00421

Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería Biomédica, Habana 2001, Mayo 23 al 25, 2001, La Habana, Cuba
UNA IMPLEMENTACIÓN EFECTIVA DEL MÉTODO
OSCILOMÉTRICO PARA LA MEDICIÓN DE LA PRESIÓN
ARTERIAL
R. Ruso, J. Ramos, O. Batista, R. del Rey
Instituto Central de Investigación Digital
Calle 202 #1704 e/ 17 y 19 Siboney. C. Habana. Cuba
RESUMEN
Este trabajo presenta un algoritmo de implementación del
método oscilométrico de medición de la presión arterial,
así como el desarrollo de los medios técnicos y de
programación. En el método oscilométrico las presiones se
determinan aplicando criterios matemáticos a la curva
envolvente formada al graficar el pulso índice,
utilizándose en este caso el enfoque por la altura para
determinar los valores de la presión sistólica y diastólica.
El algoritmo incluye 3 partes: Calcular el pulso índice
oscilométrico, Suavizar la envolvente del pulso índice
oscilométrico y Calcular los valores puntuales de presión
media, sistólica y diastólica. Se da una breve explicación
del desarrollo del Módulo PNI y del HIPERMAX, como
herramientas de medición. Tanto el algoritmo, como PNI
validados, obteniendo como resultado unos medios de
medición de la presión arterial, que se han introducido y se
explotan de forma eficiente en la Red de Salud Pública
Nacional.
Palabras clave: presión arterial, presión no invasiva,
método oscilométrico, presión sistólica, presión
diastólica.
de usar que los invasivos y pueden ser utilizados en
situaciones en las que la medición invasiva no es
absolutamente necesaria
El método automático no invasivo más usado en la
actualidad es el oscilométrico, que basa su funcionamiento
en monitorear las variaciones u oscilaciones de la señal de
presión en una banda inflable que se aplica alrededor del
brazo, logrando determinar a través del análisis de esta
señal los valores de presión sistólica, diastólica y media de
los pacientes. Mientras la banda se desinfla desde un nivel
por encima a la presión sistólica, las paredes de la arteria
comienzan a vibrar u oscilar a medida que la sangre fluye
a través de la arteria parcialmente ocluida [7,8], y estas
vibraciones son captadas en el transductor que monitorea
la presión en la banda. Cuando la presión en la banda
sigue disminuyendo, las oscilaciones aumentan hasta una
amplitud máxima y luego disminuyen hasta que la banda
se desinfla completamente y el flujo de sangre regresa a la
normalidad.
La presión en la banda en el punto de máxima oscilación
normalmente se corresponde con la presión arterial media
(Fig. 1).
1. INTRODUCCIÓN
La medición de la presión arterial es un elemento
imprescindible en la medicina, ya sea para estudios
clínicos de determinadas enfermedades, para el control de
la hipertensión, o para la evaluación del estado de
pacientes dentro de las unidades de cuidados intensivos y
salones de operaciones.
Existen dos formas fundamentales de realizar la medición
de la presión arterial: La primera es mediante los Métodos
intermitentes, los que brindan presiones puntuales como la
sistólica (PS), diastólica (PD) y media (PM), calculándolas
en un periodo de tiempo que cubre más de un latido del
corazón. Ej:
Método Auscultatorio,
Método
Oscilométrico, Método Palpatorio, Método Ultrasónico,
etc. La segunda es mediante los Métodos continuos, los
que brindan presiones puntuales latido a latido, o la forma
de onda continua de la presión arterial, o ambos, por
ejemplo: Métodos Invasivos, Método de Tonometría
Arterial, Método de Velocidad de la Onda del Pulso, etc.
La presión arterial puede medirse de forma invasiva
(directa) y no invasiva (indirecta), siendo los métodos
invasivos potencialmente más exactos, pero la complejidad
e inconveniencia en su aplicación hacen que los métodos
no invasivos sean por el contrario los más extendidos. Los
equipos de medición no invasiva son más seguros y fáciles
Fig. 1. Curva de Presión Oscilatoria.
