Меню

Физические принципы измерения давления



Физические основы клинического метода измерения давления крови

Физический параметр — давление крови, играет большую роль в диагностике многих заболеваний.

Для измерения систолического и диастолического давления крови в медицине широко используется метод, предложенный Н.С. Коротковым.

В основе метода лежит определение систолического давления по возникновению характерных тонов и шумов, в момент начала прохождения крови по сосудам при достижении давления в сдавливающей манжете равного максимальному значению давления в сосуде. Тоны и шумы возникают в связи с турбулентным течением крови.

Диастолическое давление определяют по моменту исчезновения характерных тонов и шумов, в связи с переходом течения крови в сосуде из турбулентного в ламинарное.

Принцип этого метода показан на рисунке. Вначале производится накачивание манжетки сфнгмоманометра, что приводит к остановке артериального кровотока. Затем воздух из манжетки медленно выпускается, и, когда давление в манжетке становится ниже систолического, кровь начинает проходить через частично открытые просветы артерий. При этом течение крови будет турбулентным, поэтому движение крови сопровождается звуками Короткова, слышимыми в стетоскоп. Когда давление в манжетке падает ниже диастолического, тоны перестают прослушиваться, поскольку ток крови становится ламинарным.

Источник

Привет студент

Физические основы клинического метода измерения давления крови

Содержание

Введение

Тонометры – приборы для измерения давления крови на стенки кровеносных сосудов. В человеческом организме данный вид давления обеспечивает продвижение крови по кровеносным сосудам от сердца к различным органам и участкам тела. На изменение кровеносного давления влияют такие факторы, как вязкость крови, сила сопротивления стенок сосудов, частота сердечных сокращений.

Впервые в истории измерил артериальное давление англичанин Стефан Холес. Однако его метод измерения распространения не получил ввиду необходимости прокалывания артерии. Бескровный метод и способ измерения давления был разработан в конце 19 века итальянским ученым Рива-Роччи, который предложил использовать для достижения цели специальную манжету, обеспечивающую сжатие конечности. В начале 20 века русский врач Н. С. Коротков предложил методику, суть которой состояла в прослушивании фонендоскопом артериальных сосудов в локтевом сгибе.

Прошло столетие, но любой современный самый лучший тонометр работает на основе все того же принципа сжатия сосудов посредством нагнетания воздуха в манжету.

Для чего же необходимо знать и измерять уровень артериального давления человеческого организма? Прежде всего, потому, что его повышение, или гипертония, постепенно повреждает кровеносные сосуды. Как следствие – развитие различного рода дисфункций и прогрессирующая форма серьезных заболеваний, в числе которых инфаркт, глаукома, потеря зрения, инсульт и так далее. Пониженное артериальное давление, или гипотония, также негативно сказывается на здоровье и приводит к снижению доставки кислорода к органам, в том числе и головного мозга.

1 Тонометры

1.1 Прибор для измерения артериального давления AND UA-200

UA-200 – высококачественный прибор, предназначенный для измерения артериального давления методом Короткова.

Этот метод разработан русским хирургом Н.С. Коротковым в 1905 году. Для измерения давления предусмотрен очень простой прибор, состоящий из механического манометра, манжеты с грушей и фонендоскопа. Метод основан на полном пережатии манжетой плечевой артерии и выслушивании тонов, возникающих при медленном выпускании воздуха из манжеты.

К преимуществам относится тот факт, что метод Короткова признан официальным эталоном не инвазивного измерения артериального давления для диагностических целей и при проведении верификации автоматических измерителей артериального давления. Также для метода Короткова характерна высокая устойчивость к движениям руки.

К недостаткам метода Короткова можно отнести зависимость от индивидуальных особенностей человека, производящего измерение (хорошее зрение, слух, координация системы «руки-зрение-слух»). Метод Короткова чувствителен к шумам в помещении, точности расположения головки фонендоскопа относительно артерии. Для измерения давления по методу Короткова требуется непосредственный контакт манжеты и головки фонендоскопа с кожей пациента. Однако, метод измерения Короткова технически не сложен и обучение можно провести самостоятельно, следуя инструкции, приложенной к тонометру.

