Оценка скорости распространения пульсовой волны артериального давления пневматическим датчиком с синхронным каналом ЭКГ

Важнейшими факторами в лечении атеросклероза являются профилактика и ранняя диагностика. В субклинической (до появления ясных клинических признаков) стадии атеросклероз представляет собой процесс постепенной, внешне малозаметной утраты кровеносными сосудами своих основных функций. Стенки сосудов постепенно обызвествляются и теряют свою эластичность, прогрессирует сужение диаметра сосуда. Процесс характеризуется повышением жесткости артериальных стенок и увеличением артериального давления (АД). В современной практике популярным количественным методом оценки артериальной жесткости стало измерение скорости распространения пульсовой волны (СРПВ), т. е. скорости распространяющейся по артериям волны повышенного давления, вызванной выбросом крови из левого желудочка сердца в период систолы. В приближении линейной теории для этой величины можно записать [1]:

V ^( Eh ) / ( р D ) ,                           (1)

где E – эффективный касательный модуль Юнга; h и D – невозмущенные толщина стенок и диаметр сосуда соответственно; ρ – плотность крови.

Из формулы (1) следует, что рост величины модуля упругости и уменьшение диаметра сосуда приводят к повышению величины СРПВ. Естественным методом измерения СРПВ можно считать непосредственное измерение величины запаздывания волны (PWTT – pulse wave transit time) между парой заданных поперечных сечений исследуемой артерии. Теоретически для этого надо использовать пару сфигмометрических датчиков, расположенных проксимально над поверхностными сосудами (артериями) и дистально по отношению к сердцу (на сонной, бедренной, лучевой и других доступных артериях). Если знать расстояние d между датчиками (вдоль артерии) и определить время запаздывания волны между ними как δ t = t ₂ – t ₁ , то величину СРПВ можно очевидным образом представить в виде отношения этих величин:

V = d I A t = d / ( 1 ₂ - 1 1 ) ,                             (2)

где t ₂ и t ₁ – моменты времени последовательного прохождения некоторого выбранного маркера пульсовой волны, например, ее фронта, для каждого из датчиков.

Реализация метода

Однако при реализации метода на практике возникает целый ряд трудностей технического и методического характера.

В предшествующие годы авторами доклада разрабатывались и экспериментально тестировались датчики нового типа для регистрации динамики пульсовой волны АД, в том числе трехканальный пневматический датчик непрерывного неинвазивного мониторинга АД [2–5]. Очевидным преимуществом разработанного прибора признана возможность режима непрерывного измерения динамики АД, который позволяет не только определять текущие систолическое/диастолическое давления, но и отслеживать динамику АД как внутри цикла, так и на значительных интервалах времени. Для решения проблемы оценивания СРПВ с помощью пневматических датчиков был применен нестандартный подход. Его идея заключалась в том, что если удастся разнести измерения для пары точек

Анциперов В.Е. и др. Оценка скорости распространения пульсовой волны артериального...

над артерией еще и по времени, то можно попробовать обойтись только одним датчиком. Было показано, что в качестве опорного периодического «нуля» можно использовать положение R -зубца на ЭКГ [5]. Для этого в разработанный авторами пневматический датчик АД был интегрирован дополнительный канал синхронного измерения электрокардиографического (ЭКГ) сигнала (рис. 1). В данном случае этот канал, говоря языком радиотехники, выступил в качестве своеобразного опорного генератора. Показан фрагмент 12-секундной синхронной динамики измеренных модифицированным пневматическим датчиком сигналов артериального давления P_sen ( t ) на запястье пациента и ЭКГ сигнала V_ecs ( t ) на отведении от кистей обеих рук.

Рис. 1. Синхронные измерения сигналов АД (A) и ЭКГ (B). Вертикальными линиями отмечены моменты R -зубцов кардиограммы и соответствующие им минимумы (подножия – PV foots) пульсовой волны АД на лучевой артерии

Опубликованы исследования [6], в которых отмечается, что время задержки включает в себя заметное время «предызгнания», которое следует учитывать при оценке СРПВ. Этот параметр имеет достаточно слабые индивидуальные вариации, по крайней мере внутри определенных групп обследуемых. Поэтому имея эти референтные значения для соответствующих групп и выяснив принадлежность пациента к определенной группе, можно на основе предложенного метода оценивать СРПВ только по измеренному (описанному выше) времени запаздывания, но с обязательной корректировкой его на время предызгнания. Результаты соответствующего вычисления СРПВ на основе вышеизложенной технологии непрямого оценивания приведены на рисунке 2 для добровольцев разного возраста.

Для получения значения величины СРПВ были разработаны и использованы различные варианты измерительного датчика. В частности авторы и их коллеги прилагали значительные усилия по модернизации измерительного датчика с целью обеспечить возможность прямого измерения в районе подключичной артерии и иных труднодоступных мест и получения данных по эталонной методике прямых измерений. В докладе описываются различные варианты конфигурации измерительных датчиков и соответствующие им методики прямой и упрощенной «косвенной» обработки данных.

Специальный выпуск

Рис. 2. Зависимость измеренных величин СРПВ (PWV, m/s) на промежутке от подключичной до лучезапястной позиций от возраста добровольцев (Age, yy)

Заключение

Таким образом, спектр применения ранее разработанной аппаратуры был существенно расширен. Была подтверждена возможность повышения качества субклинической и клинической диагностики состояния сердечно-сосудистой системы на предмет выявления риска получения целого ряда заболеваний, включая диагностику атеросклероза на ранних стадиях развития.

В дальнейшем представляется необходимым выполнение значительного объема совместных исследований со специалистами-кардиологами для уточнения ряда параметров и набора соответствующей медицинской статистики.

Публикуется с разрешения «Журнала радиоэлектроники»