Dans une étude récente publiée dans le Nexus PNAS, Les chercheurs ont introduit et validé la sonomanométrie par résonance (RSM) pour une mesure continue non invasive et sans étalonnage de la pression artérielle (PA) à l'aide de l'imagerie par ultrasons.
Étude: Sonomanométrie par résonance pour une surveillance continue et non invasive de la pression artérielleCrédit photo : Vita_Dor/Shutterstock.com
Sommaire
Arrière-plan
La mesure de la pression artérielle est essentielle pour évaluer l'état de santé du patient. Une mesure continue et non invasive est donc fortement recommandée. Bien que le cathétérisme artériel invasif permette des mesures précises et continues de la pression artérielle, il n'est utilisé qu'en soins intensifs en raison des risques associés.
Les méthodes non invasives utilisant un brassard, bien que standard, fournissent des mesures intermittentes et souvent inexactes. Diverses techniques de mesure continue non invasive de la pression artérielle (cNIBP) ont été développées, mais elles nécessitent un étalonnage fréquent ou présentent 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 sa précision 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 parois minces dans un fluide incompressible, prenant en charge les modes naturels de mouvement des parois.
Le déplacement radial est exprimé par des fonctions sinusoïdales, en se concentrant 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 de Young, de la fréquence de résonance, de la densité de la paroi, du coefficient de Poisson et de la densité du fluide.
L'échographie permet de mesurer le rayon et l'épaisseur, les autres paramètres étant supposés constants. L'échographie Doppler à grande vitesse mesure le mouvement des parois et l'ajustement vectoriel extrait la fréquence de résonance.
Le module de Young est calculé à l'aide des variations de pression et de diamètre, résolues par la méthode Gauss-Seidel, permettant une mesure dynamique essentielle pour des pressions d'impulsion précises.
La validation implique un tube en caoutchouc souple dans un mélange eau/fibres de psyllium simulant la vascularisation humaine, avec des analyses à différentes pressions confirmant les prédictions du modèle. Un équipement à ultrasons personnalisé garantit une mesure précise. Les données des maquettes sont traitées pour la fréquence de résonance, le rayon et l'épaisseur de la paroi afin de calculer la pression.
Des études de faisabilité sur l'homme ont été réalisées sur plusieurs artères et ont comparé les résultats aux mesures du brassard de pression artérielle. Le traitement des données extrait les mesures de l'imagerie par ultrasons, produisant des estimations de la pression artérielle qui sont examinées pour en vérifier la qualité, démontrant ainsi la faisabilité du RSM pour une surveillance continue et non invasive de la pression artérielle.
La relation finale pour le calcul de BP implique des paramètres sans dimension et des relations d'échelle applicables aux coques à parois minces, 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 personnalisé combinant imagerie ultrasonore et stimulation acoustique. Ce dispositif comprenait une maquette artérielle cylindrique réalisée à partir d’un tube en caoutchouc à parois minces.
Le tube a été gonflé à une pression cliniquement pertinente de 75 mmHg et un stimulus acoustique a été balayé sur une large gamme de fréquences tout en imagerie du tube 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 sigmoïdale centrée sur la même fréquence.
La fréquence de résonance augmente avec la pression interne, conformément aux prévisions du modèle. Deux maquettes de diamètres différents ont été testées sur une plage de pressions, montrant que la fréquence de résonance augmente avec la pression interne.
Les observables dérivés des ultrasons ont prédit la pression à l'intérieur de la maquette, et le rayon et l'épaisseur ont été mesurés à chaque pression.
Le module d'élasticité a été calculé en observant le changement de pression par rapport au changement de rayon, et cette valeur a été validée par des mesures tensiométriques indépendantes.
Le modèle a capturé avec précision les effets de la fréquence de résonance à différentes dimensions artérielles, 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, la pression artérielle fluctuant rapidement au cours du cycle cardiaque. La méthodologie a été appliquée à l'artère carotide pour tester si la résonance artérielle persiste in vivo. Des mesures intermittentes à partir d'un brassard de pression artérielle ont fourni un contexte aux résultats de la pression artérielle.
La réponse en fréquence d'une artère carotide humaine a montré un comportement résonant attendu, avec des variations au cours du cycle cardiaque. Les dimensions artérielles ont été estimées à l'aide d'une imagerie en mode B et un filtre de Kalman linéaire a été utilisé pour produire des mesures de rayon cohérentes. Les valeurs de pression ont été calculées à une fréquence de 200 Hz et lissées pour produire des résultats finaux.
La méthode a été appliquée avec succès à l'artère carotide et aux sites périphériques, avec des fréquences de résonance synchrones tout au long du cycle cardiaque avec les mesures du rayon artériel.
L'artère brachiale plus étroite a induit des fréquences de résonance plus élevées par rapport aux artères fémorales et carotides plus grandes. La fréquence de résonance a augmenté avec la PA pendant la systole et a diminué pendant la diastole, ce qui est cohérent avec le modèle.
Des tests préliminaires sur six sujets humains ont révélé des réponses en fréquence similaires, capturant des formes d'onde complètes de la pression artérielle pour tous les sexes et tous les âges. La méthode a montré une étroite concordance entre les mesures sans étalonnage et les approches dépendantes de l'étalonnage publiées précédemment.
L'appareil a été conçu pour les vaisseaux de plus grande taille, ce qui limite l'imagerie cohérente des vaisseaux plus petits. La comparaison de la pression artérielle carotidienne avec un brassard de pression artérielle brachiale a montré des différences significatives de pression systolique en raison de l'amplification du pouls, mais les pressions diastoliques n'étaient pas significativement différentes.
Conclusions
Cette étude démontre que la méthode RSM est une méthode mécanique classique pour la mesure de la pression artérielle non invasive (PAI) dans les artères humaines. Contrairement aux techniques d'échographie antérieures, la méthode RSM utilise un stimulus acoustique pour obtenir la pression artérielle absolue sans étalonnage.
Validé in vitro avec des artères factices et in vivo sur quatre artères humaines, le RSM a produit des résultats cohérents avec ceux des brassards de tension artérielle. L'analyse de sensibilité a identifié la fréquence et le rayon comme variables clés.
