High blood pressure is a great risk factor for several physiological diseases, i.e. myocardial infarction, heart failure, stroke, renal failure. Therefore, blood pressure measurement is a fundamental aspect of health monitoring. The aim of the present work is to validate a measurement procedure for the assessment of carotid blood pressure by means of Laser Doppler Vibrometry (LDV). LDV is a non-contact technique able to detect the skin vibrations due to the cardiovascular activity. In this study, LDV signal was acquired from 28 healthy participants and it was calibrated by means of an exponential mathematical model in order to obtain the carotid pressure waveform from the displacement of the vessel. The results have been compared with two standard techniques for the assessment of blood pressure, sphygmomanometric method and arterial applanation tonometry. The systolic peak of the calibrated waveform from LDV showed an average percentage deviation inferior to 10 % from the one assessed by means of reference techniques. The accuracy of the present measurement technique is discussed, considering the signal integration and the application of the calibration model as significant contributions to the total amount of uncertainty. An average percentage uncertainty of around 15 % has been obtained in the measure of carotid systolic pressure. Moreover, other hemodynamic significant parameters, such as arterial stiffness and Left Ventricular Ejection Time, have been derived from LDV data, showing good correlation with the measures of the reference methods. In conclusion, the proposed measurement technique, for the assessment of carotid blood pressure, shows good agreement with the reference techniques. Overall, some critical issues must be considered, such as the correct localization of the measurement point, the presence of movement artifacts and reflection phenomena not related to the pressure pulse in the investigated vessel.

L'ipertensione è uno dei principali fattori di rischio per numerose patologie, quali infarto del miocardio, insufficienza cardiaca e renale, ictus, e rappresenta la principale causa di morte al Mondo. Risulta, pertanto, fondamentale il monitoraggio della pressione arteriosa nell'ambito della prevenzione dell'insorgere di gravi patologie. Lo scopo del presente lavoro è di validare una procedura di misura per la determinazione della pressione arteriosa carotidea mediante la tecnica della vibrometria Laser Doppler (LDV). Essa è una tecnica di misura senza contatto ad elevata sensibilità, in grado di rilevare le vibrazioni della pelle legate all'attività cardiovascolare. Nel presente lavoro, il segnale LDV è stato acquisito su 28 soggetti sani ed è stato calibrato per mezzo di un opportuno modello matematico esponenziale per ottenere la forma d'onda di pressione carotidea a partire dallo spostamento del vaso sanguigno. I risultati ottenuti sono stati confrontati con due tecniche di riferimento, la sfigmomanometria e la tonometria arteriosa. La pressione sistolica ottenuta dal segnale LDV calibrato ha mostrato una deviazione percentuale inferiore del 4% e del 8 % rispetto a quella ottenuta tramite cuffia sfigmomanometrica e tonometria rispettivamente. L'integrazione del segnale e l'applicazione di un modello di calibrazione sono state considerate quali significative fonti di incertezza, e si è stimata un'incertezza complessiva di circa il 15 % nella misura della pressione sistolica. Dal segnale LDV sono stati determinati altri significativi parametri emodinamici quali il tempo di eiezione del ventricolo sinistro e la rigidità arteriosa. In conclusione, la tecnica di misura proposta mostra buona correlazione con i metodi di misura di riferimento, benchè vadano prese in considerazione alcune criticità quali l'individuazione del punto di misura, la presenza di artefatti da movimento e di fenomeni di riflessione non legati all'impulso pressorio oggetto di studio.

Development of a measurement procedure for the assessment of carotid blood pressure by means of Laser Doppler Vibrometry

CASACANDITELLA, LUIGI
2017-03-02

Abstract

L'ipertensione è uno dei principali fattori di rischio per numerose patologie, quali infarto del miocardio, insufficienza cardiaca e renale, ictus, e rappresenta la principale causa di morte al Mondo. Risulta, pertanto, fondamentale il monitoraggio della pressione arteriosa nell'ambito della prevenzione dell'insorgere di gravi patologie. Lo scopo del presente lavoro è di validare una procedura di misura per la determinazione della pressione arteriosa carotidea mediante la tecnica della vibrometria Laser Doppler (LDV). Essa è una tecnica di misura senza contatto ad elevata sensibilità, in grado di rilevare le vibrazioni della pelle legate all'attività cardiovascolare. Nel presente lavoro, il segnale LDV è stato acquisito su 28 soggetti sani ed è stato calibrato per mezzo di un opportuno modello matematico esponenziale per ottenere la forma d'onda di pressione carotidea a partire dallo spostamento del vaso sanguigno. I risultati ottenuti sono stati confrontati con due tecniche di riferimento, la sfigmomanometria e la tonometria arteriosa. La pressione sistolica ottenuta dal segnale LDV calibrato ha mostrato una deviazione percentuale inferiore del 4% e del 8 % rispetto a quella ottenuta tramite cuffia sfigmomanometrica e tonometria rispettivamente. L'integrazione del segnale e l'applicazione di un modello di calibrazione sono state considerate quali significative fonti di incertezza, e si è stimata un'incertezza complessiva di circa il 15 % nella misura della pressione sistolica. Dal segnale LDV sono stati determinati altri significativi parametri emodinamici quali il tempo di eiezione del ventricolo sinistro e la rigidità arteriosa. In conclusione, la tecnica di misura proposta mostra buona correlazione con i metodi di misura di riferimento, benchè vadano prese in considerazione alcune criticità quali l'individuazione del punto di misura, la presenza di artefatti da movimento e di fenomeni di riflessione non legati all'impulso pressorio oggetto di studio.
High blood pressure is a great risk factor for several physiological diseases, i.e. myocardial infarction, heart failure, stroke, renal failure. Therefore, blood pressure measurement is a fundamental aspect of health monitoring. The aim of the present work is to validate a measurement procedure for the assessment of carotid blood pressure by means of Laser Doppler Vibrometry (LDV). LDV is a non-contact technique able to detect the skin vibrations due to the cardiovascular activity. In this study, LDV signal was acquired from 28 healthy participants and it was calibrated by means of an exponential mathematical model in order to obtain the carotid pressure waveform from the displacement of the vessel. The results have been compared with two standard techniques for the assessment of blood pressure, sphygmomanometric method and arterial applanation tonometry. The systolic peak of the calibrated waveform from LDV showed an average percentage deviation inferior to 10 % from the one assessed by means of reference techniques. The accuracy of the present measurement technique is discussed, considering the signal integration and the application of the calibration model as significant contributions to the total amount of uncertainty. An average percentage uncertainty of around 15 % has been obtained in the measure of carotid systolic pressure. Moreover, other hemodynamic significant parameters, such as arterial stiffness and Left Ventricular Ejection Time, have been derived from LDV data, showing good correlation with the measures of the reference methods. In conclusion, the proposed measurement technique, for the assessment of carotid blood pressure, shows good agreement with the reference techniques. Overall, some critical issues must be considered, such as the correct localization of the measurement point, the presence of movement artifacts and reflection phenomena not related to the pressure pulse in the investigated vessel.
Laser Doppler Vibrometry; Blood pressure; Non-contact;
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Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/245446
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