RU2697227C1 - Blood pressure determining method - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine.SUBSTANCE: invention refers to medicine, particularly to physiology and cardiology. Arteries oscillograms are recorded and analyzed at frequencies from 0 Hz to 60 Hz with subsequent electrical conversion. Compression of the pinch measuring cuff is continued until the appearance of the OSG waves. Magnitude of diastolic and systolic pressure is determined according to the amount of pressure in the pinch measuring cuff. In this case, the limiting value of the amplitude and time constant are determined. To determine systolic pressure on systolic portion of the oscillogram, the time constant is recorded from the calibration curve. Calibration is carried out a priori for two measured and known values of the upper and lower boundaries of the adaptive range. Calibration characteristic is function of limiting amplitude of oscillogram compensating uncertainty of time constant selected arbitrarily, and connecting reference and measured characteristic due to normalization of measured values by known ones. Calibration characteristic is used to find actual values of the time constant and the limiting amplitude of the oscillogram, from which a calibration characteristic, a reference characteristic is plotted, and a systolic pressure is determined, similarly diastolic pressure is found.EFFECT: invention provides higher metrological efficiency due to elimination of metrological and dynamic error by calibration characteristic of limiting amplitude of oscillogram compensating uncertainty of time constant selected arbitrarily.1 cl, 4 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к медицине, в частности к физиологии и кардиологии, может быть использовано как в клинических, так и в экспериментальных исследованиях.The alleged invention relates to medicine, in particular to physiology and cardiology, can be used in both clinical and experimental studies.

Известен способ определения артериального давления (АД) методом Короткова [Медицинские приборы. Разработка и применение / Под ред. Ревенко С.В. - М.: Медицинская книга, 2004. - С. 326-330], по которому измеряют диастолическое и систолическое артериальное давление.A known method for determining blood pressure (BP) by the Korotkov method [Medical devices. Development and application / Ed. Revenko S.V. - M .: Medical book, 2004. - S. 326-330], which measure diastolic and systolic blood pressure.

Недостатками этого решения являются необходимость создания высоких уровней давления в пережимной манжете, превышающих величину систолического давления в артерии, а также то, что между измерением диастолического и систолического давления проходит время не менее 15-20 с. Таким образом, измеряемые величины давления относятся к сердечным циклам, отстоящим далеко друг от друга.The disadvantages of this solution are the need to create high levels of pressure in the pinch cuff, exceeding the systolic pressure in the artery, as well as the fact that at least 15-20 seconds elapse between the measurement of diastolic and systolic pressure. Thus, the measured pressure values relate to cardiac cycles that are far apart.

Известен также тахоосциллографический метод (ТО) измерения АД, предложенный Н.Н. Савицким [Савицкий Н.Н. Некоторые методы исследования и функциональной оценки системы кровообращения. Медгиз, 1956]. В основе ТО метода лежит принцип измерения изменения объема конечности, которое происходит под действием пульсирующего тока крови в магистральных сосудах. Этот метод позволяет измерять диастолическое (Рмин), среднее динамическое (Рср), боковое систолическое (Рбс) и конечное (Рмакс) систолические давления в магистральном артериальном сосуде конечности, на которую наложена пережимная измерительная манжета. По указанным выше значениям АД рассчитывают величины пульсового (dP, Рбс, Рмин) и ударного (Руд, Рмакс, Рбс) АД. Погрешность измерения первых четырех показателей АД по данным автора составляет 5 мм рт.ст. при скорости подъема давления в пережимной манжете 4-5 мм рт.ст./с.Also known tacho-oscillographic method (TO) measurement of blood pressure, proposed N.N. Savitsky [Savitsky N.N. Some research methods and functional assessment of the circulatory system. Medgiz, 1956]. The method is based on the principle of measuring changes in limb volume, which occurs under the action of a pulsating blood flow in the great vessels. This method allows you to measure diastolic (Rmin), mean dynamic (Rsr), lateral systolic (Rbs) and end (Rmax) systolic pressures in the main arterial vessel of the limb, on which a pinch measuring cuff is applied. Using the above BP values, pulse (dP, Rbs, Rmin) and shock (Rud, Rmax, Rbs) BPs are calculated. The measurement error of the first four indicators of blood pressure according to the author is 5 mm Hg. when the pressure rise rate in the pinch cuff is 4-5 mm Hg / s.

Недостатком этого способа является ряд инструментальных и методических недоработок, которые резко увеличивают погрешность измерений.The disadvantage of this method is a number of instrumental and methodological flaws that dramatically increase the measurement error.

