медикаментозное лечение
Комфортная и неинвазивная
Не используются расходные материалы
Результаты в режиме реального времени
Автоматическая и не зависящая от оператора

Применение СРПВ

Заболевания сердечной системы являются самыми распространенными – они встречаются у большего количества пациентов по сравнению со всеми остальными заболеваниями. Многие люди могут даже и не предполагать, что у них есть какие-то проблемы с сердцем до тех пор, пока у них не случится инсульт или инфаркт. Факторы, ведущие к нарушениям в работе сердечной системы, очень разнообразны и их список постоянно растет. Факторы, обусловленные образом жизни, такие как высокий уровень холестерина, курение и кровяное давление были связаны с инфарктами и инсультами сравнительно недавно, в то время как другие детерминанты, такие как возраст и диабет, являются известными факторами.

Все эти факторы способствуют артериальной ригидности, которая в свою очередь, ограничивает кровоток, таким образом подвергая сердце дополнительной нагрузке.

Анализ пульсовой волны измеряет кровяное давление точно и адресно. Он позволяет докторам оценить артериальный и сердечно-сосудистый статус пациента с предельной точностью. Он измеряет кровяное давление на уровне сердца в сравнении с давлением на руке пациента при измерении традиционным способом с помощью компрессионной манжеты. Измерение пульсовой волны предоставляет врачам ценную информацию о взаимосвязи между сердцем пациента и его кровеносными сосудами, такая информация позволяет анализировать работу сердца пациента.

Эта революционная технология дополняет традиционный способ измерения давления с помощью компрессионной манжеты, поскольку она предоставляет дальнейшую информацию о сердечной деятельности. Таким образом, анализ СРПВ полезен при использовании дома, в клинических условиях и в операционных. Анализ СРПВ обеспечивает кардиологов, докторов и пациентов всесторонней информацией о функционировании сердечно-сосудистой системы.

Кардиология и терапия

Система СРПВ безупречно вписывается в клинические или специализированные условия и предоставляет ценную информацию о здоровье пациента и его артериальном статусе. Это позволяет и доктору, и пациенту принимать решения о более качественном лечении.

Проводить скрининг на аритмию и другие аномалии
Оценивать артериальный статус
Более эффективно выписывать лекарства для лечения гипертензии
Выявлять сердечно-сосудистые риски на ранней стадии
Проводить мониторинг эффективности медикаментозного лечения
Стимулировать выбор в пользу здорового образа жизни посредством демонстрации доступных для понимания результатов
Полноценное, последовательное и точное измерение кровяного давления

Будь это профессиональный спорт или фитнесс, анализ СРПВ дает важную информацию о работе сердца и общем состоянии организма. Результаты могут применяться для организации и стимулирования эффективного режима тренировок.

Установить возраст сосудистой системы (т.е. индикатор общего артериального здоровья)
Следить за прогрессом (определять, какие упражнения благотворно влияют на артериальное здоровье на протяжении определенного периода времени)
Определять, когда тело разогрето и готово к нагрузкам

Гипертензия
Это простое в использовании устройство предоставляет всестороннюю информацию о работе сердечной системы и артериальном здоровье, которое необходимо для эффективного диагностирования, лечения и мониторинга гипертензии.

Измерение периферического кровяного давление и частоты пульса (т.е. лидирующие измерения при клиническом лечении гипертензии)
Предсказание сердечно-сосудистых заболеваний, с использованием измерения центрального кровяного давления (более сильный предсказатель по сравнению с периферическим кровяным давлением)
Определение индекса наращивания (индикатор артериального возраста, статуса и поддаваемости лечению)

Фармацевтика
Система СРПВ - быстрый, легкий в использовании способ получить ценную для пациентов информацию, которая позволит построить успешные отношения с клиентами.

Определение возраста сосудистой системы (т.е. индикатор общего артериального здоровья)
Отслеживание эффекта, производимого образом жизни, лечением и медикаментами
Скрининг на аритмии и другие патологии
Точное измерение кровяного давления

Индустрия здоровья
Демонстрация эффектов wellness терапии или программ на общее здоровье пациентов с использованием анализа СРПВ.

Проведение подробного кардиологического осмотра в любых условиях (пример: в клинике, дома, и т.д.)
Предложение клиентам всесторонней информации об их здоровье
Демонстрация эффекта здорового образа жизни и отслеживание прогресса пациента

Зачем Нужен Тест На Эластичность Артерий?

Во многих частях мира, таких как США и Канада, сердечно-сосудистые заболевания в виде инфаркта или инсульта являются лидирующей причиной смерти. Ещё больше людей страдают от сердечно-сосудистых расстройств или инвалидностей. Стоимость затрат системы здравоохранения и количество потерянных жизней ошеломляют.

Широкую известность приобрел тот факт, что здоровье эндотелия и работа кровеносных сосудов напрямую связаны с общим здоровьем сердечно-сосудистой системы. Определение и наблюдение за работой артерий на таком уровне позволяет осуществить на ранней стадии вмешательство и профилактику болезни.

Старение и болезни нарушают эластичность и работоспособность кровеносных сосудов. Эти изменения ослабляют пульсирующую функцию артерий, которая может привести к сердечно-сосудистым нарушениям и проблемам со здоровьем. Измерение пульсирующей функции или скорости распространения пульсовой волны дает важные сведения, которые не способны предоставить традиционные измерения кровяного давления.

Артериальная Ригидность

Термин «артериальная ригидность» описывает пластичность или эластичность артерий. Затвердевание или жесткость артерий описывается как артериосклероз. Артериальная ригидность описывает насколько усердно необходимо работать сердцу для того, чтобы прокачать кровь по телу.

Почему артериальная ригидность имеет значение?

Работа артерий напрямую связана с потенциальным развитием таких сердечно-сосудистых заболеваний, как инфаркт или инсульт. Измерение артериальной ригидности дает информацию о больших артериях и предлагает раннюю идентификацию пациентов группы риска. Артериальная ригидность также зарекомендовала себя как более точный предвестник нарушений в работе сердечно-сосудистой системы по сравнению с традиционным методом компрессионной манжеты.

Метод измерения артериальной ригидности

Индекс наращивания: измеряет артериальную ригидность на основе конфигурации пульсовой волны
Центральное кровяное давление: имеет склонность увеличиваться при большей артериальной ригидности
Скорость распространения пульсовой волны: измеряет время необходимое пульсовым колебаниям кровяного давления для преодоления расстояния между двумя пунктами артериального дерева
Толщина интима-медиа сонной артерии: ультразвук измеряет толщину стенки артерии

Каким образом анализ СРПВ измеряет артериальную ригидность?

Анализ СРПВ чрезвычайно эффективен при оценке артериальной ригидности. Система использует простой и удобный инфракрасный датчик на пальце для определения промежутка времени, который требуется пульсу для прохождения по артериям. Скорость распространения пульсовой волны прямо пропорциональна артериальной ригидности. Данные по индексу наращивания и о центральном кровяном давлении, полученные в результате этого измерения, являются признанными индикаторами ригидности больших артерий.

Каким образом артериальная ригидность соотносится с кровяным давлением?

Когда сердце закачивает кровь в артериальную систему, ригидность артерий определяет, насколько легко эта кровь перемещается по всему телу. Мягкие, пластичные артерии проводят кровь легко и эффективно, поэтому сердцу не приходится работать очень активно. И наоборот, неэластичные и твердые артерии оказывают сопротивление кровотоку, таким образом подвергая сердце дополнительной нагрузке и заставляя его работать более активно. Сила каждого удара и сопротивление кровотоку оказываемое артериями определяют кровяное давление.

Способы уменьшения артериальной ригидности

После постановки диагноза «артериальная ригидность» можно обратиться к нескольким методам лечения.

1 Физическая нагрузка
o Постоянная физическая активность помогает предотвратить дальнейшее отвердение и может повысить эластичность

2 Препараты для контроля кровяного давления
o Определенные препараты для кровяного давления расслабляют артериальную стенку, таким образом уменьшая ригидность

3 Новые лекарства
o Исследуются новые препараты, хотя долговременные разрушения могут быть невосстанавливаемыми

4 Индивидуализированный подход к лечению
o Доктора могут прописать комбинацию из вариантов связанных с изменением образа жизни и лечением

Ригидность Аорты

Скорость распространения пульсовой волны играет важную роль при анализе влияния артериальной ригидности на общее состояние здоровья. Широко признан тот факт, что ригидность аорты является эффективным предвестником и индикатором сердечно-сосудистых нарушений и болезней.

Более высокая СРПВ в стареющей, неэластичной аорте, к примеру, влечет за собой быстрый возврат отраженной (систолической) волны к сердцу. Это измерение определяет повышенный риск трех потенциальных вариантов развития событий для сердечно-сосудистой системы.

1. Увеличенное центральное пульсовое давление
Центральное систолическое давление увеличивается и влечет за собой нагрузку на кровеносные сосуды мозга. Это может привести к инсульту. Важно: это изменение может произойти без каких-либо заметных изменений в систолическом давлении в компрессионной манжете.

