خانه / اخبار مدرسه مهندسی پزشکی / اندازه گيري ضربان و فشار خون بر اساس متد MMSB

اندازه گيري ضربان و فشار خون بر اساس متد MMSB

مهندسی پزشکی ایران

اين مقاله روش تازه اي را در اندازه گيري ضربان و فشار خون به صورت پيوسته ارائه مي کند. در اين روش ميدان مغناطيسي يکنواختي به صورت غير تهاجمي در نزديکي  شريان خون راديال  بر روي پوست اعمال مي کنيم و تغييراتي را که در ميدان مغناطيسي اعمالي بر اثر حرکت ضربان دار خون  ايجاد مي شود،  اندازه گيري کرده و بيوسيگنال هاي MMSB را مي يابيم. با استخراج اطلاعات از سيگنال MMSB  مي توان ضربان قلب را اندازه گيري کرد. همچنين با داشتن سيگنال ECG که از فعاليت هاي الکتريکي قلب به دست مي آيد مي توان زمان گذراي پالس (PTT)  را اندازه گيري کرد و  فشار خون را به دست آورد.

با پيشرفت علم بيوالکتريک، دستگاه هاي نظارت بر سلامتي  که  مي تواند نظارت مداومي از وضعيت سلامتي يک فرد را همراه با استفاده آسان و راحتي کامل فراهم کند در حال متداول شدن است. از ميان علائم  حياتي فيزيولوژيکي، ضربان قلب و فشار خون دو پارامتر متداول هستند که اغلب توسط دستگاه ها مورد بررسي قرار مي گيرند و مي توانند نشان دهنده عملکرد صحيح قلب باشند.
روش ها و فناوري هايي که براي به دست آوردن ضربان قلب و نظارت بر فشار خون وجود دارد، عموما مي توان به اقسام الکتريکي، نوري، مايکرويو، صوتي، مکانيکي و مغناطيسي طبفه بندي کرد. اندازه گيري غير تهاجمي فشار خون (BP) با استفاده از روش کاف، اطلاعات کافي را براي بيشتر استفاده هاي پزشکي فراهم مي سازد. با اين حال، روش هاي اندازه گيري بر پايه کاف، داراي معايبي نيز است که کاربرد آن ها را در برخي شرايط پزشکي محدود مي سازد.
اندازه گيري  طولاني مدت و پيوسته از فشار خون با استفاده از کاف امکان پذيرنيست.
بين هر دو اندازه گيري که با کاف انجام شود، توقفي در حدود ۱ تا ۲ دقيقه لازم است تا بافت محل اندازه گيري به حالت اوليه خود برگشته و اندازه گيري قابل اطمينان شود.
تورم ناشي از کاف ممکن است بيماران را اذيت کند و در بعضي از افراد که داراي بيماري هاي پوستي باشند اين روش امکان پذير نباشد.
محققان به مدت طولاني گزارش داده اند که زمان گذراي پالس (PTT) به طور مستقيم با فشار خون مرتبط است و مي تواند به عنوان مرجعي براي تخمينات فشار خون (BP) استفاده شود. (زمان گذراي پالس PTT، زمان گرفته شده ضربان فشارخون شرياني از دريچه آئورت قلب تا محل مناسبي از قلب است، معمولا انگشت).  اندازه گيري مرسوم PTT با استفاده از اختلاف زماني که بين پيک شکل موج از الکتروکارديوگرام (ECG) و حداکثر شيب شکل موج پلتسيموگراف نوري (PPG) است که از انگشت سبابه گرفته مي شود. با اين حال روش PPG انگشتي به اتصال نوري پيوسته با پوست نياز دارد و محدوديتي براي فعاليت هاي روزانه فرد بيمار محسوب مي شود. در اين مقاله  براي به دست آوردن سيگنال هاي ضربان خون، به جاي روش مرسوم  PPG انگشتي، از سيستم اندازه گيري ضربان و فشار خون بر اساس متد MMSB =  Modulated magnetic signature of blood)    MMSB) استفاده مي کنيم. اين روش در کنفرانس بين المللي مهندسي پزشکي (IGBME)  ارائه شده است. در شکل(۱) چگونگي اين روش شرح داده شده است.

