фпг что это такое в медицине

Фотоплетизмография: оценка состояния сосудов

От состояния кровеносных сосудов во многом зависит то, насколько долго и активно будет жить человек. Большинство серьезных осложнений возникает именно из-за проблем с сосудами, и наоборот – любые заболевания отражаются на микроциркуляции, т. е. на транспорте биологических жидкостей на уровне тканей организма. Эти проблемы отражаются на форме пульсовой волны и на соотношении анакротической и дикротической фазах пульсовой волны. На анализе пульсовой волны и основан метод фотоплетизмографии.

Этот экспресс-метод исследования сосудов заключается в определении объема крови в капиллярах при просвечивании участка кожи красным и инфракрасным светом. В АПК Медсканер БИОРС-05 (Велнесс) для этого используется пульсоксиметрический датчик. Он надевается на указательный палец левой (или правой) руки, т. к. именно в кончиках пальцев наиболее интенсивный капиллярный кровоток.

КАК РАБОТАЕТ МЕТОД
Объем любого органа включает в себя объем тканей и объем заполняющей его крови. Таким образом, объем тканей постоянен, а объем крови меняется в зависимости от фазы сердечного цикла. Метод фотоплетизмографии представляет собой регистрацию оптической плотности ткани. Исследуемый участок просвечивается красным и инфракрасным светом, который затем попадает на фотопреобразователь. Длина волны излучаемого света подобрана таким образом, чтобы он поглощался эритроцитами в артериальном русле. Поэтому его интенсивность зависит от количества крови в исследуемой ткани. Регистрируемый сигнал называется фотоплетизмограммой, которая оценивается по определенным параметрам.

ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ
Фотоплетизмография помогает выявлять изменения сосудов при сахарном диабете, атеросклерозе, гипертонической болезни. Также по улучшению состояния сосудов можно судить об эффективности лечения или оздоровительных методов, выявлять осложнения после болезни. В частности, этот метод помогает выявить изменения сосудов у людей, перенесших COVID-19.

В спортивной медицине фотоплетизмография помогает разработать индивидуальную программу тренировок. Известно, что интенсивная физическая активность с увеличением мышц в объеме часто приводит к перегрузке вен и даже их разрыву. Регулярный контроль позволяет избежать варикоза (расширения вен) и связанных с этим осложнений.

Метод помогает подобрать индивидуальную диету, исключить из рациона продукты питания, противопоказанием к которым может быть повышенная вязкость крови или нарушения кальциевого обмена. При склонности к образованию тромбов (тромбозу) в сосудах необходимо исключить из рациона куриный желток, печень, икру и т. д., а для предотвращения вымывания кальция из организма необходимо снизить потребление кофе, сахара, пальмового масла.

Проверку на фотоплетизмографе обязательно стоит пройти до начала реабилитационных мероприятий, основанных на вибрационном воздействии (например, на вибрационных платформах), или других упражнений, которые связаны с риском отрыва тромба (такие как прыжки со скакалкой и т. п.). То же касается использования вибрационных кроватей и прочих приспособлений и процедур, которые вызывают вибрацию в организме. Чаще всего тромбы образуются на стенках вен ног. После отрыва тромб переносится током крови и может закупорить сосуд на своем пути. При этом может возникнуть угрожающее жизни состояние, например при закупорке легочной артерии.

РЕАБИЛИТАЦИЯ ПОСЛЕ COVID-19
Оценка фотоплетизмограммы имеет особое значение для реабилитации постковидных пациентов. Как известно, одним из основных осложнений после перенесенной вирусной пневмонии, ассоциированной с COVID-19, является увеличение вязкости крови, которое выливается в гипертонию, тромбоз, миокардит и другие поражения сердечно-сосудистой системы.
На основании значений индекса жесткости и индекса отражения назначаются процедуры и проводится мониторинг состояния сосудов в процессе реабилитации.

СУТЬ МЕТОДА
Пульсовая волна образуется в результате выброса крови левым желудочком сердца во время его сокращения. Давление распространяется по аорте и артериям, и скорость этой волны зависит от ширины просвета сосуда, эластичности и толщины сосудистой стенки, а также от силы сокращения сердца. Поэтому фотоплетизмография помогает выявить признаки сужения (стеноза) и склероза, оценить сосудистый тонус и работу сердца.

На фотоплетизмограмме пульсовая волна состоит из двух частей. Анакротическая фаза [a] соответствует систоле (сокращению сердца), а дикротическая [b] – диастоле (расслаблению). Дикротический пик образует отражение волны крови, которая передается к ногам и направляется обратно в аорту. Считается, что частота и длительность пульсовой волны зависит от сердечной мышцы, а величина и форма пиков плетизмограммы — от состояния сосудистой стенки.

У здорового человека пульсовая волна имеет достаточно крутой подъем и относительно высокую отраженную волну.

Сужение артерий приводит к сглаживанию подъема, удлинению дикротической фазы и уменьшению высоты отраженной волны. При значительном сужении сосудистого просвета отраженной волны может не быть вовсе.

ОЦЕНКА ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММЫ
Фотоплетизмограмма оценивается по нескольким показателям. Самые важные параметры – индекс жесткости и индекс отражения. По индексу жесткости можно выявить сужение крупных артерий, оценить эластичность их стенок и косвенно оценить кальциевый обмен (чем выше жесткость, тем больше кальция в крови). Индекс отражения, в основном, показывает тонус артериол и мелких сосудов. Повышенный индекс отражения указывает на повышенную вязкость крови, что косвенно может свидетельствовать о наличии холестериновых бляшек и атеросклерозе.

ВИЗУАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММЫ
Для нарушений гемодинамики характерны следующие признаки, визуально определяющиеся на пульсовой волне:

— вблизи вершины имеются дополнительные волны (симптом «петушиного гребня»), которые свидетельствуют об отклонении общей или локальной гемодинамики и возможном наличии тромба;

— крутой подъем пульсовой волны, быстрое снижение и незначительное проявление диктротического подъёма происходит при низком периферическом сопротивлении и большом систолическом выбросе и свидетельствует об аортальной недостаточности;

— отсутствие дикротического зубца свидетельствует о наличии сахарного диабета, атеросклероза или гипертонической болезни;

— продолжительная анакротическая фаза пульсовой волны с пологим неравномерным подъемом и слабо выраженном или высоком дикротическом зубце происходит при повышенном тонусе сосудов и может проявляться при начальном атеросклерозе или повышенном давлении.

Наиболее важными считаются первые три признака. Кроме того, при различных заболеваниях на фотоплетизмограмме могут присутствовать и другие особенности: — при облитерирующем эндартериите амплитуда пульсовых волн снижена на всех пальцах пораженной конечности; — в периоды резкой перемены погоды и при магнитных бурях возрастает количество реакций, указывающих на расширение сосудов, особенно у больных ревматизмом.

КАК ПРОВОДИТСЯ ОБСЛЕДОВАНИЕ
Для проведения фотоплетизмографии требуется подключить Медсканер к ноутбуку или компьютеру. Риск поражения электротоком отсутствует, прибор получает питание через USB-порт. Измерение проводится бесконтактным способом путем определения оптической проводимости капиллярной крови в красном и инфракрасном диапазоне.

На указательный палец кисти левой руки надевают датчик таким образом, чтобы красный светодиод внутри датчика был над ногтем пальца. Во время обследования, которое проводится в течение 30 секунд, нельзя двигать рукой с датчиком, чтобы избежать искажения данных из-за сокращения мышц.

После обследования нужно мышкой выбрать на пульсограмме участок с наиболее характерными пульсовыми волнами. Программа автоматически определит контрольные точки измерений, однако выбор программы может быть некорректен из-за нечеткости формы пульсовой волны. В этом случае следует выделить вручную конец анакротической волны и начало дикротической, передвигая маркеры контрольных точек мышкой.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ
Фотоплетизмография является безопасным и безболезненным методом. Противопоказания отсутствуют, однако не следует надевать датчик на палец с поврежденной кожей.

В течение суток до обследования не рекомендуется принимать лекарственные препараты и воздержаться от физиотерапевтических процедур (за исключением случаев мониторинга проводимых мероприятий).

Чтобы избежать реакции сосудов на тепло или холод, температура в помещении должна поддерживаться на уровне 19-23°С. Стоит помнить, что при температуре менее 16°С происходит спазм мелких артерий.

Перед обследованием желательно несколько минут для адаптации посидеть или полежать в удобном положении. Во время измерения не следует допускать воздействия на датчик пульсоксиметра яркого искусственного освещения и прямых солнечных лучей.

Источник

В чем разница между рентгенографией легких и флюорографией

Современные методы лучевой диагностики резко расширили границы визуализации внутренних структур тела. Сегодня в медицинской практике практически все анатомические зоны доступны для исследований. Как правило, лечащий врач определяет метод диагностики для постановки диагноза и при динамическом наблюдении пациента. Он также формирует план лечения и этапы сопровождения пациента на основании принципов надлежащей врачебной практики и доказательной медицины.

Однако не всегда вид медицинского исследования определяется только врачом, пациент сам вправе выбирать метод диагностики при профилактическом или диспансерном наблюдении. Примером самостоятельного принятия зачастую он основывает свои предпочтения исключительно на обилии «медицинской информации» в социальных ресурсах.

Сравним данные виды исследований

Рентгенография органов грудной клетки (рентгенография ОГК) – основной метод рентгенологического исследования, который проводится для диагностики патологии органов грудной клетки (легких, дыхательных путей, сердца, кровеносных сосудов, костей грудной клетки и позвоночника, пищевода). При данном исследовании изображение формируется в зависимости от поглощающей способности тканей, находящихся на пути прохождения рентгеновских лучей. Оно фиксируется на специальной рентгеновской пленке или на цифровом носителе информации.

Очевидным преимуществом метода является высокая разрешающая способность – рентгенографическое изображение определяет тени размером 1,5-2 мм. А в случае цифровых рентгенологических установок, еще и низкая лучевая нагрузка – эффективная эквивалентная доза (ЭЭД) облучения равна 0,1-0,2 мЗв. Метод цифрового рентгенологического исследования ОГК применяется как при массовых и скрининговых исследованиях, так и в качестве основного метода лучевой диагностики патологии органов грудной полости.

Флюорография – исключительно массовый (диспансерный) метод рентгенологического исследования заболеваний легких, в первую очередь рака и туберкулеза. При нем изображения теней фиксируется с рентгенографического экрана или оптического прибора на пленку маленького формата, которое в дальнейшем оценивается врачом рентгенологом с использованием средств увеличения изображения.

По сравнению с рентгенографией ОКГ разрешающая способность флюорографии позволяет определять тени размерами от 5 мм. Если выявляются негативные рентгенологические синдромы или подозрения на них, пациент направляется на дальнейшую диагностику, именно на выполнение рентгенографии ОГК. Пленочная флюорография получила широкое распространение лишь в массовых профилактических мероприятиях на территории советского и постсоветского пространства, прежде всего из экономической целесообразности, поскольку обладала низкой себестоимостью.

В корпусе клиники «Семейный доктор» на Бауманской рентген-диагностика выполняется с помощью полнофункционального рентген-аппарата последнего поколения ARCOMA Intuition (Швеция). Его использование позволяет добиться безошибочной диагностической точности получаемых изображений. Это первый в мире потолочный рентген-комплекс с полностью автоматическим позиционированием.

