автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Исследование и разработка способов измерения и мониторинга артериального давления

На правах рукописи

АКИНИН Владимир Владимирович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ИЗМЕРЕНИЯ И МОНИТОРИНГА АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

ПЕНЗА 2006

Работа выполнена на кафедре «Информационно-вычислительные системы» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Шахов Э. К.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Геращенко С. И.; кандидат технических наук Исаков С. А.

Ведущая организация - ФГУП ПО «Старт» (г. Заречный, Пензенская обл.).

Защита диссертации состоится 25 декабря 2006 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» и на сайте www.pnzgu.ru.

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, .

профессор СуЪо^—• Светлов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Артериальное давление (АД) является важнейшим показателем работы сердечно-сосудистой системы. Приборы для его измерения (тонометры) являются одними из самых распространенных бытовых приборов медицинского назначения. Однако подавляющее большинство тонометров представляют собой незначительные вариации прибора, предложенного еще в начале прошлого века. Эти тонометры для получения достаточно точных результатов требуют наличия у измеряющего специальных навыков, к тому же люди, имеющие дефекты слуха, не могут ими пользоваться. В настоящее время в продаже появились автоматические и полуавтоматические тонометры, изготавливаемые такими фирмами, как Omron, A&D Medical, Nissey, Microlife и т. д. Данные тонометры гораздо более удобны в использовании, однако в основе их работы также лежит метод определения АД, предложенный в середине XIX в. и с тех пор практически не изменившийся. В частности, все они требуют для измерения полного пережатия артерии, что приводит к существенному нарушению гемодинамики артерии. К недостаткам подобных тонометров можно отнести и большое время измерения (более минуты), что является критическим параметром в ситуациях, когда необходимо произвести измерение АД у большого количества людей. Кроме того, данные тонометры, как правило, имеют невысокую точность, особенно это относится к недорогим моделям.

Другой задачей, также относящейся к области измерения АД, является задача мониторинга АД. Как известно, диастолическое и систолическое значения АД не являются величинами постоянными, а колеблются с течением времени. Для диагностики отклонений АД от нормы необходимо отслеживание динамики изменения АД в течение некоторого временного промежутка. Зачастую для подобного мониторинга используют приборы, построенные на тех же принципах, что и описанные выше тонометры. Данные приборы с некоторой периодичностью, задаваемой таймером, измеряют АД и заносят его в память. Однако полученные в результате такого «мониторинга» результаты имеют низкую точность, а сам процесс «мониторинга» создает существенный дискомфорт для пациента. С другой стороны, существуют приборы, позволяющие фиксировать всю кривую изменения АД в полном объеме, однако, как правило, они либо имеют

очень большие погрешности результатов, либо неудобны для бытового использования. Кроме того, подобные системы, в большинстве своем, очень дороги. Таким образом, в настоящее время проблема мониторинга АД имеет приемлемое решение только для очень узкой области — мониторинга АД в палатах интенсивной терапии. Задачу же бытового мониторинга АД можно считать практически нерешенной. При этом ее актуальность постоянно возрастает: по различным оценкам в 2000 г. гипертонией в той или иной форме страдали от 600 млн до 1 млрд человек, а к 2025 г. количество страдающих гипертонией может возрасти до 1,5 млрд человек.

Таким образом, существует острая потребность в совершенствовании существующих средств измерений и мониторинга АД с целью повышения точности и быстродействия, улучшения эргономических характеристик, а также снижения стоимости приборов для измерения АД.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является усовершенствование существующих методов измерения и мониторинга АД в направлении улучшения их метрологических и эргономических характеристик. Для достижения данной цели в работе поставлены следующие задачи:

1. Систематизация методов измерения АД с целью получения более полной и всесторонней сравнительной оценки методов измерения АД и выявления их достоинств и недостатков.

2. Разработка алгоритмов обработки сигнала давления в компрессионной камере, обеспечивающих возможность их реализации средствами цифровой техники.

3. Разработка и исследование механизмов фиксации моментов компенсации внешним компенсирующим давлением значений верхнего и нижнего АД.

4. Исследование возможности использования режима экстраполяции для измерения АД.

5. Разработка способа мониторинга АД, обладающего достаточно высокой точностью измерений и не оказывающего заметного влияния на гемодинамику конечностей.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, элементы математической статистики, теория идентификации, численные методы, имитационное моделирование, а также экспериментальные исследования на реальных объектах.

Достоверность и обоснованность научных положений подтверждаются соответствием результатов теоретических исследований и расчетов, математического моделирования и экспериментальных исследований.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Построена математическая модель взаимодействия артерии, расположенной в толще мягких тканей, и компрессионной камеры.

2. Разработан алгоритм цифровой обработки сигнала с датчика давления, обеспечивающий минимизацию ошибок первого и второго рода при выделении амплитуды пульсовых колебаний артерии.

3. Предложен алгоритм фиксации моментов уравновешивания АД внешним компенсирующим давлением, основанный на аппроксимации огибающей пульсовых колебаний с помощью регрессии.

4. Предложен и реализован способ измерения АД в режиме компрессии.

5. Разработаны алгоритмы определения верхнего значения АД, реализуемые без полного пережатия артерии.

6. Предложен способ мониторинга АД с использованием двух датчиков давления и жидкостной камеры, отличающийся простотой реализации по сравнению с. известными аналогами.

7. Предложен способ мониторинга АД. основанный на использовании в качестве источника информации об объемных пульсациях артерии светового потока, отраженного от артерии. При этом предложена конструкция прибора, позволяющая существенно уменьшить влияние дрейфа параметров электронных компонентов тонометра.

Внедрение результатов работы. В результате проведенных в работе исследований был разработан макет автоматического цифрового тонометра для измерения артериального давления на запястье, работающий в режиме компрессии артерии и определяющий значение систолического АД путем экстраполяции. Экспериментальные исследования макетных образцов тонометров подтвердили работоспособность и высокую эффективность предложенных в диссертации алгоритмов и технических решений. В настоящее время документация на тонометр передана на Саранский приборостроительный завод,

где начаты работы по его внедрению. Кроме того, результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в Пензенском государственном университете на кафедре «Медицинские приборы и оборудование».

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенные алгоритмы обработки сигнала с датчика давления и определения моментов уравновешивания внешним компенсирующим давлением верхнего и нижнего значений АД обеспечивают более высокую точность по сравнению с существующими решениями.

2. Предложенная структура тонометра позволяет вести измерения АД методом развертывающего уравновешивающего преобразования в режиме компрессии.

3. Предложенные способы определения верхнего значения АД с помощью экстраполяции позволяют определять верхнее значение АД, не доводя внешнее компенсирующее давление до полного пережатия артерии.

4. Предложенный способ мониторинга АД позволяет вести непрерывный мониторинг АД, при этом пациент не испытывает ощущения дискомфорта. Схема и конструкция прибора имеют преимущества перед существующими аналогами по простоте реализации.

5. Предложенная конструкция прибора для мониторинга АД с использованием оптопары позволяет вести непрерывный мониторинг АД без оказания на конечность внешнего давления.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2005)» (Самара, 2005 г.), а также на заседаниях научно-технического семинара кафедры «Информационно-вычислительные системы» Пензенского государственного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Без соавторов опубликовано 4 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и 4 приложений. Основная часть изложена на 142 листах, содержит 51 рисунок, 2 таблицы. Список литературы состоит из '74 наименований. Приложения к диссертации занимают 19 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследования, показана практическая значимость работы.

В первой главе систематизированы методы измерения и мониторинга АД. Показано, что, несмотря на все разнообразие методов измерения АД, все они могут быть сведены в шесть основных подклассов: методы прямого и косвенного измерения, с использованием опорного канала (уравновешивающего преобразования) или без него (прямого преобразования), с одной или несколькими отслеживаемыми величинами. В большинстве современных тонометров используется метод развертывающего уравновешивающего преобразования. Суть метода состоит в том, что на артерию через толщу мягких тканей конечности воздействует внешнее компенсирующее давление, создаваемое с помощью окклюзионной манжеты. Тем или иным образом фиксируются моменты равенства компенсирующего давления верхнему и нижнему значениям АД, и в эти моменты производится отсчет давления в компрессионной камере манжеты. Известны два основных метода фиксации моментов компенсации: аускультатив-ный (метод Короткова) и осциллометрический. В подавляющем большинстве автоматических цифровых тонометров применяется осциллометрический способ, согласно которому для определения моментов компенсации анализируются амплитуды пульсаций давления в окклюзионной манжете. Проведен сравнительный анализ существующих методов измерения АД с учетом различных областей применения тонометров. На основе полученных результатов сделаны выводы о целесообразности доработки осциллометрического способа определения АД для построения автоматического цифрового тонометра, а также о перспективности использования косвенных методов измерения АД для построения прибора, способного вести непрерывный мониторинг АД.

