М.А. Янгиров1, Д.А. Колесников2, Аль Харош Муджиб3

1–3 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Измерение диаметра артерии в режиме реального времени позволяет непрерывно оценивать параметры, необходимые для прогнозирования состояния сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе абсолютные значения артериального давления, скорость его изменения и вариабельность.

Цель работы – разработка прибора для непрерывного мониторинга косвенных параметров артериального давления с помощью электроимпедансного метода (метода импедансной реографии), который включает в себя локальную оценку скорости распространения пульсовой волны, диаметр и индекс жесткости артерии.

Результаты. С этой целью измерение электрического импеданса осуществляется с помощью разработанной гибкой многоканальной электродной системы. А параметры электродной системы выбраны для обеспечения высокой точности измерения на основе данных аналитической модели. При этом имеется первоначальная калибровка прибора, обеспечивающая расчет индекса жесткости артерии. Разработана математическая модель, позволяющая на основе априорных данных о биообъекте выбрать оптимальные параметры электродных систем.  Предложен алгоритм для оценки вклада ориентационных эффектов эритроцитов в изменении импеданса. Измеренный сигнал электрического импеданса, полученный с области проекции артерии, обеспечил непрерывный мониторинг артериального давления с точностью до 0,2 мм рт. ст. относительно контрольных значений.

Практическая значимость. Разработка электроимпедансного прибора для мониторинга артериального давления позволит точнее прогнозировать состояние пациента по сравнению с существующими неинвазивными методами измерения артериального давления.

Янгиров М.А., Колесников Д.А., Аль Харош Муджиб. Носимый прибор для суточного мониторинга артериального давления // Биомедицинская радиоэлектроника. 2022. T. 25. № 5. С. 6-19. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202205-02

1. Zakrzewski A.M., Anthony B.W. Noninvasive Blood Pressure Estimation Using Ultrasound and Simple Finite Element Models // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2018. V. 65. № 9. P. 2011–2022.
2. Seo J. et al. Noninvasive arterial blood pressure waveform monitoring using two- element ultrasound system // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2015. V. 62. № 4. P. 776–784.
3. Oliver J.J., Webb D.J. Noninvasive assessment of arterial stiffness and risk of atherosclerotic events // Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2003. V. 23. № 4. P. 554–566.
4. Hirai T. et al. Stiffness of systemic arteries in patients with myocardial infarction. A noninvasive method to predict severity of coronary atherosclerosis. // Circulation. American Heart Association. 1989. V. 80. № 1. P. 78–86.
5. Литвяков А.М. и др. Роль некоторых факторов в формировании артериальной гипертонии // Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2005. Т. 4. №. 1. С. 121–126.
6. Фролова Е.В. Артериальная гипертензия // Российский семейный врач. 2016. Т. 20. № 2. С. 1–18.
7. Vappou J. et al. Non-invasive measurement of local pulse pressure by pulse wave-based ultrasound manometry (PWUM) // Physiol. Meas. 2011. V. 32. № 10. P. 1653–1662.
8. Емельянчик И.Ю., Балбатун О.А., Глебов О.А. Анализ типов гемодинамики у девушек подросткового возраста методом импендансной реографии // Военная медицина. 2010. № 4. С. 138–140.
9. Huynh T.H., Jafari R., Chung W.-Y. An Accurate Bioimpedance Measurement System for Blood Pressure Monitoring: 7 // Sensors. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2018. V. 18. № 7. P. 2095.
10. Tissue Frequency Chart » IT’IS Foundation [Electronic resource]. URL: https://itis.swiss/virtual-population/tissue-properties/database/tissue-frequency-chart/ (accessed: 07.12.2021).
11. Щукин С.И. Основы взаимодействия физических полей с биообъектами: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ. 2002.
12. Bramwell J., Hill A. The Velocity of the Pulse Wave in Man. Royal Society of London. 1922.
13. Comparison of sequentially measured Aloka echo-tracking one-point pulse wave velocity with SphygmoCor carotid–femoral pulse wave velocity - Olga Vriz, Caterina Driussi, Salvatore La Carrubba, Vitantonio Di Bello, Concetta Zito, Scipione Carerj, Francesco Antonini-Canterin, 2013 [Electronic resource]. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/2050312113507563 (accessed: 14.05.2022).
14. Saiki A. et al. The Role of a Novel Arterial Stiffness Parameter, Cardio-Ankle Vascular Index (CAVI), as a Surrogate Marker for Cardiovascular Diseases // J. Atheroscler. Thromb. 2016. V. 23. № 2. P. 155–168.
15. Harada A. et al. On-line noninvasive one-point measurements of pulse wave velocity // Heart Vessels. 2002. V. 17. № 2. P. 61–68.
16. Antonini-Canterin F. et al. Arterial stiffness and ventricular stiffness: a couple of diseases or a coupling disease? A review from the cardiologist’s point of view // Eur. J. Echocardiogr. 2009. V. 10. № 1. P. 36–43.
17. Wang C. et al. Monitoring of the central blood pressure waveform via a conformal ultrasonic device // Nature biomedical engineering. Nature Publishing Group. 2018. V. 2. № 9. P. 687–695.
18. Callaghan F.J. et al. Relationship between pulse-wave velocity and arterial elasticity // Med. Biol. Eng. Comput. 1986. V. 24. № 3. P. 248–254.
19. Mugeb A., Ivan K., Volkov A. The brachial artery localization for blood pressure monitoring using electrical impedance measurement // 2018 Ural Symposium on Biomedical Engineering Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). 2018. P. 79–82.
20. Hammoud A., Tikhomirov A., Shaheen Z. Automatic Bio-impedance Signal Analysis: Smoothing Processes Efficacy Evaluation in Determining the Vascular Tone Type. 2021. P. 0113–0116.
21. P M N. et al. Bi-Modal Arterial Compliance Probe for Calibration-Free Cuffless Blood Pressure Estimation // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2018. V. 65. № 11. P. 2392–2404.
22. Al-Harosh M.B., Shchukin S.I. Numerical Modeling of the Electrical Impedance Method of Peripheral Veins Localization // World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. Toronto (Canada). 2015. P. 1683–1686. DOI: 10.1007/978-3-319-19387-8_409
23. Al-Harosh M. et al. Bio-Impedance Sensor for Real-Time Artery Diameter Waveform Assessment: 24 // Sensors. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2021. V. 21. № 24. P. 8438.
24. Sorace A.G. et al. Ultrasound Measurement of Brachial Artery Elasticity Before Hemodialysis Access Placement // J. Ultrasound Med. 2012. V. 31. № 10. P. 1581–1588.