Фотоэлектрическая сфигмография с применением модуля E14-140

Сфигмография – это современная процедура, которая направлена на измерение артериального пульса и сопутствующих показателей сердечно-сосудистой системы. С помощью специального аппарата определяется частотность и ритм пульсирующей волны, а также уровень наполнения артерии. На основе полученных результатов устанавливается точный диагноз и назначается эффективное лечение.

Современная процедура

Сфигмограф – это аппарат, который позволяет провести диагностику артериального пульса. Во время мониторинга устройством регистрируются систолическое и диастолическое давление, объемные показатели сердечных клапанов и общие показатели проходимости сосудов. Проводится процедура только по назначению лечащего врача: терапевта, кардиолога или хирурга.

Проводить процедуру может только врач узкого профиля, который занимается изучением проблем сердечно-сосудистой системы. Результат процедуры – сфигмограмма. Это кривая линия, каждая часть которой отвечает за разное давление внутри сосудов. Кривая характеризует артериальный пульс и любые отклонения от нормы в работе сердечно-сосудистой системы.

Содержание:

• Современная процедура
• Целесообразность сфигмографии
• Назначение процедуры
• Показатели сфигмографии
• Противопоказания к процедуре
• Проведение процедуры
• Расшифровка результатов
• Что определяет процедура?
• Дополнительные методы

Тип сфигмограммы зависит от области, которая нуждается в дополнительном обследовании. Измеряется центральный пульс для определения давления в области сонной артерии. Полученные данные позволяют оценить давление внутри сосудов (систола и диастола). Измерение периферического пульса проводится на артериях верхних конечностей. На артериях голени измеряется периферическое давление только в тех случаях, когда пациенту противопоказаны манипуляции в области рук.

Виды сфигмографии и сфигмограммы

Собственно сфигмография

регистрирует колебания сосуда на участке тела при помощи приемника, который строго фиксирован над артерией, не оказывая на ее стенки существенного давления. Такое исследование возможно лишь там, где артерии расположены поверхностно, и в тех точках, где обычно проводят пальпацию пульса.

Так называемая объёмная сфигмография

определяет суммарные объёмные изменения шеи (или конечности) пациента, на которую одевают компрессионную (для шеи — узкую, с камерой размером не более половины длины окружности) пневматическую манжету (по указанному выше ГОСТу, прибор для измерения зависимости объема органа или участка тела при кровенаполнении от времени называется «плетизмовазограф»). В середине XX века считалось, что объёмная сфигмография занимает промежуточное положение между сфигмографией и плетизмографией. В современной литературе термин «объёмная сфигмография» или «volume sphygmography» можно встретить лишь в небольшом количестве публикаций российских авторов, а в мировом сообществе исследователей этот термин в настоящее время не употребляется.

Можно также обнаружить термин объёмная сегментарная сфигмография

, то есть регистрация объёмных изменений любого участка тела, доступного для наложения манжеты. Наиболее важным показателем при проведении ОСФГ является измерение скорости распространения пульсовой волны в артериях эластического и мышечного типов. К артериям эластического типа относятся аорта, подключичная, сонная и лёгочная артерии, к артериям мышечного типа — плечевая, лучевая, бедренная и артерии голени.

Методы с использованием компрессионной манжеты могут быть многоканальными

, когда используют несколько манжет для разных конечностей (обычно в условиях лаборатории), либо
одноканальными
, как в устройствах, совмещающих осциллометрическую сфигмоманометрию и получение периферических и центральных сфигмограмм (используют как для амбулаторного мониторирования пульсовых волн, так и для их анализа в условиях офиса врача).

Различают сфигмограмму центрального

и
периферического пульса
. Сфигмограмма центрального пульса производится на подключичной и сонной артериях, либо при помощи специальных преобразований восстанавливается из кривой периферического пульса. Периферический пульс исследуют на бедренной, лучевой, артериях стопы и при объёмной сфигмографии.

Сфигмограмма сонной артерии может записываться синхронно с электрокардиограммой и фонокардиограммой (поликардиография).

