Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики

It is described nature of pulse processes in heart-vascular system and their using for determination of the hemodynamic parameters. Informatic-measurement system realizing method of pulse diagnostics is presented. Описано природу пульсовых процессов в сердечно-сосудистой системе и их использование д...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Дата:2014
Автор: Дегтярук, В.І.
Формат: Стаття
Мова:Українська
Опубліковано: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2014
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84828
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики / В.І. Дегтярук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 43-52. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860098304180748288
author Дегтярук, В.І.
author_facet Дегтярук, В.І.
citation_txt Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики / В.І. Дегтярук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 43-52. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
collection DSpace DC
container_title Комп’ютерні засоби, мережі та системи
description It is described nature of pulse processes in heart-vascular system and their using for determination of the hemodynamic parameters. Informatic-measurement system realizing method of pulse diagnostics is presented. Описано природу пульсовых процессов в сердечно-сосудистой системе и их использование для определения параметров гемодинамики. Представлен информационно-измерительный комплекс, который реализует методику пульсовой диагностики. Описано природу пульсових процесів у серцево-судинній системі, та їх використання для визначення параметрів гемодинаміки. Представлено інформаційно-вимірювальний комплекс, який реалізує методику пульсової діагностики.
first_indexed 2025-12-07T17:27:18Z
format Article
fulltext Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 43 V. Degtjaruk PULSE PROCESSES IN THE HEART-VASCULAR SYSTEM OF HUMANS AND THEIR USING FOR DIAGNOSTICS It is described nature of pulse processes in heart-vascular system and their using for determination of the hemodynamic parameters. In- formatic-measurement system realiz- ing method of pulse diagnostics is presented. Key words: vessels, pulse wave, sen- sor, pulse diagnostics. Описано природу пульсовых про- цессов в сердечно-сосудистой системе и их использование для определения параметров гемоди- намики. Представлен информаци- онно-измерительный комплекс, который реализует методику пульсовой диагностики. Ключевые слова: сосуды, пульсо- вая волна, сенсор, диагностика. Описано природу пульсових проце- сів у серцево-судинній системі, та їх використання для визначення параметрів гемодинаміки. Пред- ставлено інформаційно-вимірю- вальний комплекс, який реалізує методику пульсової діагностики. Ключові слова: судини, пульсова хвиля, сенсор, діагностика. © В.І. Дегтярук, 2014 УДК 681.335 В.І. ДЕГТЯРУК ПУЛЬСОВІ ПРОЦЕСИ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ СИСТЕМІ ЛЮДИНИ ТА ЇХ ВИКОРИСТАННЯ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ Вступ. Визначення поняття “пульс” в сучас- ну мову прийшло з латинської. Pulsus озна- чає удар, поштовх. Джерелом виникнення пульсових процесів в організмі людини є пе- ріодичний викид деякого об’єму крові з шлуночків серця в судини. Це призводить до виникнення хвилі тиску, яка розповсюджу- ється по артеріях від серця до периферії, ви- кликаючи збільшення їх локального об’єму і механічного коливання стінок. Історія пульсової діагностики сягає у гли- боку давнину. Так, дослідження пульсу було одним з головних діагностичних методів стародавньої китайської медицини, Древня Греція мала свою школу, яка отримала роз- виток у стародавньому Римі в працях Галле- на. Ібн Сіна, поєднавши античні традиції з досвідом китайської медицини, розповсюдив цей метод як в країнах Ближнього та Серед- нього сходу, так і в Європі [1]. Високого роз- витку досягла пульсова діагностика в ти- бетській медицині, яка продемонструвала її широкі можливості в отриманні біомедичної інформації. Досвідчений фахівець може роз- різнити понад 360 діагностичних показників, чим пояснюється великий інтерес сучасної медицини до цих методів [2]. Але, не зва- жаючи на великі досягнення, вони мають ряд недоліків та обмежень, основним з яких є суб’єктивізм. Справа в тому, що у точках дослідження пульсу східними лікарями, по- руч з променевою артерією розташовані ве- нозна та лімфатична судини і нервовий ка- нал. Отже інформація, яку отримує діагност В.