Вторая глава посвящена исследованию путей усовершенствования способов измерения АД. При этом предложено использовать режим компрессии для измерения АД, а также разработана схема подключения компрессора к компрессионной камере, позволяющая минимизировать влияние импульсного режима работы компрессора на

результаты измерения. Кроме этого, разработаны полностью цифровые алгоритмы выделения амплитуд пульсаций давления в компрессионной камере, а также алгоритмы определения моментов уравновешивания значений систолического и диастолического АД внешним компенсирующим давлением. Предложены два способа, позволяющие при измерении АД в режиме компрессии определять значение верхнего АД путем экстраполяции, не доводя внешнее компенсирующее давление до значения, его превышающего.

Наиболее удобным для реализации в цифровых тонометрах является осциллометрический метод фиксации моментов компенсации верхнего/нижнего АД внешним давлением. Суть его состоит в анализе амплитуд пульсовых колебаний, возникающих в компрессионной камере в процессе измерения АД. При этом моментами уравновешивания принято считать моменты резкого возрастания или резкого убывания амплитуд пульсаций давления в компрессионной камере. Наличие данного скачка амплитуд обусловлено упругими характеристиками артерии. Типичная кривая объемного расширения выглядит так, как показано на рис. 1.

При этом необходимо отметить, что точный вид данной кривой не имеет большого значения, важным является только тот факт, что максимум производной от данной функции находится в точке, соответствующей нулевому избыточному давлению. В этом случае переход избыточного давления через нуль кривой объемного расширения приведет к резкому изменению амплитуды пульсаций артерии.

Для упрощения тонометра целесообразно как можно большую часть обработки сигнала возложить на микроконтроллер. Для этого необходимо разработать алгоритмы обработки сигнала непосредственно с датчика давления. Первоочередной задачей при этом являет-

д Р

Рис. 1. Кривая объемного расширения артерии под действием избыточного давления

ся разработка алгоритма, позволяющего определять амплитуды пульсовых колебаний давления в компрессионной камере. Данная задача осложняется наличием на кривой изменения АД локальных экстремумов в пределах одного цикла сердечного сокращения (рис. 2).

Кроме того, в реальном сигнале присутствует помеховая составляющая, которая также затрудняет обработку. Для уменьшения влияния помех на результат работы алгоритма было предложено использовать интегральные критерии для определения экстремумов. Для отбрасывания же локальных максимумов пульсаций было решено воспользоваться следующими соображениями. В случае линейного закона изменения внешнего компенсирующего давления все точки, соответствующие значимым минимумам пульсаций, лежат практически на одной прямой. Соответственно прямые, проведенные через два значимых минимума, будут иметь практически один и гот же угол наклона к оси абсцисс. В то же время прямая, проведенная через локальный минимум, будет образовывать с осью абсцисс угол, заметно отличающийся от предыдущего (рис. 3).

и неверно выделенными минимумами Это позволяет отбросить локальные минимумы пульсаций. Для отбрасывания локальных максимумов можно воспользоваться. тем соображением, что амплитуда пульсаций давления меняется достаточно плавно, поэтому появление амплитуды, значение которой более чем в два раза меньше предыдущей с большой вероятностью свидетельствует о наличии локального максимума. Кроме того, учитывается характер кривой изменения АД за один цикл сердечного сокращения: все артефакты данного цикла находятся на спаде арте-

Рис. 2. Кривая изменения АД за один цикл сердечного сокращения

риалыюго давления, поэтому целесообразно искать пары «минимум-максимум», а не «максимум-минимум».

Следующим шагом после нахоэвдения амплитуд пульсаций является их анализ с целью поиска моментов фиксации значений АД. Практика показывает, что в условиях действия помех простой поиск наибольшего изменения амплитуды пульсаций является весьма неточным. Поэтому был разработан алгоритм, основанный на использовании скользящих регрессионных прямых. Моментами фиксации верхнего и нижнего давления считались моменты, в которых производная от уравнения регрессионной прямой максимальна. Для определения уравнения регрессионной прямой использовался алгоритм, который связывает параметры регрессионной прямой непосредственно с амплитудами пульсаций. Допустим, у нас есть набор значений амплитуд пульсовых колебаний <я1,а2,«з,...,Од/. Уравнение регрессионной прямой имеет вид у - ¡а + Ь. Для упрощения будем полагать, что дискретные отсчеты амплитуд пульсовых колебаний следуют друг за другом с шагом дискретизации А/ = 1. Тогда для случая, когда длина участка анализа составляет п шагов дискретизации, исходное уравнение для определения среднеквадратичного отклонения дискретных значений амплитуды пульсовых колебаний от соответствующих значений регрессионной прямой имеет вид:

где ai — амплитуда пульсации.

Чтобы найти минимум приведенной суммы, нужно приравнять к нулю ее частные производные по обеим переменным (к и Ь). Так как для определения производной необходимо знать только параметр к из уравнения прямой, то были получены следующие выражения доя коэффициента к:

при п — 3 к

аъ~а\

— За, ~а? +Зо?4 при и = 4 к---1---*--- ;

10

_ - 2ах - а2 + ал + 2а^

- при п - 5 к --5------- и т. д.

Следующим шагом в разработке автоматического цифрового тонометра стало исследование возможности использования режима компрессии для измерения АД. Практически все тонометры, представленные на рынке, работают в режиме декомпрессии, при котором сначала давление в манжете доводится до некоторой величины, превышающей на 20-30 мм рт. ст. предполагаемое значение систолического АД, и лишь затем, постепенно уменьшая давление в манжете, определяют значения систолического и диастолического АД. Однако измерение АД при декомпрессии артерии имеет целый ряд существенных недостатков. Во-первых, значительно увеличивается время измерения. Во-вторых, в этом случае кровоток в конечности некоторое время будет перекрыт полностью, что искажает гемоди-намическую картину в целом. Кроме того, при измерении существует вероятность того, что предварительная оценка значения систолического АД окажется заниженной, что потребует повторного измерения. В то же время реализация тонометра, работающего в режиме компрессии, связана с целым рядом трудностей. Одной из них является то, что присутствующие на рынке медицинские компрессоры, имеющие приемлемую цену, работают в импульсном режиме, что создает наводки как на электрическую, так и на пневматическую части тонометра. В результате на осциллограмме, снимаемой с датчика, полезный сигнал оказывается искаженным шумами. Простое увеличение размера компрессионной камеры, хотя и уменьшает уровень помех, вместе с тем уменьшает и полезную составляющую сигнала. Поэтому для снижения уровня помех было предложено использовать конструкцию, в которой компрессор нагнетает воздух в манжету через демпфирующую камеру, представляющую собой воздушный резервуар, сообщающийся с манжетой через калиброванное отверстие. Попутно при этом решается задача обеспечения линейной скорости нарастания компенсирующего давления, что существенно облегчает дальнейшую обработку сигнала.

Для улучшения метрологических характеристик предполагаемого тонометра было проведено исследование зависимости среднего значения погрешности измерения АД от скорости изменения внешнего компенсирующего давления. Суммарная погрешность измерения АД состоит из двух составляющих: методической погрешности, прямо пропорциональной скорости изменения внешнего давления, и слу-

чайной погрешности. При этом случайная погрешность представляет собой фактически «белый шум»: небольшая по модулю, но быстро и непредсказуемо изменяющаяся составляющая. Соответственно при уменьшении скорости изменения внешнего давления происходит постепенный переход к работе с первой производной сигнала, и шумовая составляющая в силу своей быстрой изменчивости начинает оказывать все большее влияние на результаты. Кроме того, важным показателем является общее время измерения. С учетом всех этих факторов была построена модель, имитирующая многократное измерение АД с различными истинными значениями АД и различными скоростями изменения внешнего давления в условиях действия помех. В результате моделирования был сделан вывод, что при оговоренных в работе условиях, весьма близких к реальным, оптимальной для ос-циллометрического метода измерения АД является скорость изменения внешнего давления в 4-5 мм рт. ст./с.