Целесообразность сфигмографии

Назначенная специалистом процедура помогает оценить состояние крупных и мелких сосудов в теле человека. С помощью методики определяется проходимость и тонус артерий (их состояние определяет работу всей кровеносной системы). Цель диагностики – определение состояния системы, которая должна снабжать ткани тела кровью. Нарушение основной функции кровеносной системы приводит к заболеваниям сердца и внутренних органов. С помощью процедуры выявляется сердечная недостаточность (определяется степень недостаточности и нарушения кровообращения во внутренних органах).

Назначение процедуры

Жалобы пациента – первопричина обращения к врачу, они являются прямым назначением к процедуре. Головокружения и головные боли, которые приносят много страданий пациенту, являются симптомами для назначения измерения центрального пульса. Показатели центрального пульса определяются, если у больного наблюдается рассеянность внимания, отсутствие концентрации, резкие перепады настроения (возбудимость и апатия), нарушение координации движения. Несвязные между собой симптомы – тревожный знак, который указывает на нарушение кровоснабжения в организме человека.

Измеряется периферический пульс, если у больного часто немеют руки и ноги (конечности могут онемевать по отдельности). Если они мерзнут, при этом пациент жалуется на болевые ощущения в области пальцев, ему назначают сфигмографию. Периферический пульс определяется в случае атрофии жировой и подкожной клетчатки или атрофии мышечной ткани. Если пациент быстро устает и ощущает постоянную слабость в конечностях, лечащий врач направляет его на дополнительные обследования, в том числе сфигмографию, для измерения периферического пульса. Прямым назначением к процедуре является боль в ногах во время ходьбы – болевой синдром не проходит, а со временем только усиливается.

Показатели сфигмографии

Отслеживает сфигмография сразу несколько важных параметров: частоту, ритм пульса, систолы и степень наполнения сосудов. С помощью простого аппарата измеряется верхнее и нижнее артериальное давление, что позволяет поставить точный диагноз гипертоникам. Показатель ударного объема сердца демонстрирует его работу (то, как быстро сердце выбрасывает кровь в кровоток за одно сокращение).

С помощью установки оценивается работа клапанов сердца – сфигмография является вспомогательной процедурой в определении опасных пороков и патологий. Если опасения лечащего врача подтверждаются, пациента направляют на дальнейшие исследования. Сфигмография определяет жесткость артерий. Такой показатель помогает выявить заболевания атеросклеротического характера.

Диагностика

Сфигмография позволяет определить:

• Определение проходимости периферических сосудов;
• Свойства пульса: частоту, ритмичность, наполнение, напряжение, высоту;
• Повышение или понижение артериального давления, относительно нормального уровня;
• Понижение сосудистого сопротивления;
• Скорость распространения пульсовой волны — показатель жёсткости артерий и возможного их поражения атеросклерозом.
• Аортальный порок сердца.
• Ударный объём сердца по методу Вецлера—Бегера или Бремзеля-Ранке.

Противопоказания к процедуре

Прямых противопоказаний к проведению процедуры нет. Если пациент жалуется на онемение рук и ног, его направляют на сфигмографию. Показана такая процедура в любом возрасте и при наличии любых заболеваний у пациента (хронические и затяжные болезни). Установленный кардиостимулятор не является прямым противопоказанием к проведению процедуры – опытный врач оценивает риски проведения исследования для таких пациентов.

Назначение процедуры проходит в несколько этапов:

• происходит консультация у лечащего врача;
• пациент проходит дополнительные обследования организма;
• сдаются общие анализы крови;
• проводится сфигмография;
• назначаются дополнительные методы обследования для определения точного диагноза.

В большинстве случаев процедура проходит без осложнений или побочных явлений – сфигмография не вызывает острых аллергических реакций или дополнительных симптомов. Реже процедура назначается детям и беременным женщинам. При необходимости ребенок проходит измерение пульса с помощью специального аппарата в присутствии родителей.

