Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Τεχνολογία και Ανάλυση Ιατρικών Σημάτων

Transcript

1 Εισαγωγή στη Βιοϊατρική Τεχνολογία και Ανάλυση Ιατρικών Σημάτων Πίεση Αίματος Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας

2 Τρόποι Μέτρησης Αρτηριακής Πίεσης Αίματος Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 2

3 Μέθοδοι μέτρησης αρτηριακής πίεσης Άμεσος - Επεμβατικός τρόπος Πλεονεκτήματα : - ακριβής και αξιόπιστη πληροφορία - πρόσβαση σε διάφορα σημεία του αρτηριακού συστήματος Μειονεκτήματα : - πολύπλοκος εξοπλισμός - κίνδυνοι για τον ασθενή Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 3

4 Μέθοδοι μέτρησης αρτηριακής πίεσης Έμμεσος - Μη επεμβατικός τρόπος Πλεονεκτήματα : - απλός εξοπλισμός - ελάχιστη ενόχληση στον ασθενή Μειονεκτήματα : - ασυνεχείς μετρήσεις (συνήθως) - λιγότερη πληροφορία, - δεν λειτουργούν σε πολύ χαμηλές πιέσεις (π.χ. κατάσταση σοκ) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 4

5 Μέθοδοι άμεσης μέτρησης αρτηριακής πίεσης Δερματική προσέγγιση (percutaneous approach): τομή στο δέρμα από την οποία περνάει ένα καλώδιο οδηγός που δημιουργεί το κανάλι από το οποίο θα περάσει ο καθετήρας στην αρτηρία. Προσέγγιση τομής (cutdown approach) : ο καθετήρας τοποθετείται σε μια χειρουργικά απομονωμένη αρτηρία. Εμφύτευση μετατροπέα πίεσης σε αγγείο ή την καρδιά Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 5

6 Πρώτη επεμβατική μέτρηση αρτηριακής πίεσης Το 1733 ο Stephen Hales άνοιξε την αρτηρία ενός αλόγου, εισήγαγε ένα μεταλλικό σωλήνα και μέτρησε την πίεση αίματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 6

7 Επεμβατικός Τρόπος Μέτρησης Μέτρηση συνήθως με τοποθέτηση καθετήρα σε περιφερειακή αρτηρία. Καθετήρας: λεπτός (1-3mm), κοίλος, ελαστικός σωλήνας, αδιαφανής σε ακτίνες Χ. Εισαγωγή στο κυκλοφορικό σύστημα από ακραίο σημείο, καθοδήγηση στο σημείο όπου θα γίνει η μέτρηση. Ακριβής καθορισμός της θέσης σχεδόν σε κάθε σημείο του κυκλοφορικού συστήματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 7

8 Είδη Καθετήρων Καθετήρες με μανόμετρο στο άκρο τους (Manometer-tipped catheter ) Ο μετατροπέας πίεσης (pressure transducer) τοποθετείται στην πηγή, στο άκρο του καθετήρα, μέσα στην αρτηρία του ασθενή και οι πιέσεις που ασκούνται μετατρέπονται αμέσως σε ηλεκτρικά σήματα. Καθετήρες στήλης υγρού (Fluid-filled catheter) Ο καθετήρας μεταδίδει την πίεση μέσω στήλης γεμάτης υγρό σε εξωτερικό μετατροπέα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 8

9 Βασικές Αρχές Μετατροπέων Πίεσης Μετατροπέας: συσκευή που μετατρέπει μία μορφή ενέργειας σε μία άλλη. Μετατροπή μηχανικής ενέργειας που δημιουργείται από το αρτηριακό κύμα καθώς χτυπάει τον μετατροπέα σε ηλεκτρική ενέργεια. Πολύ λεπτή και πολύ τεντωμένη μεταλλική μεμβράνη αποτελεί το ένα τοίχωμα του χώρου του υγρού. Ο χώρος αυτός συνδέεται με το αγγείο του οποίου η πίεση μπορεί να καταγραφεί. Οι μεταβολές της πίεσης στο αγγείο προκαλούν μεταβολές και στην πίεση που επικρατεί κάτω από την μεμβράνη. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 9

10 Είδη Μετατροπέων Πίεσης Μετατροπείς μεταβλητής χωρητικότητας Μετατροπείς μεταβλητής επαγωγικότητας Μετατροπείς μεταβλητής αντίστασης Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 10