Источник

Технологии продолжительного мониторинга артериального давления: перспективы практического применения

Г.С. Лебедев, И.А. Шадеркин, Э.Э. Порубаева, А.И. Шадеркина

Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет)

ВВЕДЕНИЕ

Артериальная гипертензия (АГ) является наиболее распространенным хроническим заболеванием, а также единственным важнейшим фактором риска уменьшения продолжительности жизни и снижения ее качества [1]. По данным зарубежных исследований, распространенность АГ составляет 30-45% среди взрослого населения, по данным российских исследований – около 40%. По оценкам экспертов, к 2025 году число лиц с АГ в мире увеличится на 15- 20%, достигнув 1,5 млрд человек, что составляет пятую часть от всего населения Земли [2]. Опасность АГ заключается в развитии таких состояний, как инсульт или инфаркт миокарда, возникающих внезапно и являющихся жизнеугрожающими состояниями. В то же время необходимо отметить, что АГ является контролируемой и устранимой проблемой, так как возникновение данных осложнений возможно спрогнозировать и предотвратить при условии достижения и контроля целевых показателей артериального давления (АД). Это становится возможным благодаря непрерывному/продолжительному измерению АД и своевременному приему лекарственных препаратов в соответствии с его результатами. В виду этого, невозможность справиться с ростом заболеваемости АГ отчасти обусловлена несовершенством инструментов для непрерывного мониторинга АД. Сахарный диабет, который также является одной из серьезнейших угроз для здоровья населения общемирового масштаба, на данном этапе возможно контролировать с помощью специальных носимых устройств, которые осуществляют мониторинг уровня глюкозы в крови и автоматическое поступление инсулина в организм по мере необходимости [3,4]. Это позволяет не только снизить риск развития серьезных осложнений, но и повысить качество жизни пациента в целом, поскольку мониторинг осуществляется автоматически. Аналогичное решение для контроля уровня АД позволило бы значительно снизить возникновение осложнений, представляющих угрозу для жизни. Компактные носимые устройства позволят непрерывно регистрировать важнейшие параметры сердечно-сосудистой системы и тем самым сделают возможным разработку индивидуального подхода к диагностике и терапии сердечных, сосудистых и легочных заболеваний. В данной работе рассмотрены методы неинвазивного измерения АД, предназначенные для его непрерывного и длительного мониторирования.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В ходе работы выполнен анализ данных научной литературы из базы данных Medline, были сформированы поисковые запросы с использованием Mesh «Blood pressure monitors [Mesh]», получено 476 результатов, «Blood pressure monitoring, Ambulatory [Mesh]» – 2647 результатов, а также поисковые запросы «Cuffless blood pressure monitoring», получено 63 результата, «blood pressure monitoring» – 46116, «pulse wave and blood pressure» – 10510, «pulse wave and arterial hypertension» – 4656, «implantable blood pressure» – 1234, «arterial pressure» – 148062, «tattoo blood pressure» – 11 результатов. Глубина основного поиска составляет 10 лет, однако некоторые фундаментальные источники датируются более ранними годами.

РЕЗУЛЬТАТЫ

По мере развития технологий в медицине появляется все больше инноваций и в сфере измерения АД. На данном этапе существует достаточно большое количество устройств для его определения, однако «золотым стандартом» среди неинвазивных методов продолжает оставаться измерение АД по тонам Короткова [5]. С показателями АД, полученными при помощи этого метода, принято сравнивать данные, получаемые с новых приборов. Несмотря на появление новых технологий внимание исследователей направлено также и на усовершенствование данного метода. Так например, Wu H. и соавт. для более точного выслушивания тонов Короткова при измерении манжетным тонометром предложили использование набора Accutension, состоящего из микрофона и мобильного приложения для смартфона [6]. В данном случае микрофон, расположенный под манжетой, регистрирует тоны Короткова, которые затем поступают на подключенный смартфон. Данный прибор может работать как самостоятельно, так и совместно с обычными тонометрами. Исследование точности прибора было проведено на 32 пациентах в возрасте от 24 до 83 лет. У 92,68% показателей систолического АД и 96,34% диастолического АД разница между Accutension и ртутным сфигмоманометром составила

Рис. 1. Схематический рисунок внешнего вида устройства: стетоскоп передает сердечные звуки на телефон с помощью подключения к микрофону телефона
Fig.1. Schematic diagram of device: stethoscope sends heart sounds to the smartphone using its microphone

На данном этапе наиболее распространен осциллометрический способ измерения АД, при котором электронный тонометр автоматически фиксирует колебания воздуха в манжете при пульсации артерии [9]. Необходимо отметить, что данная технология находит применение в форме носимых устройств. В частности, устройство Omron HeartGuide (рис. 2) предназначено для измерения АД на запястье и отличается от большинства конкурентных приборов тем, что оно уже имеет разрешение на продажи и использование от Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (Food and Drug Administration, FDA) [10].

Рис. 2. Устройство Omron HeartGuide
Fig. 2. Omron HeartGuide

Другим манжетным прибором, в основе работы которого лежит классический осциллометрический метод, является браслет H2-BP (рис. 3) [11]. Преимуществом данного браслета является измерение АД только на лучевой артерии. Это позволяет избежать проблем, связанных с привычным манжетным измерением, при котором происходит сдавление как лучевой, так и локтевой артерий, что приводит к дискомфорту у пациента и является препятствием для постоянного мониторинга. В 2017 году устройство получило одобрение Корейского Управления по контролю качества продуктов лекарств (Korean Food and Drug Administration, KFDA) на регистрацию в качестве медицинского прибора.