Подготовка и техника проведения

Правила подготовки к сфигмографии схожи с правилами подготовки к измерению артериального давления (сфигмоманометрии). За некоторое время перед сфигмографией необходимо исключить факторы, влияющие на пульс и артериальное давление пациента: психическое напряжение (также и во время проведения исследования), приём пищи (за 1 час), физическая нагрузка, употребление тонизирующих напитков (чая, кофе, какао), приём лекарств из группы симпатомиметиков, курение (за 1,5—2 часа), употребление алкоголя.

Основное положение тела пациента — лёжа на спине. Руки немного раздвинуты в стороны, голова чуть приподнята (находится на подушке).

При исследовании сонной артерии голова слегка отведена в сторону, шейные мышцы расслаблены. Пелот или воронку устанавливают на уровень верхнего края щитовидного хряща или выше под нижнюю челюсть, в зависимости от места наилучшей пульсации, определяемой пальпаторно. Сфигмография бедренной артерии определяется в верхней трети передней поверхности бедра (треугольнике Скарпа).

Для получения сфигмограммы конечностей удобнее использовать манжету, которую надевают на плечо, предплечье, бедро или голень пациента; в случае амбулаторного мониторирования подготовка и рекомендации пациенту такие же, как и при суточном мониторировании артериального давления.

Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) определяют либо по одновременной записи сфигмограмм двух и более артерий, либо при разделении контура пульсовой волны в одной артерии (с помощью специальных алгоритмов) на прямые и отраженные волны. Различные техники анализа пульсовых волн позволяют также получить значения центрального артериального давления и индекса аугментации .

Проведение процедуры

Проводится процедура в течение 10-15 минут и не приносит никакого дискомфорта пациенту. Врач выбирает подходящее место для измерения пульса: лучевая артерия или артерия на голени. Выбор подходящего места для установки датчиков зависит от проблемы, с которой обратился больной. Для современной методики используются тензометрические или емкостные датчики, которые отличаются высокой прочностью и надежностью.

Датчик считывает информацию – частоту и ритм пульсирующей крови, а затем передает эти данные на регистрирующее устройство. Сфигмография – это регистрация колебаний крови, которая проходит через сосуды (пульсирующая волна проходит вдоль стенок сосуда и создает определенную частоту колебаний).

Существуют отличия между измерением периферического и центрального пульса. В первом случае на полученных результатах видна основная и дополнительная волна (два важных показателя). Измерение пульсовой волны и ее интенсивности проводится с помощью комплексного исследования, основанного на синхронизации работы двух установок (на сонной и бедренной артерии).

В конце исследования сравниваются полученные результаты: по разнице сфигмограмм и дополнительных измерений (длина сосудов и скорость волны) определяется работа сердечно-сосудистой системы и нарушения, которые вызывают неприятные симптомы. Для диагностики мышечных артерий синхронизируют пульс на сонной и лучевой артерии. В норме скорость волны, проходящей через сосуды, равна от 4 до 8 м/с.

История

Сфигмограф Маре. Иллюстрация из книги 1881 года
Сфигмография ведёт свою историю с изобретения сфигмографа в 1854 году немецким врачом Карлом фон Фирордтом (1818—1884). Первые приборы для регистрации пульса (а их было несколько разновидностей), были полностью механическими.

Некоторые российские научные медицинские школы до сих пор используют термин «сфигмография», распространяя его на разные способы записи пульсовых волн в кровеносных сосудах, в то время как в других странах употребление этого термина прекратилось с исчезновением механических сфигмографов (термин употребляется лишь в историческом аспекте), а методы исследования называют по принципу получения записи, например, апланационная тонометрия сонных и бедренных артерий, эхо-трекинг и т.д. Вероятно, российские традиции поддерживаются принятым в СССР в начале 70-х годов XIX века и устаревшим ГОСТ, в котором, однако, нет определения «сфигмограф», а даются отдельные определения «сфигмоартериограф» и «сфигмофлебограф».

Расшифровка результатов

Кривая – результат сфигмографии – выводится на экран. Она является регистрационной информацией о частоте и ритме пульса. Состоит такая кривая из нескольких частей, которые анализирует врач. Эти показатели помогают установить точный диагноз без дополнительных методов исследования.