Одним из основных недостатков традиционного метода измерения АД является то, что для измерения давления с его помощью необходимо на какое-то время полностью пережать артерию, прекратив кровоток в ней. В то же время существует возможность определять значение верхнего АД путем экстраполяции. В качестве одного из способов вычисления верхнего АД с помощью экстраполяции был предложен следующий. Если рассмотреть типичную кривую измерения давления в компрессионной камере (рис. 4), то будут заметны участки, на которых давление возрастает исключительно под действием внешнего давления (так называемые «полки», на рисунке обозначены стрелками).

1 600 1550 1 500 1 450 1 400 1 350 1 300 1 250 1 200 1150

0 50 1 00 150 200 250 300 350 400 450 500 SS0 600 ESO 700 7S0 8U0 850 900 950 1 ОО01 OSO 1 100

Рис. 4. Экспериментально полученная кривая зависимости давления в манжете от внешнего компенсирующего давления и АД

При этом ширина «полок» практически обратно пропорциональна разнице между значением систолического АД и текущим значением внешнего компенсирующего давления. Исходя из этого, можно определить значение систолического АД:

V/» _р ч *полки,/ мт/ •ган /

Рав = Ран + 0,9 —--пульсации .

П

Коэффициент 0,9 определен экспериментально как позволяющий получать наиболее точные результаты.

Другой способ определения верхнего АД с помощью экстраполяции заключается в следующем. На артерию оказывается линейно увеличивающееся во времени внешнее давление. После фиксации значения диастолического АД отсчитывается N — 1 пульсовых колебаний и запоминается амплитуда Ы-то колебания. При этом одновременно запоминается значение давления в мягких тканях, при котором имела место вышеупомянутая амплитуда. После этого все дальнейшие амплитуды пульсаций сравниваются с запомненным значением. Как только получена пульсация с амплитудой, меньшей, чем запомненная, фиксируется значение давления в мягких тканях, после чего измерение прекращается. При этом систолическое давление вычисляется по следующей формуле:

•^ав =: ^мт2 (^мт1 ~~ -^ан)» где Раи — вычисляемое значение систолического АД; Рмт1 — давление в мягких тканях, зафиксированное в момент времени /ь Рш2 — давление в мягких тканях, зафиксированное в момент времени Рт — значение диастолического давления.

Третья глава посвящена вопросам мониторинга АД.

Параметры артериального давления не являются постоянными величинами, а изменяются в зависимости от множества факторов. В связи с этим существует большая потребность в приборах, которые в амбулаторных условиях постоянно отслеживали бы значение АД у людей, страдающих теми или иными гипертоническими заболеваниями. Для решения задачи мониторинга АД было решено усовершенствовать существующий метод, носящий название тонометри-

ческого. Суть его состоит в вычислении АД на основе информации об амплитуде пульсаций давления в мягких тканях, обусловленных пульсовыми изменениями АД. Для того чтобы эти вычисления стали возможны, необходимо произвести предварительную настройку прибора под конкретного пациента. Настройка осуществляется следующим образом: у пациента измеряется АД одним из общепринятых способов. Одновременно с этим с помощью датчика давления, расположенного над артерией, в том месте, где она близко подходит к поверхности кожи, измеряется амплитуда пульсаций давления в мягких тканях. Учитывая малость пульсовых изменений давления в мягких тканях, участок зависимости давления в мягких тканях от их объема (существенно нелинейной в общем случае), можно с достаточно высокой точностью считать линейным. В таком случае масштабный коэффициент будет вычисляться по формуле

Р — Р ^ ___авО 1 анО_

■^мт (■'авО ) — -^мт (-^анО )

где т — масштабный коэффициент; Ран0 - измеренное систолическое АД; Рт0 - измеренное диастолическое АД; Рш(Раъ0) - давление в мягких тканях, соответствующее Р^0; Рмт(Ран0) - давление в мягких тканях, соответствующее Ран0.

В процессе мониторинга, измеряя амплитуду пульсаций артерии, можно вычислить амплитуду изменения АД по формуле:

А = тАРМТ,

где ДРМТ — изменение давления в мягких тканях за один цикл сердечного сокращения, обусловленное пульсацией артерии; А — Р^ — Ран, где Р&в — текущее значение верхнего АД; Ран - текущее значение нижнего АД.

Однако для определения АД, кроме амплитуды пульсаций, необходимо иметь еще и точку начала отсчета. В отличие от масштабного коэффициента, который для каждого пациента вычисляется один раз при первичной настройке прибора, положение точки начала отсчета необходимо определять каждый раз, когда возобновляется мониторинг АД после некоторого перерыва. Для того чтобы ее

задать, перед началом мониторинга измеряется АД (достаточно узнать значение только диастолического АД) одним из общепринятых способов. При этом, так как известно значение диастолического АД, то можно, прибавляя к нему вычисленную амплитуду, получить значение систолического АД. Сразу после этого система переводится в режим мониторинга АД. В случае изменения АД в процессе мониторинга изменятся среднее давление в мягких тканях и/или амплитуда пульсаций этого давления. Тогда можно определить новое значение АД на основе изменившихся данных

~ ^янО + (/мт н — -^МТ (^анО ))т >

где Рмти - минимальное давление в мягких тканях за время одного цикла сердечного сокращения.

Данный метод позволяет непрерывно фиксировать значения АД в течение длительного времени. Однако он имеет ряд недостатков. Одним из наиболее существенных является необходимость оказания на конечность внешнего давления для увеличения амплитуды полезного сигнала. Кроме того, существующие реализации данного метода требуют поддержания внешнего давления на постоянном уровне, так как если в процессе измерения изменится значение внешнего давления на мягкие ткани, то это приведет к изменению вышеупомянутого масштабного коэффициента.

Другим недостатком, присущим существующим на данный момент реализациям, является высокая критичность к позиционированию датчика давления: он должен быть расположен непосредственно над артерией, в противном случае амплитуда пульсаций артерии будет ослаблена.

Существующие реализации метода предусматривают для решения данной проблемы использование матрицы датчиков, гарантированно перекрывающей область нахождения артерии. При этом снимаются значения давления сразу со всех датчиков, после чего определяется датчик, с которого получен наиболее сильный сигнал - это означает, что он расположен непосредственно над артерией. Данный способ, хотя и эффективен, достаточно сложен и дорог в реализации. Поэтому для решения вышеописанной проблемы был предложен следующий способ: вместо матрицы датчиков используется камера,

наполненная жидкостью (например водой), к которой подключен датчик давления, что позволяет кардинальным образом решить проблему его позиционирования.

Для решения проблемы дрейфа точки начала отсчета в процессе мониторинга автором было предложено использовать два датчика давления, один из которых расположен не над артерией, а на некотором расстоянии около нее. В таком случае давление, воспринимаемое датчиками, будет вычисляться по формуле:

^мт = ^вн + МР(У&), где Рвн — внешнее давление, оказываемое на мягкие ткани; Р(Уа) — составляющая давления в мягких тканях, обусловленная наличием в них артерии: мягкие ткани вокруг нее всегда находятся в несколько сжатом состоянии, так как артерия их вытесняет; к- безразмерный коэффициент, зависящий от положения датчика относительно артерии, внешнего давления и от упругих свойств мягких тканей. Вычисляется он следующим образом:

АУ

к = к2-^зша,

АУ I

где / - расстояние от источника давления до точки его измерения; а - угол между плоскостью датчика и прямой, проведенной из центра артерии к центру датчика; к2 — коэффициент, индивидуальный для каждого пациента.

Соответственно если датчики разместить в том месте, где артерия расположена близко к поверхности кожи, то значение коэффициента к для второго датчика будет близким к нулю и датчик будет измерять только внешнее давление. АД в таком случае вычисляется по формуле Рй - пг{РМ1. - РЕН), причем значение масштабного коэффициента при калибровке определяется для нескольких различных значений внешнего дазления, а затем с помощью интерполяции уточняется для конкретных значений. Это вместе со всем вышеописанным позволяет полностью обойти проблемы, связанные с изменениями внешнего давления в процессе измерения.

Как уже было сказано выше, основным недостатком тонометриче-ского метода является необходимость оказания внешнего давления

на мягкие ткани. Поэтому был предложен не требующий оказания давления на конечность способ, основанный на том, что пульсовые колебания преобразуются в световой поток, который затем воспринимается фотоэлектрическим датчиком. Для того чтобы получить информацию о пульсовых колебаниях в виде модулированного светового потока, над артерией помещается источник видимого света (либо инфракрасный источник). При этом часть светового потока, излучаемого источником света, отражается от артерии и попадает в фотоэлектрический датчик.

