Обзор устройств и методов регистрации артериального давления. Разработка макета манжеты с автоматическим запястным контуром

МЕДИЦИНСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ

УДК 621.3.087.47

О. В. Абросимова, А. Ю. Тычков

ОБЗОР УСТРОЙСТВ И МЕТОДОВ РЕГИСТРАЦИИ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ. РАЗРАБОТКА МАКЕТА МАНЖЕТЫ С АВТОМАТИЧЕСКИМ ЗАПЯСТНЫМ КОНТУРОМ

O. V. Abrosimova, A. Yu. Tychkov

OVERVIEW OF DEVICES AND METHODS FOR THE REGISTRATION OF ARTERIAL PRESSURE. DESIGN OF THE LAYOUT CUFF AUTOMATIC CARPAL CIRCUIT

Аннотация. Представлены результаты аналитического обзора устройств и методов регистрации артериального давления. Содержание исследования составляет систематизация информации по видам устройств и основным методам, используемым для измерения артериального давления. Дан материал по разработке нового решения манжеты с автоматическим запястным контуром для устройств измерения артериального давления.

Abstract. The article reflects the results of the analytical review of devices and methods for the registration of arterial pressure. The content of the study is to systematize information on the types of devices and main methods used for measuring blood pressure. The work presents the material on the development of new solutions cuff automatic carpal circuit devices for measuring blood pressure.

Ключевые слова: артериальное давление, устройство измерения артериального давления, метод измерения артериального давления, манжета, автоматический запястный контур.

Key words: blood pressure, blood pressure measuring device, method of measurement of blood pressure, cuff, automatic carpal circuit.

В связи со стремительным развитием электроники многие технические процессы устройства стали автоматизированными, в том числе и устройства медицинского назначения, направленные на диагностику основных показателей здоровья человека. В связи с этим все большую популярность набирают системы автомониторинга, включающие в себя основной функционал базовых устройств регистрации основных физиологических параметров.

В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности во всем мире, поэтому данная проблематика чрезвычайна актуальна.

Современная и эффективная помощь пациенту часто зависит от профессиональной оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС). Важнейшими параметрами, характеризующими состояние ССС, являются пульс и уровень артериального давления, от правильного измерения которых зависит точность получения достоверного результата, регистрируемого устройствами измерения артериального давления (УИАД).

Артериальное давление - величина, показывающая, с какой силой движется кровь по сосудам сердца и какое давление она оказывает на его стенки. Уровень АД регистрируют в миллиметрах ртутного столба.

В общем случае процесс измерения АД состоит из последовательных четырех фаз, предложенных Коротковым и которые определяются [1]:

1) от момента возникновения звуковых явлений, отчетливо слышимых в сфигмомано-метре; регистрируют систолическое артериальное давление (САД);

2) от момента нарастания звуковых явлений;

3) от момента изменения характера тонов (ослабления или исчезновения) звуковых явлений;

4) от момента выраженного ослабления и исчезновения звуковых явлений; регистрируют диастолическое артериальное давление (ДАД).

Результат принято записывать в виде дроби: максимальное (верхнее) / минимальное (нижнее) давление, например, 120/80 мм рт. ст.

Таким образом, систолическое АД определяется моментом появления тонов Короткова (1-я фаза), а диастолическое - полным их исчезновением (4-я фаза). Отсчет уровня АД осуществляется к ближайшей парной цифре (т.е. с интервалом 2 мм). Если при измерении АД верхний край ртутного столбца находится между двумя показателями, то учитывается ближайшая верхняя парная цифра. Измерение АД проводится дважды, с интервалом в 2-3 мин. Фиксируется средняя цифра из двух измерений. Если разница между результатом составляет более 5 мм рт. ст., то необходимо еще раз определить АД. В тех случаях, когда АД составляет 120/80 мм рт. ст. и ниже, измерение проводится один раз.

У большинства здоровых людей уровень АД относительно постоянен. Но под воздействием психофизических факторов и иного внешнего влияния его величина может меняться. Обычно подобные изменения либо не слишком часты, либо не слишком сильны, и в течение суток не превышают 20 мм рт. ст. - для систолического, 10 мм рт. ст. - для диастолического. Неоднократное или стойкое снижение или повышение давления, выходящее за пределы нормы, может оказаться тревожным сигналом болезни, требующим принятия необходимых мер.

Таким образом, резюмируя вышеизложенную информацию, пришли к выводу о систематизации данных измерения и определении нормированного уровня артериального давления с учетом возрастных параметров (>18 лет). В результате в 1999 г. Всемирной организацией здравоохранения и Международным обществом борьбы с артериальной гипертензии была создана классификация, в которой степень артериальной гипертензии соответствует уровню артериального давления (табл. 1).

Таблица 1

Классификация артериальной гипертензии по уровню АД

Категория Систолическое АД, мм рт. ст. Диастолическое АД, мм рт. ст.