El punto por encima de la presión media, en el cual las
oscilaciones comienzan rápidamente a aumentar en
amplitud se corresponde con la presión sistólica. El punto
en que esta variación de las oscilaciones disminuye de
forma más abrupta, se corresponde con la presión
diastólica.
En el método oscilométrico las presiones se determinan
aplicando criterios matemáticos a la curva envolvente
formada al graficar cierta característica de los pulsos
oscilatorios (denominada pulso índice oscilométrico)
contra la presión base de la banda [6].
950-7132-57-5 (c) 2001, Sociedad Cubana de Bioingeniería, artículo 00421
La amplitud de la línea base al pico, la amplitud pico a
pico, o una cantidad basada en una integración total o
parcial del pulso oscilatorio puede usarse como pulso
índice oscilométrico. La presión de la banda a la cual la
envolvente alcanza su máxima altura se considera la
presión media.
Existen dos formas de determinar las presiones sistólica y
diastólica: una basada en la altura y otra en la pendiente
(Fig. 2). En el enfoque por la altura, los valores de presión
deseados se determinan como la presión de la banda a la
cual la razón del pulso índice oscilométrico en ese pico
con relación al pulso índice máximo es igual a un cierto
valor predeterminado.
Fig. 2. Pulso Índice Oscilométrico.
En el enfoque por la pendiente, se usa el criterio de
máximo y mínimo valor de cambio del pulso índice
(puntos de máxima y mínima pendiente en la curva
envolvente).
En este trabajo se presenta el algoritmo y los medios
programáticos y técnicos desarrollados en el ICID para la
implementación del método oscilométrico de medición de
la presión arterial.
2. METODOLOGÍA
El método desarrollado para la medición de la presión
arterial es una implementación del método oscilométrico,
y consta de tres algoritmos generales:
- Calcular el pulso índice oscilométrico.
- Suavizar la envolvente del pulso índice oscilométrico.
- Calcular los valores puntuales de presión media,
sistólica y diastólica.
Estos algoritmos trabajan secuencialmente en ese
orden, el primero permite a través del análisis de las
muestras de la señal, determinar la ocurrencia de pulsos
de presión oscilatoria, marcando las características de cada
pulso, el segundo algoritmo permite la eliminación de
artefactos en la señal oscilatoria mediante el
suavizamiento de la envolvente de los pulsos oscilatorios.
Finalmente el tercer algoritmo, a partir de la información
sobre los pulsos almacenada anteriormente, calcula los
valores de presión, basándose en el criterio de las alturas
[2].
El método oscilométrico solamente brinda con exactitud el
valor de la presión media. Los valores de presión sistólica
y diastólica se estiman empíricamente. Por eso existe una
diversidad de criterios a la hora de calcularlos.
Hay autores que han propuesto que se tome siempre las
fracciones de 40% y 60% de la amplitud máxima como
criterio de selección, y de esta manera tener un método
oscilométrico estándar [8], pero otros rechazan lo anterior
[10], planteando la diversidad de factores que afectan la
amplitud de las oscilaciones, entre ellos las características
de los diferentes tipos de bandas inflables existentes.
La mayoría de los fabricantes de equipos automáticos no
revelan la forma exacta en que calculan los valores de
presión, por ejemplo el “Sphygmomanometer Bp-103/RS”
fabricado por Nippon Colin, Ltd, calcula la presión media
coincidiendo con la máxima oscilación, determinado las
presiones sistólica y diastólica en el 55% de la altura de
dicha oscilación [9]. Por otra parte en un estudio realizado
por L.A Geddes [3] se observó que los valores mejor
correlacionados con el método auscultatorio eran del 50 y
el 80% para la sistólica y diastólica respectivamente.