Таким образом, сигнал с фотодатчика состоит из двух составляющих: постоянной, пропорциональной интенсивности светового потока, отраженного от мягких тканей, и переменной, пропорциональной интенсивности светового потока, отраженного от артерии. Практически переменная составляющая прямо пропорциональна объему артерии, который в свою очередь зависит от АД. Можно сказать, что переменная составляющая сигнала с фотодатчика повторяет в некотором масштабе кривую изменения АД. Для того чтобы узнать масштаб, необходимо произвести настройку тонометра на конкретного пациента, сходную с той, которая была описана выше, т. е. измерить АД одним из существующих способов и одновременно записать сигнал, поступающий с фотоэлектрического датчика. После этого масштабный коэффициент вычисляется по формуле.

^ — ~

~ Р - Р '

*ав лан

где /фВ и /фН — значения выходной величины фотодатчика, соответствующие значениям Р&ъ и Ран артериального давления. Для вычисления значения сигнала с датчика, соответствующего нулевому уровню артериального давления, воспользуемся следующим соотношением:

/фО = ^фв "~^ав •

С течением времени вследствие воздействия различного рода дестабилизирующих факторов (прежде всего изменения температуры окружающей среды) изменяются параметры элементов схемы, что является источником погрешности, для исключения которой необходимо предусмотреть специальные меры. Для уменьшения аддитив-

ной погрешности можно воспользоваться тем фактом, что /ф0 состоит из двух составляющих: светового потока, отраженного от мягких тканей артерии, и темнового тока, представляющего собой значение выходного сигнала фотодатчика при полном отсутствии действующего на него света:

■^фО ~ -^фт Ллт '

где /фт — значение сигнала, поступающего с фотодагчика при отсутствии действующего на него освещения (темновой ток); /мт — значение составляющей сигнала с фотодатчика, обусловленной отражением светового потока от мягких тканей.

Для определения значения темнового тока достаточно выключить на время источник света и запомнить значение сигнала, поступающего в этот момент с фотодатчика. Для устранения же мультипликативной погрешности можно использовать процесс калибровки, который заключается в том, что свет от источника света направляется в фотодатчик через среду с постоянной во времени оптической проницаемостью. В таком случае значение сигнала, выдаваемого фотодатчиком, будет описываться соотношением:

■^фк к = -^фт ^кэ »

где Ркэ - эквивалентное значение давления, соответствующее калибровочному импульсу. При этом, если оптическая проницаемость среды, через которую прошел калибровочный импульс, является неизменной во времени, то РКЭ также имеет постоянное значение. Соответственно при калибровке необходимо, помимо значения темнового тока /фт, запомнить значение Рк э.

Предположим, что через некоторое время после калибровки прибора, например, из-за частичного разряда элементов источника питания прибора, изменились значения темнового тока и масштабного коэффициента. В таком случае при следующей калибровке прибора будут получены новые значения темнового тока и тока, соответствующего калибровочному импульсу. При этом последний будет выражаться следующим соотношением:

•^фк А = ^фтА: + + •

чжьш

Учитывая, что Ркэ является константой, из данного соотношения

можно выразить новое значение масштабного коэффициента. Таким образом, если в процессе мониторинга значения темнового тока и/или масштабного коэффициента изменятся, то вносимые ими искажения будут действовать только до следующей калибровки тонометра. В случае, если калибровка производится в автоматическом режиме и с достаточной частотой, то вышеупомянутые значения не успеют измениться на значительную величину и существенно исказить значения АД. Исходя из вышесказанного, можно предложить следующую схему прибора для мониторинга АД (рис. 5, где 1 - мягкая часть манжеты; 2 - гибкая часть манжеты; 3 — мягкие ткани конечности; 4 — артерия; 5 — запорное устройство; 6 — источник света (например светодиод); 7 — входной световод; 8 - выходной световод; 9 - фотоэлектрический датчик; 10 — калибровочный световод; 11 — полупрозрачный оптический клин; 12 — шторка; 13 — микроконтроллер; 14 — регистрирующее устройство).

При калибровке прибора с помощью калибровочного светового импульса шторка 12 закрывает входной световод 7, открывая при этом калибровочный световод 10. При этом полупрозрачный оптический клин 11 обеспечивает заданное значение интенсивности светового потока. При работе же в режиме мониторинга АД шторка 12 закрывает калибровочный световод 10, открывая тем самым входной световод 7. Таким образом, свет, испускаемый источником света б, передается на конечность, где частично отражается и попадает на фотоэлектрический датчик через выходной световод 8. На основе данных с фотодатчика в микроконтроллере 13 вычисляется АД, которое регистрируется устройством 14. При этом манжета, выполненная из непрозрачного материала, исключает влияние на результаты измерения внешних источников света. Гибкая часть манжеты должна быть выполнена из легко изгибаемого, но при этом не подверженно-

4 3

Рис. 5. Функциональная схема

го растяжению или сминанию материала. Она предназначена для того, чтобы обеспечить неподвижность фотодатчика относительно источника света в процессе мониторинга. Выходной световод должен быть сконструирован таким образом, чтобы обеспечивать сбор отраженного света с максимально большой площади. Это позволит решить проблему позиционирования прибора относительно артерии.

В четвертой главе дано описание разработанного макетного образца тонометра, а также программного комплекса, реализующего предложенные алгоритмы. При этом приводятся результаты экспериментальных исследований, показывающие высокую эффективность предложенного алгоритма выделения экстремумов. Кроме того, практически обоснована корректность алгоритма для определения АД, использующего для анализа регрессионные прямые, проведенные через ряд отсчетов. При этом оптимальное количество отсчетов зависит от скорости изменения внешнего компенсирующего давления (в типичном случае оптимальным является использование 3-4 отсчетов). В этой же главе описаны эксперименты, демонстрирующие методическую корректность способов мониторинга АД, предложенных в третьей главе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В работе получены теоретически и экспериментально обоснованные технические решения задачи построения приборов измерения и мониторинга артериального давления, отличающиеся улучшенными метрологическими, эргономическими и техническими характеристиками по сравнению с существующими аналогами.

В результате теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, получены следующие научные и практические результаты:

1. Построена математическая модель взаимодействия артерии, расположенной в толще мягких тканей, и компрессионной камеры, что позволило уточнить характер поведения артерии при измерении АД методом развертывающего уравновешивающего преобразования.

2. Разработан алгоритм цифровой обработки сигнала с датчика давления, обеспечивающий минимизацию ошибок первого и второго рода при выделении амплитуды пульсовых колебаний артерии.

3. Разработан алгоритм фиксации моментов уравновешивания АД внешним компенсирующим давлением, основанный на аппроксимации огибающей пульсовых колебаний с помощью регрессии и обеспечивающий более высокую точность по сравнению с альтернативными алгоритмами.

4. Предложен и реализован способ измерения АД в режиме компрессии, что уменьшает время измерения и искажения гемодинамики артерии.

5. Разработаны алгоритмы определения верхнего значения АД, реализуемые без полного пережатия артерии, что обеспечивает снижение времени измерения и искажений гемодинамики.

6. Предложен способ мониторинга АД с использованием двух датчиков давления и жидкостной камеры. Это позволило решить проблемы позиционирования датчика давления над артерией и задачу корректного определения точки начала отсчета АД.

7. Предложен способ мониторинга АД, основанный на использовании в качестве источника информации об объемных пульсациях артерии светового потока, отраженного от артерии. При этом предложена конструкция прибора, позволяющая существенно уменьшить влияние дрейфа параметров электронных компонентов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Пат. 2281687 Российская Федерация, МПК А61В 5/022. Способ мониторинга артериального давления / Э. К. Шахов, А. П. Писарев, В. В. Акинин. -заявл. 14.02.2005; опубл. 20.08.2006, Бюл. № 23.

2. Акинин В. В. Особенности измерения параметров жизнедеятельности / Э. К. Шахов, В. В. Акинин, И. А. Долгова // Вестн. Са-мар. техн. ун-та № 33. - Самара: Изд-во СамГТУ, 2005. - С. 279-283.

Публикации в других изданиях

3. Акинин В. В. Классификация методов измерения артериального давления / Э. К. Шахов, А. П. Писарев, В. В. Акинин // Вычислительные системы и технологии обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. - Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2006. - Вып. 6 (30). - С. 107-110.

4. Акинин В. В. Построение математической модели взаимодействия руки с тонометром // Вычислительные системы и технологии обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр.- Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2006. - Вып. 6 (30). - С. 139-145.