Лучшие материалы месяца

• Коронавирусы: SARS-CoV-2 (COVID-19)
• Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: на сколько эффективны
• Самые распространенные «офисные» болезни
• Убивает ли водка коронавирус
• Как остаться живым на наших дорогах?

Анакрота представляет собой начало кривой. Линия всегда направлена вверх и отображает ту фазу кровообращения, когда кровь выбрасывается в сосуд. Выброс происходит из сердечного клапана, что незамедлительно фиксирует устройство. Дефекты или отклонения на анакроте свидетельствуют о проблемах с сердцем и примыкающими сосудами.

Инцизура – вторая часть измеренной кривой, которая регистрирует диастолическое давление желудочков. На момент, когда происходит регистрации этого показателя, сердечный клапан полностью закрывается, а в сосуде автоматически понижается давление.

Дикротический зубец – это показатель давления непосредственно в аорте. Поток крови заставляет клапаны закрыться и из-за давления снова попадает в аорту (повышается давление). Последний показатель, отображенный на кривой, катакрота – нисходящая линия, завершающая сфигмографию. По этой части линии можно судить об оттоке крови в периферические части тела, в маленькие сосуды. Такой процесс сопровождается понижением давления в исследуемой части.

Сфигмограф

Основная статья: Сфигмограф
Сфигмограф — прибор для получения сфигмограммы, графического отображения свойств пульса. Сфигмограф состоит из приемника механических колебаний артерии, преобразователя и регистрирующего устройства. Чувствительным элементом сфигмографа является датчик (приёмник) в виде пелота с рычагом в роли преобразователя (как в сфигмографе Маре). В начале и середине XX века для преобразования механических сигналов использовали фотоэлектрические, электромагнитные, пьезокристаллические или тензометрические датчики, а в качестве регистрирующего устройства использовали электрокардиограф с чернильной записью.

Что определяет процедура?

Сфигмограмма – это наглядная картина того, что происходит в сосуде при прохождении крови. С помощью полученных данных, анализируя кривую, врач может заподозрить атеросклероз на любой стадии развития (незначительное скопление атеросклеротических бляшек и серьезные закупорки сосудов). При снижении тонуса или эластичности стенок сосудов наблюдаются изменения полученной кривой. Сфигмограмма указывает на проблемы с кровоснабжением в исследуемой части артерии.

Васкулит и возрастные изменения в сосудах диагностируются по комплексным сфигмограммам, сделанным на разных исследуемых областях. С помощью процедуры можно увидеть расстройства артериального давления и предпринять экстренные меры по устранению проблемы.

По кривой диагностируется стеноз клапана аорты и недостаточность этого клапана, которая угрожает жизни пациента. Сердечная недостаточность определяется с помощью нескольких методов исследования, в том числе сфигмографии. Расшифровкой результатов занимается врач, который исследует проблемы сердечно-сосудистой системы, но определение диагноза – задача лечащего врача. Он пишет назначения на процедуру и оценивает полученные результаты в дополнение к другим методам исследования.

Сфигмограмма

Сфигмограмма (схема) сонной артерии (центрального пульса). ab — Анакрота, bc — Плато, cf — Катакрота, cde — Инцизура, e — Дикротический подъём. Систолические волны: b — ударная (прямая), с — остаточная (отраженная)
Сфигмограмма

— результат сфигмографии в виде пульсовой кривой, по которой определяют свойства пульса и диагностику состояния сердечно-сосудистой системы.

Элементы сфигмограммы:

Анакрота

— интервал подъёма пульсовой волны. Во время систолы левого желудочка сердца порция крови (50—90 мл) резко выбрасывается в аорту и расходится далее по артериям. На пике анакроты (на рисунке в точке b) регистрируется систолическое артериальное давление.

Катакрота

— интервал падения волны. Происходит во время оттока крови из артерий в капилляры. На самой нижней точке катакроты (точка a) регистрируется диастолическое артериальное давление.