За прототип принят осциллографический способ измерения артериального давления [см. патент №2441581 РФ, кл. А61В 5/022, БИ от 10.02.2012 г.], включающий регистрирацию и анализ осциллограмм артерий в частотах от 0-0,1 Гц до 40-60 Гц с последующим электрическим преобразованием. Компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до появления волн ОСГ. Определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете. При этом определяют предельное значение амплитуды и постоянной времени. Для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют текущую амплитуду в первый момент времени и измеряют вторую амплитуду в кратный момент времени от первоначального значения времени. По двум значениям амплитуды и моментам времени находят предельное значение амплитуды и постоянную времени, по которым определяют систолическое давление, затем аналогично находят диастолическое давление.The prototype adopted an oscillographic method for measuring blood pressure [see RF patent No. 2441581, class АВВ 5/022, BI dated 02.10.2012], including the registration and analysis of oscillograms of arteries at frequencies from 0-0.1 Hz to 40-60 Hz, followed by electrical conversion. The compression of the pinch measuring cuff is continued until the OSG waves appear. The diastolic and systolic pressure values are determined from the pressure value in the pinch measuring cuff. In this case, the limit value of the amplitude and time constant is determined. To determine the systolic pressure on the systolic part of the waveform, the current amplitude is recorded at the first time moment and the second amplitude is measured at a multiple point in time from the initial time value. From the two values of the amplitude and time instants, the limiting value of the amplitude and the time constant are found, from which systolic pressure is determined, then diastolic pressure is similarly found.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений за счет измерения по калибровочной характеристике с известными параметрами, которые на практике, как правило, неизвестны и изменяются нелинейно, компенсируя неопределенность другого параметра, выбранного произвольно.The disadvantage of the prototype is the low accuracy of measurements due to measurements by a calibration characteristic with known parameters, which in practice are usually unknown and vary non-linearly, compensating for the uncertainty of another parameter chosen arbitrarily.

Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности за счет исключения методической и динамической погрешности по калибровочной характеристике предельной амплитуды осциллограммы, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно.The technical task of the method is to increase metrological efficiency by eliminating methodological and dynamic errors in the calibration characteristic of the maximum amplitude of the oscillogram, compensating for the uncertainty of the time constant chosen arbitrarily.

Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе определения артериального давления включающем регистрацию и анализ осциллограмм артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим преобразованием, регистрацию и анализ объемной осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов производят в полосе частот от 0-0,1 Гц до 40-60 Гц, компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн ОСГ, определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете, определяют предельное значение амплитуды и постоянной времени, в отличие от прототипа, для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют постоянную времени по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция предельной амплитуды осциллограммы, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно, и связывающая эталонную и измеренную характеристику за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике находят действительные значения постоянной времени и предельного значения амплитуды осциллограммы, по которым последовательно строят калибровочную характеристику, эталонную характеристику и определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.The stated technical problem is achieved by the fact that in the method for determining blood pressure, which includes registration and analysis of oscillograms of arterial vessels in the process of increasing pressure in a pinch measuring cuff with subsequent electrical conversion, registration and analysis of volumetric oscillograms (OCG) of arterial vessels is performed in a frequency band from 0-0 , 1 Hz to 40-60 Hz, the compression of the pinch measuring cuff is continued until the appearance of OSG waves, the value of diastolic and systolic yes is determined the pressure value in the pinch measuring cuff, determine the limit value of the amplitude and time constant, in contrast to the prototype, to determine the systolic pressure on the systolic part of the waveform, the time constant is recorded from the calibration characteristic, calibration is carried out a priori for two measured and known values of the upper and lower boundaries adaptive range, the calibration characteristic is the function of the maximum amplitude of the waveform, compensating for the uncertainty of the constant time selected arbitrarily, and linking the reference and measured characteristics by normalizing the measured values by known ones, find the actual values of the time constant and the amplitude amplitude limit values from the calibration characteristic, which are used to construct the calibration characteristic, reference characteristic and determine systolic pressure, diastolic pressure is similarly found .

1. Определяют постоянную времени Т₀ по калибровочной функции U_0i.1. The time constant T _{0 is} determined from the calibration function U _0i .

2. Калибровку проводят априори для известных эталонных U_Э (фиг. 1 кривая 1) и измеренных U (фиг. 1 кривая 2) значений артериального давления.2. Calibration is carried out a priori for the known reference U _E (Fig. 1 curve 1) and measured U (Fig. 1 curve 2) blood pressure values.

