非侵入性血压测量技术

Biomedical Engineering

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Overview

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。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 生物医学工程. 非侵入性血压测量技术. JoVE, Cambridge, MA, (2020).

Principles

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。

Procedure

1. 无线血压袖口

  1. 打开袖口,并将其与移动设备配对,并将其输出结果。配对可以通过蓝牙完成。
  2. 将袖口绑在上臂上,以便血压监测仪对内二头肌进行放置。Ssrap 应紧紧地固定在手臂上。
  3. 打开移动设备上的袖口应用程序。确保袖口与移动设备配对。
  4. 定位自己,让你坐在你的手臂休息,使袖口是在相同的水平,你的心。确保您处于平静的环境中,以便在收集数据时保持放松。
  5. 正确定位后,开始测量血压。可以运行多个试验,以便这些测量的平均值反映在结果中。
  6. 收集完所有测量值后,结果将输出到移动设备屏幕上。记下结果。从手臂上解开袖口,然后将其关闭。

2. 啮齿动物的非侵入性血压测量

  1. 打开加热台、血压系统和台式计算机。将 VPR 袖口和遮挡袖口连接到血压系统。使用软件检查袖口是否正确校准,是否按预期工作。使用所需的参数设置软件。
  2. 准备动物(小鼠或大鼠)放置到适当大小的支架中。确保环境平静,发出最少的意外噪音。在将动物放在支架上之前,尽量使动物平静下来,以防止动物承受不必要的压力。
  3. 轻轻地哄动物进入支架。确保它的爪子不会卡在支架的附件中,并且尾巴在约束器之外。
  4. 动物固定后,将支架放在加热的舞台上。将遮挡袖口滑到尾部底部,然后将 VPR 袖口滑到遮挡袖口后面。在两个袖口之间留出 1-2 mm 的空间。如果使用遮挡袖口和 VPR 袖口大小为小鼠,您可以使用塑料管条固定它们。
  5. 手铐打开后,用胶带把它们贴在舞台上,以防止动物的尾巴移动太多。让尾部温暖到约32-34°C,促进血管扩张和随后的血流通过尾巴。
  6. 一旦设置完成且尾部足够温暖,则开始数据采集。在测量血压时,请注意动物在约束器内是否大量移动。在整个测量过程中,尽量将袖口保持在相同的位置。如果袖口滑下尾巴,或者如果动物在约束器内移动,请按暂停按钮,并在正在进行的运行完成后重新调整袖口/动物。在整个过程中保持一个平静的环境。
  7. 检查以确保血压数据按预期获取。如有必要,重复测量。建议进行多次试验(通常为 20-40 次测量)。
  8. 收集数据后,保存测量值以供进一步分析。将动物从支架上取下,放回笼子。关闭加热阶段和血压系统,清洁所有与动物接触的表面。

血压测量通常用于监测心血管健康。血压是血管壁上循环血液产生的横向压力。密切监测对发现和治疗低血压、低血压和高血压、高血压非常重要,两者都会损害心脏、肾脏和大脑等重要器官的功能。

血压通过听诊手动测量,临床医生使用充气袖口遮挡动脉,然后在气减时聆听血流通过胸动脉的声音。血压也可以通过示波仪自动测量,使患者可以在家里测量血压。充气袖口包含一个压力传感器,该传感器根据血液动力学原理将动脉振动转换为收缩压力和舒张压。

本视频将说明血压原理,演示目前测量人类和小动物收缩压和舒张压的方法,并讨论一些应用。

血压测量由收缩和舒张组分组成,这两种成分都是心血管健康的重要指标。

收缩压是心脏跳动时心脏收缩期间对动脉施加的最大宫内压力的量度,舒张压是最小宫内压力或节拍之间压力的量度当心脏放松,主动脉瓣关闭时。为了测量血压,在病人的上臂上放置一个袖口,然后膨胀到血流完全被阻塞的地方。当袖口放气时,临床医生在观察压力计读数时进行麻醉。

第一声可听见的Korotkoff声音对应于收缩压力,即血液开始再次流过开放血管的压力。随着袖口继续泄气,血液流动更自由,因为血管保持开放。当临床医生不再听到跳动的声音或自监测设备检测到振荡的平整时,记录舒张压。