Оптимальное < 120 < 80

Нормальное < 130 < 85

Высокое нормальное 130-139 85-89

1-я степень гипертензии (мягкая) 140-159 90-99

Подгруппа - пограничная 140-149 90-94

2-я степень гипертензии (умеренная) 160-179 100-109

3-я степень гипертензии (тяжелая) > 180 > 110

Изолированная систолическая гипертензия > 140 < 90

Подгруппа - пограничная АГ 140-149 < 90

Обработка сигналов типа «пульсовые колебания» лежит в основе принципа действия устройств измерения АД (УИАД) - тонометров.

УИАД относится к медицинской технике и может быть использовано для контроля и диагностики состояния человека в медицинских или спортивных целях или для предупреждения о физических или эмоциональных перегрузках.

УИАД являются сенсорами артериального давления крови. Все они относятся к классу акустических сенсоров, так как первичные информационные сигналы в них появляются в форме звуковых колебаний, слышимых в фонендоскопе при колебаниях артериального давления крови. Активными УИАД считаются потому, что они активно воздействуют через манжету на артерии, изменяя внешнее давление на них, и позволяют прослушивать реакцию сигнала на воздействие пульсаций крови в артериях.

УИАД делят на механические и электронные [2].

Ранее использовались ручные УИАД, современный вариант которых показан на рис. 1. УИАД состоят из манжеты 1, резиновой груши 2, соединительных резиновых трубок 3, механического манометра 4, фонендоскопа 5 и вентиля 6 для стравливания воздуха.

Рис. 1. УИАД ручное

Для пользования УИАД с механическим способом требуются специальная подготовка и навык работы. Человек, осуществляющий измерение артериального давления с помощью механического тонометра, должен обладать хорошим слухом. Механические УИАД подразделяются на анероидные и ртутные. В таких устройствах используется метод тонов Короткова.

Электронные УИАД подразделяются на полуавтоматические и автоматические, в основе лежит осциллометрический метод измерения АД.

Полуавтоматический УИАД (рис. 2) состоит из манжеты, резиновой «груши», электронного блока и соединительных трубок.

Рис. 2. УИАД полуавтоматическое

В состав электронного блока входят микрофон, усилитель и селектор звуковых сигналов, датчик давления в манжете, автоматически управляемый воздушный клапан, звуковой сигнализатор, микрокомпьютер, ЖКИ и кнопки управления прибором.

Таким образом, при применении полуавтоматического УИАД вручную необходимо создавать давление в манжете, используя резиновую «грушу».

В отличие от полуавтоматических УИАД в автоматических воздух нагнетают с помощью встроенной помпы, т.е. автоматически. Автоматические УИАД подразделяются на приборы, измерения которыми осуществляют на плече и запястье, например автоматический тонометр Омрон (рис. 3 - плечевой, рис. 4 - запястный).

Рис. 3. УИАД автоматическое плечевое Рис. 4. УИАД автоматическое запястное

При правильном применении электронных УИАД можно получить точные результаты. Погрешности измерения, способные возникнуть в механических аппаратах, такие как некорректное прослушивание тонов или неточная фиксация показателей на шкале, при этом исключаются [2].

В современной практике выделяют три основных метода измерения артериального давления: метод тонов Короткова, осциллометрический метод и метод пульсовой волны. По анализу и оценке данных методов существует большое количество работ, в том числе патентных заявок. Поэтому есть необходимость в систематизации информации по каждому из методов и проведении сравнительного анализа (табл. 2).

Таблица 2

Классификация методов измерения артериального давления

Сравниваемые показатели Метод тонов Короткова (аускультативный) Осциллометрический метод Метод пульсовой волны

Особенности метода измерения Возникновение тонов при давлении в манжете, равном систолическому значению, и исчезновение при диастолическом значении АД, которые фиксируются фонендоскопом Регистрация колебаний давления воздуха в манжете, вызываемых изменением объема тела под манжетой при пульсации артерии Волна давления перемещается вдоль артерии и возникает при кратковременном открывании участка артерии, находящейся под компрессионной манжетой

Погрешность метода (8-10) мм (5-6) мм Hg (5-6) мм Н§

Погрешность приборов данного типа ± (2-4) мм Н§ ± (2-4) мм Hg ± 5% по частоте ± 3 мм Н§ ± 5 % по частоте

Особенности измерений Измерение АД только на плече Измерение АД и ЧСС на плече и на запястье Измерение АД и ЧСС на плече

Приборы, использующие данный метод Механические тонометры Автоматические и полуавтоматические тонометры Автоматические и полуавтоматические тонометры

Преимущества метода Простота, доступность, относительная достоверность позволяют определять давление в случаях с выраженными нарушениями ритма Вся манжета является датчиком; сравнительно нечувствителен к расположению манжеты; нет необходимости определять тоны Короткова; нечувствителен к внешнему шуму Возможность измерения давления во время выполнения физических нагрузок; надежная регистрация параметров датчиками пульсовой волны

Недостатки метода Требуется определенный опыт при правильном определении АД: влияние человеческого фактора; невозможность определения в шумном помещении Чувствителен к вибрации и движениям руки; индивидуальные особенности неизвестны; определение АД затруднено при аритмиях Ограниченность выпуска приборов, использующих данный метод, в силу своей дороговизны

Типы приборов ИАДМ-ОП, ИАДМ-ОПМ, ИАДМ-С-01, ИАДМ-ОП-1-01, ИАД-ОП «ТОНУС-К», ИАД-01

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1. Путем аускультативного метода АД определяется точнее, когда пациент страдает аритмией, а также во время физической нагрузки.