Рис. 3. Устройство H2-BP
Fig. 3. H2-BP

Несмотря на все недостатки манжетного мониторинга АД, существуют решения, использующие манжету, однако избегающие основных проблем, связанных с этим видом измерения. Например, прибор Finometer представляет собой манжету, надеваемую на палец и позволяющую сохранять постоянный диаметр исследуемой артерии [12]. В данном случае для уменьшения гидростатической разницы в давлении палец с манжетой должен находиться на уровне сердца. Кроме того, данный прибор содержит датчик фотоплетизмографии (см. далее), позволяющий определять объем крови в сосуде. Измерения АД проводились на 46 участниках при помощи анероидного сфигмоманометра, исследуемого прибора Finometer и амбулаторного монитора для измерения АД (A&D Australasia Pty Ltd, Thebarton, South Australia, Australia). Показания систолического и диастолического давления амбулаторного прибора были выше, чем у аускульторного и Finometer. Между анероидным сфигмоманометром и исследуемым прибором средняя разница систолического давления ставила 0,23 мм рт. ст. (p = 0,87), а диастолического – 4,82 мм рт. ст. (p

Рис. 4. Различие между временем прибытия пульсовой волны (PAT) и временем распространения пульсовой волны (PTT) ECG – ЭКГ; PPG Proximal – ФПГ проксимальная; PPG Distal – ФПГ дистальная; PAT – время прибытия пульсовой волны; PTT – время распространения пульсовой волны
Fig. 4. Difference between pulse arrival time (PAT) and pulse transit time (PTT) ECG – ECG; PPG Proximal – PPG proximal; PPG Distal – distal FPG; PAT is the arrival time of the pulse wave; PTT – pulse wave propagation time

Рис. 5. Системный кровоток и MWPPG IR_PPG (артериальный пульс + артериолярный пульс + капиллярный пульс) – ФПГ с использованием инфракрасного излучения; B_PPG (капиллярный пульс) – ФПГ с использованием волны, длина которой соответствует голубому свету
Fig. 5. The systemic circulation and the MWPPG measurement IR_PPG (arterial pulse + arteriolar pulse + capillary pulse) – PPG using infrared radiation; B_PPG (capillary pulse) – PPG using a wave whose length corresponds to blue light

Рис. 6. Реконструкция выделенной по глубине ФПГ из MWPPG G_PPG – ФПГ с использованием волны, длина которой соответствует зеленому свету; IR_PPG – ФПГ с использованием инфракрасного излучения; Y_PPG – ФПГ с использованием волны, длина которой соответствует желтому свету; B_PPG – ФПГ с использованием волны, длина которой соответствует голубому свету
Fig. 6. Reconstruction of DRPPG from MWPPG G_PPG – PPG using a wave whose length corresponds to green light; IR_PPG – PPG using infrared radiation; Y_PPG – PPG using a wave whose length corresponds to yellow light; B_PPG – PPG using a wavelength corresponding to blue light

Рис. 7. Получение показателей для вычисления АД. DRPPG TD (Артериолярное PTT) – разность времени (соответствует артериолярному PTT); MWPPG TD – многоволновая разность времени
Fig. 7. Feature extraction for blood pressure estimation DRPPG TD (Arteriolar PTT) – time difference (corresponds to arteriolar PTT); MWPPG TD – Multiwave Time Difference

Другим способом предлагают решить проблему недостаточного объема данных, получаемых с помощью ФПГ и необходимых для вычисления АД, Atomi K. и соавт. Ими был разработан браслет, принцип работы которого основан только на использовании ФПГ [17]. Получение необходимых данных осуществляется при помощи дифференциала второго порядка от пульсовой волны. Данный показатель получил название акселерационной плетизмограммы (acceleration plethysmogram). По отношению всех пиков, содержащихся в полученной волне, к самому первому, а-пику, или а-волне, можно получить информацию о состоянии исследуемого сосуда, в том числе и о жесткости его стенки. Совместно с данными о возрасте, поле, росте и массе тела человека акселерационная плетизмография позволяет получить значение АД. Для исследования точности технологии были сделаны 632 измерения с помощью датчика ФПГ и манжетного тонометра. Стандартное отклонение составило 8,54 мм рт. ст., что согласно критериям Британского общества гипертонии (British Hypertension Society; BHS) соответствует степени B. Изолированное использование ФПГ предлагают и разработчики сенсоров АД без калибровки, которые предназначены для встраивания в носимые устройства, в том числе и в слуховые аппараты [18]. Сенсор такого типа, встроенный в ушное устройство (рис. 9), продемонстриро-вал точность измерений в пределах допустимого отклонения 5 ± 8 мм. рт. ст., что соответствует рекомендациям по сбору данных протокола ISO 81060-2:2018.

Рис. 8. Метод TOI, в котором свет видимого спектра проходит через поверхность кожи и отражается, а затем фиксируется камерой смартфона. Далее фиксируются малозаметные изменения в цвете кожи, из-за разницы в отраженном свете между гемоглобином и меланином, благодаря чему определяется поток крови в сердечно-сосудистой системе
Fig. 8. TOI technology. Light from the visible spectrum travels through skin surface, re-emits, and then becomes captured by smartphone’s camera. Then subtle changes in skin color caused by the difference in re-emitted light between hemoglobin and melanin are used to detect blood flow in cardiovascular system

Рис. 9. Сенсор, встроенный в ушное устройство
Fig. 9. Sensor integrated in hearing aids

Для получения фотоплетизмограммы Luo H. и соавт. предложили использование камеры смартфона и машинное обучение [19]. Данный метод называется трансдермальная оптическая обработка изображения (transdermal optical imaging, TOI). Каждый кадр видео, снятого на телефон, разделяется на слои, содержащие по три цветовых канала. Камера телефона фиксирует отраженный от кожи свет, который определяется уровнем гемоглобина в крови и меланином в коже человека (рис. 8). В каждом кадре выделяются сигналы, которые содержат информацию о концентрации гемоглобина на определенном участке кожи. Таким образом, получается видео, показывающее изменяющуюся концентрацию гемоглобина. Предполагается, что TOI измеряет частоту сердцебиения с точностью ЭКГ, и вариабельность сердечного ритма, так как эти параметры определяются по току крови. Считывание информации с 17 зон на лице человека, находящихся на лбу, носу, щеках, губах, подбородке, а также губном желобке, позволяет получить более точные данные об уровне АД, в отличие от привычного метода измерения с помощью ФПГ на пальце. В исследовании технологии приняли участие 2348 человек с нормальным АД, данные собирались в течение 2 лет. Точность измерений составила 94,81% для систолического АД и 95,71% для диастолического, а средняя погрешность составила от 6 до 7,30 мм рт. ст. Таким образом, результаты соответствуют стандартам AAMI, однако дальнейшая валидация технологии требует исследования на испытуемых не только с нормальным, но и с повышенным и пониженным АД.

