И В Волкова, И Р Лосев, В А Леменков, А Г Мушегов С В Могильников

Компьютерный неинвазивный измеритель артериального давления (далее прибор) разрабатывался как один из измерительных каналов компьютерного врачебного монитора (КМ) для peaнимационных отделений и операционных. Из различных способов автоматического определения значений систолического и диастолического артериального давления (АД) предпочтение было отдано осциллометрическому способу, позволяющему создать прибор, отличающийся удобством эксплуатации, так как при измерении АД используется только одна компрессионная манжета, соединенная с прибором эластичной трубкой.

В исходном состоянии манжета 1 наложена на предплечье пациента, компрессор 5 выключен, клапан быстрой декомпрессии 4 открыт (клапан медленной декомпрессии 3 открыт постоянно и не имеет элементов управления), аналоговый ключ 10 замкнут и конденсатор Схр отслеживает изменение напряжения на выходе усилителя 8. В результате значение напряжения на выходе дифференциального усилителя 12 и буферного усилителя 13 соответствует нулевому уровню давления воздуха в манжете. Данное напряжение по ступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15 и схему управления 11, удерживая последнюю в исходном (сброшенном) состоянии. В канале выделения осцилляций пульсовой волны (активный полосовой фильтр 9 и буферный усилитель 14) сигналы отсутствуют.

Работа прибора начинается с момента получения схемой управления 11 сигнала “ПУСК” от ПК 16. При этом схема управления 11 размыкает аналоговый ключ 10, закрывает клапан быстрой декомпрессии 4 и включает компрессор 5, нагнетающий воздух в манжету. Давление в манжете возрастает, преобразуется в электрический сигнал датчиком давления 2, усиливается (усилители б и 7) и поступает в канал измерения компрессионного давления в манжете (через усилитель 8) и канал выделения осцилляций кровяного давления (через активный полосовой фильтр с полосой пропускания от 0,3 до 15 Гц). ВПК постоянно поступают от АЦП получаемые цифровые отсчеты по каналу измерения компрессионного давления до достижения порогового уровня давления. Пороговый уровень равен 160 мм рт. ст. и задан в алгоритме программы ввода информации в ПК (пороговый уровень может изменяться врачом). Значение данного уровня выбрано так, чтобы оно превышало на 20-30 мм рт. ст. значение систолического АД у практически здоровых людей. При достижении давления в манжете порогового уровня ПК вырабатывает сигнал отключения компрессора - давление в манжете начинает снижаться со скоростью 2- 4 мм рт. ст. в секунду благодаря работе клапана медленной декомпрессии 3. При снижении давления на 3- 5 мм рт. ст. относительно порогового уровня ПК начинает дополнительно получать от АЦП цифровые отсчеты со второго канала - канала выделения осцилляций. Задержка ввода вызвана необходимостью успокоения канала после прекращения работы компрессора. Ввод в ПК осцилляций продолжается при снижении давления в манжете до заданного в ПК второго порогового уровня, равного 50 мм рт. ст. (данный уровень также может, при необходимости, изменяться врачом с клавиатуры ПК). При этом ПК прекращает ввод информации от АЦП и передает на схему управления 11 сигнал "СТОП". Схема управления включает клапан быстрой декомпрессии 4 и выдает сигнал для замыкания аналогового ключа 10 - в результате с усилителя 13 на схему управления поступает напряжение, удерживающее ее в сброшенном состоянии, при котором схема управления ожидает прихода следующего сигнала "ПУСК" из ПК.

Выбор критериев обнаружения характерных точек является одной из самых важных проблем при измерении параметров АД косвенным способом [3]. Поэтому при разработке прибора данному вопросу было уделено наибольшее внимание и опробовано несколько алгоритмов поиска характерных точек. В частности, для определения систолического значения АД был использован алгоритм, близкий к описанному в [З], но результаты измерений нас не удовлетворили из за значительного разброса получаемых значений АД у одного и того же пациента (рис. 2, а, в) Причина большого разброса при использовании первого нашего алгоритма обработки заключалась в том, что для определения характерных точек использовалось дифференцирование осцилляций сигнала, а известно, что при дифференцировании существенно возрастает уровень помех.

Как было отмечено выше, после завершения цикла измерения в ПК введены дискретные значения пульсовых осцилляций S(ti) и линейного снижения давления в манжете Р(ti) на интервале ND t/ (N - число вводимых в ПК отсчетов D t - интервал квантования сигналов S(t) и P(t)). В результате можно найти величины

,

,

k=2, 4

и записать, например, линейное уравнение связи статистических моментов P1 (математического ожидания) и Pk (моменты более высоких порядков) с систолическим давлением Pc в следующем виде:

,

и аналогично для диастолического давления Pд

где a _i, b _i — постоянные коэффициенты.

Для нахождения коэффициентов a _i, b _i используем метод наименьших квадратов и минимизируем сумму мер отклонений S с использованием опытных данных, т. е.

для диастолического давления, где Рcj и Рдj - результаты измерения систолического и диастолического АД, полученные с использованием фонендоскопа

Pi - значение АД, полученное при i-ом измерении, N — число измерений, п — число первых измерений, не учитываемых при обработке (т. е. вычислении величины D ).

Введение величины D вызвано тем, что при измерении АД по Н. С. Короткову [2, 5] среди многочисленных условий, которые необходимо соблюдать, указано "учитывать реакцию больного на процедуру измерения: повторить процедуру несколько раз, так как первое давление выше, чем последующие, за результат принимается последнее наименьшее значение" [1]. В [5] не указано число неучитываемых измерений, поэтому для получения оценки было принято п=3. Найденные значения D (D с — для систолического давления, D д — для диастолического) приведены на рис. 2.