3. Калибровочной характеристикой служит характеристика U_0i предельной амплитуды осциллограммы, компенсирующая неопределенность постоянной времени Т^*, выбранной произвольно, и связывающая эталонную U_Э и измеренную U зависимости за счет нормирования измеренных значений известными3. The calibration characteristic is the characteristic U _{0i of the} limiting amplitude of the waveform, compensating for the uncertainty of the time constant T ^* , chosen arbitrarily, and linking the reference U _E and the measured U dependences due to normalization of the measured values by known

По калибровочной характеристике U_0i восстанавливают характеристику U (t), тождественную эталоннойFrom the calibration characteristic U _0i , the characteristic U (t) is restored, which is identical to the reference

которая максимально приближена к эталонной кривой U_Э(t):which is as close as possible to the reference curve U _e (t):

Эталонная характеристика U_Э(t) и характеристика, ей тождественная, U (t) получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами U₀, Т₀:The reference characteristic U _Э (t) and the characteristic identical to it, U (t) are obtained from the exponential dynamic characteristic with the desired informative parameters U ₀ , Т ₀ :

где T₀ - постоянная времени и U₀ - предельное значение амплитуды. Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:where T ₀ is the time constant and U ₀ is the limit value of the amplitude. The physical meaning of informative parameters follows from the limit relations:

т.е. U₀ - предельное напряжение крови для t=0,those. U ₀ is the limiting blood pressure for t = 0,

т.е. Т₀ - постоянная времени.those. T ₀ - time constant.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр задается произвольно Т^*, а второй принимает вид функции U_0i, которая компенсирует незнание первого информативного параметра. С помощью этой функции калибруется измеренная характеристика.In practice, one of the informative parameters of the studied characteristics is usually unknown. In this case, one parameter is set arbitrarily T ^* , and the second takes the form of a function U _0i , which compensates for the ignorance of the first informative parameter. Using this function, the measured characteristic is calibrated.

Задаем произвольно параметр T*=const вместо неизвестного действительного значения постоянной времени Т₀. Для компенсации произвольности константы Т* предельное значение амплитуды U₀ превратится в характеристику U_0i, компенсирующую незнание постоянной времени Т₀. Калибровочной функцией для известных параметров Т₀, U₀ служит экспоненциальная динамическая характеристика (1).We arbitrarily set the parameter T * = const instead of the unknown real value of the time constant T ₀ . To compensate for the arbitrariness of the constant T *, the limit value of the amplitude U ₀ will turn into a characteristic U _0i , compensating for the ignorance of the time constant T ₀ . The calibration function for the known parameters T ₀ , U ₀ is the exponential dynamic characteristic (1).

Калибровочную характеристику U_0i выразим из системы уравнений с известными параметрами T₀, U₀ характеристики U_Э(t), являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики и (t)=U_i, являющейся измеренной, с произвольной константой Т* и характеристикой U_0i:We express the calibration characteristic U _0i from the system of equations with known parameters T ₀ , U _{0 of the} characteristic U _Э (t), which is the reference (obtained by approximating the experimental data), and the characteristics and (t) = U _i , which is measured, with an arbitrary constant T * and characteristic U _0i :

Поделим одно уравнение системы на другое, чтобы выразить калибровочную характеристику:We divide one equation of the system into another in order to express the calibration characteristic:

В соответствии с закономерностями калибровки и t_Э=t следует калибровочная характеристика U_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:In accordance with the laws of calibration and t _E = t follows the calibration characteristic U _0i , which relates the standard and measured curves:

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция предельного значения амплитуды, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно (фиг. 1, кривая 3).Therefore, the calibration characteristic is the function of the amplitude limit value, which compensates for the uncertainty of the time constant chosen arbitrarily (Fig. 1, curve 3).

4. По калибровочной характеристике U_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды U₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (4) составим систему уравнений для i=1,2:4. Using the calibration characteristic U _0i , the real values of the time constant T ₀ and the limit value of the amplitude U _{0 are found} , which are informative parameters that deliver the optimum to the calibration characteristic. From characteristic (4) we compose a system of equations for i = 1,2:

Поделив одно уравнение системы (5) на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени Т₀:Dividing one equation of system (5) into another and prologarithmic, determine the algorithm of the time constant T ₀ :

Следовательно, алгоритм (6) оптимизации постоянной времени регламентирован отношением диапазона времени к логарифму измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.Therefore, the time constant optimization algorithm (6) is regulated by the ratio of the time range to the logarithm of the measured amplitudes of the boundaries of the waveform at multiple times.

