М.А. Янгиров1, А.А. Хомякова2, М. Аль-Харош3

1,2,3 ФГАОУ ВО «МГТУ им. Н.Э. Баумана» (Москва, Россия)

1 yangirovma@gmail.com, 2 khomyakovaaa@student.bmstu.ru

Постановка проблемы. Важным физиологическим параметром для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний является форма колебаний артериального давления, которая позволяет оценить артериальную гипертензию и жесткость сосудов крупных артерий – две основные причины сердечно-сосудистой смертности. Доступные сегодня методы измерения артериального давления имеют существенные недостатки и требуют разработки нового метода на основе электрического импеданса, решения его обратной задачи и последующей оценки колебаний диаметра артерии. Для этого необходимо исследование механизмов формирования электроимпедансного сигнала с области проекции поверхностных артерий и разработка таких численных моделей, которые учитывают реальную архитектуру сосудов и анатомические особенности области исследования.

Цель. Разработать численную модель области плеча, включающую в себя пространственное расположение и архитектуру сосудов и окружающих слоев ткани, позволяющую производить оценку электрического импеданса с помощью тетраполярной электродной системы.

Результаты. Разработана модель, которая полностью описывает область плеча и учитывает ее анатомические особенности, а результаты численного моделирования показывают, что предложенное расположение электродной системы является оптимальным для выбранной области, представляющей интерес, и что корреляция между изменением импеданса и изменением диаметра артерии достигает приблизительно 60%.

Практическая значимость. Предложенная модель будет использована в последующей работе для решения обратной задачи оценки изменений диаметра артерии при мониторинге артериального давления.

Янгиров М.А., Хомякова А.А., Аль-Харош М. Численная оценка влияния анатомической структуры плеча и сосудистой архитектуры на электрический импеданс // Биомедицинская радиоэлектроника. 2026. Т. 29. № 6. С. 92−100. DOI: https://doi.org/10.18127/j15604136-202606-16

