فشار خون و صدا Blood Pressure and Sound

1. فشار خون و صدا Blood Pressure and Sound حسین منتظری کردی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل پاييز 91

2. رئوس مطالب 1- اندازه‌گيري‌هاي مستقيم 2- تحليل هارمونيكي شكل‌موج‌هاي فشارخون 3- خواص ديناميكي سيستم‌هاي سنجش فشارخون 4- اندازه‌گيري پاسخ سيستم و تاثير پارامترهاي آن روي پاسخ 5- پهناي‌باند مورد نياز براي سنجش فشارخون 6- اغتشاش در شكل‌موج فشار 7- سيستم‌هاي اندازه‌گيري فشار وريدي 8- صداهاي قلبي و صدانگاري قلبي (Phonocardiography) 9- سوندزني (كاتتر زني) قلب 10- تاثيرات انرژي پتانسيل و جنبشي روي اندازه‌هاي فشار 11- اندازه‌گيري غيرمستقيم فشارخون 12- فشارسنجي چشم (Tonometry)

3. مقادير فشارخون در حفره‌هاي‌قلب و سيستم رگ‌هاي جانبي مبين درستي كاركرد سيستم گردش‌خون • اندازه‌گيري فشارخون با روش‌هاي مستقيم (تهاجمي) و غيرمستقيم (غيرتهاجمي) • صداها: نوسانات فشار در محدوده فركانس شنوايي • كار ‌گردش‌خون رساندن اكسيژن و مواد مغذي به بافت، و انتقال مواد زايد از سلول‌ها • فرستادن خون توسط بطن‌چپ از طريق دريچه آئورتي به آئورت و توزيع در شبكه انشعابي شريان‌هاي بزرگ، كوچك، و مويرگها • تنظيم مقاومت در برابر جريان‌‌خون بوسيله رگچه‌ها با كنترل‌محلي، عصبي، و غدد درون‌ريز • برگشت خون به قلب راست از طريق سيستم وريدي، پرشدن دهليز راست، و انتقال خون به بطن راست از طريق دريچه تري‌كوسپيد (Tricuspid) • فرستادن خون به سيستم ريوي از طريق دريچه ريوي توسط بطن راست • جاري شدن خون در رگ‌ها، رگچه‌ها، و مويرگ‌هاي ريوي و برگشت از طريق وريد ريوي به بطن چپ • بترتيب نفوذ اكسيژن و دي‌اكسيدكربن از جبابچه‌هاي ششي به خون، و بالعكس در مويرگهاي ريوي • پرشدن بطن چپ توسط دهليز چپ از طريق دريچه ميترال، و پمپاژ خون به آئورت توسط بطن چپ در پاسخ به تحريك الكتريكي ماهيچه قلبي • تفاوت فشارهاي قلب راست و چپ تاحدي در شكل و دامنه • ارتباط صداهاي قلبي با حركت خون و وقايع مكانيكي و الكتريكي قلب در طول يك سيكل قلبي

6. 1- اندازه‌گيري‌های مستقيم • تقسيم‌بندي سيستم‌هاي حسگر فشارخون به دو گروه برحسب محل قرارگيري حسگر • معمول‌ترين روش اندازه‌گيري مستقيم كلينيكي استفاده از يك حسگر خارجي از طريق يك سوند پرشده از مايع متصل به فشار رگي • رهيافت دوم حذف كوپلاژ مايع با استفاده از يك حسگر در نوك سوند بنام حسگر فشار داخل رگي (Intravascular) • حسگرها شامل: SG، LVDT، اندوكتانس و خازن متغير، الكترونيك‌نوري، پيزوالكتريك، و قطعات نيمه‌هادي • حسگرهاي بيرون رگي (Extravascular) • ساخته‌شده از يك سوند متصل به يك شير سه‌وضعيتي و بعد حسگر فشار • سيستم حسگر-سوند، پرشده از محلول قند-نمك، ريختن محلول جهت جلوگيري از لخته شدن خون در نوك • انتقال فشارخون از طريق سوند ستون مايع به حسگر و سرانجام، ديافراگم

