Комплекс суточного мониторинга гемодинамических показателей сердечно-сосудистой системы человека

УДК:б1б-71

О. С. Данилина, А. А. Мнацаканян, С. И. Геращенко, С. М. Геращенко

КОМПЛЕКС СУТОЧНОГО МОНИТОРИНГА ГЕМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА

Аннотация. В статье рассмотрены основные недостатки существующего осцилометрического метода измерения давления. Предложен комплекс суточного мониторирования гемодинамических показателей сердечно-сосудистой системы человека, в котором измерение давления осуществляется с помощью методики адаптивной декомпрессии.

Ключевые слова: артериальное давление, гидроманжета, сердечно-сосудистые заболевания, осцилляции, погрешность, декомпрессия.

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во всем мире. Ежегодно от болезней сердца умирают около 17 млн человек, что составляет примерно 29 % всех случаев смерти. По подсчетам ВОЗ (всемирная организация здравоохранения), численность смертей растет из года в год и к 2030 г. составит примерно 23,6 млн человек. Большинство сердечно-сосудистых заболеваний можно предотвратить ранней диагностикой.

Для решения данной проблемы мы предлагаем реализовать комплекс мониториро-вания гемодинамических показателей, который обеспечивает автоматическое измерение и отображение текущих значений систолического и диастолического артериального давления (АД) и частоты пульса через установленные интервалы времени в течение до 24 ч. Он основан на определении давления, при котором амплитуда осцилляции приобретает максимальное значение, а значения систолического и диастолического АД определяются алгоритмически.

Научная новизна проекта заключается в следующем:

- вместо воздуха в манжету будет поступать жидкость;

- в манжете используются две камеры;

- применяется методика адаптивной декомпрессии.

Погрешность измерительного средства для достоверного контроля степени гипертензии не должна превышать ± 1 мм рт. ст.

В технических характеристиках на СМАД приводится погрешность оценки давления в манжете, а аттестация приборов для измерения АД осуществляется согласно протоколам AAMI/ANSI (Американская ассоциация за совершенствование медицинской аппаратуры) или BHS (Британское общество гипертензии) (табл. 1).

Таблица 1

Класс < 5 мм рт. ст. < 10 мм рт. ст. < 15 мм рт. ст.

A 60 % 85% 95 %

B 50 % 75% 90 %

C 40 % 65% 85 %

По требованиям BHS прибор должен иметь класс не ниже В/В, а приборы с характеристиками хуже С не рекомендуются для применения!

Существующие аналоги измеряют артериальное давление с помощью осциллометрического метода. Рассмотрим механизм измерения.

114

Медицина и здравоохранение

Осцилляции начинают прослеживаться при давлении 10-30 мм рт. ст. (точка а), затем возрастают. Диастолическое давление соответствует точке b. Максимальной амплитуды осцилляции достигают в точках, равных срединному значению давления (точки с и d). Систолическое давление соответствует точке е. Затем амплитуда осцилляций падает (точка f) (рис. 1).

Осцилляции возникают в моменты сердечных сокращений в процессе формирования пульсовой волны. Характерная форма отдельных осцилляций представлена на рис. 2. При изменении давления форма осцилляций меняется. При приближении к срединному значению провал точки Е практически исчезает.

Рис. 2. Характерная форма отдельных осцилляций

Анализ графика показывает, что изменения значения давления в промежутке между интервалами сердечных сокращений прямыми методами осуществить невозможно. В этой связи возникают погрешности, значения которых могут изменяться в пределах от нуля до значения падения давления в промежутке между интервалами сердечных сокращений. Например, при частоте 60 уд./мин, т.е. 1 уд/с, и скорости декомпрессии 3 мм рт. ст./c погрешность может составлять от о до 3 мм рт. ст.