2. Увеличивается нагрузка на левый желудочек (нагрузка ЛЖ)
При увеличении нагрузки на левый желудочек (нагрузка ЛЖ), масса ЛЖ и гипертрофия ЛЖ увеличиваются. Это увеличение нагрузки ЛЖ обозначено участком с черными стрелками.

3. Уменьшенное перфузионное давление коронарной артерии в диастоле
Уменьшение наблюдается в период критической диастолы благодаря давлению, которое распространяется по коронарным артериям. Это увеличивает риск сердечной ишемии.

Анализ СРПВ И Физическая Нагрузка

Исследования показывают, что физическая нагрузка улучшает эластичность и уменьшает ригидность артерий. Физические упражнение не только оказывают огромный эффект на артерии в долгосрочной перспективе, но определенные положительные результаты заметны и могут быть измерены практически сразу. После занятий спортом время, необходимое отраженной пульсовой волне для возвращения к сердцу, уменьшается, таким образом, снижается нагрузка на сердце и оказывается благоприятное воздействие на общее состояние сердечно-сосудистой системы. В долгосрочной перспективе комбинация занятий аэробикой и упражнений на гибкость, таких как йога и Пилатес, продемонстрировали дальнейшее улучшение эластичности артерий.

Анализ СРПВ дает ценную информацию о влиянии занятий спортом на артериальную ригидность. Оценка состояния артерий до занятий спортом, вовремя, после и после продолжительного периода времени позволяет с легкостью отслеживать, проводить мониторинг и анализ состояния сосудистой системы пациента. Данные, собранные во время СРПВ анализа, полезны на следующих стадиях:

Разогрев
o Определение скорости, с которой артерии расширяются в ответ на физическую нагрузку и фиксация времени, когда тело должным образом разогрето и подготовлено к переходу на следующий уровень

Непосредственный эффект
o Оценка реакции организма на увеличение физической активности и мониторинг реакции артерий для измерения эффективности и производительности кровотока

Восстановление после занятий спортом
o Установление времени, которое требуется артериям для возвращения в состояние покоя, после прекращения занятий спортом

Долговременный эффект
o Отслеживание улучшений, касающихся возраста сосудов на протяжении периода времени на основании предписанного режима тренировок, изменений в образе жизни, и т.д.

Типичный ответ на занятия спортом

Спортивные упражнения производят физиологический эффект на кровяное давление, которое можно измерить с помощью индекса наращивания. Во время физической активности частота пульса возрастает, и индекс наращивания уменьшается. В то же время минимальные изменения наблюдаются в кровяном давлении во время физической нагрузки. После окончания физической нагрузки, и индекс наращивания, и частота пульса возвращаются к своим значениям в состоянии покоя.

Следующая таблица иллюстрирует типичный ответ на физические упражнения, измеренный посредством определения частоты пульса, диастолического давления и систолического давления. Она также отображает изменения до, во время и после занятий спортом.

Эффект разогрева

Увеличение физической активности заставляет сердце выталкивать больше крови для обеспечения питания для всех органов. В начале занятий спортом артериям ещё только предстоит расшириться. Соответственно, кровяное давление поднимается, в то время как кровь устремляется к органам для снабжения. Этот первоначальный дисбаланс увеличивает нагрузку на сердце. Такое увеличение физической активности и резкий рост кровяного давления заставляют артерии расшириться в ответ. Артериальное расширение облегчает эффективность кровотока и позволяет сердцу эффективно поставлять кровь по всему телу. Артериальное расширение также уменьшает нагрузку на сердце, вследствие чего кровяное давление нормализуется, в то время как частота пульса остается повышенной.

Эффект занятий спортом

Физическая активность влечет за собой значительные изменения в движении и циркуляции крови. Эти физиологические изменения включают в себя следующее:

Увеличенное сердцебиение
Изменения кровяного давления
Расширение кровеносных сосудов

Если физические упражнения не являются обычной частью ежедневного распорядка дня пациента, измерения СРПВ необходимо производить, когда пациент находится в расслабленном, спокойном состоянии. Это позволит добиться более точных результатов.

До занятий спортом:

После занятий спортом:

Обзор Научных Работ По Гипертензии

Следующие статьи и публикации содержат дальнейшие исследования и данные о роли артериального здоровья для общего статуса сердечно-сосудистой системы.

«Повторное открытие артерий»

Джон Р Кокрофт и Айэн Б Вилкинсон (2002г.) сделали вывод о том, что анализ артериальной ригидности может помочь в лечении сердечно-сосудистых заболеваний. Вопрос изучения такого применения в будущем исследовании был поднят Лоран и др. (2002г.), а методы измерения артериальной ригидности были предложены МакКензи и др.(2002г.).

Технологии измерения артериальной ригидности были далее изучены Оливер и Вебб (2003г.) наряду с их практическим применением и взаимодействием с медикаментозными препаратами для лечения сердечно-сосудистой системы. Эти ранние обзоры продемонстрировали важность артериального здоровья и его роль в определении кровяного давления.

«Гипертензия в качестве артериального симптома»

Иццо(2004г.) представил отношения между изолированным систолическим повышенным давлением и артериальной ригидностью, Касс (2005 г.) изучил соотношение между артериальной ригидностью и функционированием желудочков. Эту тему далее изучил Николс (2005г.) и позднее Зиман и др.(2005г.).

Эти важные исследования послужили толчком для выпуска согласованного экспертного заключения (Лоран и др. 2006 г.) по методам и применениям артериальной ригидности. Хирата и др.(2006г). На основании этих данных Конн (2007 г) рассмотрел свидетельство измерений и потенциальную пользу для лечения гипертензии. Майкл Ф О"Рурке и Хасимото (2008г.) опубликовали исторический обзор данных по артериальной ригидности, Франклин (2008 г.) обозначил артериальную ригидность в качестве нового и надежного индикатора сердечно-сосудистых заболеваний.

«Лечение артерий для управления сердечно-сосудистым риском»

П. Аволио и др. (2009г.) подчеркнул разницу между центральным и периферическим кровяным давлением, в то время как Нильссон и др.(2009г.) предложил управлять сердечно-сосудистым риском на основании возраста сосудов. Сочетание традиционного метода измерения артериального давления с помощью компрессионной манжеты с новым анализом периферической пульсовой волны был описан как будущее для лечения патологий кровяного давления П. Аволио и др (2010 г.).

Клиническая Проблема

Согласно последнему выпуску Глобального атласа по предотвращению и контролю заболеваний сердечно-сосудистой системы опубликованному Всемирной организацией здравоохранения (2011 г.), заболевания сердечно-сосудистой системы лидирует среди причин смерти и инвалидности по всему миру. К заболеваниям сердечно-сосудистой системы болезни и травмы сердца, кровеносных сосудов сердца, системы кровеносных сосудов (вен и артерий) по всему телу и в головном мозге. Среди факторов риска для развития сердечно-сосудистых патологий называют семейную историю любого из нижеследующих заболеваний:

Сердечно-сосудистая патология или смерть в результате сердечно-сосудистой патологии
Ожирение
Диабет
Высокий уровень холестерина в крови
Высокое артериальное давление

В дополнение к этим наследственным проблемам, образ жизни играет важную роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний. Курение и малоподвижный образ жизни также являются известными прогностическими факторами. При отсутствии этих традиционных факторов риска, специалисты могут произвести оценку артериального статуса для определения потенциала для развития сердечно-сосудистых патологий.

Высокий процент сердечно-сосудистых заболеваний можно предотвратить, однако действовать следует на раннем этапе для того, чтобы предотвратить патологии. Артерии предоставляют крайне важную, всестороннюю информацию о сердечно-сосудистом заболевании для того, чтобы улучшить лечение. Вместе с тем, как только из-за скопления бляшек артерии сильно закупорились, возможность оценить их функционирование и структуру ограничивается.

Система СРПВ позволяет специалистам оценивать артериальную функцию на ранней стадии для того, чтобы определить пациентов группы риска. Скрининг на ранней стадии может помочь в раннем диагностировании и/или лечении скрытых сосудистых патологий, до того как они превратятся в более серьезные проблемы. Система СРПВ также позволяет специалистам точно определять проблемы и получать в итоге более целенаправленную диагностическую оценку. И наконец, система СРПВ дает возможность врачам-терапевтам следить за артериальным здоровьем пациента на каждой последующей стадии, чтобы убедиться, что вмешательства производят желаемый эффект.

Как Помогает Сердечно-Сосудистый Анализ

Традиционно, сердечно-сосудистый анализ в первую очередь выполняется с использованием таких методов, как электрокардиограммы (ЭКГ), эхокардиограммы и электрокардиограммы, снятые во время физических упражнений с нагрузкой. В то время как эти тесты эффективны для оценки функции сердца, их диапазон ограничен только сердцем, и как таковые, эти методы не предоставляют информацию об артериях. Поскольку уже хорошо установлено, что артериальное здоровье по своей природе связано с артериальной функцией, артериальная оценка является оптимальной мерой.