І. ДЕГТЯРУК Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 44 є складною комбінацією коливальних та хвильових процесів, які пов’язані з ви- кидом та переміщенням систолічного об’єму крові та гідравлічним ударом, який виникає у фазі максимального вигнання крові. Діагност повинен мати спе- ціально підготовлені руки з натренованою чутливістю пальців та великий дос- від, що дозволяє робити висновки з урахуванням великої кількості супутних фа- кторів. Східний лікар відчуває та аналізує пульс як струну, або резонатор різних фізіологічних процесів в організмі. Набір відчуттів при цьому надає інформацію про типи пульсу і у відповідності з прийнятою теорією медицини характеризує вид патології та дозволяє відслідковувати хід та скласти прогноз захворювання. Слід зауважити, що знання та навички діагностики та способи лікування переда- вались від учителя до учня езотеричним способом, баз витоку інформації на протязі 15–20 років, що стримувало їх широке застосування. Великий набір діагностичних параметрів та висока ступінь достовірності пульсової діагностики і в наш час привертають до себе увагу сучасної медицини, яка в свою чергу висуває перед ученими задачу створення. Нових, пристосова- них до понятійного апарату сучасної Європейської та світової медицини, тех- нічних засобів, які дозволяють реалізувати увесь комплекс досягнень пульсової діагностики. Природа пульсової хвилі та швидкість розповсюдження як діагностичний фактор. Розглянемо процес появи та розповсюдження пульсової хвилі по судині в дещо спрощеному вигляді, щоб уникнути ускладнення аналізу. Спрощення полягає у тому, що артерія представляється у вигляді довгого циліндра, що дозволить виключити крайові ефекти. Слід зауважити, що крайові ефекти, зокрема, відображення пульсової хвилі від місць біфуркації судин слід враховувати при аналізі процесів гемодинаміки, особливо в першій після серця артерії – аорті, де вони грають особливу роль. Отже позначимо D – зовнішній діаметр артерії, d – внутрішній, відповідно товщина стінки становитиме 2 dDh − = . (1) Еластичність стінки судини С, яку називають компліансом, залежить від ба- гатьох чинників, зокрема компліанс визначається тонусом гладких м’язів судин. За вихідний компліанс, який визначає пружність, приймемо показник для здоро- вої людини, який визначається модулем пружності Е. Спостерігаємо процес на деякій відстані від серця – х. У загальному випадку розповсюдження пульсової хвилі відбувається з розсіюванням енергії і відповід- но з затуханням амплітуди А0, яке можна представити виразом А0 (х) = А0 max ·е – ßx , (2) де ß – коефіцієнт затухання, який збільшується зі зменшенням діаметра. ПУЛЬСОВІ ПРОЦЕСИ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 45 Але якщо спостерігати розповсюдження пульсової хвилі по ділянці артерії між зонами біфуркації, то затуханням можна знехтувати, при цьому розподіл тиску по довжині має вигляд, показаний на рис. 1. РИС. 1. Графік зміни тиску в аорті: Рс – систолічний тиск, Рq – діастолічний тиск, 0 – поча- ток викиду крові з серця, τ1 – анакротичний період, τ2 – дикротичний період, Х – від- стань від серця (по судині), υ – швидкість розповсюдження пульсової хвилі В момент часу υ 0X , який відраховується від початку викиду крові в аорту, на кров, яка знаходиться між перерізами X0 + υt2 та X0 у напрямку, як показано на рис. 2, буде діяти сила F 2 4 )( dPPF qc π −= . (3) РИС. 2. Схематичне зображення артерії під час розповсюдження пульсової хвилі Маса m крові, яка знаходиться між цими перерізами, визначається виразом 4 )( 2 12 dttm π ⋅−ρϑ= , (4) де ρ – густина крові. В.І. ДЕГТЯРУК Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 46 Користуючись другим законом Ньютона, визначаємо прискорення цієї маси )( 12 tt PP a qc −ϑρ − = . (5) Під дією сили F, коли тиск почав зростати на інтервалі часу t2 – t1, кров, яка була в цій області, почала рухатись і набрала швидкість від нуля до a(t2 – t1). На інтервалі t3 – t2 після закриття аортального клапана тиск падає і швидкість крові зменшується на величину ϑρ − qc PP (6) і повертається до нуля. Об’єм крові між перерізами X0 + ϑ ( t3 – t1) тa X0 за інтервал часу t3 – t1 збі- льшувався з тієї причини, що швидкість притікаючої крові більше за кількість відтікаючої. В нашому прикладі швидкість відтікаючої крові дорівнювала нулю, а притікаючої була більше нуля і середнє значення на цьому інтервалі часу склало ϑρ − 2 qc PP . (7) Це і є причиною виникнення пульсової