11 Bonded Μετρητής Τάσης Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 11

12 Εμφυτεύσιμος Μετατροπέας Πίεσης Μπορούν να εμφυτευτούν στο τοίχωμα ενός αγγείου (διάμετρος ~ 4 mm, πάχος ~ 1.2mm) και να παραμείνουν για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 12

13 Πιεζοηλεκτρικός Μετατροπέας Χρησιμοποιείται για την καταγραφή παλμού στην ωλένεια αρτηρία. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 13

14 Καθετήρες με μανόμετρο στο άκρο τους Μετατροπέας - αισθητήρας πίεσης πολύ μικρού μεγέθους. Συνήθως bonded μετρητής τάσης πάνω σε εύκαμπτο διάφραγμα. Το σήμα της αρτηριακής πίεσης δεν υφίσταται παραμόρφωση και δεν υπάρχει χρονική καθυστέρηση Η μέτρηση είναι αξιόπιστη ΑΛΛΑ Υψηλό κόστος Ευαισθησία και ευθραυστότητα Προβλήματα θερμοκρασίας Αποστείρωση πριν από κάθε χρήση Χαμηλή ευστάθεια στο χρόνο (μετατόπιση πίεσης σε ενδοαγγειακούς καθετήρες που παραμένουν στο αγγείο για προκαθορισμένη περίοδο) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 14

15 Στοιχεία Συστήματος Παρακολούθησης Πίεσης (στην πνευμονική αρτηρία) Μετατροπέας πίεσης Ενισχυτής Συσκευή αυτόματου καθαρίσματος με ασκό παροχής πίεσης και ηπαρινισμένο αλατούχο διάλυμα παλμογράφος ή καταγραφικό όργανο Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 15

16 Στοιχεία Συστήματος Παρακολούθησης Πίεσης (με ενδοαρτηριακό καθετήρα) Μετατροπέας Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 16

17 Unbonded Μετρητής Τάσης ως Μετατροπέας Πίεσης - Η απόκλιση του διαφράγματος μεταδίδεται στο σύστημα των μετρητών τάσης - Τα συστήματα αυτά έχουν υψηλή ευστάθεια και ευαισθησία. - Η τάση στο ζεύγος Β & C αυξάνει ενώ στο A & D ελαττώνεται. Το σύστημα συνδέεται σε γέφυρα Wheatstone. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 17

18 Συσκευή αυτόματου καθαρίσματος με ασκό παροχής πίεσης και ηπαρινισμένο αλατούχο διάλυμα (Συσκευή «πλύσης» ) : χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση θρόμβων αίματος και φυσαλίδων αέρα από τον καθετήρα (fast flush). Πριν την πλύση, η κάνουλα ελέγχου ροής κλείνει για την αποφυγή εισαγωγής μεγάλων φυσαλίδων αέρα στον ασθενή. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 18

19 Ανάλυση αρμονικών κυματομορφής αρτηριακής πίεσης Αναπαράσταση παλμού αρτηριακής πίεσης (περιοδική κυματομορφή) με βάση τις συνιστώσες συχνότητάς του (ανάλυση Fourier): Βασική συνιστώσα : ίδια συχνότητα με την καρδιακή συχνότητα Σημαντικές αρμονικές Δυνατότητα ποσοτικής αναπαράστασης της κυματομορφής & εύκολη σύγκριση αντίστοιχων συνιστωσών παλμών Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 19

20 Ανάλυση αρμονικών κυματομορφής αρτηριακής πίεσης Οι πρώτες 6 αρμονικές της κυματομορφής αρτηριακής πίεσης : Αρμονική Πλάτος(%) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας

21 Δυναμικές Ιδιότητες Σύστηματος καθετήρα - μανόμετρου Το σύστημα καθετήρα-μετατροπέα συνήθως χαρακτηρίζεται ως ταλαντούμενο δυναμικό σύστημα δεύτερης τάξης. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος αυτού είναι : - φυσική συχνότητα ( fn ) : η συχνότητα στην οποία το σύστημα ταλαντώνεται ελεύθερα - συντελεστής απόσβεσης ( ζ ) : καθορίζει πόσο γρήγορα ένα σύστημα επανέρχεται στην ηρεμία μετά από μία ξαφνική αλλαγή στην πίεση εισόδου. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 21

22 Αναλογίες Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου Για το μοντέλο του συστήματος καθετήρα-μανόμετρου χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες αναλογίες : Ηλεκτρικό μοντέλο Υδροδυναμικό μοντέλο v τάση P πίεση I ένταση F ροή Q φορτίο V όγκος t χρόνος t χρόνος R αντίσταση R αντίσταση ροής L επαγωγή L αδράνεια C χωρητικότητα C ελαστικότητα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 22

