Прямі інвазивні методи вимірюваннятиску крові

Внутрішньо судинне вимірювання параметрів тиску крові з відображенням кривої тиску на графічному дисплеї і цифрових даних на табло монітора є найбільш зручним, точним і достовірним способом безупинного моніторингу показників сердечно-судинної системи.

Цифрова обробка сигналу внутрішньо судинного датчика тиску в моніторах дозволяє визначити необхідні параметри тиску крові, наприклад, при спостереженні за АТ – значення систолічного, діастолічного, середнього тиску, а також розрахувати похідні гемодинамічні показники, що характеризують стан серцево-судинної системи.

Для крізьшкірної катетеризації при моніторингу АТ найбільше часто використовується променева артерія, в основному через доступність, можливостей забезпечення колатеріального кровотоку в кінцівці, великого накопиченого експериментального матеріалу і достатньої безпеки. Використання артеріального катетера дозволяє додатково до моніторингу АТ вести повторюваний добір проб крові для біохімічного аналізу.

Датчик тиску, використовуваний для внутрісудинних вимірювань у моніторних системах, містить чутливий елемент, на який впливає тиск крові. Датчик включає катетер, який фіксується у досліджуваній судині. Чутливий елемент, що перетворює величину тиску в електричний сигнал, може конструктивно розміщатися поза катетером. У цьому випадку катетер заповнюється рідиною, що передає тиск на чутливий елемент. У сучасних конструкціях датчиків тиску чутливий елемент розташовується на кінчику катетера і відділений від крові тонкою мембраною.

Як чутливий елемент у датчиках тиску крові використовуються різні типи первинних перетворювачів тиску (тензометричні, ємнісні, п'єзоелектричні, напівпровідникові), що трансформують величину тиску за рахунок пружної деформації чутливого елемента в зміну його електричних характеристик (опору, ємності, напруги й ін.). Найбільше поширення в мониторной апаратурі одержали тензометричні датчики, що мають високі метрологічні характеристики.

Надійністю і малими розмірами відрізняються волоконно-оптичні датчики тиску. Вони містять два світловоди, розташовані усередині катетера. Один світловод служить для подачі випромінювання від джерела світла на чутливий елемент, другий з'єднаний з фотоприймачем, підключеним до вимірювальної схеми. Чутлива до тиску мембрана встановлюється на кінчику катетера. Зі зміною тиску крові світловий потік, що попадає в прийомний світловод, виявляється промодульованим по амплітуді, що і реєструється за допомогою фотоприймача. Волоконно-оптичний датчик вдається зробити діаметром 0,5мм при довжині гнучкої частини катетера до 0,6 м / 39 /.

Вимірювальна схема, до якої підключений чутливий елемент датчика, перетворить зміни його електричних характеристик у сигнал, що надходить у пристрій обробки монітора.

Точність виміру тиску при використанні катетерних датчиків визначається низкою фізичних факторів. При оцінці динамічних похибок вимірювань чутливий елемент датчика, що сприймає коливання тиску, можна розглядати як гармонійний осцилятор під дією зовнішніх сил. Електричний сигнал на виході датчика тиску буде пропорційний величині пружної деформації (зсуву) чутливого елемента, отже, у першому наближенні він буде описуватися рішенням звичайного диференціального рівняння другого порядку (при допущенні, що сила тертя пропорційна швидкості переміщення, сила пружності - переміщенню).

Дане рішення, у залежності від значень параметрів системи: частоти власних коливань f _о і коефіцієнта демпфірування x, має аперіодичний чи згасаючий коливальний характер. Відповідно, частотна характеристика системи поблизу частоти f_о буде мати підйом або спад у залежності від величин коефіцієнта x. Це означає, що якщо в сигналі пульсації тиску присутні частотні компоненти, близькі значенню f _о, то вони будуть спотворюватися, тобто будуть виникати динамічні похибки вимірювань.