хвилі, тобто по судині розповсю- джується хвиля завдяки коливанням об’єму судини, тиску в судині та швидкості кровотоку пов’язаних між собою. Оскільки кров – рідина, яка практично не стискається, збільшення об’єму може бути представлено виразом: 42 )( )( 2 13 dPP ttV qc π ϑρ − −=∆ . (8) Ще один вираз для збільшення об’єму можна отримати, якщо врахувати, що діаметр артерії в середньому збільшився на ∆ d, крім того ∆ d < d і ∆ d2 << ∆ d d, отже ) 2 )(( 13 ddttV ∆ ϑπ−=∆ . (9) Порівнюючи вирази (8) та (9) 2 )(( 42 )( )( 13 2 13 ddttdPP tt qc ∆ πϑ−= π ρϑ − − , отримаємо вираз для швидкості пульсової хвилі d dPP qc ∆ρ − =ϑ 4 )( . (10) ПУЛЬСОВІ ПРОЦЕСИ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 47 Якщо використати закон Гука, який визначає залежність відносної дефор- мації (в нашому випадку d d∆ ) та силу, яка викликає таку деформацію (в нашому випадку її визначає артеріальний тиск (Pc – Pd ) отримаємо ще один вираз для швидкості розповсюдження пульсової хвилі з урахуванням пружності судин: d Eh ρ =ϑ , (11) де Е – модуль пружності Юнга, h – товщина судини. Відношення товщини судин до їх діаметра у різних людей майже не відріз- няється, як і мало залежить від того, в якій частині тіла воно знаходиться. Таким чином, швидкість пульсової хвилі визначається пружністю стінок судин, яка змінюється при різних захворюваннях. До таких захворювань відносяться гіпер- тонії різного походження, атеросклероз, хвороби ендотелію судин, які призво- дять до порушень його цілісності і ендотеліальної дисфункції та ін. Отже вимірювання швидкості розповсюдження пульсової хвилі є одним з важливих факторів, який слід враховувати при встановленні діагнозу. А контур- ний аналіз пульсових хвиль, у свою чергу, надає цілий ряд часових та амплітуд- них діагностичних параметрів і тим самим робить пульсову діагностику неза- мінним чинником в сучасній клінічній практиці та наукових дослідженнях. Особливості застосування пульсової діагностики. Сучасна медицина віддає перевагу неінвазивним методам досліджень, тому їх кількість та діагнос- тична значимість постійно зростає, але існує феномен стереотипу мислення, який має як об’єктивні, так і суб’єктивні причини. З одного боку це перевірені часом та засвоєні (не завжди осучаснені) знання, які дозволяють робити прави- льні висновки, з іншого – небажання, або складність оволодіння новітніми нау- ковими досягненнями та передовими методиками. Тому необхідно оцінювати результати сучасної пульсової діагностики співставляючи їх з існуючою та ши- роковживаною базою знань у поняттях, якими користується переважна біль- шість лікарів. Крім того, це потрібно для того. щоб не потрапити на хибний шлях при розшифровці кривих пульсу та оцінці отриманих результатів. При переміщенні від початку аорти до периферії пульсова хвиля частково затухає, частково змінює форму, на власну частоту нашаровується частота від- дзеркалених хвиль. Відповідно спектр інформаційного сигналу розширюється, з’являються складові високих частот, які несуть інформацію про швидкість сер- цевих скорочень, ударні об’єми крові, артеріальний тиск, компліанс судин, то- нус стінок та ін. Все це ускладнює реєстрацію та розшифровку пульсових кри- вих. Тому дуже важливо правильно вибрати методику вимірювань, створити се- нсори з відповідними технічними характеристиками, виконати повний обсяг за- ходів обробки інформації та виконати її візуалізацію у цифровій та графічній формах і надати діагностичні висновки. Фотометричний метод пульсової діагностики. Необхідними умовами за- стосування методів пульсової діагностики в медичній практиці є, по перше, мет- В.І. ДЕГТЯРУК Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 48 рологічна сертифікація методик вимірювання, по друге сертифікація самих за- собів вимірювання. Без виконання цих умов неможливо досягти потрібної ефек- тивності. Вирішення першої задачі диктується складністю процесів, які досліджують- ся, а саме нестаціонарністю, нелінійністю, взаємним впливом багатьох парамет- рів. Друга задача багатопланова. Головним чинником на шляху її вирішення є первинний перетворювач, до параметрів якого висувається широкий набір ви- мог. Крім високих технічних параметрів, як то велика чутливість, широкий ди- намічний діапазон, гармонізована частотна характеристика, лінійність перетво- рення, і т. д., добавляються такі як неінвазивність, атравматичність, безпечність, низька енергетика отримання інформаційного сигналу та метод перетворення, які не впливають та не спотворюють