资料来源:哈姆娜·库雷希和克雷格·戈尔根,珀杜大学韦尔登生物医学工程学院,西拉斐特,印第安纳州
在这里,我们将强调人类和啮齿动物之间非侵入性血压测量技术的主要相似性和差异,并研究控制血压的工程原理。还将讨论控制当前袖口技术以获得收缩和舒张压力的原理。
与移动设备连接的商用袖口通常结构紧凑且便携,因此几乎可以在任何地方进行测量。非侵入性便携式血压袖口对于高血压和其他心血管问题患者特别有用,需要仔细监测和及早发现血压的任何变化。
同样,非侵入性血压测量系统也可用于啮齿动物。该技术用于实验室设置,并可用于在整个研究中监测动物健康。虽然放射性遥测是啮齿动物血压测量的黄金标准,但这种技术具有侵入性,如果操作不当,可能导致动物死亡。因此,非侵入性方法便于在动物身上进行测量,因为它们可以提供有价值的数据,而无需植入设备。一个商用系统将被用来演示如何在临床环境以外的人身上测量血压。这种技术允许患者定期监测自己的血压,而不必每次需要进行这些测量时访问诊所。
此处描述的方法利用压力传感器和遮挡袖口利用流经啮齿动物尾部的血流。无论是人类移动血压袖口还是啮齿动物非侵入性尾袖口方法,都利用类似的血液动力学原理获取血压测量,为包括临床医生、研究人员和患者。
血压测量由收缩和舒张组分组成,这两种指标都是心血管健康的重要指标。收缩压定义为由于心脏收缩而对动脉壁施加的最大宫内压力,而舒张压定义为主动脉瓣关闭时的最低宫内压力。
使用市售袖口进行的血压测量使用示波方法进行测量。在临床环境中,临床方法常用于测量血压。临床医生通常会在手臂的胸动脉周围充气血压袖口,直到血管完全闭塞。一旦他们放气,临床医生会听他们第一次通过听诊器听到心脏跳动的点。这一点表示收缩压,因为动脉内的压力足够大,足以打开血管。然后,袖口继续放气,直到听不到重复的声音。这一点表示舒张压,因为血管保持开放。除自动技术外,测波技术与奥西托技术类似。袖口算法不是听声音,而是在血压袖口开始泄气时检测血流中的振荡。当血液再次开始流经动脉时,这些振荡开始,表明收缩压。当血流变得稳定时,振荡水平,表示舒张压。
在啮齿动物中测量血压的非侵入性方法也使用自动化技术。此处描述的系统包括一个遮挡袖口,该袖口在尾动脉周围膨胀和放气,类似于临床血压袖口在胸动脉周围如何膨胀和放气。体积压力记录 (VPR) 传感器也放置在尾部周围。该传感器可以使用压力传感器确定血压,该传感器可以指示收缩压和舒张压何时发生在动物的尾部,这是真实系统血压的密切替代物。
1. 无线血压袖口
2. 啮齿动物的非侵入性血压测量
图1显示了使用非侵入性血压系统服用啮齿动物血压获得的典型图表。图上有两条曲线:一条用于 VPR 传感器,另一条用于遮挡袖口。VPR传感器曲线的拐点是确定收缩和舒张压的位置,如图1所示。图的底部指示状态,用于传达系统是否认为此测量值可以接受。为了获得可接受的读数,每次试验都多次接受血压。
图 1.通过非侵入性测量系统获得的收缩和舒张压。
图 2.收缩压和舒张压的屏幕截图。
对于一个为人类提供的商业袖口,血压测量的结果在屏幕上输出,如图2所示。用户可以使用此技术查看收缩和舒张压测量。血压可以多次服用,以便结果输出所收集的数据的平均值。
两种商业袖口都可用于家庭使用,非侵入性方法用于动物研究,均采用自动化技术。通过使用传感器跟踪血流的变化,算法检测收缩和舒张压力,然后将这些结果传达给用户。虽然技术相似,但两种测量技术之间存在一些关键差异,应加以注意。当在人类受试者中接受血压时,环境通常是放松的,因为受试者是无节制的,相当舒适。相反,动物必须被限制或麻醉。抑制会使动物焦虑不安,从而扭曲血压测量,而麻醉会导致体温过低和血管收缩,使可靠的测量更难获得。这就是为什么在平静、光线昏暗的环境中,在意识动物中获得啮齿动物的血压,这样它们才能保持温暖,没有惊人的噪音。当啮齿动物测量血压以促进血液流过尾巴时,也使用通过加热的血管化。在获取数据之前,将动物与支架和袖口进行协调有助于减少不适,并允许收集更准确的结果。此外,如果用户在多天内从同一动物收集测量值,如果每天大致相同的时间获取,结果将更有意义。
能够使用用户友好、紧凑的袖口进行血压测量,对于患者来说是一个非常有用的工具,因为它允许患者在方便的情况下监控血压。然而,市售的血压袖口并不是用来取代临床获得的测量;相反,这些袖口旨在帮助患者监测他们的全身血压在访问之间。商业袖口也会受到噪音的影响,并不总是收集准确的结果。同样,对啮齿动物血压的非侵入性测量也是嘈杂的,特别是当动物移动时。因此,在查看来自这些系统的数据时,必须明智。
便携式非侵入性血压测量方法可用于各种应用。商业袖口允许高血压患者在诊所就诊期间监测其健康状况。这种方法可以帮助患者更加注意他们的饮食和运动决定,因为他们可以看到他们的生活方式对他们的血压有直接影响。商业袖口还可以帮助孕妇在怀孕的最后几个月跟踪自己的血压。孕妇有患先兆子宫颈癌的风险。因此,这些妇女必须知道,在妊娠后半期,她们是否面临这种病的风险。使用便携式袖口可以帮助这些妇女在婴儿出生前的关键月份跟踪自己的血压。
对于动物使用,非侵入性血压测量对于研究目的,尤其是那些有关心血管健康的研究,是有价值的。在程序和研究后(如在啮齿动物中诱导高血压)对动物进行血压检查,可以显示这些行为对动物健康的影响。虽然其他侵入性技术可以提供更一致的数据,但尾袖系统的非侵入性使得它们成为使用心血管疾病动物模型的人的诱人方法。
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