Тонометр артериального давления с фотоплетизмографическим каналом для оценки параметров центральной и периферической гемодинамики
ВВЕДЕНИЕ
Среди социально значимых заболеваний большое число случаев тяжелых осложнений и смертности приходится на гипертоническую болезнь (ГБ) и сахарный диабет (СД). По данным ВОЗ, в настоящее время смертность от артериальной гипертензии (АГ) и сопутствующих сердечно-сосудистых осложнений (ССО) превосходит общую смертность от онкологических заболеваний примерно в 2 раза [1, 2]. От АГ страдает около 1 млрд человек в мире. Повышение артериального давления (АД) отмечается уже в раннем возрасте у 14% детей. Среди взрослых процент людей, страдающих АГ увеличивается до 40%, а в старших возрастных категориях превышает 80% [4].
Как было сказано ранее, высокий уровень давления вносит существенный вклад в развитие сердечно-сосудистой смертности. Это, в частности, показано в исследовании [2], авторы которого установили, что повышение систолического АД (САД) на каждые 20 мм рт. ст. или диастолического АД (ДАД) на 10 мм рт. ст. у лиц в возрасте 40–69 лет ведет к более чем двукратному увели
СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 9
1.1 Морфологические особенности строения сосудов 10
1.2 Основные закономерности движения крови по сосудам 13
1.3 Методы оценки состояния сосудистого русла 15
1.4 Биофизические основы измерения АД 16
1.4.1 Пальпаторный метод 17
1.4.2 Аускультативный метод 17
1.4.3 Осциллометрический метод 18
1.5 Биофизические основы фотоплетизмографии 20
1.5.1 Общие принципы формирования ФПГ сигналов 20
1.5.1 Теоретические основы формирования ФПГ сигналов 22
1.5.3 Клиническое применение ФПГ сигналов 26
2. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ 29
2.1 Описание прибора-тонометра с выносными ФПГ датчиками 29
2.2 Обзор аналогов 34
3. ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 37
3.1 Общее описание и принцип действия БТС 37
3.2 Подбор датчика давления 38
3.3 Обоснование медико-технических требований для ФПГ датчика 41
3.3.1 Моделирование распространения света в среде методом Монте-Карло 41
3.3.2 Обоснование выбора длины волны источника 46
3.3.3 Обоснование выбора коэффициента усиления сигнала и расстояния между источником излучения и приемником 48
3.4 Разработка ЭПС датчика ФПГ 51
3.5 Определение параметров АЦП 53
3.6 Разработка модели и чертежа корпуса ФПГ датчика 56
4. РАЗРАБОТКА ПО ДЛЯ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ 58
4.1 Модуль первичной обработки сигналов 58
4.2 Модуль определения АД и индекса ASI 61
4.3 Модуль определения СРПВ и индекса CAVI 64
4.3 Проверка работоспособности ПО 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Схема БТС 77
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. СЭП датчика ФПГ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Чертёж общего вида корпуса датчика ФПГ 79
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Глобальное резюме по гипертонии. ВОЗ, 2013 [Электронный ресурс]. http://www.who.int/cardiovascular_diseases/publications/global_brief_hypertension/ru/
2. Lim SS, et al. A comparative risk assessment of burden of disease and injury attributable to 67 risk factors and risk factor clusters in 21 regions, 1990-2010: a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2010. Lancet. 2012; 380 (9859): 2224-60.
3. Чазова Е.И. и др. Диагностика и лечение артериальной гипертензии. Российские рекомендации (4-й пересмотр) // Системные гипертензии, 2010; 3: 5–26.
4. Turnbull, F, Neal, B, Ninomiya, T, et al. Effects of different regimens to lower blood pressure on major cardiovascular events in older and younger adults: meta-analysis of randomised trials. BMJ 2008; 336:1121.
5. Климов А. В., Денисов Е. Н., Иванова О. В. Артериальная гипертензия и ее распространенность среди населения //Молодой ученый. – 2018. – №. 50. – С. 86-90.
6. Куликов В. П. Лекция (тезисы) «Основы сосудистой гемодинамики».
7. Сердечно-сосудистая система. Анатомия и возрастная физиология. URL: https://studme.org/1985080126890/meditsina/sosudistaya_sistema (дата обращения: 03.06.2023).
8. Чернобай Л. В. Физиология сосудистой системы. Основные принципы гемодинамики. – 2012.
9. Кочкина М. С., Затейщиков Д. А., Сидоренко Б. А. Измерение жесткости артерий и ее клиническое значение //Кардиология. – 2005. – Т. 45. – №. 1. – С. 64-72.1
10. Кобалава Ж. Д. и др. Роль возраста в изменении характеристик сосудистой стенки и центральной пульсовой волны //Клиническая фармакология и терапия. – 2015. – Т. 24. – №. 5. – С. 5-10.
11. Милягин В. А., Комиссаров В. Б. Современные методы определения жесткости сосудов //Артериальная гипертензия. – 2010. – Т. 16. – №. 2. – С. 134-143.
12. Бурякина С. А., Кармазановский Г. Г. Клиническое значение контрастных исследований Часть 1. Периферическое кровообращение. Основные понятия физиологии и биомеханики //Медицинская визуализация. – 2011. – №. 2. – С. 125-134.1
13. Десова А. А., Легович Ю. С., Разин О. С. Принципы формирования диагностически значимых признаков ритмической структуры пульсового сигнала //Проблемы управления. – 2006. – №. 1. – С. 69-75.
14. Заирова А. Р., Рогоза А. Н. Объемная сфигмография сегодня //Медицинский алфавит. – 2018. – Т. 4. – №. 36. – С. 8-18.
15. Илюхин О. В., Лопатин Ю. М. Скорость распространения пульсовой волны и эластические свойства магистральных артерий: факторы, влияющие на их механические свойства, возможности диагностической оценки //Вестник Волгоградского государственного медицинского университета. – 2006. – №. 1 (17). – С. 3-9.
16. Малиновский Е. Л. Учебно-методическое пособие по использованию пальцевой фотоплетизмографии //Режим доступа: http://www. tokranmed. ru/metod/fpg_clinik_1. htm. – 2017.
17. Бабич М. В., Чистяков А. В., Сирица В. А. Встраиваемые информационно-измерительные системы для медицинских приборов: учебно-методическое пособие. – 2022.
18. Кобалава Ж. Д., Котовская Ю. В., Моисеев В. С. Артериальная гипертония: ключи к диагностике и лечению. – ГЭОТАР-Медиа, 2009.
19. Дедов И. И., Шестак
Клиническое применение ФПГ широко распространено в различных областях медицины. В соответствии с современными представлениями чаще всего фотоплетизмография используется для мониторинга физиологических параметров, таких как частота сердечных сокращений, вариабельность дыхательного ритма и насыщение крови кислородом [32,35,36]. ФПГ также применяется для оценки микроциркуляции периферического русла, через определение скорости распространения пульсовой волны (СРПВ), перфузионного индекса и аналогичных гемодинамических параметров [33,34, 38-40]. Другая область применения - оценка вегетативных функций, к которым относится вазомоторная функция, терморегуляция и нервная регуляция [37].
Ведутся исследования использования ФПГ сигналов для определения АД как отдельно [37,39], так и в составе окклюзионных методов [38,40]. Преимуществом сочетания анализа сигналов ФПГ с тонометрическими является возможность проводить комплексные исследования периферических кровеносных сосудов изучать переходные процессы в организме, исследовать сосудистую реакцию на внешнее воздействие, которая тесно связана с определением давления.
Типовой вид фотоплетиз