досліджувані процеси. При виконанні цих умов і отриманні адекватної у повному обсязі інформа- ції, виникає необхідність обробки та аналізу великих масивів даних і відповідно застосування кількісних методів. Сказане передбачає використання в складі ін- формаційного комплексу сучасних засобів електронно-обчислювальної техніки, яка дозволить отримувати не тільки кількісні значення окремих параметрів, а і розпізнавати образи, що при застосуванні до дослідження серцево-судинної сис- теми дозволяє вирішити широке коло задач від розпізнавання окремих елементів кривих до постановки діагнозу [3]. Фізична природа пульсових коливань відрізняється значною складністю і несе в собі великий потік інформації. Тому звичайні методи реєстрації пульсу віддзеркалюють лише часткові компоненти процесу. Наприклад, сфігмографія дозволяє реєструвати коливальний рух стінок артерії на ділянці судини як відо- браження коливального процесу крові вздовж судин, реографія розглядає ткани- ни тіла як провідник з іонною провідністю. Пульсові коливання кровотоку візу- алізуються у вигляді кривих коливань електричного опору. При цьому пропус- кання електричного струму через досліджувану ділянку тіла при тривалому дос- лідженні може привести до спотворення процесів, які відбуваються в ньому. Проведені дослідження і здобуті результати дозволяють зробити наступний висновок. Фотометричний метод реєстрації пульсових хвиль поєднує у собі всі переваги традиційних. Крім високої інформативності він дозволяє виконувати дослідження протягом тривалого часу без впливу на перебіг досліджуваних про- цесів. Це дає можливість аналізувати досить тривалі відрізки записів пульсу, що в свою чергу дозволяє відслідковувати та давати цифрову або кількісну оцінку окремих компонентів пульсових кривих які носять самостійний характер і за аналогією з ритмологічним підходом до динаміки серцевої діяльності [4] з’являється можливість визначити вплив нервової та гуморальної регуляції на скорочувальну активність як судинної системи, так і серця. Аналіз повільних процесів у серцево-судинній системі може надати можливість виявити динамі- ку, яка пов’язана зі збудженням вазомоторного центру в центральній нервовій системі, гуморальний та метаболічний вплив на клітини гладких м’язів судин- ПУЛЬСОВІ ПРОЦЕСИ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 49 них стінок, які дуже чутливі до нього. Ще один надзвичайно важливий аспект таких досліджень – оцінка функції ендотелію судин. Нещодавно вчені прийшли до висновку, що ендотеліальна дисфункція – одне з перших свідчень про захво- рювання серцево-судинної системи, яке визначається клінічно і є його предикто- ром за кілька років до проявів захворювання. Ендотеліальна дисфункція вражає майже 50% людей віком за 40 років. Але рання діагностика цієї патології дозво- ляє без великих зусиль та витрат повернути ендотелій судин до здорового стану. Інформаційно – вимірювальний комплекс пульсової діагностики. Ком- плекс (рис. 3) складається з набору наступних апаратних та програмних блоків. 1. Інтелектуальні сенсори (рис. 4, а, б). РИС. 3. Комплекс пульсової діагностики а б РИС. 4. Інтелектуальні сенсори: а – диференційна пальцева пульсографія; б – визначення швидкості розповсюдження пульсової хвилі В.І. ДЕГТЯРУК Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 50 Сенсор включає опромінювач з джерелами червоного некогерентного світла, опто-електричний перетворювач, регулятор чутливості, фільтри живлен- ня та завад. В комплексі використовується набір сенсорів, пара з яких для диференційної пальцевої пульсографії (рис. 4, а), друга пара для визначення швидкості розповсюдження пульсової хвилі (рис. 4, б). 2. Блок обробки аналогового сигналу (рис. 5), який включає фільтр інфра- низьких частот, полосовий фільтр корисного сигналу, підсилювач, блок відні- мання, систему автобалансування. РИС. 5. Блок обробки аналогового сигналу 3. Аналого-цифровий перетворювач, який має зв’язок з комп’ютером через USB – порт. Живлення здійснюється від комп’ютера через кабель з USB – порту. 4. Програмний блок рис. 6–8 складається з трьох модулів. 