5. Акинин В. В. Модели восприятия пульсовых колебаний при измерении артериального давления // Информационно-измерительная техника. Труды университета: Межвуз. сб. науч. тр. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - Вып. 30. - С. 117-122.

6. Акинин В. В. Особенности измерения параметров жизнедеятельности / Э. К. Шахов, В. В. Акинин, И. А. Долгова // Информационные, измерительные и управляющие системы (ИИУС-2005): Материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Самара, 2005. — С. 232-234.

7. Акинин В. В. Оптимизация скорости декомпрессии при измерениях артериального давления // Информационно-измерительная техника. Труды университета: Межвуз. сб. науч. тр, — Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - Вып. 30. - С. 123-129.

8. Акинин В. В. Способ мониторинга артериального давления / Информационный листок Пензенского ЦНТИ № 54-261-06.

Акинин Владимир Владимирович

Исследование и разработка способов измерения и мониторинга артериального давления

Специальность 05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Редактор О. Ю. Ещина Технический редактор Н. А. Вьялкова

Корректор Н, А. Сиделъникова Компьютерная зерстка //. В. Ивановой

ИД №06494 от 26.12.01

Сдано в производство 15.11.06. Формат 60x84^/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 667. Тираж 100.

Издательство Пензенского государственног о университета. 440026, Пенза, Красная, 40

Введение.

Глава 1 Обзор существующих методов и средств измерения артериального давления.

1.1 Вводные замечания.

1.2 Историческая справка.

1.3 Особенности механизма кровотока в артерии.

1.4 Классификация способов измерения и мониторинга артериального давления.

1.5 Инвазивные методы измерения АД.

1.6 Осциллометрические методы измерения АД.

1.7 Аускультативный метод измерения АД.

1.8 Другие методы фиксации моментов компенсации систолического и диастолического значений АД.

1.9 Косвенные методы измерения АД.

1.10 Способы мониторинга АД.

1.11 Сравнительные оценки методов измерения АД.

Актуальность работы и состояние вопроса. Артериальное давление является важнейшим показателем работы сердечно-сосудистой системы. Приборы для его измерения (тонометры) являются одними из самых распространенных бытовых приборов медицинского назначения. Однако подавляющее большинство тонометров представляют собой незначительные вариации прибора, предложенного еще в начале прошлого века. Эти тонометры для получения достаточно точных результатов требуют наличия у измеряющего специальных навыков, к тому же люди, имеющие дефекты слуха не могут ими пользоваться. В настоящее время в продаже появились автоматические и полуавтоматические тонометры, изготавливаемые такими фирмами, как Omron, A&D Medical, Nissey, Microlife и т.д. Данные тонометры гораздо более удобны в использовании, однако в основе их работы также лежит метод определения АД, предложенный в середине XIX века, и с тех пор практически не изменившийся. В частности все они требуют для измерения полного пережатия артерии, что приводит к существенному нарушению гемодинамики артерии. Также к недостаткам подобных тонометров можно отнести большое время измерения (более минуты), что является критическим параметром в ситуациях, когда необходимо произвести измерение АД у большого количества людей. Кроме того, данные тонометры, как правило, имеют невысокую точность, особенно это относится к недорогим моделям.

Другой задачей, также относящейся к области измерения АД, является задача мониторинга АД. Как известно, значения АД не являются величиной постоянной, а колеблются с течением времени. Соответственно для диагностики отклонений АД от нормы может понадобиться отслеживание динамики изменения АД в течение некоторого временного промежутка. Зачастую для подобного мониторинга используют приборы, построенные на тех же принципах, что и описанные выше тонометры. Данные приборы с некоторой периодичностью, задаваемой таймером, измеряют АД и заносят его в память [1]. Однако полученные в результате такого «мониторинга» результаты имеют достаточно низкую точность, а сам процесс «мониторинга» создает существенный дискомфорт [2,3]. С другой стороны, существуют приборы, позволяющие фиксировать всю кривую изменения АД в полном объеме, однако как правило они либо имеют очень большие погрешности результатов, либо неудобны для бытового использования. Кроме того, подобные системы, как правило, очень дороги. Таким образом, в настоящее время проблема мониторинга АД имеет приемлемое решение только для очень узкой области - мониторинга АД в палатах интенсивной терапии. Задачу же бытового мониторинга АД можно считать практически нерешенной. При этом ее актуальность не только является огромной, но и постоянно возрастает: по различным оценкам в 2000 году гипертонией в той или иной форме страдали от 600 миллионов до 1 миллиарда человек, а к 2025 году количество страдающих гипертонией может возрасти до 1.5 миллиарда человек [4, 5,6].

Таким образом, существует острая потребность в совершенствовании существующих средств измерения АД с целью повышения точности и быстродействия, улучшения эргономических характеристик, а также снижения стоимости приборов для измерения АД

Цели и задачи исследования. Исходя из вышесказанного, в качестве цели диссертационной работы было поставлено усовершенствование существующих методов измерения и мониторинга АД в направлении улучшения их метрологических и эргономических характеристик. Для достижения данной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Систематизация методов измерения АД. Она необходима для более полной и всесторонней оценки методов измерения АД и выявления их достоинств и недостатков.

2. Разработка алгоритмов обработки сигнала давления в компрессионной камере, обеспечивающих возможность их реализации средствами цифровой техники.

3. Разработка и исследование механизмов фиксации моментов компенсации внешним компенсирующим давлением значений верхнего и нижнего АД. Разработка более совершенных алгоритмов фиксации моментов компенсации позволит существенно повысить точность определения значений АД, а также несколько снизить требования к максимально допустимому уровню помех, что в свою очередь позволит уменьшить себестоимость тонометра за счет применения более дешевых компонентов.

4. Исследование возможности использования режима компрессии конечности для измерения АД. Использование режима компрессии заметно сокращает время измерения, а также существенно уменьшает нарушения гемодинамики, оказываемые тонометром в процессе измерения.

5. Исследование возможности использования режима экстраполяции для измерения АД. Решение данной задачи позволит еще больше сократить время измерения, а также устранит один из существенных недостатков общепринятого способа измерения: необходимость полного пережатия артерии для определения верхнего АД

6. Разработка способа мониторинга АД, обладающего достаточно высокой точностью измерений и не оказывающего заметного влияния на гемодинамику конечностей.

Структура и краткое содержание диссертации. Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение и список использованных источников

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. В подавляющем большинстве автоматических цифровых тонометров для измерения АД используется метод развертывающего уравновешивающего преобразования, причем для определения моментов уравновешивания верхнего/нижнего АД внешним компенсирующим давлением используется, как правило, осциллометрический способ. Данный способ предусматривает анализ пульсаций давления в окклюзионной камере и поиск признаков компенсации. Однако в настоящее время для выделения пульсовой составляющей из общего сигнала с датчика давления используются аналоговые фильтры, которые заметно усложняют и удорожают конструкцию. Поэтому в работе были разработаны алгоритмы, позволяющие вести обработку сигнала с датчика давления исключительно цифровыми средствами.

2. В работе предложен ряд алгоритмов, позволяющих уменьшить влияние артефактов и помех на точность измерения. В основе этих алгоритмов лежит использование параметров регрессионных прямых, вычисляемых по значениям амплитуд пульсовых колебаний. Применение регрессионных прямых позволяет более точно фиксировать моменты резкого изменения амплитуд пульсовых колебаний в условиях, когда значения этих амплитуд содержат случайную составляющую, обусловленную влиянием разного рода помех. Одновременно значительно снижается негативное влияние артефактов (в частности, экстрасистол) на точность измерения.

3. К одному из основных недостатков метода развертывающего уравновешивающего преобразования относят то, что его использование вносит существенные искажения гемодинамики. В большей части эти искажения обусловлены тем, что в существующих реализациях данного метода предусматривается полное пережатие артерии на некоторое время. В работе предложено использовать для измерения режим компрессии (а не декомпрессии, как в большинстве существующих аналогов) артерии, а также вычислять значение верхнего АД путем экстраполяции, что позволит не доводить артерию до полного пережатия. При этом в работе определена оптимальная скорость изменения внешнего компенсирующего давления в процессе измерения и предложены три способа определения верхнего АД путем экстраполяции, два из которых не требуют предварительной индивидуальной настройки на пациента.

