Abstract
It has long been known that arterial pulse wave velocity (PWV) depends on arterial extensibility. Since extensibility is a function of arterial pressure, as well as of various pathological states, the measurement of PWV provides a promising approach to the indirect monitoring of the cardiovascular system. The present paper describes a Pulse Wave Velocity Computer designed to measure and record PWV in humans. Utilizing the EKG complex and a downstream pulse signal to define pulse-transit-time over a known arterial length, the computer calculates an individual velocity value for each emitted pulse, and generates a continuous, stepwise-analog record of the PWV. Some initial experimental work with human subjects is presented. Observations are reported for the PWV during rest, during deep breathing, and during execution of Valsalva maneuvers. In all cases the continuous PWV record appears to follow closely variations in arterial pressure, apparently adhering, in the Valsalva results, more to systolic than diastolic changes. Observed subject differences attest to the PWV's diagnostic value, and it is suggested that the continuous PWV may be a significant and useful circulatory indicant.
Sommaire
Il est connu depuis longtemps que la Vitesse d'Onde Pulsatoire (PWV) dépend de l'extensibilité artérielle. L'extensibilité étant une fonction de la pression artérielle ainsi que de différents facteurs pathologiques, la mesure de la PWV constitue une approche intéressante du contrôle automatique indirect du système cardiovasculaire.
La présente étude décrit un système pour mesurer la PWV chez l'homme au moyen d'un calculateur. Ce calculateur utilise le complexe ECG et le signal du flux pulsatoire descendant pour définir la durée de son transit sur une longueur artérielle donnée et calculer la vitesse individuelle de chaque pulsation, en obtenant ainsi un enregistrement analogique progressif continu de la PWV. Quelques exemples des premières expériences sur sujets humains sont rapportés, ainsi que des observations relatives à la PWV, faites en état de repos, d'hyperpnée et au cours de l'épreuve respiratoire Valsalva. Dans tous les cas étudiés, l'enregistrement continu de la PWV semble suivre de près les variations de la pression artérielle. Au cours des épreuves Valsalva, les variations de la courbe enregistrée se rapprochent apparemment davantage des changements systoliques que diastoliques. Les différences subjectives observées attestent de la validité diagnostique de la PWV qui pourrait devenir ainsi un facteur d'utilité notable dans la détection d'incidents circulatoires.
Zusammenfassung
Seit langem ist bekannt, daß die arterielle Pulswellengeschwindigkeit (PWV) von der Elastizität der Arterien abhängt. Da die Dehnfähigkeit der Arterien sowohl vom Arteriendruck, wie auch von verschiedenen pathologischen Bedingungen abhängt, liefert die PWV-Messung eine vielversprechende Methode zur indirekten Kontrolle des Herzgefäßsystems. Die vorliegende Studie beschreibt einen Elektronenrechner für die Aufzeichnung und Messung der Pulswellengeschwindigkeit bei Menschen. Unter Verwendung des EKG-Komplexes und eines distallaufenden Pulses zur Bestimmung der Pulslaufzeit über eine bekannte Arterienlänge errechnet der Elektronenrechner für jeden Pulsschlag einen individuellen Geschwindigkeitswert und liefert dadurch eine stufenweise Analog-Aufzeichnung der PWV. Es wird über einige Versuche an Menschen berichtet. Die Beobachtungen erstrecken sich auf PWV während Ruhe, während Tiefatmen und während Valsalva-Atmungen. In allen Fällen scheint die PWV-Aufzeichnung den Veränderungen des Arteriendrucks sehr genau zu folgen. Bei den Valsalva-Ergebnissen scheint die Aufzeichnung mehr den Systole-als den Diastoleveränderungen zu entsprechen. An Testpersonen festgestellte Unterschiede beweisen den diagnostischen Wert der PWV. Die kontinuierlichen PWV-Registrierungen werden als nützliches Indikationsmittel bei Kreislaufphänomenen empfohlen.
Резюме
Давно известно, что скорость распространения артериальной пульсовой волны (СПВ) зависит от растяжения артерии. Так как растяжимость является функцией артериального давления, а также и многих патологических факторов, измерение СПВ дает возможность непрямого контролирования системы кровообращения. В настоящей работе описано вычислительное устройство для измерения и регистрации у человека скорости распространения артериальной пульсовой волны. Используется ЭКГ комплекс и пульсовой сигнал в нижнем конце артерии для определения времени распространения пульсовой волны по части артериального русла известной длины; вычислительное устройство подсчитывает индивидуальную величину скорости для каждого пульсового колебания и ведет непрерывную шагообразно-аналоговую запись СПВ. Начата єкспериментальная работа на людях. Сообщается о наблюдениях СПВ в покое, при глубоком дыхании и во время проведения пробу Вальсальвы. Во всех случаях видно, что непрерывно зарегистрированная СПВ строго следует за изменениями кровяного давления. Установлено, что при пробе Вальсальвы изменения в диастоле большие, чем в систоле. Наблюдаемые индивидуальные различия свидетельствуют о диагностической ценности СПВ. Высказывается предположение, что непрерывная регистрация СПВ может иметь значение и быть полезной в установлении циркуляторных изменений.
