30 Сентября, среда
Диагностика эластичности артерий по данным скорости пульсовой волны

А.В.Фролов, Г.И.Сидоренко, А.П.Воробьёв, О.П.Мельникова
Республиканский научно-практический центр «Кардиология», г.Минск, Беларусь

Актуальность неинвазивной диагностики функции эндотелия и эластичности артерий обусловлена распространенностью сердечно-сосудистой патологии. Цель исследования – разработка метода измерения скорости пульсовой волны (СПВ), робастного к архитектонике  сигналов, свободного от субъективных ошибок, и создание программно-технического обеспечения для применения в клинической практике. Эластичность сосудов обратно пропорциональна СПВ и строго коррелирует с толщиной комплекса интима-медиа и наличием атеросклеротических  бляшек. Для повышения надежности и точности измерения СПВ  использована функция взаимной корреляции реовазографических сигналов от сонной и лучевой (бедренной) артерий. Её максимум соответствует времени запаздывания. По сравнению с существующими методами ошибка оценки СПВ снижена примерно в 10 раз. На основе возрастных норм разработана клиническая интерпретация из четырех синдромных  заключений. Cерийно выпускается компьютерный реограф «Импекард-М», реализующий разработанную СПВ технологию.  Система «Импекард-М» внедряется в сеть лечебных учреждений Беларуси.

Распространенность артериальной гипертензии и ишемической болезни сердца приближается к масштабам эпидемии. Чтобы влиять на демографическую ситуацию, зависимую от сердечно-сосудистой патологии, необходимо внедрять информационные технологии, обладающие диагностической и предикторной мощностью. Тем самым можно ранжировать поток больных и диспансерно обследуемых лиц по степени риска. Факторы высокой пропускной способности и экономичности также должны учитываться. В прошедшее десятилетие обращалось усиленное внимание на скорость пульсовой волны (СПВ) как косвенный показатель, отражающий эластичность артериального русла [1, 2]. СПВ служит диагностическим критерием, на основании которого отражается состояние эндотелия и его вазомоторной функции. Кроме того, дисфункция эндотелия (ДЭ), обнаруживаемая по изменению СПВ при реактивной гиперемии, служит независимым и мощным предиктором смертности [6]. Измерения СПВ выполняются по запаздыванию между опорным сигналом на сонной артерии и периферическим сигналом на лучевой или бедренной артерии. Как показывает практика, прямые измерения обладают существенной погрешностью, зависимой от формы сигналов и квалификации исследователя.

Цель

–  разработать метод измерения СПВ, робастный к архитектонике сигналов и свободный от субъективных ошибок, а также создать программно-техническое обеспечение для широкого клинического применения.

Методы , результаты и обсуждение

Разработка основана на формуле Моенса-Кортевега, связывающей геометрию сосуда с его эластикой.

C =  h  / (2 × r × m × СПВ)                 (1)

где С –эластичность, h – толщина стенки, r– радиус сосуда, m– плотность крови.

Из (1) следует, что эластичность сосудов снижается с ростом радиуса сосуда, плотности крови и скорости пульсовой волны. Если учесть, что в артериях отношение r / h постоянно и равно 5, а плотность крови 1,062 г/см3, то зависимость (1) приобретает более простой вид:

C = 1000 / СПВ               (2)

Таким образом, эластичность артерий можно просто оценить по данным измерений СПВ. Эластичность обратно пропорциональна жесткости и строго коррелирует с толщиной комплекса интима-медиа, наличием атеросклеротических бляшек и заболеваний периферических артерий. Кроме того, установлена линейная зависимость между повышением СПВ и снижением чувствительности барорецепторов [2].

 Важнейшим вопросом, не обсуждаемым в литературе, является точность оценки СПВ. В аппаратуре, используемой в программе Complior, артериографе M.Illyes, фотоплетизмографической установке ЭЛОКС01 (Самара, 2004) и других известных разработках запаздывание пульсовой волны измеряется по реперным точкам, обозначаемым как «начало волны» либо «место изгиба на восходящей кривой» [3, 4, 6]. Однако пульсовые волны имеют не импульсный, а сглаженный вид, поэтому идентификация таких точек сопровождается существенной субъективной погрешностью. Смещение всего на ±1 мм при скорости записи сигналов 50 мм/с вносит погрешность измерения запаздывания 1528%. При этом погрешность оценки СПВ достигает 30%. Для устранения этого дефекта мы еще в 1980 г. [5] предложили кросскорреляционный метод измерения СПВ. Используются лишь восходящие участки пульсовых волн, и для них программно вычисляется функция взаимной корреляции:

r(T) = ∫ X1(t – T) X2(T)dT                    (3)

где X1(t), X2(t) – центральный и периферический сигналы, t – время, T – интервал смещения.