Мінімізація динамічних похибок при визначенні параметрів АТ дуже важлива, тому що систолічне значення АТ оцінюють по величині зареєстрованого піку пульсації тиску в судині, обумовленого високочастотними компонентами пульсації тиску. Частотний спектр пульсації тиску визначається величинами ЧСС і швидкості наростання піка тиску. Якщо допустити, що пульсація тиску має трикутну форму з часу наростання не менш 10% від тривалості періоду коливань, то при максимальному значенні ЧСС рівному 180 уд/хв ширина спектра пульсацій тиску не перевищує 15 Гц.

Для мінімізації динамічних похибок вимірювань власна частота датчика повинна в 2...3 рази перевищувати максимальну частоту спектра пульсацій тиску.

Для катетерного рідино-заповненого датчика тиску крові з твердою нееластичною трубкою параметри f ₀, x, без урахування механічних характеристик чутливого елемента, що вважається в даному випадку безінерційним, залежать від діаметра і довжини катетера, щільності і в'язкості рідини [40].

Зі збільшенням довжини трубки катетера резонансна частота f ₀ падає, що може привести до її потрапляння у частотний діапазон сигналу і до збільшення динамічних похибок.

Так, для довжини катетера l = 150 мм f_о = 45 Гц, l = 1800 мм f_о = 7 Гц.

Потрапляння в катетер пухирців повітря приводить до збільшення еластичності системи і збільшенню x, що також веде до спотворення реєстрованих пульсацій тиску. Крім того, наявність пухирців повітря небезпечне їхнім проникненням в артеріальне русло і розвитком емболії.

Зниження динамічної похибки через близькість частот спектра пульсації і частоти власних коливань датчика може бути досягнуте введенням коригувальних ланок у підсилювач сигналів датчика, що вирівнюють частотну характеристику системи в області можливих спотворень.

Катетерні датчики тиску з чутливим елементом, розташованим на кінчику катетера, мають високу резонансну частоту і вільні від зазначених недоліків.

Тензометричні датчики фірми Millar Instr. [41] мають зовнішній діаметр катетера від 0.67 до 2.33 мм, довжину від 0.75 до 1.4 м, що дозволяє їх використовувати для дослідження малих судин і в педіатрії.

Технічні параметри датчиків:

чутливість 5 мкв / мм рт.ст.

опір 1 кОм

діапазон тиску -50...+300 мм рт.ст.

резонансна частота 10 кгц.

Катетер датчика має просвіт на робочому кінці для добору проб крові і введення рідин.

Системи катетеризації судин, які використовують для вимірювання АТ, включають розгалуження з клапаном добору крові й очищення системи, а також для повільного тривалого (1...3 мл/год) уведення розчину гепарину, що знижує ризик утворення тромбів.

Показання рідинно-заповнених датчиків залежать від положення чутливого елемента датчика щодо тіла пацієнта. Для виключення помилок вимірювання чутливий елемент повинен знаходитися на рівні правого передсердя, у противному випадку необхідно ввести поправку на вагу стовпчика рідини висотою, рівною різниці рівнів положення датчика і серця. Особливо це важливо враховувати при вимірі низьких значень тиску, наприклад, центрального венозного тиску.

При вимірі АТ необхідно враховувати похибки фізіологічної природи. Пульсації тиску, які реєструються в периферійних артеріях, визначаються тонусом гладкої мускулатури, тому, наприклад, у променевій артерії систолічний тиск виявляється звичайно більшим, а діастолічний меншим, ніж ці значення в центральній аорті. При зміні судинного опору це співвідношення може змінюватися.

Завдяки розвитку техніки внутрісудинної катетеризації, прямий метод вимірювання тиску крові використовується для визначення різних параметрів тиску в серцево-судинній системі. Однак інвазивність методики, ризик розвитку судинних ускладнень обмежують область застосування прямого методу вимірювань. Найчастіше катетерні вимірювання використовуються в інтраопераційному моніторингу й у кардіореанімації. У таблиці 3 приведені значення фізіологічної норми параметрів тиску, використовуваних у клінічному моніторингу [42].