23 Σύστημα Καθετήρα-Μανόμετρου το υγρό στον καθετήρα έχει κάποια συγκεκριμένη πυκνότητα και ιξώδες (εσωτερική τριβή υγρού). τα τοιχώματα του καθετήρα είναι σχετικά εύκαμπτα (έτσι ώστε να ακολουθούν τις αρτηρίες). το διάφραγμα του αισθητήρα - μετατροπέα είναι επίσης εύκαμπτο, προκειμένου για τη μέτρηση της πίεσης. το διάφραγμα συνεισφέρει στη χωρητικότητα ολόκληρου του συστήματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 23

24 Φυσικό και Ηλεκτρικό Ανάλογο Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 24

25 Απλοποιημένο Ηλεκτρικό Ανάλογο Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου C d > C c ή C s R c > R s ή R d L c > L s ή L d (O καθετήρας έχει μεγαλύτερο μήκος και μικρότερη διάμετρο). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 25

26 Αναλογίες Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου Νόμος του Ohm : Η πτώση τάσης κατά μήκος μιας αντίστασης είναι ανάλογη του ρεύματος που περνάει από την αντίσταση R = ΔV / I Νόμος του Poiseuille : Η διαφορά πίεσης κατά μήκος ενός σωλήνα με υγρό είναι ανάλογη της ροής του υγρού στο σωλήνα R = ΔP / F Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 26

27 Σύστημα Καθετήρα - Μανόμετρου R c = ΔP / F (Pa. s / m 3 ) R c = ΔP / u A όπου : ΔP = διαφορά πίεσης κατά μήκος του τμήματος του καθετήρα (Pa = Ν/ m 2 ) F = ροή υγρού (m 3 /s) u = μέση ταχύτητα (m/s) A = επιφάνεια διατομής (m 2 ) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 27

28 Σύστημα Καθετήρα - Μανόμετρου Δεδομένων του μήκους του καθετήρα L (σε m) της ακτίνας r (σε m) του ιξώδους του υγρού (σε Pa.s) R c = 8ηL / πr 4 (Pa. s / m 3 ) (1) Η ελαστικότητα του διαφράγματος του αισθητήρα δίνεται από : C d = ΔV / ΔP = 1/ Ε d (2) όπου Ε d = συντελεστής ελαστικότητας του διαφράγματος του αισθητήρα Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 28

29 Σύστημα Καθετήρα - Μανόμετρου Η αδράνεια του υγρού του καθετήρα L c οφείλεται κυρίως στη μάζα του υγρού L c = ΔP / (df/dt) (Pa.s 2 /m 3 ) ή L c = ΔP / αa, όπου α = επιτάχυνση (m/s 2 ) L c = m / A 2 ή L c = ρl / πr 2 (3) όπου m = μάζα υγρού (kg) και ρ = πυκνότητα υγρού (kg /m 3 ) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 29

30 Σύστημα Καθετήρα - Μανόμετρου Χρησιμοποιώντας το νόμο του Kirchhoff, μπορούμε να υπολογίσουμε την τάση εισόδου u i (ανάλογη με την εφαρμοζόμενη πίεση) και την τάση εξόδου u 0 (ανάλογη με την πίεση στο διάφραγμα) : u i (t) = (L c C d d 2 u 0 (t) / dt 2 ) + (R c C d du 0 (t) / dt ) + u 0 (t) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 30

31 Σύστημα Δευτέρου Βαθμού Για συστήματα δευτέρου βαθμού των οποίων η απόκριση περιγράφεται με διαφορική εξίσωση δευτέρου βαθμού : b 0 x(t) = a 2 (d 2 y(t) / dt 2 ) + a 1 (dy(t) / dt ) + a 0 y(t) τα χαρακτηριστικά της φυσικής συχνότητας f n και του συντελεστή απόσβεσης ζ δίνονται από : f n = (1/2π)(a 0 /a 2 ) 1/2 ζ = (a 1 /2)/(a 0 a 2 ) 1/2 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 31

32 Σύστημα Καθετήρα - Μανόμετρου Με βάση τις εξισώσεις υπολογισμού της φυσικής συχνότητας f n και συντελεστή απόσβεσης ζ συστημάτων δεύτερης τάξης : f n = (1/2π)/(L c C d ) 1/2 ζ = (R c /2)(C d /L c ) 1/2 και τις εξισώσεις (1), (2) και (3) προκύπτει : f n = r/2 [(1/πρL)(ΔP/ΔV)] 1/2 ζ = 4η/r3 [L(ΔV/ΔP)/πρ] 1/2 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 32