8. حسگرهاي درون رگي (Intravascular) • حذف اتصال هيدروليك بين منبع فشار و حسگر از طريق حسگرهاي نوك-سوندي • اتصال هيدروليك موجب محدوديت پاسخ‌فركانسي سيستم حسگر-سوند بدليل ايجاد تاخير • حسگرها شامل: Bonded SG با ديافراگم انعطاف‌پذير و سوند F 5 (مقياس فرانسوي براي قطر با اندازه تقريبيmm 0/33 براي هر واحد، F 5 سوند با قطر بيروني mm 1/67) • عيب اين حسگرها گرانتر بودن و احتمال شكستن پس‌از چند بار استفاده، حسگر فيبر نوري در اندازه قابل قياس با SG و ارزانتر، اما متاسفانه فاقد روشي‌معمول براي اندازه‌گيري فشار بدون يك حسگر فشار ثانويه و ملزومات ديگر • استفاده از حسگر فیبر نوری برای اندازه‌گیری in vivo در داخل بدن انسان، تغییر غشاء فلزی نازک در اثر فشارخون • حسگر فیبر نوری جهت اندازه‌گیری فشار داخل جمجمه در نوزاد از طریق ملاج قدامی • حسگرهاي فشار یکبارمصرف • حسگرهای یکبارمصرف جهت جلوگیری از انتقال عفونت و ارزانتر با قابلیت اطمینان بیشتر

10. امپدانس خروجی بالای این حسگرها، نیاز به یک مانیتور با امپدانس ورودی بالا • 1- تحلیل هارمونیکی شکل‌موج فشارخون • تحلیل فرکانسی پالس شریانی حاوی اطلاعات بیشتر از خواص آن

11. 3- خواص دینامیکی سیستم‌های سنجش فشارخون • اهمیت فهم خواص دینامیکی سیستم سنجش فشار در دقت پویای فشار سنجیده‌شده • سیستم الکتریکی مشابه • استفاده از روش مدلسازی پارامتری تکه‌ای در تقریب سیستم حسگر-سوند • حرکت مایع از نوک سوند به سمت حسگر از طریق سوند با افزایش فشار موجب انحراف دیافراگم و حس شدن با یک سیستم الکترومکانیکی • نمایش خواص سکون، اصطکاک، و کشسانی مایع بترتیب با سلف، مقاومت، و خازن • حسگر نیز دارای خواص مشابه مایع، ولی دیافراگم دارای خاصیت کشسانی • خازن دیافراگم بزرگتر از حسگر و سوند، مقاومت و سلف حسگر ناچیز، مدل ساده شامل خازن دیافراگم-مقاومت و سلف سوند • RC مقاومت مایع سوند برحسب اختلاف فشار قسمت تحت مدل (ΔP , Pa) و نرخ جریان مایع (F , m3/S)، و یا سرعت متوسط (m/S) و سطح مقطع سوند (m2)

12. مقدار RC قابل محاسبه برحسب طول سوند (L , m)، شعاع سوند (r , m)، و ویسکوزیته مایع ( η , Pa×S)

14. LC مایع سوند در ابتدا ناشی از جرم مایع، برحسب شتاب مایع (a, m/S2) • m جرم مایع برحسب kg، ρ چگالی مایع برحسب kg/m3 • طول سوند درازتر و قطر آن کمتر در قیاس با حسگر، لذا اندوکتانس و مقاومت حسگر در برابر سوند قابل صرفنظر • ظرفیت خازنی دیافراگم برابر است با • Ed حجم کشسانی دیافراگم حسگر، باتوجه به مدار معادل ساده، بازای vi بعنوان فشار ورودی مقدار vo فشار دیافراگم

15. باتوجه به مدل سیستم درجه دوم در فصل اول، پارامترهای مدل: • برای سیستم هیدرولیک سوند-مایع-حسگر-دیافراگم با قراردان مقادیر اندوکتانس، مقاومت و خازن در رابطه بالا • جدول (1-7) مقادیر ثابت‌ها در شرایط مختلف محیطی برای آب، هوا، و خون • امکان مطالعه اثرات تغییر در سیستم با استفاده از سیستم معادل الکتریکی، مدل کردن اثر حبابچه در مایع با موازی کردن یک خازن با خازن دیافراگم

16. اثر حبابچه کاهش فرکانس میرایی و افزایش ضریب میرایی، کاهش فرکانس میرایی موجب اغتشاش فرکانس بالا در شکل‌موج فشارخون • 4- اندازه‌گیری پاسخ سیستم و تاثير پارامترهاي آن روي پاسخ • تکنیک پاسخ‌پله‌گذرا، ساده‌ترین روش برای اندازه‌گیری پاسخ سیستم حسگر-سوند • روش دقیقتر، اما پیچیده‌تر با تجهیزات ویژه، اندازه‌گیری پاسخ فرکانسی • پاسخ‌پله‌گذرا • اعمال یک ورودی ناگهانی به فشار سوند و ثبت نوسانات میراشونده سیستم • پاسخ‌پله‌گذرا نشان‌دهنده یک سیستم مرتبه دوم • تعیین ضریب و فرکانس میرایی از روی دامنه و زمان بین پیکهای متوالی • تاثیر پارامترهای سیستم روی پاسخ • ارتباط خطی بین فرکانس طبیعی میراشونده و طول سوند با رابطه 1/(L)1/2 • ارتباط خطی بین فرکانس طبیعی میراشونده و قطرداخلی سوند • جنس سوند، خمیدگی و پیچش سوند، و سوراخ سوزن موثر در فرکانس پاسخ