Выразив Т₀ из первого и второго уравнений системы (5) и приравняв их друг другуExpressing T ₀ from the first and second equations of system (5) and equating them to each other

находят алгоритм определения предельного значения амплитуды осциллограммы:find an algorithm for determining the limit value of the amplitude of the waveform:

Следовательно, алгоритм (7) оптимизации предельного значения амплитуды осциллограммы регламентирован отношением измеренных амплитуд границ осциллограммы в кратные моменты времени.Therefore, the algorithm (7) for optimizing the limit value of the amplitude of the waveform is regulated by the ratio of the measured amplitudes of the boundaries of the waveform at multiple times.

5. По действительным значениям постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды осциллограммы U₀, последовательно строят калибровочную характеристику U_0i предельного напряжения крови и эталонную характеристику U_Э. Результатом калибровки служит тождественность измеряемой характеристики U эталонной U_Э, т.е. U≡U_Э.5. From the actual values of the time constant T ₀ and the limit value of the amplitude of the waveform U ₀ , the calibration characteristic U _{0i of the} limiting blood voltage and the reference characteristic U _E are successively constructed. The calibration result is the identity of the measured characteristic U reference U _E , i.e. U≡U _E.

Для информативных параметров (6) и (7) строят (аппроксимируют) калибровочную характеристику U_0i (4) (фиг. 1 кривая 3), по которой находят согласно (3) действительную U_di характеристику (фиг. 2, точки), тождественную эталонной U_эi (фиг. 2, линия) искомой характеристике, когда U_di=U_эi.For informative parameters (6) and (7), a calibration characteristic U _0i (4) is constructed (approximated) (Fig. 1 curve 3), from which, according to (3), the actual U _di characteristic (Fig. 2, points) is found that is identical to the reference U _ei (Fig. 2, line) of the desired characteristic when U _di = U _ei .

6. Измеряют систолическое давление, (фиг. 3)6. Measure systolic pressure, (Fig. 3)

Аппроксимируя осциллограмму по зависимости (2), вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени T_S.Approximating the oscillogram according to dependence (2), a reference measure is introduced, which is equal to the time constant T _S.

Для систолической части модели t=T_S, поэтому для измеряемого давления Р=νt по линейному закону:For the systolic part of the model, t = T _S ; therefore, for the measured pressure P = νt according to the linear law:

где ν - скорость линейного набора давления в пережимной измерительной манжете.where ν is the linear pressure gain rate in the pinch measuring cuff.

7. Измерение диастолического давления.7. Measurement of diastolic pressure.

Аналогично для диастолической части вводят меру отсчета, которая равна постоянной времени T_D, и измеряют диастолическое давление:Similarly, for the diastolic part, a reference measure is introduced, which is equal to the time constant T _D , and diastolic pressure is measured:

P_D=νt.P _D = νt.

Адекватность предлагаемого способа физике эксперимента доказывает математическое моделирование действительной характеристики, относительно эквивалента экспериментальной характеристики, по полученным значениям.The adequacy of the proposed method to the physics of the experiment is proved by mathematical modeling of the actual characteristics, relative to the equivalent of the experimental characteristics, according to the obtained values.

Проводят оценку адекватности полученных зависимостей по формуле определения относительной погрешности:The adequacy of the obtained dependencies is assessed by the formula for determining the relative error:

ее оценка представлена на фиг. 4а.its assessment is presented in FIG. 4a.

При задании произвольного значения T*=const, отличного от эталонного Т₀, предельное значение амплитуды осциллограммы U₀ превращается в функцию, которая компенсирует незнание значения Т₀. Эталонная и действительная характеристики тождественны (погрешность порядка 2*10^-8 (фиг. 4 а), что доказывает эффективность применения калибровки.When setting an arbitrary value T * = const other than the reference T ₀ , the limit value of the amplitude of the waveform U ₀ turns into a function that compensates for the ignorance of the value of T ₀ . The reference and actual characteristics are identical (an error of the order of 2 * 10 ^-8 (Fig. 4 a), which proves the effectiveness of the use of calibration.

Эффективность по точности предлагаемого решения - постоянная величина единичного уровня, а для прототипа - определяется нелинейностью η (см. фиг. 4б) калибровочной характеристики U_i:The effectiveness of the accuracy of the proposed solution is a constant unit level, and for the prototype it is determined by the nonlinearity η (see Fig. 4b) of the calibration characteristic U _i :

Нелинейность (9) прототипа регламентирует методическую погрешность (см. фиг. 4б) для известных параметров U₀, Т₀ эквивалента, но на практике, как правило, один из параметров неизвестен. Его выбирают произвольно T*. При этом второй параметр из константы U₀ принимает вид функции U_oi (фиг. 1, кривая 3), которая компенсирует незнание параметра Т₀, что исключает методическую погрешность (9) характеристики. Это следует из тождественности эквиваленту действительной характеристики (фиг. 2).The nonlinearity (9) of the prototype regulates the methodological error (see Fig. 4b) for the known parameters U ₀ , T ₀ equivalent, but in practice, as a rule, one of the parameters is unknown. It is arbitrarily chosen by T *. In this case, the second parameter from the constant U ₀ takes the form of a function U _oi (Fig. 1, curve 3), which compensates for the ignorance of the parameter T ₀ , which eliminates the methodological error (9) of the characteristic. This follows from the identity of the equivalent of the actual characteristics (Fig. 2).