En el mercado existen también equipos que simulan el
comportamiento de la forma de onda Oscilométrica. Entre
ellos se encuentran el “Cuff Link” y el “BP Pump” [5], los
cuales toman como fracciones el 50 y 67% (Cuff Link), y
el 54 y 59% (BP Pump) para las presiones sistólica y
diastólica respectivamente.
El algoritmo desarrollado, tanto en el Módulo de Presión
No Invasiva PNI, el cual forma parte del DOCTUS IV
(monitor de parámetros fisiológicos) como en el
Monitor Ambulatorio de Presión Arterial HIPERMAX,
considera: el valor de presión de la banda en el momento
de ocurrencia del pulso índice oscilométrico máximo se
toma como la presión media. Para calcular los otros
dos valores se utiliza el enfoque por la altura (Fig. 2). Los
valores de presión deseados se determinan como la
presión de la banda a la cual la razón del pulso índice
oscilométrico en ese pico con relación al pulso índice
máximo se seleccionó empíricamente basándose en
observaciones prácticas, y fue corroborada su eficacia
posteriormente en el ensayo clínico realizado.
El algoritmo de cálculo del pulso índice se ejecuta cada
vez que se recibe una muestra de Presión Absoluta y una
de
Presión
Oscilatoria.
Se
programaron
dos
procedimientos para este cálculo, y cada uno corre por
interrupción cuando le llega la muestra de presión
correspondiente Los otros dos algoritmos no se ejecutan en
interrupción, sino en el lazo principal del programa
cuando la Bandera de Estado toma el valor de terminando.
Estos dos algoritmos se alimentan de los resultados del
algoritmo de cálculo del pulso índice. Estos algoritmos se
programaron en una Unit mediante dos procedimientos
llamados.
El software del Módulo PNI, al igual que el resto del
software del Monitor fue desarrollado con las técnicas de
la Programación Orientado Objeto (POO) y compilado
con Borland Pascal V7.0. A diferencia de esto, el software
del HIPERMAX, al ser éste un equipo ambulatorio, está
realizado en Ensamblador Z80 y alojado en la EPROM del
equipo.
Medios técnicos
Tanto en el Módulo PNI, como en el HIPERMAX los
elementos neumáticos y gran parte de la electrónica para
el tratamiento de la señal de presión son similares. Por eso
para simplificar analizaremos solamente el HIPERMAX.
Desde el punto de vista funcional, como se muestra en la
Fig. 3, el HIPERMAX está compuesto por los elementos
neumáticos
(Banda
inflable,
Válvula
ON/OFF,
Transductor de Presión, Válvula de Desinflado y la Bomba
de Presión) y por el Bloque electrónico de control,
realizado sobre el microprocesador Z80180 y el programa
(en base a los algoritmos mencionados anteriormente) está
alojado en la EPROM tipo 27C256 del equipo.
Transductor
de Presión
Bomba
PNI y las de dos observadores con esfigmomanómetro de
mercurio utilizando el método auscultatorio.
Para realizar el ensayo se procedió como recomienda en su
anexo B la norma ANSI-AAMI SP10−1992 [1], donde se
describe que se deben realizar estas mediciones de forma
simultánea con un equipo auscultatorio estándar, tal como
se muestra en la Fig. 4. Los observadores escucharon
simultáneamente con un estetoscopio la aparición y
desaparición de los sonidos de Korotkoff en cada paciente.
La variable principal es la diferencia de la medición entre
el Módulo PNI y el promedio de las mediciones de los dos
observadores, tanto para la PS, como para la PD. La
hipótesis de trabajo consistió en demostrar que la
diferencia media de los pares de mediciones de presión
realizadas por el equipo en estudio y el método de
referencia (para cada una de las dos presiones) es de ± 5
mmHg o menor, con una desviación estándar menor o
igual que 8 mmHg.