Многие разработчики предлагают использовать ФПГ совместно с другими методами измерения, что увеличивает точность измерений. Например, в 2017 году был создан браслет, принцип работы которого основан на ФПГ и сейсмокардиографии [20]. Сейсмокардиография – это метод измерения вибраций грудной клетки, вызванных сердцебиением [21]. Браслет, получивший название SeismoWatch, позволяет вычислять PTT благодаря встроенному в него акселерометру. Браслет, приложенный к грудине на короткое время (около 15 секунд), регистрирует колебания грудной клетки, связанные с сердечными сокращениями.

Эти данные позволяют получить информацию о проксимальной точке, и совместно с данными о дистальной точке при измерении с помощью ФПГ на запястье вычислить PTT, на основании которого рассчитывается АД. Данный метод является относительно простым решением за счет акселерометра, однако, как указано авторами, требует периодической калибровки. После калибровки погрешность в измерениях составляет менее 5 мм рт. ст. более чем в 95% случаев. Другое решение представляет собой носимый монитор для продолжительного измерения систолического АД, который включает радар непрерывного действия, размещенный на грудине и регистрирующий расширения вентральной поверхности при колебаниях аортального клапана, датчик ФПГ на левой мочке уха и электроды ЭКГ на груди (рис. 10) [22]. Систолическое АД рассчитывается после измерения и математической обработки PTT, PAT и периода изоволюмического сокращения (pre-ejection period – PEP). PEP определяется как интервал между отрезком сигнала радара и R-зубцом на ЭКГ либо извлекается из PAT при получении сигнала ФПГ. Измерение АД проводилось на 43 добровольцах, при этом точность у тех, кто выполнял задачи по изменению положения тела составляла 92,28%, а у участников исследования, выполнявших физические упражнения – 82,61%. Необходимо отметить, что при выделении PEP из PAT точность результатов улучшалась приблизительно на 9%.

Рис. 10. Размещение радара непрерывного действия, ЭКГ и ФПГ сенсоров на обследуемом, сидящем на велоэргометре
Fig. 10. The placement of сontinuous wave radar, ECG and PPG sensors on a participant seated on an exercise bike

По мнению некоторых авторов, перспективной технологией для продолжительного измерения АД является баллистокардиография (БКГ). В одной из первых статей о БКГ, опубликованной в 1967 году, указано, что данный метод основан на использовании двух платформ, которые имеют высокую и низкую частоту колебания. Запись отклонений данных платформ отражает колебания тела человека, связанные с сердцебиением и током крови [23]. Более точно было установлено, что движения тела, регистрируемые при измерении с помощью БКГ, обусловлены выбросом крови из сердца в сосудистую сеть [21]. Вычисление АД основано на анализе баллистокардиограммы. Например, из волны, полученной при измерении методом БКГ, были выделены пики (I, J, K), по интервалам между которыми возможно определение диастолического давления. Амплитуда двух других пиков позволяет определять пульсовое давление [24]. Исследование прибора было проведено на 22 участниках, и измерения проводились пятью различными методами: пластиной, измеряющей АД с помощью БКГ; встроенным в эту пластину датчиком ФПГ, снимающим фотоплетизмограмму на стопе; электродами для снятия ЭКГ; зажимом на палец с датчиком ФПГ и манжетой на среднем пальце для снятия ФПГ. В результате было показано, что интервал I-J совместно c амплитудой J-K позволит проводить точное мониторирование систолического и диастолического АД с помощью БКГ. Точность измерений составила 8 мм рт. ст. для диастолического давления и 12 мм рт. ст. для систолического, что сравнимо с измерением аускультативным способом. Однако неудобством данного метода является использование пластины, которая препятствует постоянному мониторингу АД, и требует специальных условий для проведения измерений. Решение данной проблемы было найдено в исследовании Lee K. и соавт. [25]. В данной работе для измерения АД методом БКГ используется двухканальный датчик. Вычисляемая по уравнению Гилберта разница между двумя одновременными сигналами с помощью нейронной сети позволяет получить показатели АД. Данный метод получил название метода мгновенной разности фаз (instantaneous phase difference, IPD). Устройство с применением данной технологии представлено в виде стула, в спинке и сиденье которого находятся сенсоры из поливинилиденфторида (PVDF), прикрепленные на слой уретановой пены, а поверх сенсоров прибор покрыт натуральной кожей. Авторы предложили использовать такой метод для постоянного мониторинга АД, поскольку датчики могут быть встроены в любой стул. Исследование было проведено на 30 участниках с нормальным АД. Количество испытуемых и низкая точность части измерений не соответствовали требованиям AAMI.

Еще одной многообещающей технологией является ультразвуковое исследование, применение которого для регистрации показателей сердечнососудистой системы берет начало в 2011 году [26]. По сравнению с ФПГ приборы, основанные на применении ультразвука, обладают более высокой проникающей способностью и позволяют исследовать параметры кровотока на глубине до 4 см [16]. Это предоставляет возможность измерять центральное АД, которое более информативно в диагностике и контроле течения сердечно-сосудистых заболеваний, чем периферическое АД. Вместе с тем клиническое применение данного метода ограничено рядом причин, среди которых высокая чувствительность к двигательным артефактам, громоздкость самого датчика, необходимость использования геля [27]. Для обеспечения достоверной акустической связи необходимо стабилизировать датчик, что оказывает влияние на расположенные вблизи сосуды и тем самым снижает точность регистрируемых сигналов. Перспективным в преодолении данных недостатков является носимый эластичный ультразвуковой прибор, прикрепляющийся к коже и позволяющий регистрировать пульсовые волны в глубоко расположенных артериях и венах [16]. Еще в 2016 году Kim I. и соавт. был разработан портативный импульсно-волновой доплер с низким потреблением мощности и дизайном, позволяющим поместить его в носимое устройство [27].