33 Χαρακτηριστικά συστήματος Αύξηση της φυσικής συχνότητας & μείωση του συντελεστή απόσβεσης επιτυγχάνεται με : σωληνώσεις μεγάλης διαμέτρου χαμηλής χωρητικότητας (ΔV/ΔP) μικρού μήκους υγρό χαμηλής πυκνότητας και χαμηλού ιξώδους f n = r/2 [(1/πρL)(ΔP/ΔV)] 1/2 ζ = 4η/r3 [L(ΔV/ΔP)/πρ] 1/2 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 33

34 Η εξισορρόπηση μεταξύ των διαφόρων μεγεθών γίνεται από τον κατασκευαστή καθετήρων. Τα χαρακτηριστικά του συστήματος μεταβάλλονται επίσης με την παρουσία : θρόμβων αίματος - αυξάνουν το ιξώδες και ελαττώνουν τη διάμετρο του καθετήρα (αύξηση συντελεστή απόσβεσης). φυσαλίδων αέρα - αυξάνουν τη χωρητικότητα του συστήματος (μείωση φυσικής συχνότητας). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 34

35 Οι συνδέσεις μεταξύ των καθετήρων, κανουλών ελέγχου ροής και μανομέτρων πρέπει να είναι απολύτως χωρίς διαρροές. Όσο πιο λίγος ο αριθμός των συνδετήρων τόσο το καλύτερο, γιατί οι συνδετήρες λειτουργούν ως απλός κατά σειρά υδραυλικός αποσβετήρας ταλαντώσεων που ελαττώνει την απόκριση συχνότητας. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 35

36 Απαραίτητη η διατήρηση ενός συστήματος χωρίς φυσαλίδες. Ακόμη και ασήμαντες φυσαλίδες αέρα: - επικίνδυνες για τον ασθενή αν εισέλθουν στην κυκλοφορία του αίματος - μπορούν να προκαλέσουν παραμόρφωση στην κυματομορφή, και κατά συνέπεια λανθασμένη μετάφραση των διάφορων κλινικά σημαντικών παραμέτρων από ένα γιατρό. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 36

37 Φυσαλίδες προκύπτουν είτε κατά τη διάρκεια της γέμισης του συστήματος του καθετήρα ή από αέρια τα οποία προέρχονται από το διάλυμα σε λίγο χρόνο μετά το γέμισμα. Η αποφυγή του σχηματισμού φυσαλίδων και η απομάκρυνση ακόμη και των πιο μικρών ορατών μπορεί να επιτευχθεί με: - χρήση διαλύματος με ελάχιστη ποσότητα διαλυμένων αερίων, αποφεύγοντας τον παφλασμό του διαλύματος και χειρίζοντας με προσοχή σύριγγες που συνδέονται με τον καθετήρα. - με «πλύση» (flushing) του καθετήρα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 37

38 Απλοποιημένo Ηλεκτρικό Ανάλογο Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου Παρουσία Φυσαλίδας Μία φυσαλίδα αέρα στο υγρό κάνει το σύστημα περισσότερο ελαστικό. Επομένως η επίδραση στο σύστημα είναι ίδια όπως αυτή που προκαλείται με τη σύνδεση ενός επιπλέον πυκνωτή παράλληλα σε αυτόν που αναπαριστά τη χωρητικότητα του διαφράγματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 38

39 Απλοποιημένo Ηλεκτρικό Ανάλογο Συστήματος Καθετήρα-Μανόμετρου Παρουσία Φυσαλίδας C b : χωρητικότητα φυσαλίδας c) L cd και R cd είναι αμελητέες σε σχέση με L c και R c. Συνολική χωρητικότητα του συστήματος: C t = C d + C b Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 39

40 Καμπύλες απόκρισης συχνότητας για Σύστημα Καθετήρα-Μανόμετρου με και χωρίς φυσαλίδες Ελάττωση φυσικής συχνότητας : από 91 Hz σε 22 Hz. Αύξηση συντελεστή απόσβεσης : από σε Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 40

41 Υπολογισμός χαρακτηριστικών συστήματος 1)Καθορισμός εύρους της συχνότητας Απαιτείται η απόκριση συχνότητας του συστήματος να είναι «επίπεδη» μέχρι μια δεδομένη συχνότητα έτσι ώστε ένας καθορισμένος αριθμός αρμονικών - συνήθως 10 - του αρχικού σήματος να μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς παραμόρφωση. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 41