类似的方法可以用来监测啮齿动物的血压。袖口在尾动脉周围膨胀和放气,而压力传感器检测收缩和舒张压力。现在,您已经了解了收缩压和舒张压之间的区别,让我们演示如何使用人类无线袖口和啮齿动物非侵入性技术来测量血压。

打开无线袖口和移动设备,然后打开袖口应用程序。然后,通过蓝牙配对设备,然后打开移动设备上的袖口应用程序。然后,将袖口绑在上臂上。确保血压监测仪放置在你的内二头肌。表带应紧紧地固定在手臂上。坐在一个位置,使袖口与你的心处于同一水平。在开始之前,确保你冷静和放松。

现在,通过按开始开始血压测量。每次测量大约需要一到三分钟。重复测量几次,以获得结果中的平均值。结果将显示在移动设备的屏幕上。保存结果后,从手臂上解开袖口并关闭设备。

要测量啮齿动物的血压,请先打开台式电脑、血压系统和加热阶段。然后,将 VPR 袖口和遮挡袖口连接到血压系统。使用软件确认袖口已正确校准并按预期工作。选择用于数据采集的相应参数。参数包括通缩时间、每个周期的集数、遮挡压力和集之间的延迟。遮挡压力通常设置为 250 毫米汞,并且每个周期通常有 20 组汞。可以根据用户需要指定其他参数。

安抚动物,防止它经历不必要的压力。环境应该安静,噪音最小。然后,将动物放在一个适当大小的支架中。确保动物的爪子不会卡在支架的附件中,并且尾巴在约束器之外。现在,将支架放在加热的舞台上。将遮挡袖口滑动,然后将 VPR 袖口滑到尾部底部,相距约一至两毫米。一旦袖口到位,磁带到舞台上。这将限制尾部移动。

然后,将尾巴加热到32至34摄氏度,以促进血管扩张和血流通过尾部。当阶段变暖时,选择电脑上血压升高的动物类型,然后将其动物ID输入系统,以便以后可以访问其数据。一旦阶段充分加热,开始通过按下启动获取血压数据。尽量保持一个平静的环境。保持袖口的位置恒定,如果动物移动很大,请记下。如果袖口滑下尾巴,或者如果动物在约束器内移动,按下暂停按钮,然后在当前测量完成后进行调整,然后继续测试。

检查以确保血压数据按预期获取。收集 20 到 40 个测量值。收集所有数据后,将动物从支架中取出,放回笼子。然后关闭设备并清洁与动物接触的表面。

使用人类血压监测仪的结果将在屏幕上输出,如图所示。使用该技术,将显示收缩和舒张压测量值,并计算多个读数。

人类的健康血压通常低于收缩压的汞120毫米,舒张压的汞含量低于80毫米。高于这些值的血压可能表明患者开始发展高血压,这可能导致进一步的健康并发症。

这是服用啮齿动物血压时获得的典型图表。图上的两条曲线表示从 VPR 传感器、蓝线和遮挡袖口(红线)收集的数据。蓝色曲线的拐点用于计算收缩和舒张压力。测量值与 OK 状态一起列在图表底部,表明系统认为此测量是可以接受的。

小鼠的典型血压测量值约为 120,超过 70 毫米汞,而大鼠的血压略高于 130,超过 90 毫米汞。

现在,让我们来看看血压是如何在公众和科学界的非侵入性测量的。

便携式非侵入性血压袖口使高血压患者在就诊期间能够监测其健康状况。有患先兆子宫颈癌风险的孕妇可以在婴儿出生前的关键月份监测其患此病的风险。

研究开发新的治疗药物需要经常进行血压评估。虽然侵入性技术,如皮下遥测和小鼠胡萝卜动脉罐,提供长期血压数据,但非侵入性尾袖系统是监测心血管动物模型中血压的诱人方法疾病。

您刚刚观看了 JoVE 的血压测量技术介绍。现在,您应该了解如何将非侵入性测量方法用于人类和啮齿动物,以及如何应用该技术来改善社区的健康监测。感谢您的收看!