Bloque
Electrónico
de Control
Banda
Válvula
ON / OFF
Válvula
de desinflado
Fig. 3 Bloque Neumático.
Para programar los parámetros [2], el HIPERMAX posee
un display de cristal líquido de 2 renglones de 16
caracteres cada uno, y un teclado de 6 teclas.
Cuando se va a efectuar una medición, se activa la
bomba para inflar la banda hasta la presión máxima
determinada El inflado de la banda se realiza con la
válvula ON/OFF cerrada. Cuando se alcanza la presión
máxima de inflado, se detiene la bomba y comienza el
desinflado lineal de la banda, a través de la válvula de
desinflado. En este momento se sensan las variaciones que
se están produciendo en la banda (Presión Oscilatoria), y
por medio del algoritmo de medición, se analizan las
variaciones de la señal, se rechazan los posibles artefactos
en la señal, y se determinan los valores de la PS y PD.
Cuando se determinan estos valores, o se alcanza la presión
mínima de desinflado, se abre la válvula ON/OFF,
permitiendo la salida del aire restante en la banda.
3. RESULTADOS
Los resultados obtenidos en las investigaciones realizadas
están vinculados con 2 propósitos bien definidos: primero,
el diseño y desarrollo de los medios técnicos (Módulo PNI
e HIPERMAX), capaces de incorporar el software de
implementación del algoritmo propuesto, que de forma
eficiente realiza la medición de la presión arterial, y
segundo la creación del propio software.
En una fase primaria se realizó la comprobación del
funcionamiento de dichos equipos y se verificó la validez
de la medición de las presiones mediante la realización de
las pruebas técnicas. Posteriormente para la validación del
método y los medios y con vistas a obtener el Registro
Médico se desarrolló un ensayo clínico cuyo objetivo
específico fue conocer el grado de concordancia entre las
mediciones de presión PD y PS realizadas por el Módulo
Fig. 4. Método de validación auscultatorio simultáneo.
Además, los expertos utilizados para las mediciones de
presión por el método auscultatorio debían coincidir en
alto grado en sus mediciones, ya que al menos el 95% de
las mediciones realizadas por ellos debían estar en un
rango de ± 10 mmHg, y al menos el 85% dentro de un
rango de ± 5 mmHg.
La selección de los sujetos constituyó una muestra
representativa de diversos valores de presión arterial, a fin
de poseer una gama amplia de valores de presión que
recorra todo el rango de medición por el equipo. Asimismo
se probó el rango posible de dimensión del brazo,
utilizando sujetos con diferentes diámetros de brazo y
bandas inflables de 35 cm y 42cm.
Se probaron 92 sujetos a los que se les tomó la presión
sistólica y diastólica en tres posiciones diferentes:
acostado, sentado y parado, obteniéndose 9 mediciones por
sujeto y en cada posición se tomaron más de 255
mediciones, como indica la norma antes mencionada [1].
Resultados estadísticos del ensayo clínico.
Los métodos estadísticos que se utilizaron fueron los
previstos en la norma ANSI-AAMI SP10-1992 [1]. El
criterio para evaluar la eficacia de los medios fue el
cumplimiento de la hipótesis de trabajo planteada. Se
obtuvieron al menos 255 observaciones de la variable
principal (diferencia Módulo PNI - observadores) para
cada una de las presiones y posiciones.
Las mediciones realizadas por los observadores en cada
una de las tres posiciones, tuvieron una coincidencia del
95% o más de las mediciones en un rango de ± 10 mmHg
y el 85% o más en un rango de ± 5 mmHg [2].
Se calculó la media y la desviación estándar de las
diferencias entre las observaciones del método de prueba y
el método auscultatorio de referencia en cada una de las
tres posiciones y se obtuvieron valores, que comparados
con la hipótesis establecida demuestran la eficacia del
algoritmo y los medios técnicos y de programación
presentados a prueba.