18. 5- پهناي‌باند مورد نياز براي سنجش فشارخون • باند فرکانسی لازم جهت عدم اغتشاش در مشخصات دامنه و فاز در شکل‌موج فشارخون • 6- اغتشاش در شكل‌موج فشار • وابسته بشکل نامناسب پاسخ فرکانسی سیستم حسگر-سوند • اغتشاش زیرمیرا موجب تخمین اضافی فشار در تشخیص نادرست بیماری تنگی دریچه‌های قلبی (Aortic-valve stenosis) • پاسخ فوق‌میرا ناشی از حباب‌های بزرگ هوا یا لخته خون در نوک سوند • خم‌شدن و حرکت لرزشی سوند ناشی از جریان پالسی در اتصال به شریان بطنی موجب نوسان فرکانس پایین؛ کاهش این خطا با استفاده از سوند سفت یا قراردادن سوند در ناحیه با سرعت آهسته جریان خون • 7- سيستم‌هاي اندازه‌گيري فشار وريدي • فشار وریدی یک پارامتر مهم در تشخیص عملکرد بستر مویرگی و قلب راست • فشار وریدهای کوچک کمتر از فشار مویرگی و انعکاس‌دهنده فشار مویرگی • فشار ورید ریوی (داخل سینه‌ای) مبین فشار دیاستول پرشدن بطن راست

20. اندازه‌گیری فشار ورید مرکزی در یک ورید مرکزی یا دهلیز راست، نوسان در بالا و پایین فشار اتمسفر با تنفس بیمار، مرجع سطح فشار ورید در دهلیز راست • تعیین عملکرد ماهیچه قلبی با فشار ورید مرکزی، پارامتری مهم در تعیین درمان صحیح برای موارد: کار غیرعادی قلب، شوک، حجم خون‌دهی کم یا زیاد، و اختلال گردش خون • یک پارامتر در تعیین میزان مایع دریافتی توسط بیمار • تغییر فشار ورید مرکزی بین 0 تا 1/2 کیلوپاسکال با متوسط 0/5 کیلوپاسکال • 8- صداهاي قلبي و صدانگاري قلبي (Phonocardiography) • گوش دادن به صداهای قلبی حاوی اطلاعات ارزشمند راجع به عملکرد صحیح قلب • صدانگاری قلبی بیانگر ارتباط بین وقایع الکتریکی و مکانیکی قلب با صداهای قلبی • صداهای قلبی: لرزش یا صدای ناشی از شتاب‌گیری یا کاهش شتاب خون • مورمور یا سوفل قلبی: لرزش یا صدای ناشی از تلاطم (توربولنس) خون • اولین صدای قلبی مرتبط با حرکت خون در سیستول بطنی، انتقال خون با انقباض بطن و ایجاد نوسان در خون با بسته شدن دریچه دهلیزی-بطنی

22. تعریف شکاف صدای اول قلبی بعنوان بسته‌شدن ناهمزمان دریچه‌های میترال و تریکوسپید • صدای فرکانس‌پایین دوم قلبی ناشی‌از کاهش شتاب خون و برعکس‌شدن جریان در آئورت و شریان ریوی، و بسته‌شدن دریچه‌های هلالی (دریچه بین بطن و آئورت) • صدای دوم منطبق با کامل‌شدن موج T در ECG • صدای‌سوم‌قلبی ‌از اتمام ناگهانی فاز سریع پرشدن بطن‌ها از دهلیز و لرزش ماهیچه‌های دیواره بطن، قابل شنیدن در بچه‌ها و برخی از بزرگسالان • صدای چهارم یا صدای دهلیزی قلب ناشی از انقباض دهلیز و جلو راندن خون بسمت بطن، غیرقابل شنیدن ولی قابل ثبت با صدانگار قلبی • منشاء بیشتر سوفل‌های قلبی ریشه در توربولنس بواسطه حرکت سریع خون • سوفل‌ها در فاز زودرس سیستول در بچه‌ها، و بزرگسالان پس‌از فعالیت • سوفل‌های غیرنرمال دراثر تنگی یا نارسایی در دریچه‌های آئورت، ریوی، و میترال • آشکارسازی سوفل‌ها برحسب زمان مشاهده در سیکل قلبی و محل مشاهده آنها در زمان اندازه‌گیری