42 Μεταβολή πλάτους συναρτήσει συχνότητας για 5 διαφορετικούς συντελεστές απόσβεσης fn:10 Hz ζ = 0.1, σύστημα ταλαντούμενο με πολύ χαμηλή απόσβεση ζ = 2.0, σύστημα με πολύ μεγάλη απόσβεση. Διακεκομμένη γραμμή: συχνότητα συναρτήσει μεταβολής πλάτους αν το σύστημα είχε επίπεδη απόκριση συχνότητας. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 42

43 Μεταβολή πλάτους συναρτήσει συχνότητας για 5 διαφορετικούς συντελεστές απόσβεσης Κατά μήκος άξονα f: αρμονικές if ΚΣ=120 bpm. 5η αρμονική (10Hz) αν ζ = 0.1, σήμα Χ 5 φορές. αν ζ=2.0, εξασθένηση =¼ πλάτους. μεγάλη παραμόρφωση Αύξηση ακρίβειας συστήματος με fn ή ζ μεταξύ 0.5 και 0.7 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 43

44 Υπολογισμός χαρακτηριστικών συστήματος 2) Καθορισμός παραμέτρων f n και ζ Τα χαρακτηριστικά της απόκρισης του συστήματος μπορούν να καθοριστούν με τη μέθοδο της εύκολης πλύσης (fast-flush). Ανοίγει η βαλβίδα της συσκευής πλύσης και στη συνέχεια το απότομο κλείσιμο αυτής παράγει τετραγωνικό παλμό. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 44

45 Διάγραμμα Gardner Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 45

46 fn = 25mm/s/2 mm = 12.5 Hz Λόγος μεταξύ δύο διαδοχικών πλατών: 13/22.5 = 0.58 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 46

47 Διάγραμμα Gardner (f n, ζ) = (12.5, 0.17) ζ = 0.17 Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 47

48 Το σύστημα αναπαράγει αξιόπιστα την κυματομορφή, όταν οι συνιστώσες συχνότητας από τις οποίες αποτελείται, αναπαράγονται με την ίδια ενίσχυση και μετατόπιση φάσης. Αν η καταγραφόμενη αρτηριακή κυματομορφή περιέχει συχνότητες υψηλότερες της φυσικής συχνότητας του συστήματος, τότε προκαλείται παραμόρφωση αυτής σε κλινικά σημαντικό βαθμό. Επομένως οι δυναμικές απαιτήσεις του συστήματος εξαρτώνται από τις συνιστώσες συχνότητες της κυματομορφής Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 48

49 Οι απαιτήσεις αυτές δεν είναι σταθερές, εξαρτώνται από την καρδιακή συχνότητα (heart rate), θέση μέτρησης, είδος μέτρησης. Το εύρος της ομοιόμορφης απόκρισης συχνότητας καθορίζεται από την αναμενόμενη καρδιακή συχνότητα και τον αριθμό αρμονικών που λαμβάνονται υπόψη. Μετά από μελέτες, έχει γίνει αποδεκτό ότι οι 10 πρώτες αρμονικές αρκούν για αναπαραγωγή της κυματομορφής με ελάχιστη παραμόρφωση. ( Αν HR = 90bpm = 1.5 Hz, τότε συνιστώσες συχνότητας μέχρι 15 Hz είναι σπουδαίες ). Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 49

50 Επίδραση απόσβεσης σε αρτηριακή κυματομορφή. Αύξηση του συντελεστή απόσβεσης από 0.26 σε 0.44, έχει ως αποτέλεσμα ελάττωση του πλάτους των ταλαντώσεων του τετραγωνικού παλμού περισσότερο από 100% και εξάλειψη της υπέρθεσης στον αρτηριακό παλμό. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 50

51 Μέτρηση αρτηριακής κυματομορφής με τα δύο διαφορετικά είδη καθετήρων Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 51

52 Κυματομορφές Αρτηριακής Πίεσης που έχουν καταγραφεί με σύστημα καθετήρα - μανόμετρου a) Πρωτότυπη Κυματομορφή b) - h) Καθετήρες μήκους 100cm και διαμέτρου 5 έως 0.3mm Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 52

53 Παραμόρφωση Κυματομορφής α) Καταγραφή μη παραμορφωμένης κυματομορφής πίεση αριστερής κοιλίας β) Καταγραφή κυματομορφής με χαμηλή απόσβεση, όπου η τιμή της κορυφής έχει αυξηθεί γ) Καταγραφή κυματομορφής με υψηλή απόσβεση, όπου το πλάτος απόκρισης είναι εξασθενημένο και παρατηρείται και σημαντική χρονική καθυστέρηση Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 53