Results

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。

Figure 1
图 1.通过非侵入性测量系统获得的收缩和舒张压。

Figure 2
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。

Applications and Summary

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。

1. 无线血压袖口

  1. 打开袖口,并将其与移动设备配对,并将其输出结果。配对可以通过蓝牙完成。
  2. 将袖口绑在上臂上,以便血压监测仪对内二头肌进行放置。Ssrap 应紧紧地固定在手臂上。
  3. 打开移动设备上的袖口应用程序。确保袖口与移动设备配对。
  4. 定位自己,让你坐在你的手臂休息,使袖口是在相同的水平,你的心。确保您处于平静的环境中,以便在收集数据时保持放松。
  5. 正确定位后,开始测量血压。可以运行多个试验,以便这些测量的平均值反映在结果中。
  6. 收集完所有测量值后,结果将输出到移动设备屏幕上。记下结果。从手臂上解开袖口,然后将其关闭。

2. 啮齿动物的非侵入性血压测量

  1. 打开加热台、血压系统和台式计算机。将 VPR 袖口和遮挡袖口连接到血压系统。使用软件检查袖口是否正确校准,是否按预期工作。使用所需的参数设置软件。
  2. 准备动物(小鼠或大鼠)放置到适当大小的支架中。确保环境平静,发出最少的意外噪音。在将动物放在支架上之前,尽量使动物平静下来,以防止动物承受不必要的压力。
  3. 轻轻地哄动物进入支架。确保它的爪子不会卡在支架的附件中,并且尾巴在约束器之外。
  4. 动物固定后,将支架放在加热的舞台上。将遮挡袖口滑到尾部底部,然后将 VPR 袖口滑到遮挡袖口后面。在两个袖口之间留出 1-2 mm 的空间。如果使用遮挡袖口和 VPR 袖口大小为小鼠,您可以使用塑料管条固定它们。
  5. 手铐打开后,用胶带把它们贴在舞台上,以防止动物的尾巴移动太多。让尾部温暖到约32-34°C,促进血管扩张和随后的血流通过尾巴。
  6. 一旦设置完成且尾部足够温暖,则开始数据采集。在测量血压时,请注意动物在约束器内是否大量移动。在整个测量过程中,尽量将袖口保持在相同的位置。如果袖口滑下尾巴,或者如果动物在约束器内移动,请按暂停按钮,并在正在进行的运行完成后重新调整袖口/动物。在整个过程中保持一个平静的环境。
  7. 检查以确保血压数据按预期获取。如有必要,重复测量。建议进行多次试验(通常为 20-40 次测量)。
  8. 收集数据后,保存测量值以供进一步分析。将动物从支架上取下,放回笼子。关闭加热阶段和血压系统,清洁所有与动物接触的表面。

血压测量通常用于监测心血管健康。血压是血管壁上循环血液产生的横向压力。密切监测对发现和治疗低血压、低血压和高血压、高血压非常重要,两者都会损害心脏、肾脏和大脑等重要器官的功能。

血压通过听诊手动测量,临床医生使用充气袖口遮挡动脉,然后在气减时聆听血流通过胸动脉的声音。血压也可以通过示波仪自动测量,使患者可以在家里测量血压。充气袖口包含一个压力传感器,该传感器根据血液动力学原理将动脉振动转换为收缩压力和舒张压。

本视频将说明血压原理,演示目前测量人类和小动物收缩压和舒张压的方法,并讨论一些应用。

血压测量由收缩和舒张组分组成,这两种成分都是心血管健康的重要指标。

收缩压是心脏跳动时心脏收缩期间对动脉施加的最大宫内压力的量度,舒张压是最小宫内压力或节拍之间压力的量度当心脏放松,主动脉瓣关闭时。为了测量血压,在病人的上臂上放置一个袖口,然后膨胀到血流完全被阻塞的地方。当袖口放气时,临床医生在观察压力计读数时进行麻醉。

第一声可听见的Korotkoff声音对应于收缩压力,即血液开始再次流过开放血管的压力。随着袖口继续泄气,血液流动更自由,因为血管保持开放。当临床医生不再听到跳动的声音或自监测设备检测到振荡的平整时,记录舒张压。