Тогда как артериальное обследование предоставляет детальную оценку сердечно-сосудистого здоровья, традиционные методы получения информации дискредитируются на поздних стадиях сердечно-сосудистой болезни. Это происходит из-за накопления бляшек, которое угрожает функциональной и структурной целостности артерий. Систем СРПВ обходит обструкцию артерий, чтобы точно и легко оценить артериальную функцию.

Таким образом, сердечно-сосудистый анализ посредством артериальной оценки важен по следующим причинам:

Клинические исследования артериальной эластичности успешно установили взаимосвязь между уменьшенной артериальной эластичностью и последующим развитием сердечно-сосудистых патологий.

Артериальная ригидность часто присутствует даже при отсутствии традиционных факторов риска, и дополнительные данные успешно связали потерю артериальной ригидности у пациентов, страдающих от повышенного давления, диабетов, сердечной недостаточности или болезни коронарных артерий, с их заболеваниями.

Исследования показывают, что незначительные изменения в эластичности артерий дают неоценимую информацию об общем сердечно-сосудистом статусе. Изменения в артериальной эластичности часто предшествуют таким заболеваниям, как гипертензия и диабет, и эти изменения отражены в колебательном сигнале артериального давления.

Данные указывают на то, что изменения в сосудистой системе предваряют типичные и явные симптомы сердечно-сосудистых заболеваний, а также инфаркты и инсульты на много лет. Более того, клинические исследования показали взаимосвязь между потерей артериальной эластичности и старением, которая означает, что артериальная ригидность является ранним био-маркером сердечно-сосудистых заболеваний.

Система СРПВ позволяет проводить легкое, неинвазивное измерение и анализ сердечно-сосудистого статуса. Информация, полученная в результате, дает ценные сведения об артериальной эластичности, ригидности и сосудистых изменениях, которые являются мощными детерминантами сердечно-сосудистых патологий. Клинический анализ позволяет проводить на ранней стадии скрининг, лечение и мониторинг любых значимых сердечно-сосудистых патологий.

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Курский государственный технический университет»

Кафедра «Биомедицинская инженерия»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Проектирование диагностической и терапевтической техники»

на тему «Устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны кровотока»

Биомедицинская инженерия

Группа БМ-85М

Руководитель работы Кузьмин А.А.

Курск, 2009 г.

Введение

Анализ проблемы

1 Определение скорости распространения пульсовой волны

2 Исследование особенностей сфигмограммы и скорости распространения пульсовой волны по крупным артериальным сосудам

3 Анализ существующих устройств для регистрации и измерения параметров пульсовой волны

Обоснование структурной схемы устройства

Выбор элементной базы и расчет основных элементов и узлов

Расчет блока питания и потребляемой мощности

Заключение

Список литературы

Введение

Одна из основных задач современной кардиологии - снижение сердечно-сосудистой заболеваемости и смертности. Среди стратегий ее решения - выявление групп высокого риска для проведения профилактических медикаментозных и немедикаментозных вмешательств. В качестве инструмента для оценки риска развития сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) широко используют различные шкалы (SCORE, Фрамингемская шкала и др.). Однако практически все они предназначены для общей популяции и не могут быть использованы для пациентов с уже манифестировавшими ССЗ.

Возможность предсказания развития повторных сердечно-сосудистых осложнений (ССО) у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС) может способствовать формированию эффективной стратегии ведения этой когорты больных. Поиск надежных способов оценки прогноза продолжается. Роттердамское исследование показало высокую связь повышенной скорости пульсовой волны (СПВ) - как маркера жесткости артерий - с наличием атеросклероза. Это стало предпосылкой к изучению данного параметра как предиктора прогноза для пациентов с ИБС.

1. Анализ проблемы

.1 Определение скорости распространения пульсовой волны

В момент систолы некоторый объем крови поступает в аорту, давление в начальной части ее повышается, стенки растягиваются. Затем волна давления и сопутствующее ее растяжение сосудистой стенки распространяются дальше к периферии и определяются как пульсовая волна. Таким образом, при ритмическом выбрасывании крови сердцем в артериальных сосудах возникают последовательно распространяющиеся пульсовые волны. Пульсовые волны распространяются в сосудах с определенной скоростью, которая, однако, отнюдь не отражает линейной скорости движения крови. Эти процессы в принципе различны. Сали (Н. Sahli) характеризует пульс периферических артерий как «волнообразное движение, которое происходит вследствие распространения образующейся в аорте первичной волны по направлению к периферии».

Определение скорости распространения пульсовой волны, по мнению многих авторов, является наиболее достоверным методом изучения упруговязкого состояния сосудов.

Сфигмограммы периферического пульса используются для определения скоростираспространения пульсовой волны. Для этого синхронно регистрируют сфигмограммы сонной, бедренной и лучевой артерий и определяют время запаздывания периферического пульса по отношению к центральному (Dt) (рис. 1).

Рис. 1. Определение скорости распространения пульсовой волны на отрезках: «сонная - бедренная артерии» и «сонная - лучевая артерии». Дельта-t1 и дельта-t2 - запаздывание пульсовой волны соответственно на уровне бедренной и лучевой артерий

Для определения скорости распространения пульсовой волны производится одновременная запись сфигмограмм с сонной, бедренной и лучевой артерий (рис. 2). Приемники (датчики) пульса устанавливаются: на сонной артерии- на уровне верхнего края щитовидного хряща, на бедренной артерии- в месте выхода ее из-под пупартовой связки, на лучевой артерии- в месте пальпации пульса. Правильность наложения датчиков пульса контролируется положением и отклонениями «зайчиков» на визуальном экране прибора.

Если одновременная запись всех трех пульсовых кривых по техническим причинам невозможна, то одномоментно записывают сначала пульс сонной и бедренной артерий, а затем сонной и лучевой артерий. Для расчета скорости распространения пульсовой волны нужно знать длину отрезка артерии между приемниками пульса. Измерения длины участка, по которому распространяется пульсовая волна в эластических сосудах (Lэ) (аорта- подвздошная артерия), производятся в следующем порядке (рис. 2):

Рис. 5. Определение расстояний между приемниками пульса - «датчиками» (по В. П. Никитину).

Обозначения в тексте:

а- расстояние от верхнего края щитовидного хряща (местоположение приемника пульса на сонной артерии) до яремной вырезки, где проецируется верхний край дуги аорты;расстояние от яремной вырезки до середины линии, соединяющей обе spina iliaca anterior (проекция деления аорты на подвздошные артерии, которая при нормальных размерах и правильной форме живота точно совпадает с пупком);

с- расстояние от пупка до местоположения приемника пульса на бедренной артерии.

Полученные размеры b и с складываются и из их суммы вычитается расстояние а:

b+с-а = LЭ.

Вычитание расстояния а необходимо в связи с тем, что пульсовая волна в сонной артерии распространяется в противоположном к аорте направлении. Ошибка в определении длины отрезка эластических сосудов не превышает 2,5-5,5 см и считается несущественной. Для определения длины пути при распространении пульсовой волны по сосудам мышечного типа (LМ) необходимо измерить следующие расстояния:

от середины яремной вырезки до передней поверхности головки плечевой кости (61);

от головки плечевой кости до места наложения приемника пульса на лучевой артерии (а. radialis)- с1.

Более точно измерение этого расстояния производится при отведенной под прямым углом руке - от середины яремной вырезки до местоналожения датчика пульса на лучевой артерии- d(b1+c1).

Как и в первом случае, из этого расстояния необходимо вычесть отрезок а. Отсюда:

С1 - а - Lи, но b + с1 = d

Рис.3. Определение времени запаздывания пульсовой волны по началу подъема восходящего колена кривых (по В. П. Никитину)

Обозначения:

а- кривая бедренной артерии;

б- кривая сонной артерии;

в- кривая лучевой артерии;э- время запаздывания по эластическим артериям;м- время запаздывания по мышечным артериям;инцизура

Второй величиной, которую необходимо знать для определения скорости распространения пульсовой волны, является время запаздывания пульса на дистальном отрезке артерии по отношению к центральному пульсу (рис. 3). Время запаздывания (г) определяется обычно по расстоянию между началами подъема кривых центрального и периферического пульса или по расстоянию между местами изгиба на восходящей части сфигмограмм.

Время запаздывания от начала подъема кривой центрального пульса (сонной артерии- а. саrоtis) до начала подъема сфигмографической кривой бедренной артерии (а. femoralis)- время запаздывания распространения пульсовой волны по эластическим артериям (tэ)- Время запаздывания от начала подъема кривой а. саrоtis до начала подъема сфигмограммы с лучевой артерии (а.radialis)- время запаздывания по сосудам мышечного типа (tМ). Регистрация сфигмограммы для определения времени запаздывания должна производиться при скорости движения фотобумаги- 100 мм/с.

Для большей точности в подсчете времени запаздывания пульсовой волны регистрируется 3-5 пульсовых колебаний и берется среднее значение из полученных при измерении величин (t) Для вычисления скорости распространения пульсовой волны (С) теперь необходимо путь (L), пройденный пульсовой волной (расстояние между приемниками пульса), разделить на время запаздывания пульса (t)

С=L(cм)/t(c).

