Surveillance continue et non invasive de la pression artérielle par sonomanométrie par résonance

Dans une étude récemment publiée dans Nexus PNAS, Les chercheurs ont introduit et validé la sonomanométrie par résonance (RSM) pour la mesure continue de la pression artérielle, non invasive et sans étalonnage, à l’aide de l’imagerie ultrasonore.

Étude: Sonomanométrie par résonance pour la surveillance continue et non invasive de la pression artérielle. Source de l’image : Vita_Dor/Shutterstock.com

arrière-plan

La pression artérielle est essentielle à l’évaluation de la santé des patients, une mesure continue et non invasive étant hautement souhaitable. Bien que le cathétérisme artériel invasif fournisse des mesures précises et continues de la pression artérielle, il n’est utilisé qu’en milieu de soins intensifs en raison des risques encourus.

Les méthodes non invasives basées sur un brassard, bien que standard, fournissent des mesures intermittentes et souvent imprécises. Diverses techniques de mesure continue et non invasive de la pression artérielle (cNIBP) ont été développées, mais elles souffrent de la nécessité d’un étalonnage fréquent ou d’une précision limitée.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour affiner et valider le RSM dans diverses populations et contextes cliniques afin de garantir sa fiabilité et son exactitude pour une utilisation clinique généralisée.

À propos de l’étude

Pour déterminer la relation entre résonance et pression, le système est modélisé comme une longue coque cylindrique à paroi mince dans un fluide incompressible qui prend en charge les modes de mouvement naturels des parois.

Le déplacement radial est exprimé par des fonctions sinusoïdales, en mettant l’accent sur le mode n = 2 pour faciliter l’excitation.

Les fréquences de résonance sont les racines d’un polynôme cubique. Le calcul de la pression artérielle nécessite des mesures du rayon de l’artère, de l’épaisseur de la paroi, du module d’élasticité, de la fréquence de résonance, de la densité de la paroi, du coefficient de Poisson et de la densité du fluide.

L’imagerie échographique fournit le rayon et l’épaisseur tandis que les autres paramètres sont supposés constants. L’échographie Doppler à grande vitesse mesure le mouvement de la paroi et l’ajustement vectoriel extrait la fréquence de résonance.

Le module d’élasticité est calculé à l’aide des changements de pression et de diamètre résolus à l’aide de la méthode Gauss-Seidel, permettant une mesure dynamique essentielle pour des pressions d’impulsion précises.

La validation utilise un tube en caoutchouc conforme dans un mélange d’eau et de fibres de psyllium qui simule le système vasculaire humain. Des scans à différentes pressions confirment les prédictions du modèle. Les appareils à ultrasons fabriqués sur mesure garantissent des mesures précises. Les données des modèles sont traitées en termes de fréquence de résonance, de rayon et d’épaisseur de paroi pour calculer la pression.

Des études de faisabilité chez l’homme ont examiné plusieurs artères et comparé les résultats avec les mesures du tensiomètre. Le traitement des données extrait les lectures de l’imagerie échographique, produisant des estimations de la pression artérielle dont la qualité est examinée. Cela montre que le RSM convient à la surveillance continue et non invasive de la pression artérielle.

La relation finale pour calculer la pression artérielle inclut des paramètres sans dimension et des relations d’échelle applicables aux coques à parois minces et confirmées par la cohérence entre les prédictions du modèle et les résultats expérimentaux.

Résultats de l’étude

Cette relation pression-résonance a été validée in vitro à l’aide d’un dispositif sur mesure combinant imagerie échographique et stimulation acoustique. Cette configuration comprenait un modèle d’artère cylindrique constitué d’un tube en caoutchouc à paroi mince.

Le tube a été gonflé à une pression cliniquement pertinente de 75 mmHg et un stimulus acoustique a été distribué sur une large gamme de fréquences pendant que le tube était imagé par ultrasons. La résonance a été confirmée par l’identification d’un pic important dans l’espace de magnitude et d’une réponse de phase sigmoïde centrée sur la même fréquence.

La fréquence de résonance augmente avec la pression interne, ce qui est cohérent avec les prédictions du modèle. Deux modèles de diamètres différents ont été testés sur différentes plages de pression et ont montré que la fréquence de résonance augmentait avec la pression interne.

Les observables dérivés des ultrasons ont prédit la pression dans le modèle, et le rayon et l’épaisseur ont été mesurés à chaque pression.

Le module élastique a été calculé en observant le changement de pression en fonction du changement de rayon et cette valeur a été validée à l’aide de mesures tensométriques indépendantes.

Le modèle a capturé avec précision les effets de la fréquence de résonance à différentes dimensions des artères, avec une erreur moyenne entre les pressions calculées et mesurées de −1,09 mmHg avec un écart type de 1,98 mmHg.

Les artères et la physiologie humaines sont plus complexes car la pression artérielle fluctue rapidement au cours du cycle cardiaque. La méthode a été appliquée à l’artère carotide pour tester si la résonance artérielle persiste in vivo. Des mesures intermittentes avec un brassard de tensiomètre ont fourni un contexte pour les résultats de tension artérielle.

La réponse en fréquence d’une artère carotide humaine a montré le comportement de résonance attendu avec des fluctuations au cours du cycle cardiaque. Les dimensions artérielles ont été estimées à partir d’images en mode B et un filtre de Kalman linéaire a été utilisé pour obtenir des mesures de rayon cohérentes. Les valeurs de pression ont été calculées à une fréquence de 200 Hz et lissées pour produire les résultats finaux.

La méthode a été appliquée avec succès à l’artère carotide et aux sites périphériques, avec des fréquences de résonance synchrones avec les mesures du rayon artériel tout au long du cycle cardiaque.

L’artère brachiale plus étroite induit des fréquences de résonance plus élevées que les artères fémorales et carotides plus grandes. La fréquence de résonance augmente avec la pression artérielle pendant la systole et diminue pendant la diastole, conformément au modèle.

Des tests préliminaires sur six sujets humains ont révélé des réponses en fréquence similaires et ont capturé des formes d’onde complètes de la pression artérielle selon le sexe et l’âge. La méthode a montré un accord étroit entre les mesures sans étalonnage et les approches dépendantes de l’étalonnage précédemment publiées.

L’appareil a été conçu pour les vaisseaux plus gros, ce qui limite l’imagerie cohérente des vaisseaux plus petits. La comparaison de la pression artérielle de l’artère carotide à la pression artérielle du tensiomètre brachial a révélé des différences significatives dans la pression systolique dues à l’amplification du pouls, mais la pression diastolique n’était pas significativement différente.

Conclusions

Cette étude montre que le RSM est une méthode classique basée sur la mécanique pour la mesure de la cNIBP dans les artères humaines. Contrairement aux techniques échographiques précédentes, le RSM utilise un stimulus acoustique pour déterminer la pression artérielle absolue sans étalonnage.

Le RSM a été validé in vitro sur des artères factices et in vivo sur quatre artères humaines, fournissant des résultats cohérents avec ceux des brassards de tensiomètre. L’analyse de sensibilité a identifié la fréquence et le rayon comme variables clés.