На рис 2, а и б приведены результаты многократных измерении параметров АД у одного обследуемого. Измерения проводились в следующей последовательности многократный ввод с прибора значений по каналу измерения компрессионного давления в манжете и каналу осцилляции, обработка накопленных результатов измерений различными алгоритмами с определением значений АД (Рс и Pд), вычисление оценок Рс и Рд. В результате алгоритм, использующий дифференцирование осцилляций, дает разброс Рс = ±4,4 мм рт. ст. и Рд = ±3,7 мм рт. ст. (см рис 2, а), алгоритм, не использующий дифференцирование осцилляций, дает разброс Рс = ±1,3 мм рт. ст. и Рд = ±1,0 мм рт. ст. (см рис 2, б) соответственно. При использовании фонендоскопа разброс измеренных значений давления относительно среднего давления Рср (см рис 2, в) составляет Рс = 1,6 мм рт. ст. и Рд = ±0,9 мм рт. ст. Приведенный пример показывает, что при использовании второго алгоритма получаемые оценки Рс и Рд близки к соответствующим оценкам ручного метода измерений (с использованием фонендоскопа). На рис. 2, в и г приведены результаты измерений АД и найденные оценки Рс и Рд для другого обследуемого.

- автоматическим цифровым измерителем кровяного давления SE-1000 фирмы 'Sein Electronics" (на рис 3, а - для одного обследуемого на рис. 3, б - для другого обследуемого);

- измерителем АД ИАДЦ- И- 01 с контактным датчиком пульсовой волны А.М. Романовской (изготовитель — ПО Ижевский мотозавод на рис. 3, в- для одного обследуемого, на рис. 3, г — для другого обследуемого);

- измерителем АД ИАД—1М научно производственной фирмы НИОТК Ижевска (см. рис. 3,д).

Общая погрешность измерения параметров АД оценивалась по результатам одновременного измерения прибором ИАД—1М и фонендоскопом с одной манжеты. Измерения были выполнены для 85 обследуемых в возрасте от 10 до 54 лет. По результатам измерений вычислялось среднее значение погрешности D Рта и средне квадратическое отклонение S отдельно для систолического и диастолического давления по формулам

;

,

где D Рi, — разница между показаниями прибора и результатом, полученным с использованием фонендоскопа для i-го измерения, N - количество измерений (равно числу обследуемых). В результате было получено для систолического давления (D Рср)с = -0,04 мм рт. ст.

Sс = 5,1 мм рт. ст.

для диастолического давления (D Рср)д = -0,07 мм рт. ст., Sд = 5,0 мм рт. ст.

Измеритель АД типа ИАД—1М реализован в соответствии с описанной выше структурной схемой (рис. 1), но имеет некоторые отличия, а именно введены дополнительные элементы ручного запуска прибора на измерение, прекращения измерения, ручной установки верхнего Рв и нижнего Рн пороговых уровней, элементы, позволяющие прибору работать в автоматическом режиме при интервале измерения АД 5 мин (данный режим используется в операционной при ведении компьютерной наркозной карты).

Для контроля правильности установки пороговых уровней Рв и Рн врач имеет возможность после получения данных о величине АД пациента вызвать с клавиатуры ПК для отображения (рис. 4) на экране дисплея графики линейного снижения давления в манжете P(t) и пульсовых осцилляций S(t)

График S(t) должен иметь следующие участки медленного нарастания амплитуды, нарастания амплитуды осцилляций до максимального значения и ее спада, медленного спада осцилляции (на рис. 4 это участки от 2 до 6 с, от 6 до 20 с, от 20 до 22 с по временной оси соответственно). Наличие указанных 3 участков свидетельствует о правильности выбора пороговых уровней.

Введение дополнительных элементов управления прибором было выполнено по рекомендациям врачей клиницистов. В частности в разработке и проверке прибора участвовали врачи А. С. Чувашова, О. Д. Столярова, Г. М. Куклина (поликлиника № 5, Ижевск), Ю М Гербер, И. А. Лаптев (медико-санитарная часть № 7 нейрохирургического профиля Ижевска), П. И. Чалый, А. Н. Селезнев, М. А. Прокопьев, А. И. Поздеев (Республиканская клиническая больница № 1 Удмуртской Республики).

1. Описана работа измерителя АД, использующего косвенный метод измерения. Данный измеритель является одним из элементов компьютерного монитора и не содержит элементов обработки сигналов осцилляций для определения характерных точек.

4. Определена общая погрешность измерения параметров разработанного измерителя АД типа ИАД- 1М, для которого среднеквадратическая ошибка измерении составила для систолического АД Sс - 5,1 мм рт. ст., для диастолического АД Sд = 5,0 мм рт. cт. Результаты получены при обследовании 85 пациентов детской городской поликлиники № 5 Ижевска, студентов и сотрудников Ижевского государственного технического университета.

1. Большов В. М., Романовская А. М., Котова Н. А. // Мед. Техника. - 1979.- № 2.- С. 19-22.

2. Воробьева Е. А. и др. Анатомия и физиология. - М. 1981.

3. Лимрашвили Л. Т. // Мед. Техника. - 1993.- № 3.- С. 19-28.

4. Марр Д. Зрение: Информационный подход к изучению представления и обработки зрительных образов.- М., 1987.