23. تکنیک‌های گوش‌کردن بصداهای قلب • عبور صداهای قلبی از قلب و رگ‌های اصلی به سطح بدن، تضعیف صداهای قلبی تحت خواص‌آکوستیک مسیر عبور، بیشترین‌تضعیف در بافت‌های تراکم‌پذیرشش و لایه‌های‌چربی • وجود مراکز بهینه برای ثبت صداهای‌قلبی، بیشینه‌بودن دامنه صداهای‌قلبی در این مراکز بدلیل مسیر سفت و نازکی شش، وجود چهار مرکز سینه‌ای برای ثبت صدای چهار دریچه • دامنه کوچک صداها و سوفل قلبی با فرکانس بین 0/1 تا 2000 هرتز، صدای لبه پایینی زیر آستانه شنوایی و لبه بالایی در ناحیه بیشینه حساسیت شنوایی گوش انسان • انتخاب مناسب صدانگار قلبی باتوجه به عدم تاثیر روی مشخصات پاسخ فرکانس بالای صدای قلبی؛ پرتوی نور، جوهرافشان، و آرایه ثبات دیجیتال انتخابی مناسب • جهت ثبت خوب، کاهش نویز محیط ثبت صدا در اتاق آکوستیک • گوشی‌های طبی • گوشی جهت انتقال صدای قلبی از دیواره سینه به گوش انسان • تکنیک ساخت گوشی و سیستم شنوایی موثر در تفسیر صدای قلبی

26. 9- سوندزني قلب • فروكردن يك لوله فلزي يا پلاستيكي در حفره، يا رگ قلب • تجهیز اتاق سوندزنی قلب به دستگاه پرتو X برای دیدن ساختار قلب و مکان سوندهای مختلف فشار، بعلاوه وسایل سنجش خروجی قلب- گاز خون و تنفس- اشباع اکسیژن خون - و محصولات متابولیک • امکان سنجش فشار در حفره‌های قلبی، رگ‌های بزرگ، و دریچه‌های قلبی با سوندزنی • بعنوان مثال بیماری با تنگی آئورت، افت فشار در آئورت نسبت‌به بطن چپ و گرادیان قابل توجه بین فشار بطن-آئورت قبل از عمل جراحی؛ کاهش اختلاف فشار بطن-آئورت بعد از عمل با بالون • بررسی ساختار قلب با آنژیوگرافی، وجود روشهای استاندارد: بررسی بطن‌های چپ و راست( Ventriculography)، شریانهای کروناری (Coronary arteriography)، شریان ریوی (Pulmonary angiography)، و آئورت (Aortography) • امکان وقوع ضربان‌های نابجا (Ectopic) و فیبریلاسیون قلبی در طول زمان سوندزنی و لزوم بودن دیفیبریلاتور در اتاق سوندزنی

28. استفاده از IVUS (اولتراسوند داخل رگی) جهت ارایه تصویر از عروق کروناری برای تشخیص محل و مشخصات پلاک • اندازه‌گیری تنگی دریچه‌ای با محاسبه تفاضل فشار در دو طرف دریچه و جریان عبوری از آن با معادله برنولی برای جریان بدون اصطکاک: • Pt فشار کل مایع، P فشار ایستای محلی مایع، ρ چگالی مایع، g شتاب جاذبه، h ارتفاع بالای سطح مرجع، و u سرعت مایع • با توجه بشکل و فرضیات ساده‌کننده: • اعمال ضریب تخلیه، Cd، بدلیل وجود اصطکاک و حداقل بودن سطح جریان در عمل • Cd برای دریچه میترال 0/6 و مابقی 0/85

29. 10- تاثيرات انرژي پتانسيل و جنبشي روي اندازه‌هاي فشار • امکان سنجش غیردقیق در اندازه‌گیری فشار خون در اثر انرژی جنبشی و پتانسیل • طبق معادله برنولی، فشار ایستای مایع (P)، فشار مطلوب؛ تحت تاثیر سرعت و ارتفاع • قرارگرفتن حسگر در ارتفاعی بغیر از ارتفاع منبع فشار (قلب) موجب تغییر فشار تحت تاثیر انرژی پتانسیل