مهندسی پزشکی ایران

در اين روش يک آهن رباي مغناطيسي دائم يا الکتريکي و يک سنسور مغناطيسي  را در نزديکي هم بر روي شريان اصلي قرار مي دهيم و تغييرات ايجاد شده در ميدان مغناطيسي را که توسط حرکت ضربات دار جريان خون  ايجاد مي شود توسط سنسور مغناطيسي اندازه گيري  مي کنيم. علت تغيير در اين ميدان مغناطيسي يکنواخت، سنسور مغناطيسي، پوست و شريان خوني را دربر مي گيرد. براي توليد ميدان مغناطيسي يکنواخت که براي باياس سنسور هم ضروري است، ميتوان از يک آهن رباي دائمي يا الکتريکي استفاده کرد. با استفاده از ديتاشيتي که براي آهن ربا تهيه شده است، مشخصات فيزيکي آهن ربا داراي قطري به اندازه ۶ ميليمتر و  ضخامتي در حدود ۲ ميليمتر است. شدت ميدان مغناطيسي برابر ۲/۰ تسلا و ضريب  نفوذپذيري مغناطيسي نسبي آهنربا (µr)، برابر  H/M 103×۵ است. در شکل زير ميتوانيد شکل فيزيکي و  خصوصيات آهنربا را مشاهده کنيد.

مهندسی پزشکی ایرانمهندسی پزشکی ایران

 

 

براي باياس کردن سنسور GMR

جنس: نئوديوم آهن بور

براي تشخيص ضربان خون در اين مقاله از سنسور مگنتورزيستيو  GMR به شماره AAH02-02  استفاده کرده ايم. سنسورهاي مگنتو رزيستيو، همان طور که از نام آن بر مي آيد، با تغيير ميدان مغناطيسي در مجاورت آن ها، مقاومت الکتريکي اين گونه از سنسورها تغيير مي کند و ولتاژي را در خروجي خود توليد مي کنند. در شکل ۴ پايه هاي خروجي اين سنسور از شرکت NVE به مدل AAXXX-02 نشان داده شده است. همچنين شکل۵ بلوک دياگرام اين قطعه را نشان مي دهد.

مهندسی پزشکی ایران
در شکل زير نحوه عملکرد سنسور GMR را در ميدان هاي مغناطيسي متفاوت مشاهده مي کنيد.
همان طور که در شکل ۶ مشخص است مي توان با اعمال ميدان مغناطيسي اعمالي مناسب پاسخ خروجي سنسور را در محدوده خطي قرار داد. براي کار در ناحيه خطي سنسور، بايد ديتاشيت سنسور مورد نظر را يافته و محدوده آن را بيابيم. به طور مثال سنسور GMR AAH002-02 شرکت NVE داراي ناحيه خطي در حدود ۶/۰ تا ۳ گوس است.

مهندسی پزشکی ایران
آهن رباي استفاده شده در اين مقاله داراي شدت ميدان مغناطيسي ۲/۰ تسلا  است (۱ تسلا برابر ۱۰۰۰۰ گوس است) که اين شدت ميدان براي باياسکردن سنسور GMR بسيار زياد است. براي اين منظور سنسور را در فاصلهاي از آهن ربا قرار مي دهيم تا تاثير ميدان مغناطيسي بر سنسور کاهش يابد. بنابراين با قراردادن آهن ربا در فاصله هاي متفاوتي از سنسور مي توان ميدان مغناطيسي اعمالي بر سنسور را کاهش و يا افزايش داد. براي به دست آوردن ميدان مغناطيسي اعمالي از سوي آهن ربا مي توان از معادله زير استفاده کرد.

مهندسی پزشکی ایران

با در نظر گرفتن شدت ميدان مغناطيسي در حدودB=2/8  گوس، فاصله d در حدود ۲۵mm به دست مي آيد. اين مقدار از تاثيرات ميدان مغناطيسي باعث باياس شدن مطلوب سنسور GMR مي شود به طوري که عملکرد سنسور هميشه در ناحيه خطي قرار گيرد. در شکل ۷ چگونگي قرار گيري سنسور و آهن ربا در فاصله مربوطه نشان داده شده است.