Так, для артерий эластического типа:

Э=LЭ/TЭ,

для артерий мышечного типа:

СМ=LM/tM.

Например, расстояние между датчиками пульса равно 40 см, а время запаздывания- 0,05 с, тогда скорость распространения пульсовой волны:=40/0,05=800 cм/с

В норме у здоровых лиц скорость распространения пульсовой волны по эластическим сосудам колеблется в пределах 500-700 см/с, по сосудам мышечного типа- 500-800 см/с.

Упругое сопротивление и, следовательно, скорость распространения пульсовой волны зависят прежде всего от индивидуальных особенностей, морфологической структуры артерий и от возраста обследуемых.

Многие авторы отмечают, что скорость распространения пульсовой волны с возрастом увеличивается, при этом несколько в большей степени по сосудам эластического типа, чем мышечного. Такое направление возрастных изменений, возможно, зависит от понижения растяжимости стенок сосудов мышечного типа, что в какой-то мере может компенсироваться изменением функционального состояния ее мышечных элементов. Так, Н.Н. Савицкий приводит по данным Людвига (Ludwig, 1936) следующие нормы скорости распространения пульсовой волны в зависимости от возраста.

Возрастные нормы скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического (Сэ) и мышечного (См) типов:

При сопоставлении средних значений Сэ и См, полученных В.П. Никитиным (1959) и К.А. Морозовым (1960), с данными Людвига (Ludwig, 1936) следует отметить, что они довольно близко совпадают.

Е.Б. Бабским и В.Л. Карпманом предложены формулы для определения индивидуально должных величин скорости распространения пульсовой волны в зависимости или с учетом возраста:

Сэ =0,1*B2 + 4B + 380;

См = 8*B + 425.

В этих уравнениях имеется одно переменное В- возраст, коэффициенты представляют собой эмпирические постоянные.

Скорость распространения пульсовой волны по эластическим сосудам зависит также от уровня среднего динамического давления. При повышении среднего давления скорость распространения пульсовой волны увеличивается, характеризуя усиление «напряженности» сосуда за счет пассивного растяжения его изнутри высоким артериальным давлением. При изучении упругого состояния крупных сосудов постоянно возникает необходимость определять не только скорости распространения пульсовой волны, но и уровень среднего давления.

Несоответствие между изменениями среднего давления и скоростью распространения пульсовой волны в известной степени связано с изменениями тонического сокращения гладкой мускулатуры артерий. Это несоответствие наблюдается при изучении функционального состояния артерий преимущественно мышечного типа. Тоническое напряжение мышечных элементов в этих сосудах меняется довольно быстро.

Для выявления «активного фактора» тонуса мускулатуры сосудистой стенки В.П. Никитин предложил определение соотношения между скоростью распространения пульсовой волны по сосудам мышечного (См) и скорости по сосудам эластического (Сэ) типов. В норме это соотношение (СМ/С9) составляет от 1,11 до 1,32. При усилении тонуса гладкой мускулатуры оно возрастает до 1,40-2,4; при понижении- уменьшается до 0,9-0,5. Уменьшение СМ/СЭ наблюдается при атеросклерозе, за счет увеличения скорости распространения пульсовой волны по эластическим артериям. При гипертонической болезни эти величины, в зависимости от стадии, различны.

Таким образом, при увеличении упругого сопротивления скорость передачи пульсовых колебаний нарастает и иногда достигает больших величин. Большая скорость распространения пульсовой волны является безусловным признаком увеличения упругого сопротивления артериальных стенок и уменьшения их растяжимости.

В норме скорость распространения пульсовой волны, рассчитанная таким способом, составляет 450-800 см.с-1. Следует помнить, что она в несколько раз выше скорости кровотока, т. е. скорости перемещения порции крови по артериальной системе.

По скорости распространения пульсовой волны можно судить об эластичности артерий и величине их мышечного тонуса. Скорость распространения пульсовой волны увеличивается при атеросклерозе аорты, гипертонической болезни и симптоматических гипертензиях и уменьшается при аортальной недостаточности, открытом артериальном (боталловом) протоке, при снижении мышечного тонуса сосудов, а также при облитерации периферических артерий, их стенозах и уменьшении ударного объема и АД.

Скорость распространения пульсовой волны нарастает при органическом поражении артерий (увеличение Сэ при атеросклерозе, сифилитическом мезоаортите) или при усилении упругого сопротивления артерий за счет повышения тонуса их гладкой мускулатуры, растяжении стенок сосуда высоким артериальным давлением (увеличение См при гипертонической болезни, нейроциркуляторной дистонии гипертензивного типа). При нейроциркуляторной дистонии гипотонического типа уменьшение скорости распространения пульсовой волны по эластическим артериям связано в основном с низким уровнем среднего динамического давления.

На полученной полисфигмограмме по кривой центрального пульса (а. саrotis) определяется также время изгнания (5) - расстояние от начала подъема пульсовой кривой сонной артерии до начала падения ее главной систолической части.

Н.Н. Савицкий для более правильного определения времени изгнания рекомендует пользоваться следующим приемом (рис. 4). Проводим касательную прямую через пятку инцизуры а. саrotis вверх по катакроте, из точки отрыва ее от катакроты кривой опускаем перпендикуляр. Расстояние от начала подъема пульсовой кривой до этого перпендикуляра и будет временем изгнания.

Рис.4. Прием для определения времени изгнания (по Н.Н. Савицкому).

Проводим линию АВ, совпадающую с нисходящим коленом катакроты У места отхождененя ее от катакроты проводим линию СД, параллельную нулевой. Из точки пересечения опускаем перпендикуляр на нулевую линию. Время изгнания определяется расстоянием от начала подъема пульсовой кривой до места пересечения перпендикуляра с нулевой линией. Пунктиром показано определение времени изгнания по месту расположения инцизуры.

Рис.6. Определение времени изгнания (5) и времени полной инволюции сердца (Т) по кривой центрального пульса (по В.П. Никитину).

Время полной инволюции сердца (длительность сердечного цикла) Т определяется по расстоянию от начала подъема кривой центрального пульса (а. carotis) одного сердечного цикла до начала подъема кривой следующего цикла, т.е. расстояние между восходящими коленами двух пульсовых волн (рис. 6).

2 Исследование особенностей сфигмограммы и скорости распространения пульсовой волны по крупным артериальным сосудам

Характерным и ранним признаком субаортального стеноза является систолический шум, который выслушивается вдоль левого края грудины, в точке Боткина, распространяется на сосуды шеи, отделен от 1-го тона, иногда состоит из двух фаз, может сопровождаться систолическим дрожанием грудной клетки. Часто выслушивается систолический шум над верхушкой, который проводится в подмышечную область (шум регургитации). На ЭКГ регистрируются признаки гипертрофии левого желудочка и предсердий, отрицательные зубцы Т и смещение книзу интервала S - Т в левых грудных отведениях. Иногда в классических отведениях появляются глубокие зубцы Q как отражение гипертрофии межжелудочковой перегородки. I. Heublein с соавторами (1971) считают, что характерным электрокардиографическим признаком субаортального стеноза являются комплексы типа qrS в сочетании с положительным зубцом Т в левых грудных отведениях. Рентгенологически определяется умеренное увеличение левого желудочка и левого предсердия, усиление легочного рисунка за счет застоя, иногда расширение восходящей аорты.

В дифференциально-диагностическом отношении важны изменения сфигмограммы: характерен двойной ее контур с быстрым первым спуском анакроты за счет нарастающего сужения путей оттока. Нарастающее давление в левом желудочке проталкивает кровь в аорту,- появляется второй подъем кривой, менее крутой, чем первый, с последующим длительным спуском и дополнительными низкоамплитудными колебаниями (W. H. Carter с соавт., 1971).

Сфигмографическое исследование с синхронной записью пульса с сонной, лучевой и бедренной артерий проведено у 88 детей. Сфигмографическое исследование осуществлялось в горизонтальном положении ребенка с помощью того же трехканального электронного прибора «Визокард-Мультивектор», с применением пьезоэлектрических приемников пульса, одновременно с электрокардиограммой во II стандартном отведении. Запись проводилась сначала с сонной и лучевой, затем с сонной и бедренной артерий после 10-минутного отдыха одновременно с двух и более точек, что необходимо для определения скорости пульсовой волны, а также синхронно с другими кривыми, отражающими различные проявления сердечной деятельности (электрокардиограмма, фонокардиограмма).

Для изучения функционального состояния крупных артериальных сосудов пульсовые датчики устанавливались в трех разных точках: на сонной (переднешейная борозда - на уровне верхнего края щитовидного хряща), лучевой (в обычной точке прощупывания пульса) и на бедренной артериях (середина пупартовой связки). Регистрацию пульсовых кривых проводили только после соответствующего оптимального приспособления датчика, по достижении при данном усилении максимальной амплитуды сфигмограммы.