1.1.1 Основные части прибора

  1. Манометр
  2. Манжета на плечо
  3. “Левая” соединительная трубка с выпускным клапаном
  4. “Правая” соединительная трубка с манометром
  5. Нагнетатель
  6. Регулируемый выпускной клапан
  7. Y-образная соединительная трубка
  8. Бинауральные трубки стетоскопа
  9. Головка стетоскопа

1.2 Прибор для измерения артериального давления и частоты пульса цифровой WS-820.

Прибор предназначен для измерения систолического и диастолического артериального давления и определения частоты пульса у пациентов в возрасте от 15 лет и старше, с расположением манжеты на запястье. Прибор рекомендуется для использования пациентами с неустойчивым (непостоянным) артериальным давлением или известной артериальной гипертензией в домашних условиях как дополнение к медицинскому наблюдению. Манжета подходит для запястья с длиной окружности от 12,5 до 21,5 см. Давление измеряется в диапазоне от 40 до 250 мм рт.ст., а частота пульса в диапазоне от 40 до 160 ударов в минуту.

1.2.1 Основные части прибора

2 Измерение артериального давления

Классификация всемирной организации здравоохранения

Категория артериального давления

Систолическое (верхнее) мм рт. ст.

Диастолическое (нижнее) мм рт. ст.

Артериальная гипертония 1-й степени

Артериальная гипертония 2-й степени

Артериальная гипертония 3-й степени

2.1 Методика измерения артериального давления (АД) методом Короткова.

Манжета накладывается на плечо достаточно плотно, при этом её нижний край должен быть примерно на 2 см выше внутренней складки локтевого сгиба. Центр резинового мешка манжеты должен находиться над плечевой артерией. Резиновая трубка, соединяющая манжету со сфигмоманометром и нагнетателем, должна располагаться латерально по отношению к обследуемому. При накачивании воздуха в манжету измеряющий пальпирует пульс обследуемого на артерии в складке локтевого сгиба (радиальной) и одновременно наблюдает за показателем сфигмоманометра.

При определенном давлении в манжете пульс исчезает, тогда необходимо поднять давление в манжете еще примерно на 20 мм. Далее, слегка открыв запирающий винт выпускного клапана и поддерживая постоянную скорость выпускания воздуха (примерно 2 мм в секунду), выслушиваются тоны Короткова в артерии, пока показания сфигмоманометра не окажутся примерно на 15-20 мм ниже уровня диастолического давления. Систолическое давление определяется по появлению первых тонов Короткова (1 фаза), а диастолическое по моменту их полного исчезновения (5 фаза). Отсчёт уровня производится до ближайшей чётной цифры, что обеспечивает точность измерения до 2-х мм.

Читайте также:  Лабораторная работа измерение емкости плоского конденсатора

Артериальное давление на правой руке:

1) Систола – 128 мм рт. ст.

2) Диастола – 83 мм рт. ст.

Артериальное давление на левой руке:

1) Систола – 132 мм рт. ст.

2) Диастола – 85 мм рт. ст.

2.2 Измерение артериального давления (АД) осциллометрическим методом.

  1. Держа кисть левой руки ладонью вверх, поместите манжету на запястье так, чтобы дисплей прибора был на стороне ладони.
  2. Расположите манжету на руке таким образом, чтобы ее край находился в 5-10 мм от края ладони. Поместите прибор по центру вашего запястья.
  3. Закрепите манжету на запястье так, чтобы между манжетой и запястьем не было свободного пространства. Манжета должна сидеть удобно.

Порядок измерения давления:

  1. Нажмите кнопку START. Прибор автоматически начнет нагнетать воздух в манжету. Когда давление в манжете достигнет начального значения, прибор прекратит нагнетание воздуха. Давление (показываемое на дисплее значение) начинает снижаться, и пульс отображается в виде значка ♥ (сердечка). Когда измерение заканчивается, воздух автоматически выпускается из манжеты. На дисплее отображается систолическое, диастолическое артериальное давление и частота пульса.
  2. Нажмите одну из кнопок М1 или М2, и результат сохранится в выбранной памяти. Номер выбранной ячейки памяти показывается на дисплее. Результат сохраняется в памяти, определяемой в момент выключения прибора.
  3. Нажмите кнопку START для отключения питания. Если вы забудете выключить прибор, то он автоматически выключится через 3 минуты.