Модель Wang и соавт. создана в формате ультратонкого и растяжимого патча и предоставляет возможность для неинвазивного, длительного и точного мониторирования состояния сердечно-сосудистой системы из различных областей тела [16]. Принцип работы данного прибора основан на непрерывной регистрации диаметра пульсирующего сосуда при помощи пьезоэлектрического датчика, который преобразует электрический потенциал между верхними и нижними электродами в механические вибрации и наоборот. Электроды располагаются в соответствии с локализацией сосудов, что позволяет избежать трудоемкой ручной установки. Дизайн прибора обеспечивает эффективную глубину проникновения при минимальной механической нагрузке на кожу. Снаружи прибор покрыт силиконовым эластомером, гидрофобные свойства которого обеспечивают защиту от влажности и возможной коррозии от пота. Тонкий слой силикона избавляет от необходимости использования геля. Вместе с тем прибор способен выдерживать скручивание и растягивание, что свидетельствует о его высоком потенциале для фиксации на коже. Таким образом, эластомерный матрикс с многозвенным растягивающимся дизайном и ультратонкой капсулой обеспечивает исключительно плотный и плавный контакт с кожей человека при различных видах деформации, а технические характеристики позволяют осуществлять высокоточное измерение пульсирующего характера центральных сосудов (внутренняя сонная артерия, внутренняя и наружная яремные вены).

Проверка функциональных свойств прибора проводилась на мужчине 22 лет с нормальным АД в положении сидя посредством сопоставления с показаниями коммерческого прибора – золотого стандарта для регистрации пульсовой волны, одобренного FDA (тонометр SphygmoCor EM3). Последний должен фиксироваться на запястье оператором (исследователем), что оказывает значительное давление (

100 Па) на кожу и вызывает сильное раздражение. Более того, это давление искажает сигнал и ведет к ошибочному считыванию. В отличие от него, прибор, основанный на применении ультразвука, непосредственно прикрепляется к коже и оказывает минимальное давление (

5 Па) из-за сверхлегкой массы (0,15г), что обеспечивает не только возможность длительного мониторирования без какого-либо дискомфорта для испытуемого, но и относительно стабильную и продолжительную регистрацию показателей даже во время движения. Таким образом, прибор, основанный на применении ультразвука, обладает меньшей относительной погрешностью измерения (1%), большей точностью регистрации АД (в пределах 2 мм рт. ст.) и более высокой точностью измерения (степень A в соответствии с критериями BHS, а также соответствует стандарту AAMI SP10), чем коммерческий прибор. Прибор Wang и соавт. может внести особый вклад в понимание характеристик центрального венозного и центрального АД путем непрерывного мониторирования, но необходима его валидация с инвазивным методом измерения АД и, что наиболее важно, в условиях реальной клинической практики. Необходимо понять, какие движения тела и шеи допустимы перед тем, как произойдет искажение сигнала.

Более того, любая технология, которая требует первоначальной калибровки с манжетой и условия, что диастолическое давление остается неизменным в течение времени мониторирования, что характерно и для данного прибора, ограничит ее применение у пациентов при угрозе резкого снижения общего периферического сосудистого сопротивления [1].

Еще одной перспективной технологией при разработке приборов для неинвазивного непрерывного АД является метод регистрации пульсовой волны, относящийся к механопульсографии [28]. Принцип действия волоконно-оптических датчиков, преобразующих колебания артериальной стенки, заключается в моделировании светового потока за счет колебаний металлической мембраны синхронно с колебаниями сосудистой стенки. На основе данных датчиков могут быть разработаны устройства, помещаемые на запястье руки, для измерения АД с клинической точностью.

Интересным решением является использование электронных тату (e-tattoos). Одно из таких устройств, разработанное Ha T. и соавт., основано на применении сейсмокардиографии [29]. Данное устройство представляет собой ультратонкий сенсор (толщина составляет 28 микрометров) из сети змеевидных нитей из поливинилиденфторида с меде-никелевыми электродами, расположенными наверху и внизу. Змеевидная форма частей сенсора обеспечивает растяжимость при ношении, что позволяет преодолеть проблему нерастяжимых пьезоэлектрических мембран, применяемых в сейсмокардиографии. Кроме того, особенности выбранного субстрата наделяют прибор способностью подстраиваться под деформации кожи при движениях. В виду того, что на данном этапе нет единого мнения о месте наиболее точного снятия сейсмокардиографии, наиболее подходящее местоположение сенсора было определено с помощью метода 3D корреляции цифровых изображений (3D digital image correlation, 3D DIC) и акселерометра. Технология 3D DIC позволяет с помощью камер определить деформацию, растяжение и другие характеристики исследуемого объекта [30]. Для этого сразу 3 сенсора были прикреплены в различных местах грудной клетки. Ее движения были засняты высокоскоростной камерой, расположенной под углом в 30 градусов относительно грудной клетки. Измеренные таким образом изменения грудной клетки при дыхании и сердцебиении были разделены на области и обозначены различными цветами, в зависимости от соответствия пиков звука и изменения поверхности (в микрометрах). Таким образом было выяснено, что наиболее точным будет измерение с помощью 2 сенсоров, расположенных в 1 см друг от друга (рис. 11).

Рис. 11. Наиболее эффективное для измерения АД положение тату-датчиков на теле
Fig. 11. The most effective location of E-tattoo for measuring blood pressure

Медицинская значимость e-tattoo повышается при применении сенсора совместно с сенсором ЭКГ (рис. 12). В таком случае получается электрокардио-акустический сердечно-сосудистый сенсор, позволяющий измерять АД. Его размеры составляют 63,5 мм х 38,1 мм х 0,122 мм, масса 150 мг, и благодаря 100% растяжимости на данный момент такой сенсор не имеет аналогов. С помощью ЭКГ снимаются P, Q, R, S, T зубцы, а с помощью сейсмокардиографии регистрируются пики, соответствующие открытию аортального клапана, его закрытию и открытию митрального клапана. Корреляции между пиками ЭКГ и сейсмокардиографии позволяют найти интервалы между R-зубцом и пиком закрытия аортального клапана, что соответствует систоле и позволяет вычислить систолическое и диастолическое давление.

