Аппаратно-программный комплекс для оценки вариабельности пульса и скорости пульсовой волны

Исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) является методом оценки состояния здоровья и влияния стресса на организм человека. Вариабельность сердечного ритма - это небольшие колебания длительности сердечного цикла, которые изменяются при вдохе и выдохе, а также от сложного взаимодействия гемодинамических, электрофизиологических и химических процессов, происходящих в организме. Показателем вариабельности сердечного ритма является степень изменения частоты сердечных сокращений в течение определенного периода времени. Промежутки времени между последовательными ударами сердца - кардиоинтервалы. Единица измерения кардиоинтервалов - миллисекунды (мсек). Если интервалы между ударами сердца относительно постоянны и меняются в незначительных пределах, то ВСР низкая, если их длительность изменяется в широких пределах, то ВСР высокая. Уменьшение степени вариабельности пульса у здорового человека рассматривается как признак напряженного состояния регуляторных процессов (стресса).

Вариабельность сердечного ритма

Аппаратно-программный комплекс предназначен для проведения экспресс - тестов и исследования вариабельности сердечного ритма пациентов, а также измерения скорости пульсовой волны в лучевой артерии.
Тест-система оценки вариабельности пульса состоит из пульсового сенсора и специализированного компьютерного программного обеспечения. Система разработана для оценки состояния здоровья пациента путем комплексного анализа пульсовых волн, регистрируемых сенсором.

Результатом анализа является оценка работы функционального объединения сердечно-сосудистой системы пациента:

- статистический анализ распределения кардио-интервалов;
- определение уровня психо - эмоционального стресса;
- анализ структуры сердечного ритма и его спектральный анализ;
- определение соотношения частоты дыхательных циклов и частоты сердечных сокращений;
- заключение о состоянии здоровья пациента.

Pulse sensor

Фотометрический пульсовой сенсор выполнен в виде клипсы, которая надевается на мочку уха пациента. Сенсор передает информацию о пульсациях капиллярного кровенаполнения в компьютер посредством аналогово-цифрового преобразователя.

Преимущества:

- система простая в использовании и не требует специального обучения;
- пульсации капиллярного кровенаполнения регистрируются и визуализируются на экране в реальном времени;
- отсутствуют липкие или другие электроды неудобные для пациента;
- определяется количество дыхательных циклов;
- определяется количество пульсовых биений за один дыхательный цикл;
- имеется возможность изучать отдельные фрагменты полной записи пульсовых волн;
- при анализе автоматически удаляются артефакты записи.

Пример пульсаций, отображаемых на экране монитора в процессе записи

Ниже показаны примеры рабочих окон программы:

Пример измерения и фиксации экстрасистол. ВСР тест - ритмограмма

Ритмограмма – это графическое изображение продолжительности R-R интервалов. При построении ритмограммы на оси абсцисс откладывается время записи или количество пульсовых биений, а на оси ординат – продолжительность каждого кардиоинтервала. При этом верхний край ритмограммы имеет волнообразный вид. Он формируется изменением ритма сердца. Ритм сердца определяется свойством специализированных клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться, так называемым свойством сердечного автоматизма. Регуляция сердечного ритма осуществляется вегетативной нервной системой, центральной нервной системой и рядом гуморальных и рефлекторных воздействий.
При работе в реальном времени, система может фиксировать возможные нарушения ритма и экстрасистолы.
Экстрасистола — это внеочередное преждевременное сердечное сокращение, деполяризация и сокращение сердца или отдельных его камер, является наиболее часто регистрируемым вид аритмии.
Наличие экстрасистол является одним из диагностических признаков. Однако, для проведения анализа вариабельности сердечного ритма возможные экстрасистолы необходимо удалить из рассмотрения, также как и артефакты записи .

