Arterial haemodynamic parameters derived from noninvasively recorded pulsewaves, using parameter estimation

Abstract

A parameter-estimation technique has been developed to derive haemodynamic parameters from pulsewaves, at a number of positions along a peripheral artery. The technique is entirely noninvasive, and uses pulsewaves recorded simultaneously from the brachial and radial arteries, which are fed into an analogue-computer model of the arm arteries. As the pulsewave amplitudes are uncalibrated, a novel technique was developed for comparing the model pulses with the pulsations of the actual artery. A least-squares error criterion was used in preference to an absolute-value criterion. As pressure but no flow waveforms were used, the impedance level, and thus the arterial cross-sections, in the model are, at first sight, undetermined. Linking the Poiseuille resistance of each segment of artery to its blood-mass parameter via the length of the arterial segment nevertheless gives unique per-segment values for radius. Parameters estimated with an acceptable result include the arterial internal radius, arterial compliance and the magnitude of the amplification effect of the pulsewave. Values for peripheral resistance are consistently understimated, owing to the use of an arterial model lacking viscous wall damping. Although the model parameter values are not exact, for various reasons explained in the text, they may still be useful for comparison between normal and abnormal conditions.

Sommaire

Une technique d'évaluation paramétrique a été développée afin de dériver les paramétres hémodynamiques à partir d'ondes de pulsation à diverses positions le long de l'artère périphérique. La technique est absolument non envahissante et fait usage de l'enregistrement simultané d'ondes de pulsation des artères brachiale et radiale, qui est envoyé dans un modèle des artères du bras d'un ordinateur analogue. Comme l'amplitude des ondes pulsatives n'est pas calibré, une nouvelle technique fut développée pour comparer les pulsations modèles avec les pulsations réelles de l'artère. Le critère d'erreur des carrés moindres fut utilisé de préférence au critère de la valeur absolue. Commes les ondes de pression sans écoulement furent utilisées, le niveau de l'impédance et ainsi la section artérielle du modèle sont au premier abord indéterminés. Le rattachement de la résistance de Poiseuille de chaque segment d'artère au paramètre masse de sang par l'intermédiaire de la longueur de segment artériel, produit toutefois des valeurs uniques du rayon par segment.

Les paramètres évalués donnant des résultats acceptables comprennent le diamètre artériel interne, la complaisance artérielle et la grandeur de l'effet d'amplification de l'onde pulsative. Les valeurs de la résistance périphérique sont toujours sousestimées à cause de l'usage d'un modèle artériel manquant d'amortissement visquex de la paroi. Bien que les valeurs des paramètres du modèle ne soient pas exactes, pour des raisons diverses qui sont expliquées dans le texte, elles peuvent toujours être utilies pour comparer les conditions normales et anormales.

Zusammenfassung

Eine Parameter-Schätzungsmethode wurde entwickelt, um hämodynamische Kenngrössen von Pulswellen an mehreren Stellen einer peripheren Arterie zu erhalten. Diese Methode ist nichtinvasiv und benutzt Pulswellen, die zugleich von brachialen und radialen Arterien aufgenommen werden. Diese werden in ein Analog-Rechnermodell der Armarterien eingegeben. Da die Pulswellen-Amplituden unkalibriert sind, wurden mit einer neuen Methode die Modellpulse mit denen einer richtigen Arterie verglichen. Ein Kleinstquadrat-Fehlermerkmal wurde einem Absolutwert-Merkmal vorgezogen. Da Druck-aber keine Strömungswellenformen benutzt wurden, ist das Impedanz-Niveau, und daher der arterielle Querschnitt, in dem Modell zuerst einmal unbestimmt. Verbindet man den Poiseuille-Widerstand jedes einzelnen Arterienabschnitts mit seinem Blutmassenparameter durch die Länge dieses Abschnitts, so erhält man einmalige Radiuswerte pro Abschnitt.

Kenngrössen, deren Schätzung annehmbare Resultate ergeben, sind der arterielle innere Radius, der Arterien-Federungswiderstand und die Grösse des Verstärkungseffekts der Pulswellen. Werte für den peripheren Widerstand werden durchweg unterschätzt, da ein Arterienmodell ohne visköse Wanddämpfung benutzt wird. Obgleich die Modellparameterwerte nicht genau sind, können sie doch aus verschiedenen Gründen, die im Text erklärt werden, immerhin zum Vergleich zwischen normalen und anormalen Zuständen nützlich sein.