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INTRA-ARTERIAL PRESSURE MEASUREMENT WITHSTRAIN GAUGE AND AMPLIFIER*

SAMUEL GELFAN AND ATTIE YVONNE WERNERT h e p u r p o s e o f t h i s p a p e r i s b r i e f l y t o d e s c r i b e i n t r a - a r t e r i a l p r e s s u r e

r e c o r d i n g b y m e a n s o f a s t r a i n g a u g e p r e s s u r e t r a n s d u c e r t a n d a m p l i f i e r s .T h e u s e o f r e s i s t a n c e w i r e s t r a i n g a u g e s f o r b l o o d p r e s s u r e r e c o r d i n g w i t hg a l v a n o m e t e r s h a s a l r e a d y b e e n d e s c r i b e d . 1 " 8 T h e u s e o f t h e s t r a i n g a u g ew i t h e l e c t r o n i c a m p l i f i c a t i o n a s a p l e t h y s m o g r a p h h a s a l s o b e e n d e s c r i b e d . 2S i n c e a l t e r n a t i n g i n p u t c u r r e n t may b e u s e d t o e n e r g i z e t h e s e t r a n s m i t t e r s ,we f o u n d i t p o s s i b l e t o r e g i s t e r b l o o d p r e s s u r e a l o n g w i t h o t h e r v a r i a b l e s o na m u l t i c h a n n e l r e c o r d e r w i t h c o n v e n t i o n a l c o n d e n s e r c o u p l e d a m p l i f i e r s .T h e b l o o d p r e s s u r e r e c o r d s t h u s o b t a i n e d , a s s h o w n i n F i g u r e 1 , c o n s i s t o fb a n d s o r r i b b o n s f o r m e d b y s i n e - w a v e o s c i l l a t i n g c u r r e n t , r a t h e r t h a n s i n g l el i n e s . T h e w h o l e e n v e l o p e o f t h e r e c o r d r e p r e s e n t s t h e p r e s s u r e ( t h ei n c r e a s e a n d d e c r e a s e o f t h e l a t t e r i n d i c a t e d b y t h e b r o a d e n i n g a n d n a r r o w -i n g o f t h e e n v e l o p e ) , a n d t h e p u l s e p r e s s u r e c u r v e i s b i l a t e r a l l y s y m m e t r i c a l .I t i s o n l y w h e n t h e p r e s s u r e i s z e r o , a s i n d i c a t e d i n t h e c a l i b r a t i o n , t h a t t h ee n v e l o p e c o n s t r i c t s b i l a t e r a l l y t o a l i n e . T h e c h o i c e o f f r e q u e n c y o f i n p u tc u r r e n t i s d e t e r m i n e d p r i n c i p a l l y b y t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e s o f t h e r e g i s t e r -i n g i n s t r u m e n t . T h u s , i n t h e G r a s s e l e c t r o e n c e p h a l o g r a p h i c u n i t we f o u n d5 0 c y c l e s p e r s e c o n d a s t h e m o s t c o n v e n i e n t f r e q u e n c y . I n t h e S a n b o r nc a r d i e t t e t h e f r e q u e n c y r e s p o n s e o f t h e g a l v a n o m e t e r l i m i t s t h e f r e q u e n c yi n p u t t o a n o p t i m u m o f 1 0 0 c y c l e s p e r s e c o n d . I f i t i s d e s i r a b l e t o u s e ac a t h o d e r a y o s c i l l o g r a p h , t h e f r e q u e n c y c a n o b v i o u s l y b e m u c h h i g h e r . A smay b e s e e n i n B a n d C p o r t i o n s o f F i g u r e 1 , t h e s i n e - w a v e o s c i l l a t i o n s mays e r v e , i n a d d i t i o n , a s s m a l l - t i m e i n t e r v a l m a r k e r s . C a l i b r a t i o n o f t h e s y s t e mw i t h a m e r c u r y m a n o m e t e r s h o w s a l i n e a r r e l a t i o n s h i p i n t h e r a n g e o f0 - 1 5 0 m m. H g .