54 Παραμόρφωση Κυματομορφής α) Καταγραφή μη παραμορφωμένης κυματομορφής β) Καταγραφή κυματομορφής με σύστημα καθετήρα-μανόμετρου στο οποίο υπάρχει φυσαλίδα αέρα γ) Καταγραφή κυματομορφής με τον καθετήρα λυγισμένο Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 54

55 Μη Επεμβατικός Τρόπος Μέτρησης Βασίζεται στη ρύθμιση μιας γνωστής εξωτερικής πίεσης με την αγγειακή πίεση έτσι ώστε το αγγείο να βρίσκεται μόλις σε κατάρρευση. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 55

56 Μη Επεμβατικός Τρόπος Μέτρησης Υπάρχουν δύο κατηγορίες μεθόδων : Περιοδική δειγματοληψία αρτηριακής πίεσης Συνήθως παρέχεται συστολική και διαστολική πίεση (ίσως και μέση) από διαφορετικούς καρδιακούς παλμούς Συνεχής καταγραφή αρτηριακής κυματομορφής Εκτός από τη συνεχή παρακολούθηση της κυματομορφής, παρέχεται και η δυνατότητα παρακολούθησης beat-to-beat μεταβολών Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 56

57 Μη Επεμβατικός Τρόπος Μέτρησης Αυτό που μετριέται είναι η πίεση σε ένα θάλαμο, έτσι ώστε να είναι ίση με την πίεση στην αρτηρία. - Αν η συνθήκη ισότητας των πιέσεων αναγνωρίζεται μόνο στη συστολή, διαστολή ή μέση αρτηριακή πίεση, τότε μόνο η συστολική, διαστολική, και μέση πίεση παρέχονται - Αν η συνθήκη ισότητας πιέσεων ισχύει σε όλη τη διάρκεια, τότε μπορεί να μετρηθεί συνεχής αρτηριακή πίεση μη επεμβατικά. Οι μέθοδοι μέτρησης συνεχούς αρτηριακής πίεσης παρέχουν υψηλότερη ανάλυση χρόνου έτσι ώστε να παρακολουθούνται ακόμη και οι αλλαγές μεταξύ παλμών. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 57

58 Μη Επεμβατικός Τρόπος Μέτρησης Η επιλογή της μεθόδου μέτρησης εξαρτάται από την εφαρμογή. Οι έμμεσες μετρήσεις της πίεσης είναι σπουδαίας σημασίας για τη διάγνωση και θεραπεία της υπέρτασης. Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να αποφασιστεί αν είναι απαραίτητες περαιτέρω εξετάσεις στη διαγνωστική φάση, ή για την παροχή ανάδρασης κατά τη διάρκεια θεραπείας. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι η υπέρταση προσβάλει ένα μεγάλο ποσοστό του παγκόσμιου πληθυσμού, γίνεται κατανοητή η προσοχή που δίνεται στον καθορισμό συγκεκριμένων διαδικασιών για μέγιστη αξιοπιστία και επαναληψιμότητα των μετρήσεων. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 58

59 Εφαρμογές Δειγματοληψία συστολικής και διαστολικής πίεσης στο χρονικό πλαίσιο μερικών λεπτών ως και μηνών για διάγνωση και παρακολούθηση εξέλιξης υπέρτασης 24ωρη ή 48ωρη παρακολούθηση αρτηριακής πίεσης με τη χρήση φορητών συσκευών για τον καθορισμό ημερήσιας μεταβολής της αρτηριακής πίεσης Παρακολούθηση σε κρίσιμες καταστάσεις όπου η αρτηριακή πίεση μπορεί να αλλάξει πολύ γρήγορα, π.χ. τραυματισμός, αναισθησία Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 59

60 Μέθοδος Riva-Rocci - Περιοδική δειγματοληψία Χρήση μανικετιού που φουσκώνει πάνω στο άκρο που περιέχει την αρτηρία και ενός μανόμετρου (σφυγμομανόμετρο). Παρουσιάστηκε από το Riva-Rocci το 1896 για τον καθορισμό της συστολικής και διαστολικής πίεσης. Το μανικέτι που χρησιμοποιείται έχει την ιδιότητα να μεταδίδει επακριβώς την πίεση στον ιστό που περιβάλλει την αρτηρία. - Αρχικά, αύξηση πίεσης στο μανικέτι σε επίπεδο αρκετά υψηλότερο από εκείνο της συστολικής πίεσης (20-30 mmhg) έτσι ώστε η ροή του αίματος να σταματήσει τελείως και η αρτηρία να βρίσκεται σε κατάσταση κατάρρευσης. - Απελευθέρωση πίεσης στο μανικέτι με σταθερό ρυθμό. Όταν φτάσει σε επίπεδο το οποίο βρίσκεται κάτω από εκείνο της συστολικής πίεσης, μία σύντομη ροή συμβαίνει. Αν η πίεση στο μανικέτι αφεθεί να μειωθεί περισσότερο, μόλις φτάσει το επίπεδο της διαστολικής πίεσης, η ροή γίνεται πάλι φυσιολογική και συνεχής. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 60