4. В последнее время, с ростом количества людей, страдающих гипертоническими заболеваниями, возрастает важность задачи построения прибора для бытового мониторинга АД, обладающего достаточной точностью и не вызывающего у пациента ощущения дискомфорта при длительном его использовании. Для решения этой проблемы были предложены два метода непрерывного мониторинга АД, различающиеся способом регистрации объемных пульсаций артерии. Первый из предложенных способов предполагает анализ изменений давления в мягких тканях, и вычисления на их основе артериального давления. При этом предложена конструкция, позволяющая решить проблему определения точки начала отсчета АД в масштабе давления в мягких тканей, а также проблему позиционирования датчика давления относительно артерии. Однако недостатком этого способа является необходимость оказание на мягкие такни некоторого, хотя и небольшого, внешнего давления. От этого недостатка свободен второй из предложенных способов, предусматривающий регистрацию кривой изменения АД при помощи фотодатчика. В этом случае объемные пульсации артерии модулируют световой поток, отраженный от поверхности артерии. В работе предложена конструкция, позволяющая минимизировать погрешности, обусловленные дрейфом параметров электронных компонентов прибора.

Заключение

1. С. К. Кукушкин, Е. М. Маношкина, А. В. Лебедев, В. М. Шамарин //Суточное мониторирование артериального давления (учебное пособие для врачей) // Лечащий Врач, №09 1999.

2. Ю.В.Котовская, Ж.Д.Кобалава Суточное мониторирование артериального давления в клинической практике: не переоцениваем ли мы его значение? // Артериальная гипертензия : Том 10 №1 2004.

3. В.Н.Хирманов, Т.В.Тюрина, А.В.Гротова Метод доктора Н.С.Короткова в эпоху "техно". Методические и клинические аспекты "домашнего" мониторирования артериального давления // Артериальная гипертензия Том 11 №2 2005 г.

4. World Hypertension League bulletin 2005 // http://hsc.utoledo.edu/org/whl/pdf/WHDBooklet2005.pdf.

5. Kearney PM, Whelton M, Reynolds K, et al. Global burden of hypertension: analysis of worldwide data. Lancet 2005; 365:217-223.

6. Global Burden of Hypertension to Increase to 1 in 3 by 2025 //http://www.medscape.com/viewarticle/4989042

7. Harvey, William Harvey's Contribution // http://www.discoveriesinmedicine.com/General-Information-and-Biographies/Harvey-William.html.

8. The history of blood pressure measurement //http://www.medphys.ucl.ac.uk/teaching/undergrad/projects/2003/group03/history. html.

9. Carl Ludwig biography // http://en.wikipedia.org/wiki/CarlLudwig.

10. History of Pulse Oximetry in Neonatal Medicine Hay Neoreviews.2005; 6: 533538.11 http://www.makhaon.com/index.php?lng=ru&p=dict &euid=25001 &PHPSESSID=f2fl 6311806135fbd4437501 c73e9358.

11. Blood pressure measuring devices //http://www.discoveriesinmedicine.corn/Bar-Cod/Blood-Pressure-Measuring-Devices.html.

12. A. Roguin. Scipione Riva-Rocci and the men behind the mercury sphygmomanometer // International Journal of Clinical Practice Vol. 60 Issue 1 Page 73 January 2006.14 Кровяное давление //http://www.medicus.ru/cardiology/spec/?cont=article&artid=376

13. Claude Lenfant Гипертензия и ее последствия: состояние проблемы в мире // Артериальная гипертензия Том 11 №2 2005 г.16 100 лет аускультативному методу измерения артериального давления: к юбилею Н.С.Короткова Артериальная гипертензия, Том 11 №2 2005 г.

14. Lawrence R. Krakoff Ambulatory Blood Pressure Monitoring for Every Hypertensive Patient: It's About Time! // http://www.medscape.com/viewarticle/497723.

15. В. H. Тонков Учебник нормальной анатомии человека. JI.: Медгиз, 1962, 763с.

16. Бисярина В.П., Яковлев В.М. Кукса П.Я. Артериальные сосуды и возраст. АМН СССР. М: Медицина, 1986, 224 с.

17. S. Sharma Control of Arterial Blood Pressure // http://www.nda.ox.ac.uk/wfsa/html/u01/u01008.htm.

18. Patent Full-Text and Full-Page Image Databases // http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/search-bool.html.

19. B.A. Люсов, H.A. Волов, B.A. Кокорин. Проблемы и достижения в измерении артериального давления // Русский Медицинский журнал, 2003, т. 11, № 19(191), 1093-1096.

20. Методы измерения артериального давления // http://www.monitorad.ru/index.aspx?pg=3

21. Э. К. Шахов, А. П. Писарев, В. В. Акинин Классификация методов измерения артериального давления // Вычислительные системы и технологии обработки информации: Межвуз. сб. науч. тр. -Пенза: Инф.-изд. центр ПГУ, 2006. Вып. 6 (30). - С. 107-110.

22. Шахов Э.К. Разделение функций основной принцип структурного совершенствования измерительных преобразователей. В кн. Информационно-измерительная техника. Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 8. Пенза, ППИ. 1978.

23. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1973, 552 с.

24. Attenuation in invasive blood pressure measurement systems // Ercole Br. J. Anaesth. 2006; 96: 560-562.

25. Савицкий H.H. Биофизические основы кровообращения и клинические методы изучения гемодинамики. М.: Медицина, 1974. - 311с.

26. Эман А.А. Биофизические основы измерения артериального давления. -Л., Медицина, 1983.

27. Приборы для измерения артериального давления // http://www.8a.ni/abc/l 159.php

28. Калакутский Л. И., Манелис Э. С. Аппаратура и методы клинического мониторинга: Учебное пособие . Самара: Самар. гос. аэрокосм, ун-т., 1999. -161 с.

29. Ордабаев, Б. Б., Искаков, К. М., Рысмендиев, А. Ж., Юлдашев., А. А. Неинвазивное безокклюзионное мониторирование давления крови // Здравоохранение Казахстана 1992.- №8.- С.29 - 30.

30. В. М. Пономаренко, Р. Г. Воронцов, Б. С. Бобров. Способы и приборы автоматического измерения артериального давления // Мед. техника.-1973.-№6.- С.36 42.34 de Dobbeleer G. Пат. США No 3118440,1964.

31. Ware R. W., Laegner Ch, J., Owens T. E., Немецкий пат., No 1302482, 1971, prior. USA.

32. Медицинская электронная аппаратура для здравоохранения: Пер. с англ. / Л.Кромвелл, М.Ардитти, Ф.Вейбелл и др.; Пер. под ред. Р.И.Утямышева. -М.: Радио и связь, 1981.

33. Clearc С. А. Патент Великобритании No 1227030, 1970.

34. Hersh; Lawrence Т. Automatic indirect non-invasive apparatus and method for determining diastolic blood pressure by calibrating an oscillation waveform // Пат. США №6517495

35. Nasiff; Roger E. Indirect continuous blood pressure method // Пат. США № 5111826

36. Nelson; Craig H. Method and apparatus for indirect blood pressure measurement // Пат. США № 4799492

37. M. Ю. Руденко, В. Б. Алексеев, С. А. Мащок, В.А. Зернов Биофизические явления в системе кровообращения при косвенном измерении артериального давления и анализ приборов для его измерения // "Медицинская техника" №5 1986 г. стр.26-35.

38. Hill L. On rest, sleep, and work and the concomitant changes in the circulation of the blood. Lancet. 1898;1:282-285.

39. О кровяном давлении // http://www.aandd.com.ua/DrAugustql6.htm

40. Evaluation of the Remler M2000 blood pressure recorder. Comparison with intraarterial blood pressure recordings both at hospital and at home // http://hyper.ahajournals.org/cgi/content/abstract/hypertensionaha;6/2/209.

41. R. J. O. Davies, N. E. Jenkins, J. R. Stradling. Effect of measuring ambulatory blood pressure on sleep and on blood pressure during sleep BMJ 1994 308: 820823.

42. Рогоза A.H. Методы неинвазивного измерения артериального давления// http://medlinks.ru/print.php?sid=8178.

43. Eoin O'Brien; Neil Atkins; Jan Staessen A Review of Ambulatory Blood Pressure Monitoring Devices I I http://hyper.ahajournals.Org/cgi/content/full/26/5/835.

44. Penaz J. Photoelectric Measurement of Blood Pressure, Volume, and Flow in the Finger; Digest of 10th International Conferention on Medical and Biological Engineering., 1973, p. 104.