类似的方法可以用来监测啮齿动物的血压。袖口在尾动脉周围膨胀和放气,而压力传感器检测收缩和舒张压力。现在,您已经了解了收缩压和舒张压之间的区别,让我们演示如何使用人类无线袖口和啮齿动物非侵入性技术来测量血压。

打开无线袖口和移动设备,然后打开袖口应用程序。然后,通过蓝牙配对设备,然后打开移动设备上的袖口应用程序。然后,将袖口绑在上臂上。确保血压监测仪放置在你的内二头肌。表带应紧紧地固定在手臂上。坐在一个位置,使袖口与你的心处于同一水平。在开始之前,确保你冷静和放松。

现在,通过按开始开始血压测量。每次测量大约需要一到三分钟。重复测量几次,以获得结果中的平均值。结果将显示在移动设备的屏幕上。保存结果后,从手臂上解开袖口并关闭设备。

要测量啮齿动物的血压,请先打开台式电脑、血压系统和加热阶段。然后,将 VPR 袖口和遮挡袖口连接到血压系统。使用软件确认袖口已正确校准并按预期工作。选择用于数据采集的相应参数。参数包括通缩时间、每个周期的集数、遮挡压力和集之间的延迟。遮挡压力通常设置为 250 毫米汞,并且每个周期通常有 20 组汞。可以根据用户需要指定其他参数。

安抚动物,防止它经历不必要的压力。环境应该安静,噪音最小。然后,将动物放在一个适当大小的支架中。确保动物的爪子不会卡在支架的附件中,并且尾巴在约束器之外。现在,将支架放在加热的舞台上。将遮挡袖口滑动,然后将 VPR 袖口滑到尾部底部,相距约一至两毫米。一旦袖口到位,磁带到舞台上。这将限制尾部移动。

然后,将尾巴加热到32至34摄氏度,以促进血管扩张和血流通过尾部。当阶段变暖时,选择电脑上血压升高的动物类型,然后将其动物ID输入系统,以便以后可以访问其数据。一旦阶段充分加热,开始通过按下启动获取血压数据。尽量保持一个平静的环境。保持袖口的位置恒定,如果动物移动很大,请记下。如果袖口滑下尾巴,或者如果动物在约束器内移动,按下暂停按钮,然后在当前测量完成后进行调整,然后继续测试。

检查以确保血压数据按预期获取。收集 20 到 40 个测量值。收集所有数据后,将动物从支架中取出,放回笼子。然后关闭设备并清洁与动物接触的表面。

使用人类血压监测仪的结果将在屏幕上输出,如图所示。使用该技术,将显示收缩和舒张压测量值,并计算多个读数。

人类的健康血压通常低于收缩压的汞120毫米,舒张压的汞含量低于80毫米。高于这些值的血压可能表明患者开始发展高血压,这可能导致进一步的健康并发症。

这是服用啮齿动物血压时获得的典型图表。图上的两条曲线表示从 VPR 传感器、蓝线和遮挡袖口(红线)收集的数据。蓝色曲线的拐点用于计算收缩和舒张压力。测量值与 OK 状态一起列在图表底部,表明系统认为此测量是可以接受的。

小鼠的典型血压测量值约为 120,超过 70 毫米汞,而大鼠的血压略高于 130,超过 90 毫米汞。

现在,让我们来看看血压是如何在公众和科学界的非侵入性测量的。

便携式非侵入性血压袖口使高血压患者在就诊期间能够监测其健康状况。有患先兆子宫颈癌风险的孕妇可以在婴儿出生前的关键月份监测其患此病的风险。

研究开发新的治疗药物需要经常进行血压评估。虽然侵入性技术,如皮下遥测和小鼠胡萝卜动脉罐,提供长期血压数据,但非侵入性尾袖系统是监测心血管动物模型中血压的诱人方法疾病。

您刚刚观看了 JoVE 的血压测量技术介绍。现在,您应该了解如何将非侵入性测量方法用于人类和啮齿动物,以及如何应用该技术来改善社区的健康监测。感谢您的收看!

JoVE Science Education is free through June 15th 2020.

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