Классификация методов измерения артериального давления

Классификация методов измерения  артериального давления

К настоящему времени количество различных методов измерения АД исчисляется многими десятками, если не сотнями, каждый год к ним добавляются в среднем около 30 новых технических решений.  Однако до сих пор в наименованиях разнообразных методов измерения АД используется практически исключительно медицинская терминология. Отчасти это можно объяснить тем, что многие идеи измерения артериального давления чаще всего исходили от врачей. Например, исторически первый эксперимент по измерению артериального давления был поставлен в XIX веке и состоял в том, что в артерию лошади была введена полая игла, сообщающаяся с жидкостным манометром. Отсчет давления осуществлялся путем измерения высоты столба жидкости в стеклянной трубке жидкостного манометра. Такой способ получил название инвазивного (от английского слова invasion – вторжение) или кровавого. Подобное название, хотя и дает некоторое представление о сути метода, совершенно не отражает сущности процесса измерения с метрологической точки зрения. Действительно, нетрудно представить и другой возможный способ измерения, при котором к трубке, сообщающейся с артерией, мог быть подключен датчик разности давлений, на второй вход которого подается управляемое компенсирующее давление. При поддержании равенства измеряемого и компенсирующего давления с использованием в качестве компаратора датчика разности давлений отсчет значений измеряемого давления мог производиться по значениям сигнала, управляющего компенсирующим давлением. С медицинской точки зрения данный метод  не меняет своего названия, т.е. остается по-прежнему инвазивным. Но с метрологической точки зрения два изложенных метода принципиально различны. Действительно, по сути в вышеописанном эксперименте был реализован способ прямого преобразования артериального давления в высоту столба жидкости манометра. Альтернативный же метод относится к подклассу методов уравновешивающего преобразования, который в общем случае обеспечивает существенно более высокую точность по сравнению с методом прямого преобразования. Таким образом, существующая классификация методов измерения АД не вписывается в общую классификацию методов измерения, нередко объединяя под одним названием методы, существенно различающиеся по потенциально достижимым метрологическим характеристикам. Следовательно, для сравнительной оценки метрологических характеристик существующих методов измерения артериального давления представляется важной их систематизация в терминах классической измерительной техники, изложению которой и посвящена настоящая статья.

Классификационный граф методов измерения  артериального давления представлен  на рис 1. Особенность предлагаемой формы представления классификации  состоит в том, что она отражает объективно существующие между разновидностями классифицируемых объектов отношения иерархии и наследования. В результате любой объект на любом уровне иерархии наследует свойства всех объектов верхних по отношению к нему уровней, от которых он порожден. Слева перечислены основные классификационные признаки. Каждому подклассу, выделяемому по данному признаку, соответствует определенный вид заливки прямоугольника. Ширина прямоугольника справа от признака характеризует степень практического использования метода относительно метода, являющегося альтернативным по данному признаку.

На самом верхнем уровне иерархии использован основополагающий с метрологической точки зрения признак -  наличие опорного канала в структуре реализующего устройства. По данному признаку будем различать методы измерения с использованием и без использования опорного канала (рис.1). Следует отметить, что использование предлагаемого признака как основополагающего полностью совпадает  с принятым  в теории измерений подразделением всех методов измерения на два основных - непосредственной оценки и сравнения.  Заметим, что принятая форма представления классификационного графа позволяет отобразить не только иерархию  методов, но и количественные соотношения, характеризующие степень использования того или иного метода на практике. Согласно рис.1 все методы измерения артериального давления подразделяются на два подкласса – с опорным каналом и без опорного канала. Понятие опорного канала было введено Э.К.Шаховым в работе [1]. В структуре измерительного преобразователя опорный канал осуществляет точное преобразование некоторой физической величины в величину, однородную с измеряемой физической величиной. Введение этого понятия позволяет объединить в единый класс методы измерения с замкнутой структурой, например, реализующей уравновешивающее преобразование или преобразование с автоматическим введением поправки [2], которые обычно рассматривают как относящиеся к разным подклассам. По сути же в них реализуется метод сравнения, что определяет подобие структурных схем, основных источников погрешностей и пределов потенциально достижимой точности.

Рис.1

Следующий классификационный признак  – связь АД с непосредственно  измеряемой величиной. По данному признаку будем различать прямые и косвенные  методы измерения АД. В случае прямых методов непосредственно измеряемой величиной является АД. В случае косвенных методов АД вычисляется по результатам прямого измерения другой величины, функционально связанной с АД. Примером последнего может служить метод определения АД на основе результатов измерения скорости распространения пульсовой волны. Как видно, из рис.1.1, подавляющая часть методов измерения АД с опорным каналом реализует прямое измерение. Реализация косвенного измерения с использованием ОК принципиально возможна, но в известной нам литературе такие методы не упоминаются. Поэтому соответствующий прямоугольник на рис.1 оставлен пустым. 

Следующий  классификационный  признак – способ уравновешивания, естественно, относится только к  методам измерения с использованием опорного канала. По этому признаку будем различать методы измерения АД с развертывающим и следящим уравновешиванием. Как видно из рис.1.1, на практике преобладающее применение нашли методы измерения АД с развертывающим уравновешиванием измеряемой величины.

Таким образом, несмотря на огромное разнообразие известных к  настоящему времени методов измерения  АД, если принять во внимание наиболее существенные с метрологической  точки зрения классификационные  признаки, все  они вписываются  в четыре подкласса методов, общая характеристика которых достаточно хорошо известна в измерительной технике. Поэтому принадлежность к тому или иному из известных и хорошо изученных подклассов определяет потенциально достижимые метрологические характеристики, так как метод наследует свойства своих родительских методов. На рис.1 пунктирная прямая показывает,  свойства каких родительских методов наследуются данным методом.

Литература

1. Шахов Э.К. Разделение функций – основной принцип структурного совершенствования измерительных преобразователей. – В кн. Информационно-измерительная техника. Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 8. Пенза, ППИ. 1978.

2. Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1973, 552 с.