A modo de ejemplo en la Tabla.1 se muestran los
resultados de las mediciones para la posición de sentado.
El rótulo “Exp1-Exp2” muestra la información
concerniente a la diferencia de las mediciones realizadas
por los dos expertos La fila con el rótulo “Doctus-Exp”
muestra la información concerniente a la diferencia de las
mediciones entre el Módulo PNI del DOCTUS IV y el
promedio de las mediciones de los dos expertos.
Tabla 1.
Tabla Sumario (Sentados)
Núm de Rango Dif. Media SD de Dif. % Excediendo
Mediciones (mmHg) (mmHg) (mmHg)
5 10 15
Exp1 - Exp2
Sis 270
Dias 270
82-222
48-151
0.25
0.19
4.19
3.36
10 3 1
9 0 0
Doctus – Exps
Sis 270
Dias 270
83-225
49-156
0.09
-0.66
5.35
4.06
22 5 0
18 2 0
como al valor de la diferencia media sumado y restado
(una y dos veces) con el valor de la desviación estándar de
las diferencias, de esta manera queda gráficamente claro
que para todo el rango de presión, la gran mayoría de los
puntos graficados se encuentran entre esas líneas.
4. CONCLUSIONES
El ensayo clínico realizado, cuyos resultados fueron
procesados estadísticamente, demostró que las mediciones
efectuadas por el Módulo PNI son similares a las
efectuadas por un especialista usando una banda inflable y
un estetoscopio, por lo que se concluye que la
implementación del método oscilométrico del Módulo PNI
y del HIPERMAX es eficaz y además ambos pueden ser
utilizado como equipos para la medición de la presión
arterial.
De lo anteriormente expuesto se deduce que se cumplieron
los objetivos trazados al inicio para este trabajo pues se
diseñó, programó y comprobó el software del Módulo PNI
y del HIPERMAX, demostrándose la eficacia del algoritmo
presentado. El primero de estos dos equipos pasó el
Registro Médico y formando parte del monitor de
parámetros fisiológicos DOCTUS IV se produce por el
ICID. En la actualidad en la Red Nacional de Salud
Publica se encuentran instalados y prestando servicio 321
equipos. El HIPERMAX se encuentra en la etapa de
validación para pasar el Registro Médico. Estos equipos
brindan beneficios económicos y sociales y permite el
incremento cualitativo de los servicios de salud.
REFERENCIAS
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
Fig. 5. Gráfico de correspondencia. Posición sentado.
[10]
Además se obtuvieron los gráficos de dispersión que
recomienda la norma antes referida. Para ejemplificar en
la Fig. 5 se muestra la “Correspondencia entre el equipo
en prueba y el método de referencia” para una de las
posiciones y para la presión sistólica solamente.
En estos gráficos se introduce un punto por cada medición,
siendo la abscisa el promedio entre el valor de la medición
efectuada por el Módulo PNI y la efectuada por los
expertos, y la ordenada la diferencia entre ambas
mediciones. Se superponen en el diagrama las líneas
horizontales correspondientes a la diferencia media, así
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1993.
AN EFFECTIVE IMPLEMENTATION OF OSCILLOMETRIC
METHOD FOR ARTERIAL BLOOD PRESSURE
MEASUREMENT
ABSTRACT
This work presents an algorithm for oscillometric method in the arterial blood pressure
measurement with technical and software development. In the oscillometric method the
pressures are determined applying mathematical approaches to the envelope curve formed
in the index pulse figure, we used in this case the focus for the height to determine the
values of the systolic and diastolic pressure. The algorithm includes 3 parts: obtaining the
oscillometric pulse index, soften the envelope of oscillometric pulse index and calculation
the systolic, mean and diastolic values. A brief explanation of the module PNI and the
HIPERMAX software is given. The algorithm proposed and validated PNI module, have
been introduced as a result in the blood pressure measurement and they are used in an
efficient way in the network of National Public Health.
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