По времени запаздывания пульсовых кривых и по расстоянию между точками, с которых записываются пульсовые кривые, определяется скорость распространения пульсовой волны по сосудам мышечного (на участке сонная артерия - лучевая артерия) и по сосудам эластического типов (на участке сонная артерия - бедренная артерия). Запаздывание пульсовой волны измеряется по расстоянию между началом подъема каждой из сфигмограмм.

Для определения длины пути между сонной и лучевой артериями измеряется расстояние с помощью сантиметровой ленты от верхнего края щитовидного хряща (местоположение первого приемника пульса) до яремной ямки (проекция верхнего края дуги аорты). Затем на отведенной руке, составляющей с туловищем прямой угол, измеряется расстояние от яремной ямки до места регистрации пульса на лучевой артерии. Из общего расстояния между датчиками вычитается удвоенное расстояние между щитовидным хрящом и яремной ямкой (так как пульсовая волна в лучевой и сонной артериях распространяется в противоположных направлениях).

Для определения длины участка «сонная артерия - бедренная артерия» измеряется расстояние от верхнего края щитовидного хряща до яремной ямки, затем - от яремной ямки до пупка (проекция деления аорты на подвздошные артерии) и от пупка до середины пупартовой связки (место наложения третьего датчика пульса). Все полученные размеры складываются и из образовавшейся суммы вычитается удвоенное расстояние между щитовидным хрящом и яремной ямкой (Н. Н. Савицкий, 1956; В. Н. Никитин, 1958, и др.).

Изучение формы пульсовых кривых у детей с суставно-висцеральным течением ревматоидного артрита (I группа) показало, что кривые артериального пульса, имея общие черты, отличаются большим разнообразием индивидуальных особенностей. Обращает на себя внимание, что у многих детей в острый период заболевания кривые артериального пульса, особенно с сонной артерии, отличались неустойчивостью формы и амплитуды, их изменчивостью даже в различных сердечных циклах, следующих друг за другом. Очевидно, причина такой вариабельности - в лабильности гемодинамики, в неодинаковой силе сердечных сокращений, меняющейся величине ударного объема сердца, в неустойчивости сосудистого тонуса у больных ревматоидным артритом с выраженным токсико-аллергическим синдромом.

Отмечается также более частое, чем у здоровых детей, отсутствие на кривой каротидного пульса пресистолического колебания, которое зарегистрировано лишь у 55% больных детей (по данным М. К. Осколковой, у 80% здоровых). При обследовании детей, больных ревматизмом, М. К. Осколкова (1967) также констатировала отсутствие пресистолического колебания на кривой каротидного пульса. Эта особенность обусловлена, с одной стороны, ослаблением сократительной функции предсердий, с другой - изменениями систолического объема сердца и сосудистого тонуса, учитывая, что генез пресистолического зубца связан с перечисленными факторами.

Увеличение пресистолической волны наблюдалось всего лишь у 5 детей, у 3 из них, по данным клинико-инструментальных методов исследования, предполагалось формирование митрального и аортального пороков, а у 2 - преобладали симптомы миокардита.

Инцизура на кривой каротидного пульса у 84% детей была отчетливо выражена в верхней или средней трети нисходящей ветви сфигмограммы, у 11% детей она регистрировалась в нижней трети кривой и у 5% - была слабо выражена или отсутствовала. Дикротическая волна на катакроте пульса с лучевой артерии располагалась у большинства детей I группы в нижней ее трети, в отличие от здоровых детей, у которых, она, как правило, регистрируется в средней трети катакроты (М. К. Осколкова, 1967) и нередко была увеличена. Подобные изменения рассматриваются как признак снижения тонуса артериальных сосудов. В динамике наблюдения, при стихании основного процесса, с уменьшением интоксикации, отмечалось смещение дикротической волны ближе к вершине кривой и уменьшение ее амплитуды. Данный признак можно объяснить увеличением напряжения (тонуса) стенок артериальных сосудов при улучшении состояния детей (В. П. Никитин, 1950; М. К. Осколкова, 1957). Л. П. Прессман (1964), изучая состояние сердечно-сосудистой системы при инфекционных заболеваниях у взрослых, пришел к выводу, что величина дикротической волны у них находится в прямой зависимости от степени интоксикации. Сопоставление форм пульсовых кривых с характером поражения сердца не выявило достаточно типичных изменений сфигмограммы. При явлениях кардита у некоторых детей отмечалось лишь небольшое снижение амплитуды пульсовых кривых, иногда изменчивость их формы и величины в различных сердечных циклах. В течение болезни форма пульсовых кривых с центральных и периферических артерий нередко изменялась.

Характерным признаком недостаточности аортальных клапанов на СФГ сонной артерии является крутой подъем кривой, слабая выраженность или отсутствие инцизуры. Феномен исчезновения или уменьшения выраженности инцизуры является важным признаком вовлечения в патологический процесс аорты (М. Н. Абрикосова, 1963; М. К. Осколкова, 1967, и др.).

Блюмбергер (1958), М. А. Абрикосова (1963), М. К. Осколкова (1967) полагают, что большая или меньшая выраженность инцизуры на сфигмограмме с сонной артерии при поражении аорты зависит от степени деформации клапанного аппарата: при меньшем поражении - инцизура выражена, при большем - исчезает.

Кроме изучения морфологических особенностей сфигмограммы, высчитывалась скорость распространения пульсовых волн. Изучение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типов больных с суставно-висцеральной формой ревматоидного артрита показало отчетливое уменьшение этого показателя по сравнению с нормальными величинами как в острый период, на фоне лечения, так и в период стихания.

Из таблицы следует, что у детей в возрасте от 3 до 6 лет при суставно-висцеральной форме заболевания средние данные исходных величин в острый период болезни по сосудам эластического типа были равны 456,8±13,5 см/сек., а по сосудам мышечного типа - 484,0±24,8 см/сек., не достигая нормальных величин даже в период стихания.

У детей в возрасте от 7 до 11 лет средние показатели скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа равнялись 470,0± ±22,0 см/сек., а по сосудам мышечного типа - 588,0± ±15,8 см/сек., то есть эти показатели были ниже, чем данные у здоровых детей и оставались сниженными и при стихании процесса с разницей, статистически достоверной (Р<0,05).

Наибольшее снижение показателей скорости распространения пульсовой волны наблюдалось у детей в возрасте от 12 до 15 лет. Средние показатели ее по сосудам эластического типа в острый период болезни были 504,7+10,5 см/сек., а по сосудам мышечного типа - 645,0-27,6 см/сек. Эти величины статистически достоверно снижены по сравнению с данными здоровых детей (Р< 0,005).

В период улучшения общего состояния наблюдалось незначительное повышение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа, по сосудам же мышечного типа скорость оставалась значительно сниженной (соответственно 508,0±10,0 см/сек, и 528,7 ±10,7 см /сек.; Р<0,01). Столь стойкое нарушение функционального состояния крупных артериальных сосудов очевидно можно объяснить высокой степенью аллергизации, продолжающейся активностью ревматоидного артрита и большой длительностью заболевания.

У взрослых больных В. И. Трухляев (1968) констатировал повышение скорости распространения пульсовой волны по крупным артериальным сосудам. Эта разница по сравнению с данными, полученными у детей, лишний раз подчеркивает своеобразие пеактивности детского организма. Б. А. Гайгалене (1970) у взрослых обнаруживала асимметрию тонуса сосудов и изменение их реакции на холод.

Изучение характера кривых центрального и периферического пульса у больных с суставной формой ревматоидного артрита (II группа) обнаружило отсутствие пресистолической волны на сфигмограмме каротидного пульса у 8 (из 31) детей. У этих больных наблюдалась тахикардия, связанная, по-видимому, с токсико-аллергическим состоянием в острый период заболевания. У остальных 23 детей пресистолическая волна регистрировалась, варьируя лишь в амплитуде. Вершина пульсовых кривых у 20 детей имела округлые очертания, у 5 - заостренные и у 6 - форму «систолического плато». Вершину типа «систолическое плато» М. К. Осколкова чаще наблюдала у детей, больных ревматизмом. И. М. Руднев (1962) считает, что кривые типа «плато» с высоким осциллометрическим индексом указывают на понижение тонуса сосудов и на наличие сопротивления току крови на периферии. Если учесть, что у этих детей при капилляроскопии обнаруживалось спастико-атоническое состояние капилляров с преобладанием спастического компонента, а рентгенологически определялись признаки снижения тонуса сердечной мышцы, то, возможно, указанная форма сфигмограммы и отражала задержку в нарастании и спадении давления в центральных артериальных сосудах.

Инцизура на кривой каротидного пульса у 64,5% детей располагалась в верхней или средней трети нисходящей ветви сфигмограммы, а у 35,5%-в нижней ее трети. Инцизура и начальная диастолическая волна у большинства детей были хорошо выражены.