61 Μέθοδος Riva-Rocci - Περιοδική δειγματοληψία Πρόβλημα: καθορισμός ακριβούς στιγμής κατά την οποία μόλις ανοίγει η αρτηρία και όταν είναι πλήρως ανοιχτή. Ο Riva-Rocci καθόριζε αυτές τις χρονικές στιγμές νοιώθοντας τον παλμό στον καρπό του χεριού. Όταν η πίεση βρισκόταν πάνω από τη συστολική, δεν ένοιωθε παλμό, ενώ μόλις η πίεση έφτανε στο επίπεδο της συστολικής πίεσης, άρχιζε να νοιώθει τον παλμό πάλι. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 61

62 Μέθοδος Riva-Rocci - Περιοδική δειγματοληψία Ήχοι Korotkoff: προκαλούνται από το στροβιλισμό του αίματος που δημιουργείται καθώς αυτός περνά μέσα από το αγγείο. Ο στρόβιλος προκαλεί κραδασμό του τοιχώματος του χαλαρού τμήματος του αγγείου και οι δονήσεις γίνονται ακουστές από το στηθοσκόπιο. - Δεν λειτουργεί σε πολύ χαμηλές πιέσεις (π.χ κατάσταση σοκ) Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 62

63 Μέθοδος Riva-Rocci - Περιοδική δειγματοληψία Παράγοντες σημαντικοί για την ακρίβεια της μέτρησης: Η ταχύτητα με την οποία αποδεσμεύεται ο αέρας από το μανικέτι. Για να ακούσει κάποιος τον ήχο Korotkoff, η πίεση στο μανικέτι θα πρέπει να είναι λίγο χαμηλότερη από την πίεση στο μανικέτι. Υψηλή ταχύτητα αποδέσμευσης οδηγεί επομένως σε χαμηλή εκτίμηση της συστολικής πίεσης. Η συνήθης ταχύτητα αποδέσμευσης είναι 2-3 mmhg/s. Το μέγεθος επίσης του μανικετιού σε σχέση με το μέγεθος του βραχίονα επηρεάζει και μπορεί να προκαλέσει λάθη στον προσδιορισμό της πίεσης αίματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 63

64 Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη μέθοδο υπερήχων Doppler αισθητήρας ανιχνεύει την κίνηση αγγείων σε καταστάσεις αποκλεισμού της αρτηρίας. Τοποθέτηση του μανικετιού πάνω από δύο μικρούς κρυστάλλους εκπομπής και λήψης υπερήχων (8 MHz) στο βραχίονα. Το σήμα που εκπέμπεται από τον Doppler αισθητήρα εστιάζει στο αγγειακό τοίχωμα και στο αίμα. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 64

65 Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη μέθοδο υπερήχων Ανίχνευση αντανακλόμενου σήματος από τον κρύσταλλοπαραλήπτη και αποκωδικοποίση. Μετατόπιση στη συχνότητα, σε εύρος Hz, ανάμεσα στο εκπεμπόμενο και στο λαμβανόμενο σήμα ανάλογη στην ταχύτητα της κίνησης του τοιχώματος και στην ταχύτητα του αίματος. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 65

66 Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη μέθοδο υπερήχων Pdia < Pcuff < Psys Tο αγγείο ανοίγει και κλείνει σε κάθε καρδιακό παλμό, Το άνοιγμα και το κλείσιμο της αρτηρίας ανιχνεύεται από το σύστημα των υπερήχων. Καθώς η πίεση αυξάνει περισσότερο, το χρονικό διάστημα μεταξύ του ανοίγματος και κλεισίματος της αρτηρίας ελαττώνεται μέχρι που συμπίπτουν Psys Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 66

67 Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη μέθοδο υπερήχων Kαθώς η πίεση στο μανικέτι ελαττώνεται, το χρονικό διάστημα μεταξύ του ανοίγματος και κλεισίματος της αρτηρίας αυξάνεται μέχρι που το σήμα που αντιστοιχεί στο κλείσιμο της αρτηρίας κατά τη διάρκεια του ενός καρδιακού παλμού συμπίπτει με το άνοιγμα της αρτηρίας στον επόμενο καρδιακό παλμό Pdia Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 67

