Que regarde le capteur du tensiomètre ? Comment l'« amplitude » est extraite d'une seule pulsation

Dans l’article précédent, « Expérimenter la méthode oscillométrique en chiffres », nous avons simulé la façon dont l’algorithme détermine la pression artérielle systolique (PAS) et la pression artérielle diastolique (PAD) en fonction des « données numériques d’amplitude » obtenues pour chaque pression du brassard.

Cependant, en regardant à nouveau le tableau de simulation, ne vous êtes-vous pas demandé :

« Il est écrit ‘À une pression de brassard de 120 mmHg, l’amplitude était de 0,95 mmHg’, mais comment exactement ces ‘0,95 mmHg’ ont-ils été mesurés ? »

Dans cet article, nous zoomons encore un peu plus depuis le macro-algorithme de calcul de la pression artérielle et décortiquons en profondeur d’un point de vue micro quels phénomènes physiques se produisent à l’intérieur du bras et quel type de traitement du signal est effectué à l’intérieur du tensiomètre pendant la seule seconde (durée d’une pulsation) au cours de laquelle la pression du brassard se situe autour de 120 mmHg.

1. La véritable identité des « données brutes » capturées par le capteur

À l’intérieur d’un tensiomètre électronique se trouve un unique capteur de pression qui mesure la pression de l’air à l’intérieur du brassard.

Les valeurs (données brutes/signal brut) capturées en temps réel par ce capteur de pression au cours du processus de dégonflage lent après que le brassard est complètement gonflé ne sont pas exactement les « ondes de pouls » que nous imaginons.

Les données brutes sont principalement une combinaison des deux composants suivants :

1. Composante CC (courant continu) : la pression du brassard lui-même. C’est une pente de pression massive et douce qui diminue progressivement au fil du temps à un rythme de 2 à 4 mmHg/seconde, recommandé par l’AHA (American Heart Association).
2. Composante CA (courant alternatif) : de minuscules fluctuations de pression (ondes de pouls) qui se produisent avec les battements du cœur. L’ampleur de cette composante CA est généralement d’environ 1 à 4 mmHg (Drzewiecki et al., 1994), chevauchant comme de petites ondulations la pente descendante massive de la composante CC.

Le graphique ci-dessus simule les données brutes capturées lorsque la pression du brassard chute d’environ 122 mmHg à 110 mmHg sur environ 4 secondes. Vous pouvez voir les petites lignes en zigzag (composante CA) à chaque battement de cœur sur la grande courbe de dégonflage (composante CC, ligne en pointillés).

Avec la méthode oscillométrique, ce que nous voulons vraiment voir, ce ne sont que ces « petites lignes en zigzag (composante CA) ».

2. Micro-phénomènes physiques se produisant en un seul battement

Pourquoi ces petites lignes en zigzag (infimes augmentations de la pression) se produisent-elles ?

Examinons image par image les phénomènes physiques qui se produisent à l’intérieur du bras (l’artère brachiale) au moment où la pression du brassard est fixée à 120 mmHg. Au fait, supposons que la tension artérielle réelle de ce sujet est de 120/80 mmHg.

① Diastole (lorsque le cœur est au repos : tension artérielle 80 mmHg)

Pendant la diastole, lorsque le sang n’est pas pompé par le cœur, la pression à l’intérieur de l’artère tombe à 80 mmHg. Comme le brassard la comprime de l’extérieur avec une force de 120 mmHg, l’artère est complètement aplatie et le flux sanguin est arrêté. À ce moment, il n’y a pas de changement dans le volume du bras et le capteur de pression à l’intérieur du brassard reste silencieux.

② Systole (lorsque le sang afflue : tension artérielle 120 mmHg)

Lorsque le cœur se contracte et qu’une vague de sang arrive, la pression à l’intérieur de l’artère monte brusquement à 120 mmHg. À cet instant, la pression de l’intérieur (120) neutralise momentanément la pression du brassard venant de l’extérieur (120), et l’artère aplatie s’ouvre légèrement.

③ Conversion de l’expansion artérielle en « augmentation de la pression interne du brassard »

C’est ici que la magie opère. L’artère qui se dilate légèrement signifie que le « volume du bras » augmente légèrement à ce moment.

Le tissu du brassard enroulé autour du bras ne s’étire ni ne rétrécit. Si le volume du bras augmente alors que le tissu ne peut pas s’étirer, l’air à l’intérieur du brassard a moins d’espace et est comprimé.