Артериальное давление на правой руке:

1) Систола – 125 мм рт. ст.

2) Диастола – 80 мм рт. ст.

Артериальное давление на левой руке:

1) Систола – 127 мм рт. ст.

2) Диастола – 82 мм рт. ст.

Разное артериальное давление на правой и левой руках связано с различным отхождением магистральных сосудов от аорты: левая подключичная артерия отходит самостоятельно от аорты и потом переходит в левую плечевую артерию, на которой и измеряют АД. Справа ход сосудов иной — от аорты отходит плечеголовной ствол, который затем делится на правую общую сонную и подключичную артерии. Поэтому АД на правой руке, как правило, на 5-10 мм. рт. ст. ниже, чем на левой

3 Кровяное давление в различных участках кровеносной системы.

Давление крови на стенки сосудов создается силой сокращения желудочков сердца. В разных сосудах оно неодинаково. Кровяное давление наиболее высоко в аорте. По мере продвижения крови по сосудам оно постепенно уменьшается, достигая наименьшей величины в верхней и нижней полых венах.

Существует градиент давления, направленный от артерий к артериолам и капиллярам и от периферических вен к центральным.Таким образом кровяное давление уменьшается в следующем направлении: аорта — артериолы — капилляры — венулы — крупные вены — полые вены. Благодаря этому градиенту кровь течет от сердца к артериолам, затем к капиллярам, венулам, венам и обратно к сердцу. Максимальное давление, достигаемое в момент выброса крови из сердца в аорту, называется систолическим (СД). Kогда после выталкивания крови из сердца аортальные клапаны захлопываются, давление падает до величины, соответствующей так называемому диастолическому давлению (ДД). Разница между систолическим и диастолическим давлением называется пульсовым давлением. Среднее давление (Ср. Д) можно определить, измерив, площадь, ограниченную кривой давления, и разделив ее на длину этой кривой.

Среднее давление в различных областях сосудистого русла

В состоянии покоя (I), при расширении (II) и сужении (III) сосудов. В крупных венах, расположенных около сердца (полые вены), давление при вдохе может быть несколько ниже атмосферного.

Ср. Д = (площадь под кривой) / (длина кривой)

Kолебания кровяного давления обусловлены пульсирующим характером кровотока и высокой эластичностью и растяжимостью кровеносных сосудов. В отличие от изменчивых систолического и диастолического давлений среднее давление относительно постоянно. В большинстве случаев его можно считать равным сумме диастолического и 1/3 пульсового:

Скорость распространения пульсовой волны зависит от размера и упругости сосуда. В аорте она составляет 3—5 м/с, в средних артериях (подключичной и бедренной) — 7—9 м/с, в мелких артериях конечностей — 15—40 м/с.

Уровень артериального давления зависит от ряда факторов: количества и вязкости крови, поступающей в сосудистую систему в единицу времени, емкости сосудистой системы, интенсивности оттока через прекапиллярное русло, напряжения стенок артериальных сосудов, физической нагрузки, внешней среды и. др.

При исследовании АД представляет интерес измерение следующих показателей: минимального артериального давления, среднего динамического, максимального ударного и пульсового.

Под минимальным или диастолическим давлением понимают наименьшую величину, которой достигает давление крови к концу диастолического периода.

Минимальное давление зависит от степени проходимости или величины оттока крови через систему прекапилляров, ЧСС и упруговязких свойств артериальных сосудов.

Среднее динамическое давление — это та средняя величина давления, которое было бы способно при отсутствии пульсовых колебаний давления дать такой же гемодинамический эффект, какой наблюдается при естественном, колеблющемся давлении крови, то есть среднее давление выражает энергию непрерывного движения крови. Среднее динамическое давление определяют по следующим формулам:

где Рm — среднее динамическое артериальное давление (мм рт. ст.); А — пульсовое давление (мм рт. ст.); Рd — минимальное или диастолическое артериальное давление (мм рт. ст.)

  1. Формула Вецлера и Рогера:
Читайте также:  Как измерить темп изменения

где Рs — систолическое, или максимальное давление, Рd — диастолическое, или минимальное, артериальное давление (мм рт. ст.).

  1. Довольно распространена формула:

где А — пульсовое давление; Рd — диастолическое давление (мм рт. ст.).