45. Анализатор ритмов сердечно-сосудистой системы САКР // http://www.asvomed.ru/php/content.php?id=1022

46. Спироартериокардиоритмограф, Описание //http://www.int-edu.ru/object.php?ml=468&m2=2&id=798

47. Accuracy and precision of blood pressure determination with the Finapres: an overview using re-sampling statistics. Journal of human hypertension, 1998 Jun;12(6):403-9.

48. P. Shaltis, A. Reisner, H. Asada A hydrostatic pressure approach to cuffless blood pressure monitoring //http://web.mit.edu/pshaltis/www/pubs/embc2004cufflessbp.pdf.

49. Рогоза A.H. и др. Суточное мониторирование артериального давления при гипертонии (методические вопросы) // http://webmed.irkutsk.ru/doc/pdf/abpmmethod.pdf.

50. Pressman, G. L. et al., "A Transducer for the Continuous External Measurement of Arterial Blood Pressure", IEEE BME Trans, #10, Apr. 1963, pp. 73-81.

51. Писарев А.П. Моделирование взаимодействия объекта и средства измерения для совершенствования тонометров и термометров //диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук.

52. Бахвалов Н.С. Жидков Н.П. Кобельков Г.М. Численные методы: Учебник для вузов Изд. 4-е. Бином. Лаборатория знаний 2006, 636 с.

53. Фофанов П.Н Учебное пособие по механокардиографии // Военно-медицинская ордена Ленина Краснознаменная академия имени С.М.Кирова, Ленинград, 1977 г.

54. Рекомендации по диагностике, лечению и профилактике артериальной гипертензии у детей и подростков // http://www.cardiosite.ru/medical/recom-diagnoz.asp

55. С. J1. Кузнецов, Н. Н. Мушкамбаров, В. J1. Горячкина. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии. М: Медицинское информационное агентство, 2002 г. 376 стр.60 http://www.omron-med.ru/Intellisense.htm

56. Шахов Э.К. Способ измерения артериального давления и устройство для его осуществления // Патент № 2048789, Бюлл. №33.- 1995.

57. Pressman G.L. Патент США №3219035, 1965.

58. Newgard, Peter М. Патент США No4423738, 1977

59. Пат. 2281687 Российская Федерация, МПК А61В 5/022. Способ мониторинга артериального давления / Э. К. Шахов, А. П. Писарев, В. В. Акинин. -заявл. 14.02.2005; опубл. 20.08.2006, Бюл. № 23.unit Unitl;interfaceuses

60. Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, Menus, TeEngine, Series, ExtCtrls, TeeProcs, Chart, Unit2, ToolWin, ActnMan, ActnCtrls, XPStyleActnCtrls, ActnList, StdCtrls;type

61. Forml: TForml; ChildModel: TForm2;implementation {$R *.dfm}procedure TForml.N3Click(Sender: TObject); begin

62. Forml.Close; end; // end procedureprocedure TForml.N2Click(Sender: TObject);1. Var i:integer;begin

63. Forml.OpenDialogl.Execute thenbeginwith OpenDialogl.Files do for i := 0 to Count -1 do begin

64. CreateMDIChild(ExtractFileName(Strings1.),i); Forml.ListBoxl.Items. Add(ExtractFileName(Stringsi.)); end; end; // end if end; // end procedureprocedure TForml.CreateMDIChild(const Name: string; Nunvlnteger); begin

65. Forml.MDIChildren1.BringToFront;

66. Form 1.ActiveMDIChild as TForm2).PageControll.ActivePageIndex:=j; Break; end; // end if end; // end procedureprocedure TForml.N5Click(Sender: TObject);var i:integer;begin

67. For i:=Form 1 .MDIChildCount-1 downto 0 do Forml.MDIChildren1.Close; end;end. // end moduleunit Unit2;interfaceuses

68. Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, TeEngine, Series, ExtCtrls, TeeProcs, Chart, ComCtrls, TeeFunci;type

69. Function MinValue(Data: array of Extended): ValCoord;

70. Function MaxValue(Data: array of Extended): ValCoord;

71. Function ReadValue(S:String): ResArr;procedure TabSheet2Show(Sender: TObject);procedure TabSheet3Show(Sender: TObject);private

72. Private declarations} public1. Public declarations} end;var

73. Form2: TForm2; implementation uses Unitl;$R *.dfm}procedure TForm2.FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction); , var i:integer;beginfor i:=0 to Forml.ListBoxl.Items.Count-1 do if Caption = Forml.ListBoxl.Items1. then begin

74. Form 1 .ListBoxl .Items.Delete(i); Break; end; // end if Action:=caFree; end; // end procedureprocedure TForm2.FormCreate(Sender: TObject); var

75. TempArrayl, PartArray: ResArr; // массивы значений из файла, полный и частичный

76. TempArray2:ResArr;// Тут будет храниться нормализованный массив MaxValue, MinValue: ValCoord; // значения и координаты экстремумов участка кривой ТешрАггауЗ : array of array 1.2. of ValCoord; // массив всех значений экстремумов кривой

77. Form 1 .OpenDialogl .Files.StringsForm 1 .OpenDialogl .Tag.o" then begin

78. Series 1.Clear; // начинаем рисовать первый график1. Series2. Clear;1. Series3.Clear;1. Series4.Clear;1. Series5.Clear;1. Series6.Clear;

79. PageControll.ActivePageIndex:=0;

80. TempArray 1 :=ReadValue(Forml .OpenDialogl .Files.StringsForml .OpenDialogl .Tag.); for i:= 0 to High(TempArrayl)do ^ Series l.Add(TempArrayl1.);

81. SetLength(TempArray3, Length(TempArray 1)); for i:=0 to High(TempArrayl) do begin

82. For i:=l to High(TempArray3)-l do I begin

83. TempArray3i, 1 .Coord=TempArray3[i+1,1 ].Coord then inc(jmax) else beginifjmax>10 then begin

84. SetLength(Maxims,Length(Maxims)+1); MaximsHigh(Maxims). :=TempArray3 [i, 1 ] end; // end if.then jmax:=0; end; // end if.elseifTempArray3i,2.Coord=TempArray3[i+l,2].Coord then inc(jmin) > elsebeginifjmin>5 then begin

85. SetLength(Minims,Length(Minims)+1); MinimsHigh(Minims).:=TempArray3[i,2] end;//end if.then jmin:=0; end;// end if.else end; // end for

86. For i:=0 to High(Maxims) do I begin

87. Series2.AddXY(Maxims1.Coord,Maximsi.Value); // рисуем график Series6.AddXY(Maxims[i].Coord,Maxims[ij.Value); // рисуем график end;

88. For i:=0 to High(Minims) do begin

89. SetLength(Amplitudes,Length(Amplitudes)+1); AmplitudesHigh(Amplitudes).Value:=abs(Maxims1.Value-(Minims[j].Value+(Maxims[i].Coord-Minims[j].Coord)*(Minims[j+l].Value-Minims[j].Value)/(Minims[j+l].Coord-Minims[j].Coord)));

90. Series4.AddXY(Amplitudes1.Coord,Amplitudesi. Value); end;

91. SetLength(TempArray2,Length(TempArray 1));

92. TempArray21.:=(TempArray 1 i-2.+TempArrayl [i-l]+TempArrayl[i]+TempArrayl[i+l]+TempArrayl[i+2])/5-a2; // И вычитаем этот минимум нахрен

93. TempArray21.> Amplitudesl.Value*0.55 then Series5.AddXY(i,l) else Series5.AddXY(i,0)

94. Series5.AddXY(i,TempArray21.); end;end; // end if.then end; // end procedure

95. Function TForm2.MinValue(Data: array of Extended): ValCoord; var I: Integer; begin

96. Result. Value := DataLow(Data).; Result.Coord:=Low(Data); for I := Low(Data) + 1 to High(Data) do if Result. Value > Data1. then begin1. Result.Value := Data1.;1. Result.Coord:=i;end;end; // end function

97. Function TForm2.MaxValue(Data: array of Extended): ValCoord; var1. Integer; begin

98. Result. Value := DatafLow(Data).; Result.Coord:=Low(Data);for I := Low(Data) + 1 to High(Data) do if Result. Value < Data1. then begin1. Result.Value :=DataIJ;1. Result.CoordH;end;end; // end function