Выделяют основные виды погрешностей осциллометрического метода измерения:

1) погрешность датчика давления - 1-3 %;

2) погрешность преобразования аналогового сигнала в цифровой в условиях присутствия шумов - 1,5-2 %;

3) погрешность оценки давления в момент считывания значения максимальной амплитуды осцилляций, вызванная декомпрессией при скорости декомпрессии 2 мм рт. ст., -2-3 %;

115

Вестник Пензенского государственного университета № 3 (11), 2015

4) погрешность алгоритмического метода вычисления систолического и диастолического давлений - 6-10 %;

5) температурная погрешность - 2-3 %.

Помимо высокой погрешности, у существующих аналогов имеются и другие недостатки, такие как: высокая цена, влияние шумов на результаты измерений, достаточно длительное время проведения одного цикла измерения, сложность в управлении, громоздкость систем. В качестве среды, связывающей колебания поверхности манжеты и показаний датчика давления, выступает воздух. Поскольку воздух сжимаем, то регистрация колебаний поверхности манжеты датчиком носит искаженный характер.

Данные проблемы можно искоренить с помощью использования методики адаптивной декомпрессии, замены воздуха на жидкость, что позволит не только снизить процент погрешности, но и уменьшить размер аппарата. В манжете необходимо использовать две камеры, это позволяет расширить функциональные возможности, в том числе измерять скорость пульсовой волны.

С целью повышения точности определения верхней и нижней границ значений артериального давления вводится адаптивный алгоритм декомпрессии. Его суть заключается в уменьшении скорости декомпрессии на порядок вблизи точек b и e (рис. 1).

Метод осуществляется следующим образом (рис. 3): после нагнетания в манжете давления, превышающего уровень систолического давления, начинается процесс декомпрессии с обычной скоростью (например, 3 мм рт. ст./с). В момент появления пульсаций, значение которых превышает f/пор, производится автоматическая подкачка давления на 3-4 мм рт. ст. Затем начинается режим медленной декомпрессии со скоростью 0,1-0,з мм рт. ст./с. Процесс медленной декомпрессии продолжается до момента появления значения сигнала, не превышающего пороговое значение (Pi).

Далее начинается декомпрессия с обычной либо ускоренной скоростью и продолжается до исчезновения осцилляций, лежащих ниже порогового значения. Как только пульсации превышают f/пор, снова происходит подкачка давления в манжете и снижение скорости декомпрессии. Процесс медленной декомпрессии продолжается до того момента, когда значения пульсаций будут ниже /пор(Р2). Затем происходит быстрое снижение давления. Измерения заканчиваются.

В результате применения методики адаптивной декомпрессии реализуется метод прямой оценки границ давлений. Точность определения АД сопоставима с точностью механических тонометров. Снижается время на проведение одного цикла исследования.

Создаются предпосылки для разработки систем оценки АД с погрешностью до 1 %.

116

Медицина и здравоохранение

Данилина Оксана Сергеевна

студентка,

Пензенский государственный университет E-mail: oksana483@rambler.ru

Мнацаканян Антон Арменович

студент,

Пензенский государственный университет Е-mail: anton.medic1967@yandex.ru

Геращенко Сергей Иванович

доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой медицинской кибернетики и информатики,

Пензенский государственный университет Е-mail: mpo@list.ru

Геращенко Сергей Михайлович

доктор технических наук, профессор, заместитель декана Лечебного факультета по научно-исследовательской работе,

Пензенский государственный университет Е-mail: sgerash@mail.ru

Danilina Oksana Sergeevna

student,

Penza State University

Mnatsakanyan Anton Armenovich

student,

Penza State University

Gerashchenko Sergey Ivanovich

doctor of technical sciences, professor, head of sub-department of medical cybernetics and informatics,

Penza State University

Gerashchenko Sergey Mikhaylovich

doctor of technical sciences, professor, deputy dean of Medical faculty for research work, Penza State University

УДК 616-71 Данилина, О. С.

Комплекс суточного мониторинга гемодинамических показателей сердечно-сосудистой системы человека / О. С. Данилина, А. А. Мнацаканян, С. И. Геращенко, С. М. Геращенко // Вестник Пензенского государственного университета. - 2015. - № 3 (11). - C. 114-117.