Максимуму функции r(T) соответствует искомое время запаздывания Tзап. Идентификация времени запаздывания производится в 100%, а погрешность зависит лишь от частоты дискретизации сигнала. Так, при 100 Гц погрешность составляет 14,3%, при 500 Гц – 2,9%, при 1000 Гц – всего 1,4%. При накоплении 15-20 с записи ошибка дополнительно уменьшается в √n раз, где n – количество «запомненных» кардиоциклов.
Таким образом, корреляционный метод надежно измеряет СПВ с 10-20-кратно меньшей погрешностью, чем у известных аналогов.
Для практического использования метода измерения СПВ важно иметь простую клиническую интерпретацию результатов. Используя данные о возрастных нормах, мы ранжировали состояния на 4 поддиапазона и предлагаем вариант клинической интерпретации результатов (таблица). Низкой СПВ соответствуют гипотонические состояния. При повышенной СПВ не более 20% от верхней границы нормы можно говорить о функциональных нарушениях эндотелия либо нарушении вазомоторной функции. Резко повышенная СПВ соответствует органическим поражениям эндотелия. Полученные данные косвенно диагностируют состояние эндотелия и одновременно прогнозируют состояние пациента. Так, при СПВ>12 м/с 3-летняя смертность превышает 15%, а при СПВ > 17м/с – превышает 50%.

Клиническая интерпретация результатов * измерения скорости пульсовой волны, м/с

Возраст, лет

Снижена

Норма

Повышена

Повышена резко

14–20

<6,1

6,1–7,5

7,6–9,8

>9,8

21–30

<6,8

6,8–8,5

8,6–11,0

>11,0

31–40

<7,1

7,1–8,8

8,9–11,5

>11,5

41–50

<7,4

7,4–9,2

9,3–12,0

>12,0

>51

<7,4

7,4-9,3

9,4–12,0

>12,0

Клиническая интерпретация

Низкое АД

Эластичность артерий в норме

Функциональное нарушение эндотелия артерий

Органическое поражение эндотелия артерий, высокий риск смертности

Примечание : * – Ludwig (1936), Н.Н.Савицкий (1974), М.С.Кочкина c соавт. (2005) и собственные результаты.

Предложенный метод полностью автоматизирован. Аппаратная платформа компьютерного реографа «Импекард-М» включает персональный компьютер, лазерный принтер и цифровой реопреобразователь. Доступны две модели: РПКА2-01 (Медасс, Москва) и РПЦ2-02 (Интекард, Минск). Программное обеспечение «Импекард-М» содержит модуль измерения СПВ [1]. Источниками сигналов являются реовазограммы сонной и лучевой (бедренной) артерий. Пациент находится в положении сидя. Измеряется расстояние по поверхности тела от яремной ямки до электрода на запястье и от яремной ямки до электрода на сонной артерии. В качестве длины принимается разность измеренных расстояний. Скорость рассчитывается как отношение вычисленного расстояния к времени запаздывания пульсовой волны.

Выводы

СПВ-технология используется как диагностический критерий, косвенно отражающий состояние эндотелия, и предиктор смертности. Корреляционный метод измерения СПВ на порядок уменьшает ошибку измерения и повышает надежность исследований. По своей простоте СПВ-технология не сложнее измерения АД, поэтому доступна не только для клиники, но и для массовых диспансерных обследований.

Список литературы

1. Воробьёв А.П.,  Компьютерный реограф «Импекард М».  Методика применения  / А.П.Воробьёв,  А.В.Фролов,  О.П.Мельникова. – Минск, 2007. – 52 с.
2. Затейщикова, А.А. Эндотелиальная регуляция сосудистого тонуса: методы исследования и клиническое значение / А.А. Затейщикова, Д.А. Затейщиков // Кардиология. – 1998. – Т.3. – № 9. – С.68-78.
3. Некоторые методические аспекты автоматизации кардиологических исследований / Г.И.Сидоренко,  Э.И.Зборовский, В.Г.Русецкая, Г.С.Борисова // Терапевт. арх. – 1980. – № 5. – С.103-108.
4. Полонецкий Л.З. Дисфункция сосудистого эндотелия: диагностика, клинические аспекты и перспективы / Л.З.Полонецкий, И. Л.Полонецкий, Э.Ч.Шанцило // Дисфункция эндотелия: экспериментальные и клинические  исследования. –  Витебск, 2004. – С.224-227.
5.  Aortic pulse wave as a marker of cardiovascular risk in hypertensive patients / J.Blacher, R. Asmar, S. Djane et al. // Hypertens. – 1999. – №33. – P. 1111-1117.
6. Asmar R. Pulse pressure and aortic pulse wave velocity are markers of cardiovascular risk in hypertensive populations / R.Asmar, A.Rudnichi // Am.J.Hypertens. – 2001. – № 14. – Р.91-97.