Дикротический подъём (зубец)

— вторичный подъём на катакроте. Во время закрытия аортального клапана (участок cd) давление в артериях начинает резко падать, так как кровь кратковременно течёт в обратном направлении к сердцу, но после полного закрытия этого клапана, она вновь устремляется в аорту (участок de). Момент полного закрытия клапана на сфигмограмме соответствует самой нижней точке
инцизуры (вырезки)
(точка d). После дикротического подъёма давление падает более медленно (участок ef).

Дополнительные методы

Для полной картины заболевания сфигмографии недостаточно. Полученные показатели демонстрируют работу сосудов, но не всегда показывают причину сбоев в работе сердечно-сосудистой системы. Для комплексного обследования используются ЭКГ и ЭХоКГ (электрокардиограмма и эхокардиограмма). Ангиография позволяет оценить степень осложнения заболевания и выявить его первопричину. Сфигмография – это вспомогательный диагностический метод, который не исключает дополнительные методики и обследования.

Для каждого сосуда установлена норма прохождения крови: отклонения от нормы могут зависеть от индивидуальных особенностей организма пациента. Для лучевой артерии такая норма составляет от 6 до 12 м/с. С помощью механокардиографа удается измерять пульс сразу в двух показателях. В период прохождения лечения такая комплексная диагностика способна определить динамику назначенной терапии. Назначением комплексной диагностики занимается лечащий специалист, который оценивает целесообразность повторной процедуры. Отсутствие противопоказаний позволяет проводить несколько сфигмографий в год.

Больше свежей и актуальной информации о здоровье на нашем канале в Telegram. Подписывайтесь: https://t.me/foodandhealthru

Будем признательны, если воспользуетесь кнопочками:

Фотоэлектрическая сфигмография с применением модуля E14-140

Внедрение: 2021 г.

Специалистами из двух харьковских университетов была создана экспериментальная установка на основе модуля АЦП E14‑140, реализующая классический способ получения сфигмограммы, о чём свидетельствует статья [1], опубликованная в международном научно-практическом журнале «Фотобиiологiя та фотомедицина». Ниже приводим фрагменты этой статьи.
Фотоэлектрическая сфигмография – это графическая регистрация пульсовых колебаний сосудов с помощью оптико-электрической пары светодиод-фотодиод, установленной на участках тела с отчетливо выраженной пульсацией артерий. Сигнал формируется благодаря изменению объема крови в месте индикации, которое сопровождается изменением оптической плотности измеряемого участка. Оптический сенсор обычно работает в красной и ближней инфракрасной области спектра – полосе прозрачности биологической ткани. Наиболее удобное место для расположения датчика – палец руки (рисунок 1). Форма пульсовой волны (рисунок 2), которую регистрирует оптический датчик, определяется сократительной способностью левого желудочка сердца и вязко-эластичными свойствами крупных артерий. Максимальное влияние на формирование сигнала оказывают эластичные свойства аорты.

Рисунок 1. Схема расположения пальца в оптическом датчике.

Импульсная сердечная нагрузка и наличие точек ветвления сосудов (бифуркаций) обусловливают специфику внутрисосудистой гемодинамики. В точках бифуркации скачкообразно изменяется гидравлическое сопротивление сосудов, и формируются отраженные волны, которые накладываются на прямую волну. На рисунке 3 (верхний график) представлена схема суперпозиции прямой и отраженной волн для эластичных артерий, а на рисунке 3 (нижний график) – для ригидных артерий (со сниженной эластичностью стенок). В последнем случае систолическое артериальное давление, сформированное левым желудочком, получает дополнительную прибавку (аугментацию), которая ярко проявляется у лиц пожилого возраста.

Анализ сфигмограммы включает временной анализ отдельных элементов сфигмограммы и описание формы кривой, которая бывает весьма характерна при некоторых заболеваниях. В основе классификации заложена величина временного интервала между прямой и отраженной волной. Варианты кривых сфигмограммы можно разделить на 4 типа (рисунок 4). Эти факторы являются предпосылкой для использования сфигмограмм при определении биологического возраста человека, а также распознавания патологий на основе анализа отличий сфигмограммы обследуемого объекта от нормальной сфигмограммы.