Таким образом, определение артериального давления по калибровочной характеристике предельной амплитуды осциллограммы, компенсирующей неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно, в отличие от известных решений (фиг. 4б), повышает точность определения артериального давления на несколько порядков за счет адекватности предлагаемого способа эксперименту при отсутствии методической и динамической погрешностей.Thus, the determination of blood pressure from the calibration characteristic of the limit amplitude of the waveform, compensating for the uncertainty of the time constant, chosen arbitrarily, in contrast to the known solutions (Fig. 4b), increases the accuracy of determining blood pressure by several orders of magnitude due to the adequacy of the proposed method to experiment in the absence of a methodological and dynamic errors.

Claims (7)

Способ измерения артериального давления, включающий регистрацию и анализ осциллограмм артериальных сосудов в процессе нарастания давления в пережимной измерительной манжете с последующим электрическим преобразованием, регистрацию и анализ объемной осциллограммы (ОСГ) артериальных сосудов производят в полосе частот от 0-0,1 Гц до 40-60 Гц, компрессию пережимной измерительной манжеты продолжают до момента появления волн ОСГ, определяют величину диастолического и систолического давления по величине давления в пережимной измерительной манжете, а также предельное значение амплитуды и постоянной времени, отличающийся тем, что для определения систолического давления на систолической части осциллограммы регистрируют постоянную времени по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных U₁, U₂ и известных значений U₀₁, U₀₂ верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция U_0i предельной амплитуды осциллограммыA method of measuring blood pressure, including registration and analysis of oscillograms of arterial vessels during pressure buildup in a pinch measuring cuff followed by electrical conversion, registration and analysis of volumetric oscillograms (OCG) of arterial vessels is performed in the frequency range from 0-0.1 Hz to 40-60 Hz, the compression of the pinch measuring cuff is continued until the OSG waves appear, the value of diastolic and systolic pressure is determined from the pressure in the pinch measuring ma zhete and also limit the amplitudes and time constants, characterized in that for determining the systolic pressure on the systolic portion of the waveform record time constant from the calibration characteristic, the calibration is carried out a priori for the two measurements U _1, U ₂ and the known values of U _01, U ₀₂ top and the lower boundaries of the adaptive range, the calibration characteristic is the function U _{0i of the} maximum amplitude of the waveform

компенсирующая неопределенность постоянной времени Т₀, выбранной произвольно

и связывающая эталонную U_Э и измеренную U_i характеристикиcompensating uncertainty of the time constant T ₀ chosen arbitrarily

and linking the reference U _E and the measured U _i characteristics

где U₀ - предельная амплитуда и U_0i - калибровочная характеристика; Т₀ - действительная и

- произвольная постоянная времени; t_Э - эталонный и t_i=t_Э - измеренный интервалы времени для i=1, 2; за счет нормирования измеренных U₁, U₂ значений известными U₀₁, U₀₂, по калибровочной U_0i характеристике находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного значения амплитуды U₀ осциллограммыwhere U ₀ is the limiting amplitude and U _0i is the calibration characteristic; T ₀ - real and

- arbitrary time constant; t _e - reference and t _i = t _e - measured time intervals for i = 1, 2; due to the normalization of the measured U ₁ , U ₂ values by the known U ₀₁ , U ₀₂ , from the calibration U _0i characteristic, the real values of the time constant T ₀ and the amplitude limit value U _{0 of the} oscillogram are found

- U₁, U₂ - измеренные и U₀₁, U₀₂ - известные значения предельной амплитуды; - t₁, t₂ - интервалы и кратность k=t₁/t₂ - времени измерения для k=2,n; по которым последовательно строят калибровочную U_0i характеристику, эталонную характеристику U_Э и определяют систолическое давление, аналогично находят диастолическое давление.- U ₁ , U ₂ - measured and U ₀₁ , U ₀₂ - the known values of the limiting amplitude; - t ₁ , t ₂ - intervals and multiplicity k = t ₁ / t ₂ - measurement time for k = 2, n; on which the calibration U _0i characteristic, the reference characteristic U _E are successively built and systolic pressure is determined, diastolic pressure is similarly found.

Images