مهندسی پزشکی ایران

مهندسی پزشکی ایران

نمونه هايي از اين نواحي که سيگنال MMSB مي تواند به راحتي به دست آيد شامل مچ دست، مچ پا، گردن و نواحي اطراف پيشاني هستند. در اين مقاله ما شريان راديال مچ دست را براي گرفتن سيگنال هاي MMSBانتخاب کرده ايم.

مهندسی پزشکی ایران

مهندسی پزشکی ایران
اندازه گيري انجام شده  نشان مي دهد که اختلاف بين دو متد موجود بسيار ناچيز است. بنابراين با قطعيت مي توان گفت که روش تازه MMSB يک روش جايگزين عملي بر روش هاي موجود در اندازه گيري ضربان قلب است. اين روش بدون نياز به اتصالات الکتريکي و نوري بر روي پوست، اندازه گيري قابل اطميناني را در به دست آوردن ضربان قلب ارائه مي کند.اندازه گيري فشار خون با استفاده از زمان گذراي پالس PTT ؛ روش PTT اخيرا به عنوان روشي پيوسته، بدون کاف و غيرهجومي براي تخمينات فشار خون پيشنهاد شده است. زمان PTT توسط دو متد متفاوت (به طور معمول ECG و PPG) قابل اندازه گيري است که با سنجش زمان تاخير در انتشار ضربان خون در دو ناحيه شرياني از بدن( به طور مثال از شريان آئورت قلب تا شريان راديال) به دست مي آيد. بدين منظور  دو سيگنال ECG و MMSB را مطابق شکل روبه رو به دست  مي آوريم.
در شکل ۱۱ سيگنال هايي که بر اساس ECG و متد MMSB از مچ دست به دست آمده است را مشاهده مي کنيد.

مهندسی پزشکی ایران

سيگنال هاي ECG و MMSB
سيگنال ECG ناشي از فعاليت هاي الکتريکي بطن هاي قلب وسيگنال MMSB ناشي از تغييرات ميدان مغناطيسي حرکت ضربان دار شريان راديال  است. مي توان با اندازه گيري زمان بين قله سيگنال ECG تا حداکثر شيب سيگنال MMSB مقدار PTT را به دست آورد. فشار خون متوسط طبق زیر تخمين زده مي شود.
مهندسی پزشکی ایران

فاصله d در واقع فاصله بين قلب فرد تا مچ دست است (مکاني که سيگنال MMSB به دست ميآيد).  PTT زمان گذراي پالس اندازه گيري شده در واحد ثانيه است. ρ چگالي متوسط خون در حدود ۱۰۵۰Kg/m3 گزارش شده است.H  ارتفاع بين قلب تا دست است که بين ۷cm تا ۹cm  است. براي کليه بيماران h=8cm در نظر گرفته شده است.
در شکل ۱۲ فشار خون متوسط توسط دو روش  کاف و روش MMSB مورد مقايسه قرار گرفته است.

مهندسی پزشکی ایران

نتيجه گيري
کاربردهاي MMSB علاوه بر توانايي  صحيح در اندازه گيري ضربان قلب، مي تواند در به دست آوردن مقادير PPT  به جاي PPG انگشتي استفاده شود. استفاده از روش MMSB در مقايسه با PPG براي نظارت بر علائم فيزيولوژيکي همانند فشار خون بسيار راحت تر است.

اين مقاله روش تازه اي را در اندازه گيري ضربان و فشار خون به صورت پيوسته ارائه مي کند. در اين روش ميدان مغناطيسي يکنواختي به صورت غير تهاجمي در نزديکي  شريان خون راديال  بر روي پوست اعمال مي کنيم و تغييراتي را که در ميدان مغناطيسي اعمالي بر اثر حرکت ضربان دار خون  ايجاد …

بررسی کلی

شرح مختصر: با نظرات؛ انتقادات و پیشنهادات خود جهت کاربردی تر شدن مطالب و پیشرفت سایت ما را همراهی کنید.

امتیاز کاربر: 4.33 ( 3 رای)
0

2 دیدگاه

  1. با سلام سایت خوبی طراحی شده است

    • محمدرضا باغچیقی

      با سلام خدمت استاد عزیز ممنونم از محبتتون انشالله بتوونیم از تجربیات شما در ارتقا کیفیت سایت در زمینه مهندسی پزشکی و علوم مرتبط استفاده کنیم.

دیدگاهتان را ثبت کنید

iranianbme.com