Рисунок 4. Типы пульсовых волн: 1‑го типа, регистрируемая у молодых людей; 2‑3 типа – у старших возрастных групп людей; 4‑го типа – большой жесткости стенок аорты.

В экспериментальной установке реализован классический способ получения сфигмограммы с помощью пары светодиод-фотодиод. Блок-схема экспериментальной установки показана на рисунке 5. Большой, указательный или средний палец руки помещается между светодиодом СД и фотодиодом ФД.

Рисунок 5. Блок-схема экспериментальной установки: СД – светодиод, БП – блок питания светодиода, ФД – фотодиод, АЦП – аналого-цифровой преобразователь E14‑140, ПК – персональный компьютер.

Наиболее подходящие для получения сфигмограммы области спектра – оранжевая и красная. Здесь глубина проникновения излучения в ткань – около 10 мм. Излучение проходит через весь объект. Поглощение его существенное, так что изменения оптической плотности объекта, связанные с изменениями объемной скорости крови, заметно сказываются на интенсивности прошедшего света. В установке использовался красный светодиод с мощностью излучения около 10 мВт. При такой мощности амплитуда сигнала с фотодиода составляла несколько милливольт. Сигнал регистрировался АЦП E14‑140 и вводился в компьютер. Общий вид установки показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Экспериментальная установка: 1 – светодиод, 2 – фотодиод, 3 – аналого-цифровой преобразователь E14‑140, 4 – компьютер.

Первичная обработка сигнала проводится с помощью программы PowerGraph. Дальнейшая математическая обработка сигнала проводится с помощью программы Mathcad. Определение координат характерных точек сфигмограммы и расстояний между этими точками производится с помощью функции Trace. На рисунке 7 показано окно программы Mathcad и перекрестие функции Trace, которое находится в одном из максимумов сфигмограммы (верхний график). График производной du(t)/dt (нижний график) помогает точнее определить положение максимума.

Рисунок 7. Окно программы Mathcad.

Для тестирования алгоритма был проведен анализ двух объектов; объект 1 – девушка в возрасте 23 года, объект 2 – мужчина в возрасте 77 лет. Видны характерные качественные различия между графиками. На сфигмограмме объекта 1 сигнал возрастает быстро, максимум острый, есть два вторичных максимума. На сфигмограмме объекта 2 изменения сигнала более медленные. Это объясняется тем, что с увеличением возраста стенки кровеносных сосудов становятся более жесткими и меньше деформируются под действием давления крови.

Рисунок 8. Сфигмограммы исследуемых объектов (красным цветом): а – объект 1 (возраст 23 года), б – объект 2 (возраст 77 лет). Синим цветом – графики производных. По оси абсцисс отложено время в секундах, по оси ординат – величина сигнала в милливольтах (две клетки – 1 мВ).

Выводы:

1. С помощью пары светодиод-фотодиод получен сигнал сфигмограммы, который наряду с сигналами электрокардиограммы и кардиоинтервалограммы дает информацию о физическом состоянии исследуемого объекта и его биологическом возрасте.
2. Разработан алгоритм обработки сигналов сфигмограммы, основанный на измерении геометрических характеристик импульса. Для реализации алгоритма использованы программы PowerGraph и Mathcad. Работоспособность алгоритма проверена на анализе сфигмограмм двух человек.
3. Достоинствами метода является простота его аппаратурного обеспечения и математического аппарата обработки при большом объеме получаемой информации.

Источник: Кокодий Н.Г., Шапошникова А.В., Кайдаш М.В., Тиманюк В.А. Математический анализ сфигмограммы // Фотобиiологiя та фотомедицина. – 2021. – Том 14, № 1, 2. – С. 87‑94.

Разработчик: Кокодий Н.Г., Шапошникова А.В. (Харьковск. национ. ун-т), Кайдаш М.В., Тиманюк В.А. (Национ. фармацевтический ун-т, г. Харьков)