2. Осциллометрический метод предпочтителен при сильном внешнем шуме, слабых тонах Короткова, аускультативном провале, бесконечном тоне Короткова.

3. Методом пульсовой волны можно измерять давление при любой физической нагрузке, эмоциональной возбудимости, влиянии внешних факторов [3].

На сегодняшний день существует огромное количество разнообразных устройств, позволяющих проводить измерение АД. Патентный поиск и критический анализ устройств приведены в [4].

Перспективным направлением в усовершенствовании устройств измерения артериального давления является модернизация используемой манжеты, ведь от ее качества напрямую зависят как точность результатов, так и собственно безопасность пациента. Поэтому для определения существующего уровня техники следует провести обзор технических решений (конструкционное строение) запястной манжеты.

Основным недостатком ленточного вида манжеты является невозможность обеспечения плотного герметичного прилегания к руке пациента из-за его конструкционного исполнения. К тому же материал, используемый для наружной поверхности манжеты, достаточно плотный и жесткий, что создает некомфортные условия для пользователя.

С целью исключения указанных недостатков предлагается следующее конструктивное решение манжеты (рис. 5, 6), имеющей ряд принципиальных особенностей:

- наличие дополнительной воздушной камеры, что позволяет быстро и правильно накладывать манжеты на руку;

- обеспечение плотного прилегания к руке, сокращающее время процесса измерения (с момента нагнетания воздуха в манжету), а также энергозатраты, связанные с работой насоса и аккумуляторов;

- материал манжеты и форма ее воздушных камер, обеспечивающие целостность самих камер, а также комфортные условия для пациента при проведении измерений.

Рис. 5. Внутреннее представление «воздушных сердечников» манжеты

Рис. 6. Внешний вид смакетированной манжеты

Разработанная манжета с автоматическим запястным контуром содержит пневматическую камеру (оболочку для текучей среды для сжатия места измерения), механизм накачивания и стравливания текучей среды, корпус-кожух кольцевой формы, согласно предлагаемому решению дополнительно встраивается «воздушный сердечник» конусообразной формы для текучей среды. При этом целостность «воздушного сердечника» обеспечивается за счет применяемого материала и дополнительно контролируется датчиком давления. Вместе с тем форма пневматической камеры для текучей среды повторяет форму «воздушного сердечника», расположенного во внутренней области манжеты [5].

Список литературы

1. Иванов, С. Ю. Точность измерения артериального давления по тонам Короткова / С. Ю. Иванов, Н. И. Лившиц // Вестник аритмологии. - 2005. - № 40. - С. 55-58.

2. Активные акустические сенсоры: тонометры, эхолоты, гидролокаторы / Национальный открытый университет. - 2010. - URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/590/446/ lecture/5586 (дата обращения: 18.04.2013).

3. Поверка современных аппаратов измерения артериального давления и частоты пульса /

А. И. Сойко, В. А. Гогин, И. В. Клюшкин, Р. Н. Каратаев // Казанский медицинский журнал. - 2006. - Т. 87, № 4. - С. 316-317. - URL: http://cyberleninka.ru/article/n/ poverka-sovremennyh-apparatov-izmereniya-arterialnogo-davleniya-i-chastoty-pulsa (дата

обращения: 07.12.2013).

4. Абросимова, О. В. Разработка информационно-измерительного устройства регистрации артериального давления с использованием манжеты с автоматическим запястным контуром / О. В. Абросимова, А. Ю. Тычков, П. П. Чураков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. - № 4. - С. 119-127.

5. Абросимова, О. В. Манжета с автоматическим запястным контуром для устройства измерения артериального давления / О. В. Абросимова, П. П. Чураков // Перспективные информационные технологии (ПИТ) : тр. Междунар. науч.-практ. конф. - Самара : СГАУ, 2013. - С. 143-146.

Абросимова Олеся Валерьевна

студентка,

Пензенский государственный университет E-mail: Lesia10.09.1992@mail.ru

Abrosimova Olesya Valer'evna

student,

Penza State University

Тычков Александр Юрьевич

кандидат технических наук,

директор студенческого научно-производственного бизнес-инкубатора,

Пензенский государственный университет E-mail: tychkov_a@pnzgu.ru

Tychkov Aleksander Yur’evich

candidate of technical sciences, director of student research and production business incubator, Penza State University

УДК 621.3.087.47 Абросимова, О. В.

Обзор устройств и методов регистрации артериального давления. Разработка макета манжеты с автоматическим запястным контуром / О. В. Абросимова, А. Ю. Тычков // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2014. - № 2 (8). - С. 66-71.