Максимальное, или систолическое давление — величина, отражающая весь запас потенциальной и кинетической энергии, которым обладает движущаяся масса крови на данном участке сосудистой системы. Максимальное давление складывается из бокового систолического давления и ударного (гемодинамический удар). Боковое систолическое давление действует на боковую стенку артерии в период систолы желудочков. Гемодинамический удар создается при внезапном появлении препятствия перед движущимся в сосуде потоком крови, при этом кинетическая энергия на короткий момент превращается в давление. Гемодинамический удар является результатом действия инерционных сил, определяемых как прирост давления при каждой пульсации, когда сосуд сжат. Величина гемодинамического удара у здоровых людей равна 10—20 мм. рт. ст.

Истинное пульсовое давление представляет собой разницу между боковым и минимальным артериальным давлением.

Для измерения АД пользуются сфигмоманометром Рива-Роччи и фонендоскопом.

На рис. Cистолическое и диастолическое давление приведены значения артериального давления у здоровых людей в возрасте от 15 до 60 лет и старше. С возрастом у мужчин систолическое и диастолическое давления растут равномерно, у женщин же зависимость давления от возраста сложнее: от 20 до 40 лет давление у них увеличивается незначительно, и величина его меньше, чем у мужчин; после 40 лет с наступлением менопаузы показатели давления быстро возрастают и становятся выше, чем у мужчин.

Систолическое и диастолическое давление в зависимости от пола и возраста.

У страдающих ожирением АД выше, чем у людей с нормальной массой тела.

При физической нагрузке систолическое и диастолическое АД, сердечный выброс и частота сердечных сокращений повышаются, равно как при ходьбе в умеренном темпе АД возрастает.

При курении систолическое давление может возрасти на 10—20 мм рт. ст. В покое и во время сна АД существенно снижается, особенно если оно было повышенным.

Артериальное давление повышается у спортсменов перед стартом, иногда уже за несколько дней до соревнований.

На артериальное давление влияют главным образом три фактора: а) частота сердечных сокращений (ЧСС); б) изменение периферического сопротивления сосудистого русла и в) изменение ударного объема или сердечного выброса крови.

Скачать: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ

Источник

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Известны следующие основные методы измерения давления:

  • весовой,
  • пружинный,
  • силовой,
  • частотный,
  • пьезорезисторный,
  • термокондуктивный,
  • ионизационный
  • электрокинетический.

Рас­смотрим особенности этих методов.

1. Весовой метод [9]

Весовой метод основан на уравновешивании сил давления весом столба жидкости или эталонного груза. Построенные по этому методу поршневые манометры практически неприменимы на летательных аппаратах из-за больших погрешностей при на­клонах и ускорениях.

2. Пружинный метод [1], [9]

Пружинный метод основан на зависимости деформации упру­гого чувствительного элемента от приложенного давления. В манометрах деформация передается на отсчетное устройстве (рис. 6.1), а в датчиках преобразуется в электрическую величи­ну, которая и служит выходным сигналом (рис. 6.2). Область давлений, измеряемых пружинными манометрами и датчиками, лежит в пределах от нескольких мм вод. ст до сотен атмосфер.

3. Силовой метод [9]

Силовой метод основан на зависимости силы или момента сил, развиваемых неупругим или упругим чувствительным эле­ментом, от приложенного давления. По этому методу строятся две разновидности приборов и датчиков давления:

а — силовые датчики прямого преобразования (рис. 6.3), в ко­торых развиваемая чувствительным элементом сила преобразует­ся с помощью электрического преобразователя в электрическую величину; в качестве электрических преобразователей могут быть использованы угольные, полупроводниковые, пьезоэлектрические, магнитоупругие элементы [4], [7], [9], [12];

б — приборы и датчики с силовой компенсацией (рис. 6.4), в которых сила, развиваемая чувствительным элементом, урав­новешивается силой, создаваемой компенсирующим элементом[16].

В зависимости от типа компенсирующего устройства выход­ным сигналом может служить сила тока (см. рис. 6.4, а), линей­ное или угловое перемещение (см. рис. 6.4, б).

Силовой метод применим для измерения давлений в тех же пределах, что и пружинный метод.