Дикротическая волна на сфигмограмме с лучевой артерии у 36% детей располагалась в средней трети ка-такроты. На сфигмограмме с бедренной артерии дикротическая волна чаще регистрировалась в нижней трети катакроты, а у 8% детей она не регистрировалась. В острый период заболевания амплитуда пульсовых кривых лучевой и бедренной артерий у 19 детей II группы была увеличена. Этот факт, возможно, связан с компенсаторной гиперфункцией миокарда и снижением тонуса крупных сосудов.

Анализ полученных данных скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типов у детей с суставной формой ревматоидного артрита так же, как и у детей I группы, указывал на уменьшение скорости распространения пульсовой волны во всех возрастных группах. Однако это уменьшение было несколько менее выражено, чем при суставно-висцеральной форме заболевания.

У детей дошкольного возраста (от 3 до б лет) скорость распространения пульсовой волны в острый период болезни была равна 512,0±19,9 см/сек, по сосудам эластического типа и 514,6±12,9 см/сек, по сосудам мышечного типа.

У детей младшего школьного возраста (от 7 до 11 лет) средние показатели скорости распространения пульсовой волны были равны для сосудов эластического типа 531,5±17,2 и мышечного типа - 611,8± 24,0 см/сек. В период стихания наблюдалось некоторое увеличение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типов.

У детей старшего школьного возраста (от 12 до 15 лет) в острый период заболевания скорость распространения пульсовой волны по сосудам эластического типа равнялась 517,7±11,0 см/сек, и по сосудам мышечного типа - 665,7±25,7 см/сек. В период улучшения состояния наблюдалось некоторое увеличение данных показателей как по сосудам эластического, так и мышечного типов (соответственно 567,5±26,7 см/сек, и 776,8±50,4 см/сек.). Уменьшение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типов, согласно данным литературы, свидетельствует о снижении тонуса артериальной стенки (Н. Н. Савицкий, 1963; В. П. Никитин, 1959, и др.). У детей с ревматоидным артритом оно может быть связано с патоморфологическими и гистохимическими изменениями сосудистой стенки в результате хронически протекающего системного васкулита (А. И. Струков, А. Г. Бегларян, 1963, и др.), а также с токсико-аллергическими влияниями на нейро-эндокринный регуляторный аппарат.

Дальнейшее уменьшение скорости распространения пульсовой волны по сосудам эластического и мышечного типа, наблюдавшееся у части детей в фазе стихания ревматоидного процесса, в конце лечения, возможно, обусловлено своеобразной следовой реакцией нервной и сердечно-сосудистой системы на патологический процесс. Возможно, имело какое-то значение применение разнообразных медикаментозных средств, в том числе и пирамидона, который, по наблюдениям И. М. Руднева (1960), вызывает понижение тонуса сосудов. Приведенные исследования подтверждают большую клиническую ценность сфигмографии в оценке функционального состояния крупных артериальных сосудов при динамическом исследовании их в разные фазы патологического процесса.

.3 Анализ существующих устройств для регистрации и измерения параметров пульсовой волны

Известен ряд неинвазивных способов, устройств и систем, исследующих деятельность организма человека, основанных на различных физических механизмах, связанных с образованием и распространением пульсовой волны. Основные физические методы исследований связаны с измерением изменения во времени следующих физических величин: электрических, например тока (напряжения) с помощью электрокардиограмм (ЭКГ); механических, например давления с помощью манометра или пьезодатчика; оптических, например освещенности с помощью оптоэлектронных преобразователей. Регистрация пульсовой волны с помощью ЭКГ или датчиков давления обычно требует фиксированного подключения специальных датчиков к нескольким местам на теле пациента, что ограничивает возможные применения данных устройств чисто медицинскими применениями, не допуская встраивания этих устройств в другие электронно-бытовые устройства и системы.

Известные одноэлементные устройства и способы оптической регистрации пульсовой волны во многих случаях позволяют регистрировать периферический пульс, например, при легком касании пальцем пользователя оптоэлектронного преобразователя. Однако в некоторых случаях, например, если у пользователя холодные руки или слишком слабый (сильный) прижим пальца к фотоприемнику, то не удается устойчиво регистрировать пульсовую волну у всех 100% пациентов.

Известны способ и устройство регистрации пульсовой волны, позволяющие устойчиво выявлять пульс с помощью двухканального оптоэлектронного преобразователя.

В этом способе регистрации пульсовой волны импульсные последовательности, пропорциональные оптической плотности рассеивания света в кровонесущей ткани, формируют двухканальным оптоэлектронным преобразователем с длинами волн инфракрасного диапазона, при этом импульсная последовательность центрального пульса обеспечивает жесткую синхронизацию режимов измерения, а результат измерения на индикаторе линейно связан с разностью фаз двух импульсных последовательностей.

Устройство содержит первый оптоэлектронный преобразователь, выход которого соединен с входом первого формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен с первым входом ключевой логической схемы И-НЕ и первым входом формирователя команд управления. Выход второго оптоэлектронного преобразователя соединен с входом второго формирователя импульсной последовательности, выход которого соединен со вторым входом ключевой логической схемы И-НЕ. Первый выход формирователя команд управления соединен с третьим входом ключевой логической схемы И-НЕ, а второй и третий выходы подключены соответственно ко входам первого и второго оптоэлектронных преобразователей. На четвертый вход ключевой логической схемы И-НЕ подключен генератор измерительной частоты. Кнопка пуска подключена ко второму и третьему входам формирователя команд управления. Выход ключевой логической схемы И-НЕ соединен со входом счетчика частоты, выход которого подключен на вход регистра памяти. Соответственно выход регистра памяти подключен к индикатору.

Устройство состоит из двух датчиков и блока обработки и управления. Датчики устанавливаются на определенном расстоянии один от другого над исследуемой артерией, информация с датчиков поступает в блок обработки и управления. Блок обработки состоит из пикового детектора, фазового компаратора, задатчика расстояния между датчиками, аналогового коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, микроЭВМ, репрограммируемого таймера, индикаторного устройства и цифроаналогового преобразователя. Получая от датчиков информацию о моментах прохождения пульсовой волны и амплитуде пульсовой волны, а также от задатчика расстояния то расстояние, которое проходит волна между датчиками, блок обработки производит вычисление скорости распространения пульсовой волны и артериального давления и фиксирует полученные результаты на носителе (бумаге, магнитной пленке). Отсутствие механизма пережатия у предлагаемого устройства позволит проводить длительные автоматические исследования артериального дваления у пациента с автоматической регистрацией результатов исследования. Устройство хорошо сопрягается с радиотелеметрическими системами и обеспечит дистанционный контроль величины артериального давления у водителей различного вида транспорта, операторов и др., что позволит своевременно предупреждать возникновение аварийных ситуаций.

Известен ИК-датчик, который используется при контроле частоты пульса человека. Непосредственно на базе ручных электронных часов реализуется схема включения ИК-датчика и обработки его электрических сигналов. Для устойчивой работы схемы обработки сигнал с ИК-датчика усиливается усилителем. ИК-датчик состоит из ИК-светодиода и ИК-фотоприемника, которые конструктивно расположены рядом друг с другом, но разделены оптически непрозрачной зоной/областью. При отсутствии отраженного от биоткани зондирующего ИК-сигнала прямого взаимного влияния ИК-светодиода на ИК-фотодиод нет. Данное положение является принципиальным. Поверхность такого ИК-датчика защищена от возможного загрязнения в процессе работы защитным стеклом. Если приложить палец к защитному стеклу, то такой ИК-датчик фиксирует степень изменения насыщения биоткани кровью (капиллярный уровень) синфазно с работой сердца. ИК-датчик непосредственно подключен к линейному усилителю. Дальнейшая схема пересчета позволяет косвенно определить по сигналу такого ИК-датчика искомую частоту пульса.

Недостатки устройства:

ИК-датчик работает достаточно неустойчиво при значительной солнечной активности, что «ослепляет ИК-датчик»;

степень прижимания тканей пальца к контактной зоне ИК-датчика влияют на степень отраженного сигнала, что может влиять на точность пересчета при определении частоты пульса;

колебания (дрожание руки) также влияет на искажение результатов ИК-датчика;

принципиально невозможно контролировать венозный уровень кровотока из-за фонового капиллярного уровня.

Наиболее близкой к этому устройству является конструкция ИК-датчика, которая также применяется при контроле частоты пульса человека. ИК-датчик конструктивно (рис.7) выполнен в прямоугольном каркасе (1) из оптически непрозрачного твердого материала, например текстолита, в котором на одной линии под острым углом α друг к другу сформированы два цилиндрических канала (2, 3). В первый из каналов вмонтирован ИК-светодиод (5), а во второй - ИК-фотодиод (6). Взаимный острый угол расположения каналов а таков, что оптически непрозрачная перегородка исключает прямое влияние ИК-светодиода (5) на ИК-фотодиод (6). Внешняя поверхность ИК-датчика защищена от возможного загрязнения защитной, оптически прозрачной для ИК длин волн пластиной (4), например, из полистирола. Реализация возможностей ИК-датчика (Е) достигается путем его подключения к линейному усилителю (А).

