РОЗДІЛ 2
ОБГРУНТУВАННЯ ПРИНЦИПІВ ПІДВИЩЕННЯ ЗАВАДОСТІЙКОСТІ ВИМІРЮВАНЬ АТ
Достовірність результатів вимірювань залежить від стійкості вимірювальної апаратури до різноманітних завад і артефактів. Методи підвищення завадостійкості відомі і добре розвинуті в радіотехніці. Але застосування їх в медичній діагностиці потребує принципової зміни самої діагностичної процедури, а також передбачає розробку нових принципів обробки і аналізу біологічних сигналів, що реєструються. Для обгрунтування цих принципів необхідно вибрати відповідну біофізичну модель судинної системи, що адекватно відображала б усі процеси, що протікають в ній під час її взаємодії з елементами вимірювальної системи.
2.1. Обгрунтування концепції використання опорного каналу реєстрації пульсового сигналу
В розділі 1 було визначено, що для неінвазійного моніторингу АТ перспективно використовувати пальцеві оклюзійні манжети. Взагалі, стратегію пальцевої оклюзії можна реалізовувати в рамках будь-якого оклюзійного метода. Було також зазначено, що потенційно більш достовірними є осцилометричні методи, причому перевагу з них слід віддати ФПГ.
Отже, напрямком досліджень для досягнення поставленої мети було вибрано пошук шляхів підвищення достовірності, завадостійкості і точності осцилометричного методу вимірювання АТ, що базується на реєстрації і аналізі пульсових сигналів, в першу чергу ФПГ.
З точки зору метрології потенційно більш високу точність мають вимірювання, в яких величина, що вимірюється, порівнюється (урівноважується) з деяким еталоном (методи урівноважування) [70]. Відзначимо, що для будь-яких оклюзійних методів вимірювання АТ вхідна величина (АТ) порівнюється (урівноважується) з тиском в компресійній манжеті, який може бути виміряний з достатньою точністю. Але, і це найголовне, для оцінки рівності тиску в манжеті з тиском в судині, тобто для їх порівняння, вимірюється ще одна величина - рівень тонів Короткова, параметри пульсації тиску в манжеті, реограми, ФПГ тощо. Ця величина в існуючих методах вимірюється безпосередньо (методом прямого перетворення).
Виникає ідея для підвищення достовірності і точності вимірювань всієї системи вимірювати цю "оціночну" величину також методом порівняння з еталонною. Зокрема, таким еталонним сигналом може бути ФПГ, яка реєструється на іншому органі (наприклад, на сусідньому пальці) пацієнта паралельно з тією, що реєструється на органі (пальці) з манжетою. іншими словами, необхідно ввести у вимірювальний тракт опорний канал. Залишається розробити методи такого кількісного порівняння і знайти критерії визначення параметрів АТ (систолічного і діастолічного тиску).
Що стосується критеріїв, то, як зазначалось в розд. 1.2, низька завадостійкість існуючих методів обумовлена тим, що "оціночний" сигнал (тахоосцилограма, реограма, їх похідні та ін.) підлягає в них амплітудно-часовому аналізу, тобто виділяються окремі ділянки кривої, характерні точки (максимуми, перепади, часові зсуви [6, 41, 56]). Наявність артефактів, звісно, впливає на достовірність вимірювань і вимагає досить складної (і не завжди достатньо успішної) обробки сигналів для усунення їх впливу.
На основі аналізу відомих шляхів вирішення проблеми завадостійкості вимірювань АТ можна визначити напрямки пошуку завадостійких критеріїв оцінки параметрів тиску з використанням ідеї опорного каналу.
2.2 Шляхи вирішення проблеми завадостійкості вимірювань АТ
Завади, що виникають в процесі вимірювання АТ, можна підрозділити на стаціонарні і нестаціонарні. До перших відносяться:
а) широкосмугові інструментальні шуми;
б) вузькосмугові зовнішні наводки.
До другої групи відносяться зовнішні артефакти (рухи) і внутрішні фізіологічні артефакти (кашель, екстрасистоли, дихання тощо).
Згадані завади можуть бути як корельовані так і некорельовані з пульсовим сигналом і між собою в різних каналах.
Проблему завадастійкості вирішують по-різному. Так, наприклад, в [54, 55] запропоновано завадостійкий давач пульсу, який здійснює просторово-орієнтоване диференціювання пульсового сигналу, завдяки чому вимірювальна система менш чутлива до рухових артефактів. В [37, 41] артефакти виявляються за допомогою аналізу (в часовій або частотній області) періодичності сигналів пульсу. В [3] аналізуються способи підвищення завадостійкості реєстрації плетизмографічного сигналу шляхом порівняння його з електрокардіографічним (ЕКГ) сигналом, який реєструють паралельно.
В [18] був запропонований комплексний аналіз тахоосцилограми з використанням так званого інформаційного підходу, який полягає в тому, що параметри АТ визначаються як емпірично знайдені функції статистичних моментів осцилометричного сигналу. Такий підхід має більшу завадостійкість по відношенню до артефактів саме тому, що аналізується не окремі характерні точки, а вся тахоосцилограма. Таким чином більш повно використовується діагностична інформація, яка міститься в біологічному сигналі.
Якщо ж у вимірювальну систему ввести опорний канал, то це дозволить отримувати більше інформації з біосигналу (зокрема, ФПГ), використовуючи кореляційну обробку. Ці методи обробки сигналів, як відомо, мають суттєві переваги в порівнянні з іншими з точки зору завадостійкості [51, 52]. В [1, 64, 67] наголошується на перспективності кореляційної обробки саме по відношенню до біомедичнх сигналів. Крім того, кореляційна обробка - це кількісне порівняння сигналів, реалізація якого, як було сказано вище, дозволить покращити метрологічну якість процесу вимірювання "оціночного" сигналу (в даному випадку ФПГ). Таке порівняння є більш повним, комплексним і може відбуватися неперервно протягом всього циклу вимірювання. В такий спосіб можливо відслідковувати зростання в часі схожості сигналів основного і опорного каналів під час декомпресії.
В [5, 6, 10, 71] запропоновано двоманжетні способи вимірювання АТ, згідно з якими реєструються дві ТОГ дистальної і проксимальної манжет, розташованих на одній і тій сам