99. Function TForm2.ReadValue(S:String): ResArr; var MyFormat:TFormatSettings; // так, фигня F: TextFile;

100. TempString:String; // временная строка, в нее читаем строки из файла begin

101. My Format. Deci mal Separator:-.'; AssignFile(F,S); // открываем файл. Reset(F);1. While not EOF(F) do begin

102. SetLength(Result,Length(Result)+1); ReadLn(F,TempString);// читаем из файла. TempString:=Trim(TempString); if length(Copy(TempString, 1 ,Pos(' ',TempString)-l))>0 then

103. Chart2.LeftAxis.Maximum:=Chartl.LeftAxis.Maximum; Chart2.LeftAxis.Minimum:=Chartl.LeftAxis.Minimum; end; end;procedure TForm2.TabSheet3Show(Sender: TObject); begin1. not Chartl.Zoomed then begin

104. Chart3.BottomAxis.Maximum:=Chartl.BottomAxis.Maximum; end;end;end. // end module

105. Листинги основных модулей программы «виртуального тонометра»unit GMMain;interfaceuses

106. Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, TeEngine, Series, StdCtrls, TeeProcs, Chart, ExtCtrls, ComCtrls, Buttons, Menus, ToolWin, ImgList;type

107. ArPress,ArPr 1: Array 1. .6000. of real; implementationuses ComSight;$R *.DFM}1. Var

108. TopPress,BottomPress,AverT:Double; Press, Puis: Double;//Integer; Finish:Boolean;

109. Max,Min,Dif,D01 ,D02,Criter, CrMax, DMaxLow, DMaxHigh:Double; k,m,mm,u,Index:integer;

110. Max,IsMin, IsDifCount, IsCrMax, IsFirst:Boolean; T1 ,T2,T3 ,T4: Integer;

111. P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9, P10, PI 1, PI 2, PI 3, PI 4, PI 5, PI 6,PI 7, PI 8, PI 9, P20, D1,D2,D3,D4, D5,

112. D6,D7,D8,D9, D10,D11,D12,D13,D14, D15,D16,D17,D18,D19, D20,D21,D22,D23,D24, D25, TTT, DAver,h,d, hi,dl,dlh,dlMin,dlMinTop, Pmax, TopPressCalk:Double; DifCount:byte;1. F:Text;

113. PulsFreq:Integer; TimerTic:Integer;

114. DPW, APress:array 1. 80. of double; Const PressResuIt:BooIean=FaIse; Var PredMin, MMin, AverDPW, TopPr, DeltaP:Double;procedure TfmMain.BitBtn4Click(Sender: TObject); begin

115. ArPress1.:= 0; //ArPulsi.:=0; end;

116. OpenDlg.InitialDir:-D:\PressureModel\PulsTonometr\TonFiles\TonF261201'; 1 If OpenDlg.Execute thenbegin

117. System.Assign(F,OpenDlg.FileName); Reset(F); end; i:=0;

118. While not EOF(F) do begin lnc(i);

119. Readln(F,Pr,Pu); Readln(F,Pr); Щ ArPress1.:=Pr;1. ArPuls1.:=Pu; end;1. ArSize:=i; end;procedure TfmMain.BitBtn3Click(Sender: TObject); begin

120. Sum,Prl, Pr2, Pr3,Pr4, differ:double;begin

121. Chart2.Series0.Clear; Chart2.Series[ 1 ].Clear;

122. Chart2.Series0.AddXY(l,10); //Это для того, чтобы оси абсциссI

123. For i:=l to 80 do DPW1.:=0;1. Criter:=-100;1. DMaxLow:=-100;1. DMaxHigh:=-100;1. CrMax:=-100;1. AverT:=0;1.Min:=False;1.Max:=False;u:=0;

124. Up.Caption:-'; lbDown.Caption:="; label8.Caption:="; DifCount:=4; ' Finish:=False;1. TopPress:=0;1. BottomPress:=0;1. Criter:=0;1.CrMax:=True;dlMinTop:=100;

125. Сглаживаем кривую давления в манжете путем скользящего усреднения 15 отсчетов } For mm:=l to ArSize -15 do begin Sum:=0;

126. For i:=m2+l to m3 do ArPrl1.:=ArPressi.-(Pr3-Pr2)/(m3-m2)*(i-m2)-ArPress[l];

127. For i:=m3+l to ArSize-15 do

128. ArPrl1.:=ArPressi.-(Pr4-Pr3)/(ArSize-15-m3)*(i-m3)-ArPress[l]; differ- (ArPrl[m2+l]- ArPrl[m2]); For i:=m2+l to m3 do ArPrl [i]:=ArPrl [i] -differ; differ:- (ArPrl[m3+l]- ArPrl[m3]); For i:=m3+l to ArSize-15 do ArPrl [i]:=ArPrl[i]- differ; //

129. For mm:=l to ArSize do BrandNewLast; Chart3.Series0.,Clear; For i:=l to ArSize-15 do Chart3.Series[0].AddXY(i, ArPrl 1.) end;procedure TfmMain.BrandNewLast; begin Press:=(ArPressmm.

130. StrToInt(EdReplace.text)/StrToFloat(edScale.Text))*StrToFloat(edScale.Text); D02:=Press; D01:= ArPrl mm.; If (D02o0) then begin

131. Chart 1. Series0. Add(D02);

132. DOloO then Chart 1.Series 1 .Add(D01);1. D1<0 then1. IsFirst thenbegin1.D01>Max then begin1. Max:=D01; k:=0;

133. Max:=False end else Inc(k); If(k>4)then IsFirst:=False; end;1. not IsFirst then begin IfDOKMin then begin Min:=D01; m:=0;

134. Min:=False end else Inc(m);1. (m>4) {and (Max-Min>0.6*Dif)} then begin

135. MMin:=Min; IsMin:=True; end;1.lsMin then IfD01>Maxthen begin1. Max:=D01; k:=0;1.Max:=Falseendelse1.c(k);1. k>5 thenbegin1. PredMin:=MMin;1.Max:=True; end;

136. Dif>10 then Dif:=0;} Max:=-100; Min:=1000;1 //If mm>100 then Chart2.Series0.AddXY(mm,Dif|t10);

137. В зависимости от выбранного числа периодов пульсовой волны (длины участка анализа) производится набор исходных данных амплитуды пульсовой волны, давления и моментов времени в точках отсчета}1. APressIndex. :=Press;

138. DPWIndex.:=Dif; Inc(Index);

139. Dif<0.3*D2 then exit; чтобы пропустить локальные экстремумы между основными Т4:=ТЗ;1. ТЗ:=Т2;1. Т2-Т1; Tl:=mm;

140. Поскольку экстремумы пульсовой волны найдены, устанавливаем начальные значения кит} к:=0; т:=0;1. тт>100 then} Chart2.Series0.AddXY(mm,Dif*10); If (DPW[4]oO) and (DifM).l) then begin AverT:=(Tl-T4)/3;

141. TTT:= (Sqr(Tl-T2 -AverT) + Sqr(T2-T3 -AverT) + Sqr(T3-T4 -AverT)); IfTTT < 50 then If not IsDifCount then begin

142. PulsFreq:=Round(3000/AverT); LbPu1s.Caption:=T^bc:'+ IntToStr(Pu1sFreq); IsDifCount:=True; end; end; end;end;end;end;procedure TfmMain.Button2Click(Sender: TObject);

143. Обычно они возникают при экстрасистолах}

144. DPW1.:= (DPWi+l.+ DPW[i+2])/2; For i:=3 to 60 do1. (DPW1.< 0.6* (DPWi+l.+ DPW[i+2])/2)and (DPW[i+2]oO) then DPW[i]:= (DPW[i+l]+ DPW[i+2])/2; }1. For i.-2 to 40 do > begin1. SumPDW:=0;1. DPW i+SumNum.o0 thent )

145. For j:=i to i+SumNum do SumPDW:=SumPDW+DPWj.; If SumPDW>MaxDPW then begin

146. MaxDPW -SumPDW; imax:=i+SumNum div 2; end; end;

147. DPW1.:= DPWi-l.; { For i:=l to 50 do If DPW[i]>1.2*DPW[imax] then DPW[i]:=0;}

148. Chart2.Series0.AddXY(i*60,DPW1.); label4.Caption:=IntToStr(Round(APress[imax])); Pmax:= APress[imax]; crHighPrMax:=-100;

149. Up. Caption :=Format('%3.2 f, TopPress.);

150. Dovvn.Caption:=Format('%3.2f,BottomPress.);

151. TopPressCalk:=Pmax+(Pmax-BottomPress);label8.Caption:= Format('%3.2f,TopPressCalk.);label 10.Caption:= Format('%d', Index.);end;end.