рис.7 конструкция ИК-датчика для измерения частоты пульса.

Недостатки данного устройства (прототипа) точно такие же, как и в аналоге.

Известны способы и устройства измерения пульсовой волны, в которых анализ пульсовой волны производится по ее амплитудно-частотным характеристикам, когда для целей постановки диагноза такие амплитудно-частотные характеристики сравнивают с соответствующими характеристиками, принятыми за норму [например: полезная модель RU 9577, опубл. 16.04.1999; патенты США: US 5381797, опубл. 17.01.1995; US 5961467, опубл. 05.10.1999; US 6767329, опубл. 27.07.2004]. Однако при таком подходе интерпретация сравниваемых характеристик носит в большей степени эмпирический характер, что затрудняет установить реальную связь параметров пульса с состоянием человека, например как это установлено в китайской традиционной медицине.

Известны способы и устройства измерения пульсовой волны для целей постановки диагноза, в которых анализ измеренной пульсовой волны производят путем ее разложения на составляющие.

Известен способ дифференциальной диагностики заболеваний легких путем регистрации и записи сфигмографического сигнала с лучевой артерии пациента [патент RU 2100009, опубл. 27.12.1997]. В сигнале выделяют характерные точки единичных колебаний, определяют амплитудные и временные параметры этих точек пульсовой волны, формируют динамические ряды, отражающие зависимость найденных параметров от номера периода, проводят спектральный анализ сформированных рядов, вычисляют критерий, по значению которого производят диагностику. Известный способ является узкоспециализированным.

Известны способ и аппарат для диагностики и мониторинга циркуляции крови [патент US 5730138, опубл. 24.03.1998], согласно которым измеряют форму волны кровяного давления (пульсовая волна) в артерии пациента, анализируют частотные составляющие пульсовой волны и сравнивают образцы каждой резонансной составляющей пульсовой волны с образцом нормальной пульсовой волны для определения возможного дисбаланса распределения крови пациента.

В соответствии с этим дисбалансом может быть проведен диагноз на основе принципов китайской традиционной медицины, согласно которому каждая гармоника в пульсовой волне соответствует определенному меридиану, включающему определенные органы.

Аппарат включает устройство анализа амплитуды и фазы резонансных частот на базе компьютера и датчик, прикладываемый к артерии. Однако понятие «нормальной» пульсовой волны является относительным, поэтому поставленный диагноз является малодостоверным. Также в данном техническом решении не проработан способ корректного выделения составляющих пульсовой волны.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливаются пьезоэлектрические датчики над исследуемой артерией на определенном расстоянии L. Пульсовая волна вызывает поперечные колебания стенок артерии, эти колебания сжимают и отпускают пластины датчиков.

Полученный с датчиков сигнал усиливается и фильтруется для компенсации помех. Контактный элемент обеспечивает более плотную связь со стенкой артерии воспринимающей пластины, что увеличивает чувствительность датчиков к колебаниям стенки артерии.

Поскольку сигнал, принимаемый с датчиков довольно сложен, АЦП микроконтроллера не обладает достаточной частотой дискретизации для его обработки. Поэтому в схеме используется АЦП МАХ-1241.

Оцифрованные сигналы поступают в микроконтроллер, где происходит их обработка в соответствии с выбранным режимом работы и вычисление разности фаз. Разность фаз колебаний пульсовой волны в точности равна времени распространения пульсовой волны между датчиками. Вычисленное значение скорости распространения пульсовой волны отображается на ЖКИ.

В устройстве предусмотрена клавиатура для выбора режима работы в зависимости от исследуемой части тела и расстояния между датчиками.

Блок питания обеспечивает все функциональные узлы питающими напряжениями.

Структурная схема устройства показана на рисунке 8.

Рис.8 Структурная схема устройства

3. Выбор элементной базы и расчет основных элементов и узлов

пульсовой волна кровоток сфигмограмма

Усилитель

Показанная на рис. 9 схема представляет собой простейший и самый дешевый измерительный усилитель. Резисторы R2 и R6 действуют как делитель напряжения для неинвертирующего входа операционного усилителя (ОУ). Благодаря обратной связи через резисторы R1 и R5 и очень большому внутреннему коэффициенту усиления ОУ напряжение на инвертирующем входе усилителя поддерживается равным напряжению на неинвертирующем входе. Отношение Кз/МГ определяет коэффициент передачи усилителя. Когда R1/R5=R2/R6, усиление дифференциального сигнала намного больше усиления синфазного сигнала, и коэффициент ослабления синфазного напряжения (КОСС) будет максимальным.

Рис. 9 схема усилителя

Дифференциальный коэффициент усиления:

где Av - коэффициент усиления ОУ, Av→∞

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный рассогласованием резисторов, равен:

Коэффициент усиления синфазного сигнала, обусловленный конечным значением КОСС операционного усилителя (КОССоу), равен:

Отметим, что КОССоу выражается отношением, а не в децибелах. Коэффициент оелаблсцил синфазного сигнала всей схемы:

Дифференциальное входное сопротивление:

Rвхдиф = R1+R3

Входное сопротивление для синфазного сигнала (при КОСС = ∞) составляет:

Выходное напряжение смещения (при R1=R2 и R5=R6) в нашем случае равно:

Для реализации коэффициента усиления равным 10, выбраны следующие значения сопротивлений R1=R2=10кОм R5=R6=100кОм

Полосовой фильтр

На рисунке 10 изображен полосовой фильтр, применяемый в устройстве

Рис.10 схема полосового фильтра

Передаточная функция

Параметры схемы

Полоса пропускания по уровню -3Дб

Несмотря на наличие пяти резисторов и двух конденсаторов, расчет элементов по приведенным формулам оказывается довольно простым. Настройка схемы сводится к операциям установки

коэффициента передачи - резистором R14,

резонансной частоты ω0 - резистором R19,

добротности Qf - резистором R21

Эта схема особенно хороша для построения фильтров с высокой добротностью Qf, поскольку она некритична к отклонениям значений элементов от номинальных, проста в настройке и не требует применения элементов с большим диапазоном номиналов. Эти преимущества достигаются за счет использования двух ОУ.

Согласно значениям сердечного ритма, полоса пропускания данного фильтра составляет 0,5-5Гц Для реализации этого рассчитаны следующие параметры: R13=R14=10кОм, R17= R17=100кОм, R17=20кОм, С7=0.4 мкФ С9=0.1мкФ

Для регистрации пульсовой волны используется акселерометр ADXL320

Рис.11 схема акселерометра

JCP - двухмерный датчик ускорения, с низкой ценой и малым потреблением. Измеряет ускорение в диапазоне ± 5G, вибрацию и гравитацию.

Технические особенности:

разрешение 2 мg при 60 Гц;

напряжение питания в диапазоне 2,4 … 5,25 В;

ток потребления 350 мА при напряжении питания 2,4 В;

стабильный уровень нулевого ускорения;

высокая чувствительность;

выравнивание по осям с точностью до 0,1 градуса;

BW корректировка при помощи одного конденсатора;

однополярное функционирование;

Структурная схема приведена на рисунке12.

Рис.12 схема акселерометра

Области применения: схемы движения и ориентации, интеллектуальные ручные устройства, мобильные телефоны, приборы для медицины и спорта, устройства безопасности.

Для оцифровки сигналов используется АЦП МАХ-1241

Рис.13 схема полосового фильтра

Для обработки полученной информации используется микроконтроллер PIC16F877. Для отображения информации используется ЖК-монитор LM016L.

Питание самодельных радиоэлектронных устройств, как правило, осуществляют от сети переменного тока или автономных источников питания (гальванических элементов и аккумуляторов). Одни устройства потребляют небольшой электрический ток и в этом случае можно обойтись батарейками, в других случаях емкости батареек недостаточно для длительной работы и приходится пользоваться блоками питания от сети.

Схема электрическая принципиальная источника питания показана на рисунке 13.

Рисунок 13 Принципиальная схема блока питания

Номинальное напряжение ОУ составляет ±5В. Ток потребления одного ОУ - 4мА. С учетом потребления микроконтроллера и ЖКИ, ведем расчет источника питания на ток 100 мА от каждого источника. Потребляемая мощность составит 1200 мВт.

Выбираем стандартный трансформатор ТПП248 ШЛМ20´20 мощностью 14,5Вт с двумя обмотками с выходным напряжением 20В и допустимым током 165мА. Максимальный ток первичной обмотки 100мА.

В качестве выпрямителя используем выпрямительный мост КЦ422В со следующими параметрами:

Uобр=200В; Iпр max=0,5A; Iобр max= 50мкА, fmax=1кГц.

Расчет емкости конденсатора фильтра однофазного мостового выпрямителя ведем по формуле

Мощность на выходе выпрямителя, - максимальный размах пульсаций выпрямленного напряжения, - частота сети.

Из стандартного ряда выбираем конденсатор К50-3Б 50В 390мкФ.