1. Oliver J.J., Webb D.J. Noninvasive assessment of arterial stiffness and risk of atherosclerotic events // Arterioscler Thromb Vasc Biol, Apr. 2003. V. 23. № 4. P. 554–566. DOI: 10.1161/01.ATV.0000060460.52916.D6.
2. McEniery C.M., Cockcroft J.R., Roman M.J., Franklin S.S., Wilkinson I.B. Central blood pressure: current evidence and clinical importance // European heart journal, 2014. V. 35, № 26, P. 1719–1725.
3. Babbs C.F. The origin of Korotkoff sounds and the accuracy of auscultatory blood pressure measurements // J. Am Soc Hypertens, Dec. 2015. V. 9. № 12. P. 935–950.e3. DOI: 10.1016/j.jash.2015.09.011.
4. Daochai S., Sroykham W., Kajornpredanon Y., Apaiwongse C. Non-invasive blood pressure measurement: Auscultatory method versus oscillometric method // BMEiCON-2011 – 4th Biomedical Engineering International Conference. Jan. 2011. DOI: 10.1109/BMEiCon.2012.6172056.
5. Antsiperov V., Mansurov G., Danilychev M., Churikov D. Non-Invasive Blood Pressure Monitoring with Positionable Three-chamber Pneumatic Sensor. Jan. 2019. P. 462–465. DOI: 10.5220/0007574904620465.
6. Hansen S., Staber M. Oscillometric blood pressure measurement used for calibration of the arterial tonometry method contributes significantly to error // Eur J. Anaesthesiol. Sep. 2006. V. 23. № 9. P. 781–787. DOI: 10.1017/S0265021506000688.
7. Wang C. et al. Monitoring of the central blood pressure waveform via a conformal ultrasonic device // Nature biomedical engineering. 2018. V. 2. № 9. P. 687–695.
8. Ma Y. et al. Relation between blood pressure and pulse wave velocity for human arteries // Proc Natl Acad Sci USA. Oct. 2018. V. 115. № 44. P. 11144–11149. DOI: 10.1073/pnas.1814392115.
9. Chung E., Chen G., Alexander B., Cannesson M. Non-invasive continuous blood pressure monitoring: a review of current applications // Front Med. Mar. 2013. V. 7. № 1. P. 91–101. DOI: 10.1007/s11684-013-0239-5.
10. Al-harosh M., Yangirov M., Kolesnikov D., Shchukin S. Bio-Impedance Sensor for Real-Time Artery Diameter Waveform Assessment // Sensors. Jan. 2021. V. 21. № 24. Art. № 24. DOI: 10.3390/s21248438.
11. Smirnova A., Belsheva M., Mugeb A. Applicability assessment of electrical impedance plethysmography for vascular diseases diagnosis // Presented at the 2023 Systems and Technologies of the Digital HealthCare (STDH). IEEE. 2023. P. 118–122.
12. Yangirov M.A., Kolesnikov D.A., Al-Harosh M.B. Wearable device for arterial pressure monitoring // Biomedical Radioelectronics. 2022. DOI: 10.18127/j15604136-202205-02.
13. Mugeb A., Belsheva M., Smirnova A. Influence of arterial blood flow on impedance plethysmography. Presented at the 2022 Ural-Siberian Conference on Computational Technologies in Cognitive Science. Genomics and Biomedicine (CSGB). IEEE. 2022. P. 140–145.
14. Al-Harosh M., Shchukin S. Numerical modeling of the electrical impedance method of peripheral veins localization. Presented at the World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering. 2015. June 7-12. Toronto. Canada. Springer. 2015. P. 1683–1686.
15. Briko A. et al. Determination of the geometric parameters of electrode systems for electrical impedance myography: a preliminary study // Sensors. 2021. V. 22. № 1. P. 97.
16. Gabriel C., Gabriel S., Corthout E. The dielectric properties of biological tissues: I. Literature survey // Physics in medicine & biology. 1996. V. 41. № 11. P. 2231.
17. Lu Y., Li B., Gong W., Sun X., Miao F. Influence of Blood Compressibility on Pulse Wave Propagation Properties Based on Elastic Thin-Walled Tube Theory // Physical Activity and Health. 2023. V. 7. № 1.
18. Elastic Properties of Blood Vessels – Arteries and Veins – The Cardiovascular System – Medical Physiology. 3rd Edition. Accessed: Oct. 31. 2021. [Online]. Available: https://doctorlib.info/physiology/medical/104.html
19. Liu Y., Luo Y., Yin Y., Zhang Z. Numerical simulation of two-phase hemodynamics under the fluid-solid coupling interaction in the artery // Journal of Interventional Radiology. 2017. P. 253–257.
20. Pettersen F.-J., Hogetveit J.O. From 3D tissue data to impedance using Simpleware ScanFE+ IP and COMSOL Multiphysics–a tutorial // Journal of Electrical Bioimpedance. 2011. V. 2. № 1. P. 13–32.
21. Mugeb A., Ivan K., Volkov A. The brachial artery localization for blood pressure monitoring using electrical impedance measurement. Presented at the 2018 Ural Symposium on Biomedical Engineering. Radioelectronics and Information Technology (USBEREIT). IEEE. 2018. P. 79–82.
22. Al-harosh M., Chernikov E., Shchukin S. Patient Specific Numerical Modeling for Renal Blood Monitoring Using Electrical Bio-Impedance // Sensors. Jan. 2022. V. 22. № 2. Art. № 2. DOI: 10.3390/s22020606.
23. Smirnova A., Mugeb A., Kudashov I. Visualization bio-impedance-based module for automated venepuncture robotic device. Presented at the 2023 Systems and Technologies of the digital HealthCare (STDH). IEEE. 2023. P. 114–117.
24. Yangirov M.A., Mugeb A.-H. Ryzhkov V., Ionova A., Shchukin S.I. Method for Real Time and Continuous Assessment of Arterial Stiffness. Presented at the 2025 Systems and Technologies of the Digital HealthCare (STDH). IEEE. 2025. P. 47–50.
25. Gemignani V., Faita F., Ghiadoni L., Poggianti E., Demi M. A system for real-time measurement of the brachial artery diameter in B-mode ultrasound images // IEEE transactions on medical imaging. 2007. V. 26. № 3. P. 393–404.