Пример ритмограммы насыщенной различными частотами изменения кардиоинтервалов.
ВСР тест - геометрический анализ

Геометрический метод анализ ритма подразумевают оценку плотности функции распределения RR интервалов гистограммным методом и её анализ. При построении гистограммы по оси абсцисс откладывают величины интервалов RR (в единицах времени), причем весь диапазон возможных значений разбивают на N непересекающихся промежутков. Каждому из диапазонов ставится в соответствие количество RR интервалов, попавших в этот промежуток. Эти количества откладывают по оси ординат, как показано выше.
Чем шире основание гистограммы распределения кардиоинтервалов, тем больше различных вариантов R–R-интервалов и тем выше вариабельность ритма сердца. Чем выше вершина гистограммы, тем больше централизация ритма.
К геометрическим методам относится также скаттерограмма. Она отражает взаимозависимость пар последовательно идущих R–R- интервалов. Скаттерограмма (или рассеивание) – это графическое изображение пар интервалов R–R (предыдущего и последующего) в двумерной координатной плоскости. При этом по оси абсцисс откладывается величина R–R(n), а по оси ординат – величина R–R (n–1).
Обычно скаттерограмма имеет форму эллипса, вытянутого вдоль биссектрисы. По скаттерограмме также можно судить о вариабельности ритма сердца. Чем кучнее «облако» точек, тем меньше вариабельность. При вытянутом эллипсе – вариабельность высокая. Сдвиг облака точек вправо по оси координат отражает замедление ритма, сдвиг влево – учащение. Если точки стоят далеко от целой совокупности, то это или артефакты, или нарушения ритма, чаще всего – экстрасистолы. Отсутствие эллипса на ритмограмме обычно свидетельствует о нарушении ритма сердца.

Пример статистического анализа вариабельности пульса.
ВСР тест - статистический анализ

SDNN – стандартное отклонение кардио-интервалов от среднего значения. Означает, насколько отличается длина всех R-R-интервалов в целом от их среднего значения. SDNN отражает все циклические компоненты, ответственные за вариабельность в течение периода записи. Это один из основных показателей вариабельности ритма сердца, характеризующий состояние механизмов регуляции.
RMSSD – квадратный корень из средних квадратов разностей между смежными кардио-интервалами. Этот показатель также отражает вариабельность. Однако, в отличие от предыдущего показателя, он используется для оценки высокочастотных компонентов вариабельности. Его рост отражает усиление активности парасимпатического звена регуляции при адаптации к нагрузкам. Данный показатель – он отражает как вариабельность, так и автономизацию ритма сердца и коррелирует с наибольшим числом других характеристик волновой структуры ритма сердца.
HRV коэффициент является интегральным показателем вариабельности пульса и отражает состояние сердечно-сосудистой системы по нескольким критериям.
Стресс индекс или индикатор напряжения отражает уровень психо-эмоционального и физического стресса.
Параметр характеризует состояние регулирующих центров сердечно-сосудистой системы. Нормой индекса является значение индекса от 50 до 200. При физической нагрузке, хронической усталости, снижении резервов организма с возрастом, индекс составляет от 150 до 500. При стенокардии, психофизиологическом переутомлении, существенном психологическом и эмоциональном стрессе, индекс стресса достигает значений от 500 до 800. Индекс выше 800 свидетельствует о существенном нарушении регуляторных механизмов. Индекс стресса более 900 единиц может наблюдаться наблюдается при предынфарктном состоянии пациента.

Пример спектрального анализа волновой структуры пульса.
ВСР тест - спектральный анализ

Спектральный анализ волновой структуры пульса применяется для выявления характерных периодов в динамике кардио-интервалов, оценки вклада тех или иных периодических составляющих в общую динамику изменения сердечного ритма.
Спектральный анализ позволяет выделить в волновой структуре сердечного ритма периодические составляющие в колебаниях ритма сердца:
– быстрые, или высокочастотные, колебания (НF-компонент) (диапазон частот от 0,15 до 0,4 Гц);
– медленные, или низкочастотные, колебания (LF-компонент) (диапазон частот от 0,04 до 0,15 Гц);
– очень медленные, или очень низкочастотные, колебания (VLF-компонент) (диапазон частот от 0,04 до 0,015 Гц);

При спектральном анализе оцениваются следующие показатели:

ТР (общая мощность спектра, TF) – отражает суммарный эффект воздействия на сердечный ритм всех уровней регуляции. Высокие значения характерны для здоровых людей и отражают хорошее функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, Снижение общей мощности спектра наблюдается при понижении адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы, низкой стрессовой устойчивости организма.

HF мощность волн высокой частоты – отражает активность парасимпатического кардиоингибиторного центра продолговатого мозга. Повышение – в состоянии покоя, во время сна, при частой гипервентиляции.Снижение – при физической нагрузке, стрессе, различных заболеваниях.