В качестве стабилизаторов используем стабилизатор положительного напряжения ИС 7815 с выходным напряжением 5±0,45В, Uвхmax=35В, Iвхmax=1,5А и стабилизатор отрицательного напряжения ИС 7815 с выходным напряжением -5±0,3В, -Uвхmax=35В, Iвхmax=1,5А.

Заключение

В процессе выполнения работы разработана принципиальная схема устройства, позволяющего проводить измерение скорости распространения пульсовой волны кровотока. Устройство может работать в четырех режимах, в зависимости от условий измерения.

Список используемой литературы

1.Левшина Е.С.,Новицкая П.В. Электрические измерения физических величин: (Измерительные преобразователи). Учеб. пособие для вузов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отделение, 1983.-320 с.

.Пейтон А. Дж., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях. - М.: БИНОМ, 1994.

.Механцев Е.Б., Лысенко И.Е. Физические основы микросистемной техники. Учебное пособие.- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004.- 54 с.

.Протопопов А.С. Усилители с обратной связью, дифференциальные и операционные усилители и их применение.- М.: САЙНС-ПРЕСС, 2003.- 64с.

.Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник.- М.: Техносфера, 2005.- 592с.

Пат. 2336810 Российская Федерация, A61B 5/024 «Оптоэлектронный ИК-датчик пульсовой волны» [Текст]/ Ус Н.А.; заявитель и патентообладатель Ус Н.А.- №2007112233/14; заявл. 2007.04.02 ; опубл. 2008.10.27.

Пат. 2040207 Российская Федерация, A61B5/022 «Устройство для измерения артериального давления и емкостной датчик» [Текст]/ Сиволапов А.А.; Бровкович Э.Д.; заявитель и патентообладатель Сиволапов А.А.; Бровкович Э.Д.;- №93009423/14; заявл. 1993.02.18; опубл. 1995.07.25.

Пат. 2199943 Российская Федерация, A61B5/02, «Способ и устройство регистрации пульсовой волны и биометрическая система» [Текст]/ Минкин В.А.; Штам А.И.; заявитель и патентообладатель Минкин В.А.; Штам А.И. - №2001105097/14; заявл. 2001.02.16; опубл. 2003.03.10.

Пат. 93009423 Российская Федерация, A61B5/02 «Устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны и среднего артериального давления» [Текст], Сиволапов А.А.; Бровкович Э.Д.; заявитель и патентообладатель Сиволапов А.А.; Бровкович Э.Д.;.- №2003122269/14; заявл. 1993.02.18; опубл. 1996.04.20.

Пат. 2281686 Российская Федерация, A61B 5/021 «Способ диагностики состояния артериального русла при помощи компьютерной сфигмографии» [Текст], Германов А.В.; Рябов А.Е.; Фатенков В.Н.;; заявитель и патентообладатель Германов А.В.; Рябов А.Е.; Фатенков В.Н.;- №2004113716/14 ; заявл. 2004.05.05 ; опубл. 2006.08.20.

Пат. 2038039 Российская Федерация, A61B5/0205 «Датчик пульсовой волны» [Текст], Романовская А.М.; Романовский В.Ф. ; заявитель и патентообладатель Романовская А.М.; Романовский В.Ф. - №4784700/14; заявл. 1989.12.19 ; опубл. 1995.06.27

М. К. Осколкова, Ю. Д. Сахарова. "Сердце и сосуды при ревматоидном артрите у детей" Изд-во "Медицина", Ташкент, 1974 г.

Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы: Справочник. М.: Медицина, 1986. 416 c.

Поединцев Г.М. О режиме движения крови по кровеносным сосудам // Развитие новых неинвазивных методов исследования в кардиологии. Воронеж, 1983. С. 16.

Поединцев Г.М. Некоторые принципы математического моделирования биологических систем и критерии оценки их адекватности // Медицинские информационные системы: Межведомственный тематический научный сборник. Таганрог: ТРТИ, 1988. Вып. 1(VIII). С. 113.

Струмските О.К. Математические способы определения минутного, ударного и фазовых объемов сердца по длительностям фаз сердечного цикла // Развитие новых неинвазивных методов исследования в кардиологии. Воронеж, 1983. С. 16.

Цыдыпов Ч.Ц., Бороноев В.В., Пупышев В.Н., Трубачеев Э.А. Проблемы объективизации пульсовой диагностики тибетской медицины // Межд. семинар по использованию компьютеров в тибетской медицине Тибетская медицина (история, методология изучения и перспективы использования). Улан-Удэ, 1989. С. 24.

Валтнерис А.Д., Яуя Я.А. Сфигмография как метод оценки изменений гемодинамики под влиянием физической нагрузки. Рига: Зинатне, 1988. 132 с.

Азаргаев Л.Н., Бороноев В.В., Шабанова Е.В. Сравнительный анализ сфигмограмм сонной и лучевой артерий // Физиология человека. 1997. Т. 23. № 5. С. 67.

Лищук В.А. Математическая теория кровообращения. М.: Медицина, 1991. 256 с.

Аветикян Ш.Т. Длительность интервалов подъем-инцизура артериального пульса в центральном и периферическом отделах сосудистой системы при различных положениях человека // Физиология человека. 1984. Т. 10. № 2. С. 24.

Бороноев В.В., Ринчинов О.С. Методы сплайн-аппроксимации в задаче амплитудно-временного анализа пульсовой волны // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 1998. Т. XLI. № 8. С. 1043.

Куликов Ю.А. Объемные параметры центральной гемодинамики по данным анализа фазовой структуры сердечного цикла // Развитие новых неинвазивных методов исследования в кардиологии. Воронеж, 1983. C. 49.

Милягин В.А., Милягина И.В., Грекова М.В. и др. Новый автоматизированный метод определения скорости распространения пульсовой волны. Функцион. диагностика. 2004; 1: 33-9.

Агеев Ф.Т., Орлова Я.А., Кулев Б.Д. и др. Клинические и сосудистые эффекты бетаксолола у больных с артериальной гипертонией. Кардиология. 2006; 11: 38-43.

Приложение

Похожие работы на - Устройство для измерения скорости распространения пульсовой волны кровотока

Скорость распространения пульсовой волны

гемодинамический показатель: скорость перемещения волны давления, вызванной систолой сердца, по аорте и крупным артериям.

1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .

Смотреть что такое "Скорость распространения пульсовой волны" в других словарях:

Гемодинамический показатель: скорость перемещения волны давления, вызванной систолой сердца, по аорте и крупным артериям … Большой медицинский словарь

Скорость распространения - пульсовой волны – скорость перемещения волны давления по аорте и крупным артериям, вызванная систолой сердца …

ПУЛЬС - ПУЛЬС, pulsus^iaT. толчок), топчкообразные ритмические смещения стенок сосудов, вызванные движением крови, выбрасываемой сзрдцем История учения о П. начинается за 2 6 39 лет до нашей эры, когда китайский император Хоам Ту с придворным врагом Ли… … Большая медицинская энциклопедия

Гемодинамика движение крови по сосудам, возникающее вследствие разности гидростатического давления в различных участках кровеносной системы (кровь движется из области высокого давления в область низкого). Зависит от сопротивления току крови … Википедия

I Сфигмография (греч. sphygmos пульс, пульсация + graphō писать, изображать) метод исследования гемодинамики и диагностики некоторых форм патологии сердечно сосудистой системы, основанный на графической регистрации пульсовых колебаний стенки… … Медицинская энциклопедия

- (от лат. pulsus удар, толчок) синхронное с сокращением сердца периодическое расширение кровеносных сосудов, видимое глазом и определяемое на ощупь. Ощупывание (пальпация) артерий позволяет установить частоту, ритмичность, напряжение и др …

- (от греч. sphygmós пульс и...графия) бескровный метод исследования кровообращения человека и животных, основанный на графической регистрации Пульса колебаний стенок артерий при прохождении пульсовой волны. Для записи пульсовых кривых… … Большая советская энциклопедия

Старость, старение. Старость закономерно наступающий период возрастного развития, заключительный этап онтогенеза. Старение неизбежный биологический разрушительный процесс, приводящий к постепенному снижению адаптационных возможностей организма;… … Медицинская энциклопедия

- (J.G. Mönckeberg, нем. патологоанатом, 1877 1925; синоним кальцифицирующий склероз Менкеберга) макроангиопатия, развивающаяся при сахарном диабете и заключающаяся в поражении крупных артерий нижних конечностей. Патоморфологически представляет… … Медицинская энциклопедия

Пульсовая волна - – волна деформации стенок аорты, артерий, возникающая при сердечном выбросе крови, распространяемая по артериальным сосудам, затухая в области артериол и капилляров; скорость распространения пульсовой волны 8 13 м/с, превышает среднюю линейную… … Словарь терминов по физиологии сельскохозяйственных животных

Немецкие ученые, братья: 1) Эрнст Генрих (1795 1878), анатом и физиолог, иностранный член корреспондент Петербургской АН (1869). Один из основоположников экспериментальной психологии. Исследования физиологии органов чувств (слуха, зрения, кожных … Большой Энциклопедический словарь