Невыясненным вопросом остается точность показаний разрабатываемых неинвазивных безманжетных приборов в условиях активных движений пациентов. Преодолеть данную проблему представляется возможным в случае применения минимально-имплантируемых приборов [31–34], которые измеряют АД на артерии экстраваскулярно.

Принципиально новый подход для измерения АД – импедансная плетизмография, используется в работе [35], где осуществляется измерение сосудистого сопротивления путем регистрации растяжения стенки кровеносного сосуда. Прибор состоит из четырех плоских 10 мм2 медных электродов на подложке из гибкой полиимидной пленки с подковообразными структурами (рис. 13). Для исследования ex vivo система была помещена на сонную артерию домашней свиньи в искусственной системе кровообращения (рис. 14). In vivo прибор был проверен на домашней свинье (самец, шесть месяцев, масса тела 103 кг) во время операции, в ходе которой четыре электрода были расположены на бедренной артерии (рис. 15). Результаты измерений показали высокую корреляцию с показателями АД. После калибровки системы производительность датчика достигает самого высокого уровня измерения кровяного давления согласно критериям BHS, что соответствует степени А. Метод является перспективным в оценке внутреннего диаметра артерии как показателя динамики развития артериосклероза.

Рис. 12 А. Сенсор сейсмокардиографии (в центре) и ЭКГ (по периметру). B. Тату-подобная деформация сенсора. C. Фотография сенсора с подключенными проводами на грудине человека
Fig. 12. A. Seismocardiograhy sensor (in the center) and ECG (on the borders of E-tattoo). B. Tattoo-like deformation of the sensor. C. A picture of the sensor on human chest with connected wires

Рис. 13. Гибкая полиимидная пленка с четырьмя электродами, которые накладываются на артерию
Fig. 13. Flexible polyimide foil with four electrodes to be placed on an artery

Рис. 14. Исследование устройства импедансной плетизмографии ex vivo. Электроды помещены на сонную артерию домашней свиньи в искусственной системе кровообращения при помощи силиконовых полосок.
Fig. 14. Setup of the ex vivo measurement with a carotid artery of a domestic pig in an artificial circulatory system. The IPG electrodes are placed on the artery by means of flexible silicone strips

Рис. 15. Исследование устройства импедансной плетизмографии in vivo. Электроды импедансной плетизмографии расположены на бедренной артерии домашней свиньи.
Fig. 15. Setup of the in vivo measurement with a femoral artery of a domestic pig

Среди имплантируемых датчиков аналогом импедансной плетизмографии является сенсор, в основе работы которого лежит деформация мембраны и изменение ее емкости за счет механического давления артерии [36, 37]. Кроме точности измерений, достоинством этого сенсора является отсутствие батареи, так как он является сенсором пассивного типа, способным функционировать без использования источников питания. Для проверки свойств прибора проводились исследования прочности датчика с помощью термического акселерационного теста, а также in vitro совместимости с организмом. Исследование точности измерения АД проводилось на животных.

Аналогичным, но не имплантируемым сенсором, является датчик, предназначенный для измерения АД на лучевой артерии [38]. В данном сенсоре используется технология микроэлектромеханических систем (microelectromechanical systems, MEMS), позволяющая значительно уменьшить размеры датчика. Диафрагма датчика, сделанная из силикона, располагается над лучевой артерией и регистрирует изменения давления за счет пульсации артерии. Данное устройство не может предоставить данные об абсолютном значении АД, и потому требует калибровки с помощью обычного сфигмоманометра перед началом использования. В исследовании прибора приняли участие 92 добровольца, давление которых измерялось с помощью сфигмоманометра и описанного устройства. После 20 минут измерений датчик показал значительные отклонения от значений сфигмоманометра. Однако измерение давления у пациентов, находящихся под анестезией и во время операции, показало результаты, аналогичные инвазивному измерению АД. Таким образом, недостатком данного датчика является необходимость неподвижного положения пациента при измерении, в связи с чем Satake S. и соавт. предлагают применять этот прибор у пациентов, находящихся без сознания (например, во время операций вместо инвазивных способов измерения АД).

Подобный недостаток отсутствует у датчика, измеряющего давление на сонной артерии при помощи купола, заполненного воздухом [39]. Вибрации артерии приводят к деформации нижней части устройства, и, соответственно, увеличению плотности воздуха внутри купола. Данные изменения фиксируются датчиком и, таким образом, позволяют получить пульсовую волну. Использование такого куполообразного датчика совместно с ЭКГ позволяет определять не только АД, но и вариабельность сердечного ритма по R зубцу из электрокардиограммы, а также трем основным пикам пульсовой волны. Исследования прибора проводились на 5 добровольцах, поэтому дальнейшая валидация прибора как медицинского устройства, в первую очередь, требует большего числа испытуемых, в том числе с отклонениями от нормального уровня АД.

Canning и соавт. предлагают измерение АД на поверхностной височной артерии [40]. Выбор артерии связан с ее расположением: в вертикальном положении тела голова расположена над сердцем, что позволяет найти связь давления в ней с давлением в аорте. Внешне прибор выглядит как компьютерные наушники. В правой части прибора находится шаговый мотор и пьезорезистентный датчик давления, который генерирует пульсирующие сигналы разной частоты. Среди них выделяются сигналы высокой и низкой частоты, по которым происходит вычисление АД после калибровки прибора манжетным тонометром. Исследование точности проводились с помощью манжетного тонометра, а также устройства Nexfin, имеющего одобрение FDA. Полученные прибором данные отличались от стандарта на 7,7% (примерно 7 мм рт. ст.), в то время как данные Nexfin – на 7,3%, что говорит о его достаточно высокой точности.