4. Частотный метод [2], [5]

Частотный метод основан на зависимости частоты собствен­ных колебаний тонкостенного цилиндрического резонатора от разности давлений, действующих на его внутреннюю и внешнюю поверхности. Датчики, построенные по этому методу (рис. 6.5), называются вибрационными датчиками давления (ВДД).

С помощью электронной схемы периодически возбуждаются собственные колебания резонатора или он постоянно находится в автоколебательном режиме. Выходным сигналом ВДД может служить частота электрических импульсов, что позволяет исполь­зовать ВДД в системах с цифровыми вычислительными маши­нами.

5. Пьезорезисторный метод [9]

Пьезорезисторный метод основан на зависимости электриче­ского сопротивления проводника или полупроводника от величи­ны воздействующего на него давления. На рис. 6.6, а изображена схема пьезорезисторного датчика давления, чувствительным элементом которого является манганиновая проволока диаметром 0,03—0,05 мм.


При подаче давления в 1000 кГ/см 2 сопротивле­ние изменяется всего на 0,2%. Поэтому резисторные датчики с чувствительным проволочным элементом применимы для измере­ния очень высоких давлений (десятки тысяч атмосфер). Чувствительные полупроводниковые элементы (ферриты, керамиче­ские пьезоэлектрики и др.) обладают более высокой чувстви­тельностью, чем проволочные, но их характеристики нестабиль­ны и существенно зависят от температуры [4], [12].

6. Термокондуктивный метод [6], [10]

Термокондуктивный метод основан на зависимости теплопро­водности газа от его абсолютного давления (при малых абсолют­ных давлениях). При протекании по проволоке (см. рис. 6.6,6) электрического тока, сила которого поддерживается постоянной, температура нагрева проволоки будет зависеть от теплопровод­ности окружающего газа, которая линейно изменяется в зависи­мости от давления в области малых давлений. Температуру про­волоки можно измерять с помощью приваренной к ней термопа­ры, если же применить материал с большим температурным ко­эффициентом, то о температуре нагрева можно судить по изме­нению сопротивления проволоки. Чувствительность термокондуктивных датчиков зависит от состава газа.

Читайте также:  Измерьте линейкой длину листьев

Область применения термокондуктивного метода измерения давления ограничена пределами 10ч-10

7. Ионизационный метод [3], [6], [10], [15]

Ионизационный метод основан на зависимости степени иони­зации газа от давления. В зависимости от типа датчика иониза­ция газа создается за счет электронной эмиссии или радиоак­тивным излучением. Электронный датчик представляет собой трехэлектродную электронную лампу с накаливаемым катодом, внутрь которой подается измеряемое давление р (см. рис. 6.6, в). При наличии разности потенциалов между анодом и катодом, превышающей ионизационный потенциал газа, молекулы газа ионизируются электронами, летящими от катода к аноду. При этом на отрицательно заряженной сетке образуются положитель­ные ионы и создается сеточный ионизационный ток, величина которого при р=10 -3 мм рт. ст. пропорциональна абсолютному давлению, если анодный ток постоянен. Выходной величиной дат­чика служит ионизационный ток.

Область применения электронного датчика — от 10 -3 до 10 -3 мм рт, ст., величина сеточного тока при этом составляет 10 -4 10 -7 а.

Разновидностью ионизационных манометров является маг­нитный электроразрядный манометр, отличающийся от рассмот­ренного выше отсутствием накала катода. Молекулы газа, дав­ление которого измеряется, ионизируются свободными электро­нами, которые движутся с большой скоростью от катода к ано­ду, под влиянием высокого анодного напряжения от сотен до нескольких тысяч вольт. Для увеличения длины свободного про­бега электронов (с целью повышения вероятности их столкнове­ния с молекулами газа) между катодом и анодом создается маг­нитное поле, искривляющее траекторию движения электронов, которые движутся при этом по спирали. Сила тока газового раз­ряда имеет сравнительно большую величину — сотни микроам­пер, и может быть измерена без предварительного усиления. Пределы измерения магнитных газоразрядных манометров 10 -6 1 мм рт. ст.