Article PDF
Similar content being viewed by others
Avoid common mistakes on your manuscript.
References
Bard, P. (1961)The pulmonary circulation and respiratory variations in the systemic circulation. Medical physiology, (Eleventh Edition). The C. V. Mosby Co., St. Louis.
Bayevsky, R. M. andGazenko, O. G. (1963) A few problems of physiology of circulation during weightlessness. USSR Academy of Sciences, Moscow.
Bramwell, J. C., Downing, A. C. andHill, A. V. (1923a) The effect of the blood pressure on the extensibility of the human artery.Heart,10, 289–300.
Bramwell, J. C. andHill, A. V. (1922a) The velocity of the pulse wave in man.Proc. roy. Soc. B.,93, 298–306.
Bramwell, J. C. andHill, A. V. (1922b) Velocity of transmission of the pulse wave.Lancet,202, 891–892.
Bramwell, J. C., McDowall, R. J. S. andMcSwiney, B. A. (1923b) Variation of Arterial elasticity with blood pressure in man.Proc. roy. Soc. B.,94, 450–454.
Denisova, E. A. (1962) The rate of pulse-wave propagation as a method for assessing the functional state of the cardiovascular system in persons exposed to chronic radiation. (Russian; English summary).Med. Radiol.,10, (10), 28–32.
Hallock, P. (1934) Arterial elasticity in man in relation to age as evaluated by pulse wave velocity methods.Arch. Intern. Med.,54, 770–789.
Hemingway, A., McSwiney, B. A. andAllison, P. R. (1928) The extensibility of human arteries.Chart. J. Med.,21, 489–498.
Hickson, S. K. andMcSwiney, B. A. (1924a) The effect of variation in blood pressure on pulse wave velocity in the brachial artery in man.J. Physiol.,59, 217–220.
Hickson, S. K. andMcSwiney, B. A. (1924b) Effect of respiration on pulse wave velocity.Proc. physiol. Soc.,59, V.
Johnson, C. A. (1950) The speed of the pulse wave in coarctation of the aorta.J. Lab. clin. Med.,36, 842.
King, A. L. (1950)Circulatory system: arterial pulse; wave velocity. Medical physics. Volume II, The year Book Publishers, Chicago.
Lee, G. de J. et. al. (1954) The effect of the valsalva maneuver on the systemic and pulmonary arterial pressure in man.Brit. Heart J.,16, 311–316.
Lottenbach, K. andStucki, N. (1950) Slowing of pulse wave in peripheral circulatory disorders.cardiologia,17, 7.
Malcom, J. E. (1957)Blood pressure sounds and their meaning. Heineman Medical Books, Ltd., London.
Matze, H., Priestley, S. andSands, J. (1923) Studies in pulse wave velocity.Amer. J. Physiol.,67, 216–218.
McIntosh et al. (1954) Circulatory changes produced by the valsalva maneuver in normal subjects, patients with mitral stenosis, and autonomic nervous system alterations.Circulation,9, 511–520.
Oliver, G. E. andHultgren, H. N. (1961) Blood pressure response to the valsalva maneuver in patients with atrial septal defects.Circulation,24, (4pt. 2), 1009.
Pressman, G. L. andNewgard, P. M. (1962) Development of a blood pressure transducer. Stanford Research Institute Report, Project No. 4025.
Rosenberg, S. Z., Braun, K. andStern, S. (1958) Arterial pressure pulse, contour and valsalva maneuver in suspected aortic stenosis.Amer. Heart J.,56, 486–492.
Rushmer, R. F. (1947) Circulatory effects of three modifications of the valsalva experiment.Amer. Heart. J.,34, 399–418.
Salisbury, P. E. andWichmann, T. (1961) A new method for the indirect measurement of blood pressure. Presented at ISA Conference, Los Angeles.
Sands, J. (1923) Studies in pulse wave velocity. Simultaneous cardiographic and EKG records.Amer. J. Physiol.,67, 203–215.
Sands, J. (1925) Studies in pulse waves velocity—II. Pulse wave velocity in pathological conditions.Amer. J. Physiol.,71, 519–533.
Sullivan, G., Weltman, G., Bredon, G. andEttelson, B. (1961) Theoretical presentation of a design for an optimized cardiovascular performance monitoring system. Air Force, Flight Test Center, Technical Documentary Report No. 62-12.
Weltman, G. (1959)The continuous measurement of pulse wave velocity. Univ. of California, Los Angeles; M.S. Thesis.
Woolam, G. L., Schnur, P. L., Vallbona, C. andHoff, H. E. (1962) The pulse wave velocity as an early indicator of atherosclerosis in diabetic subjects. Report USPH HTS 5125 Grant.
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
This research was supported by Contract AF04(611)-6355 with the Air Force Flight Test Center, Edwards Air Force Base, California.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Weltman, G., Sullivan, G. & Bredon, D. The continuous measurement of arterial pulse wave velocity. Med. Electron. Biol. Engng 2, 145–154 (1964). https://doi.org/10.1007/BF02484213
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF02484213