Кроме того, существуют множество приборов, созданных для постоянного мониторинга давления при определенных заболеваниях. Например, Kamijo Y. и соавт. предлагают мониторинг АД у пациентов, находящихся на гемодиализе. С помощью специально созданного электронного стетоскопа получают данные об интенсивности тока в артериально-венозной фистуле, которые затем преобразовываются с помощью метода Фурье [41]. В исследовании приняли участие 26 пациентов, находящихся на гемодиализе, и всего было проведено 315 измерений. Стандартная ошибка измерения составила 5,8 мм рт. ст., что является показателем высокой точности прибора. Перспективным считается применение данного метода для выявления интрадиализной гипотонии, которая является серьезным осложнением у пациентов на гемодиализе [42].

ОБСУЖДЕНИЕ

Выполненный в ходе работы анализ литературы позволяет классифицировать существующие приборы для неинвазивного измерения АД в соответствии с двумя критериями.

В первом случае классификация может быть представлена следующим образом (рис. 16):

Классификация приборов (по мобильности)

1) Немобильные (стационарные) приборы

2) Переносные приборы

4) Прикрепляемые сенсоры

5) Имплантируемые датчики

Рис.16. Классификация приборов для мониторинга АД в повседневной жизни.
Fig. 16. Classification of devices for blood pressure estimation used in daily life

Во-первых, все приборы могут быть разделены по их мобильности. Внутри нее можно выделить несколько групп.

К первой группе будут относиться немобильные, стационарные приборы, размер и вес которых не позволяет использовать их вне специализированных помещений. К ним относятся стационарные автоматические тонометры [43].

Вторая группа включает в себя переносные приборы, которые возможно брать с собой, но они не могут быть использованы для продолжительного мониторинга в силу громоздкости. К ним относятся наиболее распространенные в настоящее время автоматические манжетные тонометры и приборы, основанные на методе баллистокардиографии, поскольку оба варианта представляют собой устройства, неудобные для использования при активном образе жизни.

Третья группа объединяет носимые приборы, разнообразие которых значительно больше. Чаще всего такие приборы подразумевают постоянное ношение на теле, и потому они отличаются небольшими размерами и массой для удобства их использования. Наиболее популярными являются браслеты, предназначенные для ношения на запястье и часто включающие в себя, помимо измерения АД, большое количество других функций (счет шагов, отображение времени и т.д.). Однако можно встретить и такие варианты, как манжетки на палец, головные уборы со встроенными датчиками и даже смартфоны, функциональные особенности которых некоторые исследователи предлагают использовать для измерения АД.

В четвертую группу следует выделить патчи и тату, поскольку разработка таких устройств требует других технологий и методов, в отличие от привычных и более распространенных браслетов. Прикрепление этих приборов возможно на любой участок кожи, что позволяет использовать для измерения АД не только плечевую и лучевую артерию, но также и другие сосуды, что предоставляет возможности для получения более точных показаний.

И пятая группа включает имплантируемые датчики, которые чаще всего прикрепляются к наружной части артерии или другого сосуда, и имеют ряд преимуществ (малый размер, непрерывный мониторинг в течение всего срока ношения, низкое потребление энергии) относительно других носимых приборов для измерения АД.

Во-вторых, все существующие методы можно разделить по технологии измерения АД. «Золотым стандартом» среди неинвазивных методов принято считать измерение по тонам Короткова. Получаемые таким методом данные не требуют специальной обработки, поскольку тоны Короткова можно прослушать с помощью стетоскопа. Кроме него, распространен и осциллометрический метод, измерения давления в котором происходит за счет регистрации колебаний воздуха в манжете. Автоматические манжетные тонометры на данном этапе наиболее распространены для «домашнего» измерения АД.

К методам измерения АД, основанным на анализе колебаний стенок артерий, относятся фотоплетизмография и механопульсография. Поскольку данные, получаемые с помощью ФПГ, не позволяют сразу определить уровень АД, требуется их дополнительная математическая обработка, либо использование нескольких источников снимаемой волны. Недостаточное количество информации, получаемое с помощью ФПГ, приводит к тому, что часто данную технологию используют совместно с другими методами, например, с ЭКГ, акселерометрами и т.д. В виду этого приборы, основанные на применении ФПГ с другими методами, можно объединить в одну группу.

К последующим группам относятся УЗИ, импедансометрия и другие технологии, которые используются гораздо реже, в отличие от трех первых групп.

Наконец, при разработке прибора важно учитывать цели его дальнейшего применения. Мониторинг подразумевает под собой как отслеживание показателей состояния здоровья при активном образе жизни, так и их контроль при стационарном лечении или во время операций. На данный момент для мониторинга АД при проведении операций используют катетеризацию сосуда, которую в перспективе можно заменить неинвазивными приборами, более комфортными для пациента. Часть технологий показывает гораздо более точные результаты при измерении в покое, а не при активном движении, что делает их перспективными для использования в стационарах. Использование в условиях активного образа жизни предполагает другие требования к прибору. Например, становится важным точность измерений при движении, либо возможность прибора подстраиваться под человека и осуществлять измерения в подходящие промежутки времени. Существующие на данный момент приборы во многом пока еще далеки от соответствия требованиям к приборам для мониторинга АД при активном образе жизни, поскольку теряют свою точность при измерении в движении. В связи с этим становится важным дальнейшее развитие технологий и усовершенствование устройств для использования в повседневной деятельности.

Следует отметить, что новые устройства измерения АД будут не способны самостоятельно анализировать всю считываемую информацию в связи с тем, что в процессе работы осуществляется регистрация изменений на протяжении длительного периода времени, а также отслеживание корреляции показателей АД с другими параметрами. Результатом этого станет получение огромного массива данных, анализ которого будет затруднен в том числе и для врача, что свидетельствует о необходимости разработки системы их обработки и программного обеспечения.

Таблица 1. Технологии и устройства неинвазивного измерения АД
Table 1. Technologies and devices for non-invasive blood pressure measurement

ВЫВОДЫ

Источник