Радиоактивный датчик давления отличается от электронного тем, что ионизация молекул газа создается под воздействием — частиц (положительно заряженных ядер гелия), образующихся при распаде радиоактивного вещества с достаточно большим периодом полураспада. В качестве источников излучения исполь­зуются препараты радия, полоний-210, плутоний-239. Слой ве­щества нанесен на один из двух электродов, помещенных внутрь камеры, в которую подается измеряемое давление (см. рис. 6.6, г). Последовательно с электродами включено сопротив­ление и подведено напряжение и. Выходной величиной служит ионизационный ток I или падение напряжения, создаваемое этим током на сопротивлении R. Это напряжение можно уси­лить с помощью усилителя с высоким входным сопротивлением. Недостатком радиоактивных датчиков является малая вели­чина ионизационного тока (10 -9 10 -16 а), вследствие чего к изоляции электродов и входной цепи усилителя предъявляются вы­сокие требования. В частности, во входном каскаде усилителя необходимо применять электрометрическую лампу. Давления, измеряемые радиоактивными датчиками, лежат в пределах 10 -3 10 3 мм рт. ст.

8. Электрокинетический метод [14]

Электрокинетический метод основан на возникновении элек­трокинетического потенциала полярной жидкости при ее перете­кании через пористую диафрагму. Построенный по этому мето­ду датчик давления (рис. 6.7), содержит диафрагму из кера­мики, помещенную внутрь цилин­дрического объема, ограничен­ного двумя мембранами и запол­ненного полярной жидкостью (на­пример, раствором йодистого ка­лия с небольшой добавкой йода, отрицательные ионы которого яв­ляются носителями зарядов). При воздействии на мембраны разности давлений часть жидко­сти перетекает сквозь диафрагму, причем образуется разность по­тенциалов, снимаемая двумя платиновыми электродами, поме­щенными по обе стороны диафрагмы. Электрокинетические дат­чики применимы для измерения переменных давлений, так как при постоянном давлении перетекание жидкости через диа­фрагму с течением времени прекращается. Частотный диапазон измеряемого давления может быть от десятых долей до несколь­ких сотен герц, диапазон измеряемых давлений — от тысячных долей до десятков атмосфер. Недостатком электрокинетических датчиков, помимо невозможности измерения постоянных давле­ний, является большая температурная погрешность.

Оценим рассмотренные методы с точки зрения их применимости на летательных аппаратах.

Достоинством электрических методов, лежащих в основе кондуктометрических, пьезорезисторных, ионизационных (электрон­ных, газоразрядных и радиоактивных) датчиков, является воз­можность преобразования давления в электрический сигнал без применения подвижных частей; однако этим датчикам присущи определенные недостатки, из-за которых они не находят широ­кого применения на летательных аппаратах: кондуктометрический и электронный датчики действуют лишь в области низких давлений, а пьезорезисторные — очень высоких; радиоактивные датчики обладают малой чувствительностью.

Из электрических методов измерения давления практическое применение имеет ионизационный метод; ионизационные датчи­ки используются на космических летательных аппаратах для из­мерения малых давлений верхних слоев атмосферы.

Электрохимические датчики пока не находят практического применения, так как они непригодны для измерения медленно измеряющихся давлений и, кроме того, имеют большие темпера­турные погрешности.

Электромеханические методы — силовой и пружинный — бо­лее пригодны для измерения давления на летательных аппара­тах, так как позволяют строить датчики, действующие в широ­ких пределах — от тысячных долей до сотен и даже тысяч ат­мосфер. Наиболее прост силовой метод прямого преобразования, но его применение ограничено из-за недостаточной точности эле­ментов, преобразующих развиваемое чувствительным элементом усилие в электрический сигнал; что касается пьезоэлектрических преобразователей, то они непригодны для измерения медленно изменяющихся давлений.

Метод силовой компенсации более перспективен с точки зре­ния повышения точности измерения давления, но датчики, по­строенные по этому методу, сравнительно сложны, что несколько ограничивает применение данного метода.

В связи с развитием бортовых цифровых вычислительных ма­шин перспективным является частотный метод измерения давле­ния, который пока еще недостаточно проработан.

Наиболее широкое применение на летательных аппаратах всех классов нашел пружинный метод, обеспечивающий достаточно точное измерение давления в нужном диапазоне. Ниже рассмат­риваются более подробно пружинные манометры и датчики дав­ления, а также электрические дистанционные манометры.

Источник