30. افزودن mmHg 1 به فشار اندازه‌گیری‌شده بازای هر cm 1/3 افزایش فشار منبع • اهمیت انرژی جنبشی خون در جریان بالای خون؛ تاثیر انرژی جنبشی وابسته به وضعیت حسگر نسبت به جریان خون

31. 11- اندازه‌گيري غيرمستقيم فشارخون • تلاشی جهت اندازه‌گیری فشار درون شریانی با روش غیرتهاجمی، استفاده از یک کاف با گوشی معمولترین روش سنجش کلینیکی با پهنای باند 20 تا 300 هرتز • با کاهش فشار، در شوک، تمایل طیف صدای فشار خون بسوی فرکانس‌های پایین • تاثیر سن و جنس در اندازه‌گیری فشار خون با روش گوش‌دادن به صدای فشار خون • وجود روشهای خودکار برای سنجش فشار خون با استفاده‌از بادکردن یک کاف قابل انسداد بوسیله نبض‌سنج (Sphygmomanometer) و اندازه‌گیری پالس فشار با آشکارساز • انواع آشکارسازها: اولتراسونیک، پیزوالکتریک، فوتوالکتریک، الکتروآکوستیک، حرارت‌سنج، الکتروکاردیوگرافیک، جریان‌سنج، و قطعات امپدانس بافت • سنجش فشار خون به‌روش اولتراسونیک با حسگر داپلر جهت آشکارسازی حرکت دیواره رگ در وضعیت‌های مختلف انسداد • اختلاف فرکانس بین 40 تا 500 هرتز ناشی‌از حرکت دیواره رگ و سرعت خون بین فرستنده و گیرنده • برای فشار کاف بین سیستول و دیاستول، باز و بسته شدن رگ با هر ضربان قلب

34. مزیت بکارگیری روش اولتراسونیک برای نوزادن و اشخاص کم فشار (Hypotensive) و محیط‌های پرصدا • عیب این روش تغییر مسیر اولتراسونیک بین رگ و حسگر در اثر حرکت بیمار • روش اوسیلومتری جهت سنجش دامنه نوسانات سیگنال فشار کاف ناشی‌از انبساط دیواره شریان هربار با عبور تحت فشار خون • سنجش میانگین فشار خون با روش اوسیلومتری، روشی جهت سنجش فشار سیستول، استفاده از الگوریتمهای تخمین جهت سنجش فشار دیاستول • سیستم اوسیلومتری شامل: یک کاف قابل باد شدن جهت بستن دور بازو، یک پمپ پنوماتیک، یک حسگر فشار حالت جامد، تقویت‌کننده سیگنال فشار کاف با تصحیح آفست صفر، فیلتر بالاگذر و تقویت‌کننده سیگنال فشار کاف، ریزرایانه کنترل بادکردن و تخلیه کاف در چرخه سنجش • 12- فشارسنجي چشم (Tonometry) • استفاده از تکنیک تقارن نیرو در سنجش فشار چشم با ابزارهای تماسی و غیرتماسی • اندازه‌گیری تخت‌شدن سطح مرکزی قرنیه با پالس هوا برای سنجش فشار چشم

36. سیستم غیرتماسی سنجش فشار چشم متشکل از: • پمپ پنوماتیک؛ مولد پالس هوا برای تغییر انحنای سطح مرکزی قرنیه • سامانه مانیتور تغییر انحنای قرنیه؛ تعیین تغییر شکل قرنیه با دقتی درحد میلی‌ثانیه • فرستنده و آشکارساز نوری مایل؛ ارسال پرتوهای نور موازی توسط فرستنده T، و دریافت امواج انعکاسی با گیرنده R، عملکرد قرنیه تغییریافته بمثل آینه تخت در انعکاس دسته نور موازی بسوی آشکارساز D از روزنه A • تونومتر شریانی مشابه فشارسنج چشم • قراردادن حسگر روی یک شریان سراسری مانند شریان دست در ناحیه مچ • قیمت بالا نسبت به فشارسنج معمولی، ولی غیرتهاجمی- بدون درد- سنجش پیوسته در زمانهای طولانی • اعمال نیرویی مخالف با نیروی وارده توسط استخوان زیر شریان، تخت شدن دیواره شریان در مرکز سنجش بدون انسداد، قابل صرفنظربودن ضخامت پوست در قیاس با قطر شریان، دیواره شریان بمثل یک غشاء ایده‌آل، ثابت فنر تونومتر بزرگتر از خاصیت فنری شریان • تناسب نیروی حسگر با فشار درون شریان تحت شرایط بالا