Selon la loi de Boyle-Mariotte (la pression augmente lorsque le volume diminue), la compression de l’air fait que la pression à l’intérieur du brassard fait un « saut ». C’est ce que perçoit le capteur de pression : la véritable identité de ces « petites lignes en zigzag (composante CA) ».

3. Quelle est la forme de l’onde de pouls ?

La petite forme dentelée apparaissant en tant que composante CA n’est pas une simple onde triangulaire ou sinusoïdale. L’onde de pouls artérielle réelle a une forme bien distincte provoquée par l’éjection du cœur et les réflexions dans le système artériel.

Dans des études physiologiques (Baruch et al., 2011 ; Rubins, 2008), une méthode de modélisation mathématique de l’onde de pouls d’un seul battement comme la superposition de trois fonctions gaussiennes (Pulse Decomposition Analysis : PDA) a été établie.

Chaque graphique de cet article génère des formes d’onde basées sur ce modèle de décomposition à 3 Gaussiennes. Les paramètres pour l’amplitude ($A_i$), le temps central ($\mu_i$) et la largeur ($\sigma_i$) de chaque fonction gaussienne sont définis en se référant aux valeurs signalées dans la littérature mentionnée ci-dessus.

Pourquoi la forme compte-t-elle ? : Dans des études récentes, l’« Analyse de l’onde de pouls (PWA) », qui extrait des informations sur la rigidité artérielle et la fonction cardiaque non seulement à partir de l’amplitude (valeur crête à crête / P-P) mais aussi à partir du contour de l’onde de pouls elle-même, attire l’attention. Il est devenu largement reconnu ces dernières années que les fluctuations de pression du brassard acquises via la méthode oscillométrique sont en réalité l’onde de pouls artérielle elle-même (Baruch et al., 2011).

4. De l’analogique au numérique : le processus d’extraction de l’amplitude

La « hausse de pression infime » physique capturée par le capteur passe par plusieurs étapes de traitement numérique du signal à l’intérieur du microcontrôleur avant d’être convertie en une seule valeur numérique (amplitude : 0,95 mmHg).

Étape 1 : Échantillonnage (Conversion A/D)

Les changements de pression dans le monde réel sont des ondes analogiques continues, mais le microcontrôleur ne peut pas les traiter telles quelles. Par conséquent, la pression est mesurée à une fréquence telle que 100 fois par seconde (taux d’échantillonnage de 100 Hz), et enregistrée comme un ensemble de points numériques.

Étape 2 : Filtrage passe-haut (Élimination de la composante CC)

Comme on le voit dans le graphique précédent, l’onde de pouls (composante CA) est superposée à la pression du brassard (composante CC) qui diminue rapidement. Il est impossible de mesurer avec précision la hauteur de l’onde ainsi. Par conséquent, on applique un « filtre passe-bande » (bande passante d’environ 0,5 à 20 Hz) basé sur les normes IEEE/AAMI destiné à éliminer les changements lents (composante CC, inférieurs à 0,5 Hz) et à supprimer simultanément le bruit à haute fréquence (au-dessus de 20 Hz).

Il en résulte l’extraction d’une onde de pouls pure et exclusive (composante CA), en se basant sur la ligne horizontale de 0 mmHg tout du long comme référence (ligne de base).

Dans le graphe que l’on voit au-dessus, le composant résiduel direct CA continu de fond s’efface complètement et on arrive seulement à apprécier et à retenir clairement sur le cadran très simplement la pulsation pure sans aucun surplus en découvrant de manière claire chaque impulsion du battement constituée d’évidentes et superbes apparitions de : une crête rapide acérée (P₁ : l’onde systolique pure) → petite excroissance et l’épaule (P₂ : Onde réfléchie) → de la minuscule de rebond au fond (P₃ : Onde dicrotique) → et finalement calme total lors de la diastole.

Étape 3 : Calcul de l’amplitude de Crête à Crête (Peak-to-Peak : P-P)

À partir de la forme d’onde filtrée, on détermine la formule de base de calcul « d’une seule valeur totale représentative » que l’on applique de manière standard lors de la prise de mesure afin de valider et chiffrer l’ultime et unique conclusion ; pour la méthode oscillométrique, on utilise toujours l’Amplitude Crête à Crête (P-P).