1. Модуль реєстрації пульсових кривих, рис. 6. РИС. 6. Модуль реєстрації пульсових кривих ПУЛЬСОВІ ПРОЦЕСИ В СЕРЦЕВО-СУДИННІЙ … Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 51 В ньому реалізовані функції запису, збереження з наступним завантаженням та візуалізацією запису. При цьому є можливість спостерігати процес на екрані монітора в режимі online. Існує можливість вибору тривалості запису, та зруч- ний огляд результату в будь-якому напрямку. Вбудована функція огляду як всіх каналів, так і кожного окремо взятого. Можливо задавати масштаб як амплітуд- ної, так і часової осей. 2. Модуль аналізу та розрахунку параметрів пульсових хвиль, рис. 7, а, б. а б РИС. 7. Модуль параметрів пульсових хвиль: а – аналіз; б – розрахунок В своєму складі він має функцію усереднення пульсового циклу, автомати- чне розміщення основних кодуючих точок пульсової кривої, визначення частоти серцевих скорочень, розрахунок 10 прямих діагностичних параметрів. Ведеться робота з розширення набору показників, розрахунки диференційної пульсогра- ми та графіку другої похідної, варіабельності серцевого ритму та ін. Результати після закінчення вимірювань зберігаються в файлах внутрішньо- го формату. 3. Модуль статистичної обробки параметрів пульсової хвилі рис. 8. РИС. 8. Модуль статистичної обробки параметрів пульсової хвилі В.І. ДЕГТЯРУК Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014, № 13 52 Після виклику та завантаження службових файлів, які сформовані в розра- хунковому модулі, користувач отримує доступ до меню з широким набором фу- нкцій розрахованих параметрів пульсових хвиль, який включає не тільки прямі показники, але й психоемоційний стан, ритми повільні і високочастотні по від- ношенню до ЧСС. Дані представляються як в цифровому вигляді, так у графіках та діаграмах. Визначаються ризики непередбачуваних ситуацій. 1. Ибн Сина (Авиценна). Канон врачебной науки. – Ташкент,1954. – 94 с. 2. Пульсовая диагностика Тибетской медицины. Под ред. докт. физ.-мат. наук Ч.Ц. Цыды- пова – Новосибирск: Наука, 1988. – 134 с. 3. Самойленко А.В., Орлов В.А. Использование вичислительных методов и моделирования при изучении сердечно-сосудистой системы // Методы исследования кровообращения. – Л.: Наука, 1976. – С. 240 – 270. 4. Баевский Р.М. Синусовая аритмия с точки зрения кібернетики // Математические методы анализа сердечного ритма. – М., 1968. – С. 10 – 23. Одержано 16.09.2014 удк 681.335 РИС. 5. Блок обробки аналогового сигналу РИС. 8. Модуль статистичної обробки параметрів пульсової хвилі
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84828
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1817-9908
language Ukrainian
last_indexed 2025-12-07T17:27:18Z
publishDate 2014
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Дегтярук, В.І.
2015-07-16T05:50:13Z
2015-07-16T05:50:13Z
2014
Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики / В.І. Дегтярук // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2014. — № 13. — С. 43-52. — Бібліогр.: 4 назв. — укр.
1817-9908
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84828
681.335
It is described nature of pulse processes in heart-vascular system and their using for determination of the hemodynamic parameters. Informatic-measurement system realizing method of pulse diagnostics is presented.
Описано природу пульсовых процессов в сердечно-сосудистой системе и их использование для определения параметров гемодинамики. Представлен информационно-измерительный комплекс, который реализует методику пульсовой диагностики.
Описано природу пульсових процесів у серцево-судинній системі, та їх використання для визначення параметрів гемодинаміки. Представлено інформаційно-вимірювальний комплекс, який реалізує методику пульсової діагностики.
uk
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Комп’ютерні засоби, мережі та системи
Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
Pulse processes in the heart-vascular system of humans and their using for diagnostics
Article
published earlier
spellingShingle Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
Дегтярук, В.І.
title Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
title_alt Pulse processes in the heart-vascular system of humans and their using for diagnostics
title_full Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
title_fullStr Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
title_full_unstemmed Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
title_short Пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
title_sort пульсові процеси в серцево-судинній системі людини та іх використання для діагностики
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84828
work_keys_str_mv AT degtârukví pulʹsovíprocesivsercevosudinníisistemílûdinitaíhvikoristannâdlâdíagnostiki
AT degtârukví pulseprocessesintheheartvascularsystemofhumansandtheirusingfordiagnostics