68 Μέτρηση αρτηριακής πίεσης με τη μέθοδο υπερήχων Πλεονεκτήματα: Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε βρέφη και σε υποτασικά άτομα. Μειονεκτήματα: - Ευαισθησία σε παράσιτα κίνησης (motion artifacts). - Κίνηση του σώματος μπορεί να προκαλέσει αλλαγές στο υπερηχητικό μονοπάτι μεταξύ του αισθητήρα και του αγγείου. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 68

69 Μέθοδος Penaz - Finapres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Παρουσιάστηκε από τον Τσεχοσλοβάκο Pe ňαz (1973). Με τη συνεισφορά του Wesseling et al. οι οποίοι υλοποίησαν τη μέθοδο Peňáz στη Finapres (FINger Arterial PRESsure) έχει πλέον γίνει δυνατή μέτρηση συνεχούς αρτηριακής πίεσης μη επεμβατικά σε κλινικό περιβάλλον. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 69

70 Μέθοδος Penaz - Finapres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Χρησιμοποιεί φωτοηλεκτρικό πληθυσμογράφο και μανικέτι που φουσκώνει με αέρα γύρω από ένα δάχτυλο χεριού. Καθορίζεται το σημείο, όπου η εξωτερική πίεση, που ασκείται στο δάχτυλο και μεταδίδεται στα υποκείμενα αγγεία, προσεγγίζει την εσωτερική πίεση Μια γρήγορα αποκρινόμενη αντλία διατηρεί την πίεση στο μανικέτι έτσι ώστε η διαφορά τάσης μεταξύ εσωτερικού και εξωτερικού αρτηριακού τοιχώματος να παραμένει μηδέν. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 70

71 Μέθοδος Penaz - Finapres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Το δάχτυλο διαπερνάται με φως που απορροφάται από ένα φωτοκύτταρο Όταν αυξάνει η αρτηριακή πίεση, μεγαλύτερη ποσότητα αίματος απορροφά περισσότερο φως, λιγότερο φως φτάνει στο φωτοκύτταρο, ελαττώνοντας την έξοδό του Σύγκριση της τιμής με κάποια προκαθορισμένη τιμή και οποιαδήποτε απόκλιση έχει ως αποτέλεσμα αύξηση του αέρα στο μανικέτι που περιβάλλει το δάχτυλο Επομένως, ο όγκος αίματος και το μέγεθος της αρτηρίας διατηρούνται σταθερά και η πίεση του μανικετιού ακολουθεί την πίεση αίματος στο δάχτυλο. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 71

72 Μέθοδος Penaz - Finapres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Ιδανικά, η πίεση του μανικετιού πρέπει να είναι ίση με την αρτηριακή πίεση, οπότε η διατοιχωματική πίεση (transmural pressure), δηλ. διαφορά μηδέν. Σε μηδενική διατοιχωματική πίεση οι αρτηρίες βρίσκονται σε κατάσταση μη τεντώματος (unstretched). Το πρόβλημα έγκειται στη ρύθμιση της κατάστασης μη τεντώματος μη επεμβατικά. Τα κριτήρια Physiocal ρυθμίζουν αυτή την κατάσταση μη τεντώματος κάθε 70 καρδιακούς παλμούς, καθότι μπορεί να αλλάζει λόγω μεταβολών στον τόνο του μαλακού μυός του αρτηριακού τοιχώματος του δαχτύλου. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 72

73 Μέθοδος Penaz - Finapres Συνεχής καταγραφή κυματομορφής Μετρήσεις με τη Finapres μπορούν να συνεχίζονται ακόμη και κατά τη διάρκεια 24 ωρών χωρίς αξιοσημείωτη μετατόπιση ή αλλαγή στην ακρίβεια. Συνεχής παρακολούθηση για τόσο μεγάλες περιόδους δεν επιβάλλει επίσης σημαντικούς περιορισμούς στη συμπεριφορά των ατόμων. Λόγω της περιφερειακής θέσης της μέτρησης, υπάρχει ευαισθησία σε φαινόμενα αντανάκλασης παλμού και κλίσης πίεσης Μοντελοποίηση αυτών των διαφορών και ανακατασκευής πιο κεντρικών αρτηριακών παλμών. Εργαστήριο Βιοϊατρικής Τεχνολογίας 73