Pour obtenir celle-ci, sur la courbe, on isole la silhouette de l’onde pour un battement de coeur unique seulement (env. 0.83 s pour environ 72 ppm) et le traitement est :

1. Isoler et trouver le “Pic final terminal plus élevé pur absolu (“Peak”)” de la longueur entière dans ce battement de pouls
2. Puis ensuite localiser par opposé le “Point extrêmement plus profond tout en bas (Trough / le creux total)”
3. Pour la conclusion de chiffre l’amplitude se produit lorsque la soustraction à part de de fond le moins grand à son summum extrême d’altitude la plus haute se soustrait de manière : (Peak moins - Trough de la creux de la vallée de l’onde)

Dans le schéma situé plus haut ça explique et montre un grossissement parfait sans défaut à grande échelle (à l’axe des temps exprimé aux millièmes). Une valeur en mesure extraite entre l’en-haut de cet endroit haut ou on voit le P₁ (Onda de systole absolue) jusque descendre pour pointer en base le Trough le plus faible au bout du spectre fin est donc le concept définitif et net et franc du “Peak-to-Peak” ou (P-P), ça révèle sans détour toute la pure réalité cachée du point montré dans l’article sur la simulation plus haut qui notait ce détail explicite : “l’amplitude oscillatoire à 120 de tension est trouvée à 0,95 de mesure mmHg par le système d’amplitude”.

5. Retour vers un Point de Vue Macrotypique : comment et pourquoi une simple amplitude va concevoir une de l’ensemble d’enveloppe générale finale

Un retour vers des processus vus en conclusion détaillée globale du micro processus étudié sans en cacher :

1. Phénomènes physiques vrais : Il ouvre et impulse les parois artérielles en ajoutant brièvement du volume pour forcer une légère et minime élévation en gonflant et déformant le peu d’air d’entre ce bras serré des poignets.
2. Du signaux (Signal Processing de données brute) : On convertit donc par de l’analogique numérique pour couper de ce capteur chaque donnée brut en traitant ça via les filtres passe bandes entre :0.5 à 20Hz pur et pour éviter l’inutile tension enlevant direct les perturbations parasites constantes.
3. Chiffrage (Calcul formel final quantifié numérique absolute) : On le chiffre “De la montagne jusqu’à en bas au puits d’absolue du Peak jusqu’à bout en Trough”, d’à partir “un point d’une unité crête unique”.

C’est ça que de répéter éternellement pendant cent fois à tous vos essais répétés la recherche incessante sur cette “Prise - Extraction absolue par décorticage détaillé - P-P Extraction Peak a Peak” que la tension s’affiche dès que l’appareil abaisse l’air pompé sur ces bras et vaisseaux engoncés plus au bout en aval pour la chute continue répétitive.

Ces informations “par-ci par-là récoltées et fixées de données en données par d’innombrables pointes numérisés en un et seul : (ici 0,95 mmHg, là 1.30 mmHg, ou 1,65 par après, …)” qui construira point sur papier ou à écran de la courbe générale fluide dite, celle que nous avons étudié tout autour, “l’Enveloppe d’Oscillométrie ou de Méthode Par Enveloppe” qu’on vit déjà en de précédents exposés.

D’ici on assemble tous ces points précis accumulés, triées sur place un à un tout du long pour créer en une globalité et macro vue macro de tous l’enveloppes la totalité pure de ces points. Là vient l’algorithme des chiffres qui dictera ces tensions : L’un pour Systolique dite (SBP) et celui de base Diastolique (DBP) calculée et donnée finale et voilà enfin achevé - la sublime chaîne intégrale au cours des relais mystérieux dissimulés qui vit avec grandeur dans toute le tensiomètre quand il s’active ou s’acharne sur votre corps battant !

Références Bibliographiques

1. Geddes LA, Voelz M, Combs C, Reiner D, Babbs CF. “Characterization of the oscillometric method for measuring indirect blood pressure.” Annals of Biomedical Engineering 10:271-280, 1982.
2. Drzewiecki G, Hood R, Apple H. “Theory of the oscillometric maximum and the systolic and diastolic detection ratios.” Annals of Biomedical Engineering 22:88-96, 1994.
3. Baruch MC, Warbritton DER, Babb AR, Shaltis PA, Ring R. “Pulse Decomposition Analysis of the digital arterial pulse during hemorrhage simulation.” Nonlinear Biomedical Physics 5:1, 2011.
4. Rubins U. “Finger and ear photoplethysmogram waveform analysis by fitting with Gaussians.” Medical & Biological Engineering & Computing 46:1271-1276, 2008.

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