LF мощность волн низкой частоты – отражает активность симпатических центров продолговатого мозга (кардиостимулирующего и вазоконстрикторного). Высокие абсолютные значения наблюдаются у здоровых людей. Снижение – при физической нагрузке, стрессе, различных заболеваниях.

VLF мощность волн очень низкой частоты – отражает активность центральных эрготропных и гуморально-метаболических механизмов регуляции сердечного ритма.

LF/HF (коэффициент вагосимпатического баланса) – отношение мощности волн низкой частоты (LF) к мощности волн высокой частоты (HF).
Повышение коэффициента – при активизации симпатической нервной системы.
Снижение коэффициента – при активизации парасимпатической нервной системы.

Пример определения соотношения частоты дыхания и частоты пульса.
ВСР тест - дыхание

Частота дыхательных циклов является одним из основных параметров для оценки состояния всего организма.
Алгоритм работы модуля оценки дыхания позволяет получить информацию о частоте дыхания после обработки полного графика записи пульсовых волн.
Количество пульсовых биений за один дыхательный цикл является важной характеристикой состояния организма.

Пример общей оценки состояния регуляторных систем.
ВСР тест - дыхание

По результатом общей оценки состояния регуляторных систем программа подготавливает интерпретацию диагностического заключения для помощи и принятия решения доктором.

Измерение скорости пульсовой волны

Скорость пульсовой волны - экспресс-тест система

Для определения тонуса сосудов, эластичности стенок сосудов определяют Скорость Распространения Пульсовой Волны. Увеличение жесткости сосудов ведет к увеличению этой скорости. При измерении определяют разницу во времени появления пульсовых волн, так называемое запаздывание, используя одновременную запись двух сигналов.
Для проведения измерения скорости пульсовой волны используется двухсенсорный пульсовой датчик. Двухсенсорный пульсовой датчик посредством блока аналого - цифрового преобразователя (АЦП) подключаются к компьютеру. В качестве первого сенсора используется фотометрический элемент в виде клипсы, которая крепиться на мочке уха пациента, как описанно выше.
В качестве второго сенсора используется акустический преобразователь, чувствительный элемент которого прижимается к проекции лучевой артерии в определенной точке на запястье пациента в процессе измерения.

Акустический сенсор

Конструкция акустического преобразователя позволяет проводить запись пульсовых волн действием подобным действиям пульсодиагноста при ручном пальпировании пульса.

Акустический сенсор предназначен для записи колебаний стенки лучевой артерии в виде дважды дифференцированого аналогового сигнала, соответствующего движениям стенки сосуда.

Схема проведения теста
скорости пульсовой волны.
Схема измерения

Во время проведения теста поток информации от обоих сенсоров передается компьютеру и обрабатывается специальным программным обеспечением.

Пример отображения графической информации поступающей от сенсоров на экране компьютера.
Графики пульсовх волн

Желтый график отображает процесс пульсации кровенаполнения в тканях мочки уха. Зеленый график представляет собой дважды дифференцированный график колебания стенки лучевой артерии.
Усредненные графики пульсовых волн

Программное обеспечение производит расчет Транзитного Времени Пульсовой Волны по двум усредненным графикам, полученным от обоих сенсоров.
Для расчета скорости распространения пульсовой волны в программу вводится параметр - Дистанция Пульсовой Волны, который измеряется на пациенте.
Распространение пульсовой волны внутри сосуда обусловлено упругостью стенок артерии. Скорость Пульсовой Волны лучевой артерии является параметром, по которому можно судить о упругости/жесткости сосуда.
Определение скорости распространения пульсовой волны и других параметров жесткости сосудов позволяет выявить начало развития тяжелых нарушений сердечно-сосудистой системы и правильно подобрать индивидуальную терапию. Для людей молодого и среднего возраста скорость распространения пульсовой волны равна 5,5-8,0 м/с.
С возрастом уменьшается эластичность стенок артерий и скорость пульсовой волны увеличивается. Скорость Пульсовой Волны увеличивается при атеросклерозе сосудов, гипертонической болезни, симптоматических гипертониях и при всех патологических состояниях, когда происходит уплотнение сосудистой стенки.

Lithuania Vilnius