F o r t h e r e g i s t r a t i o n o f s y s t o l i c a n d d i a s t o l i c p r e s s u r e s t h e p r e c a u t i o na g a i n s t b u b b l e s i n t h e l i q u i d s y s t e m i s w e l l k n o w n . T h i s w a s p a r t i c u l a r l yi m p o r t a n t i n o u r e x p e r i m e n t s i n w h i c h t h e a n i m a l a n d s t r a i n g a u g e w e r es u b j e c t e d t o p a r t i a l v a c u u m s i n o r d e r t o s i m u l a t e h i g h a l t i t u d e s , w h e r eb u b b l e s t h a t ma y b e m i c r o s c o p i c i n s i z e e x p a n d e n o r m o u s l y w i t h m a r k e dr e d u c t i o n i n a t m o s p h e r i c p r e s s u r e . We t h e r e f o r e u s e d t h i c k w a l l e d t r a n s -p a r e n t p o l y e t h y l e n e t u b i n g ( 5 . 5 m m . o . d . , 2 m m . i . d . ) i n s t e a d o f l e a d t of a c i l i t a t e t h e v i s u a l d e t e c t i o n o f b u b b l e s i n t h e e n t i r e s y s t e m . T h i s t u b i n g

* From t h e A e r o m e d i c a l R e s e a r c h U n i t , L a b o r a t o r y o f P h y s i o l o g y , Y a l e U n i v e r s i t yS c h o o l o f M e d i c i n e . T h e s e s t u d i e s w e r e a i d e d b y a c o n t r a c t b e t w e e n t h e O f f i c e o fN a v a l R e s e a r c h , D e p a r t m e n t o f t h e N a v y , a n d Y a l e U n i v e r s i t y (NR 1 1 2 - 0 0 2 ) .t M o d e l P 2 3 - 8 - 3 5 0 , m a n u f a c t u r e d b y S t a t h a m L a b o r a t o r i e s .R e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n Ma y 2 9 , 1 9 5 0 .

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. A

-_ _ * 4 f. .1 ; 1 1i. I I I 1[.1 1 1 1 1 1 1 1 I i

I I I I I I I I ' 1 1 I ' 1 F I

F I G . 1 . I n t r a - a r t e r i a l p r e s s u r e m e a s u r e m e n t s w i t h s t r a i n g a u g e t r a n s m i t t e r .A . B l o o d p r e s s u r e i n ma n f o l l o w i n g h y p e r v e n t i l a t i o n , r e c o r d e d o n G r a s s e l e c t r o -e n c e p h a l o g r a p h : 1 8 - g a u g e h y p e r d e r m i c n e e d l e i n b r a c h i a l a r t e r y a n d 1 4 c m .p o l y e t h y l e n e t u b i n g c o n n e c t i n g i t w i t h s t r a i n g a u g e t r a n s m i t t e r ; 6 0 c y c l e s / s e c .i n p u t c u r r e n t .B . B l o o d p r e s s u r e i n r h e s u s m o n k e y , a n e s t h e t i z e d w i t h N e m b u t a l , r e c o r d e d o nS a n b o r n c a r d i e t t e : 1 4 c m . p o l y e t h y l e n e t u b i n g d r a w n o u t a t o n e e n d ( e q u a l t o1 8 - g a u g e n e e d l e ) c o n n e c t i n g f e m o r a l a r t e r y w i t h s t r a i n g a u g e t r a n s m i t t e r ;1 0 0 c y c l e s / s e c . i n p u t c u r r e n t . L o w e r p o r t i o n o f r e c o r d = E C G , u n i p o l a r v c l e a d .C . S a m e a s B , o n a n o t h e r r h e s u s m o n k e y , r e c o r d e d o n c a t h o d e r a y o s c i l l o g r a p h .C a l i b r a t i o n o n r i g h t , w i t h m e r c u r y m a n o m e t e r . A l l r e c o r d s a b o u t 2 3 o fo r i g i n a l s .

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INTRA-ARTERIAL PRESSURE MEASUREMENT 113

c o n n e c t s t h e a r t e r y o f t h e a n i m a l w i t h t h e p r e s s u r e h e a d o f t h e t r a n s m i t t e r .We f o u n d i t c o n v e n i e n t t o d r a w o u t t h e e n d o f t h e p o l y e t h y l e n e t u b i n g f o rf e m o r a l a r t e r y c a n n u l a t i o n , t h u s e l i m i n a t i n g t h e h y p o d e r m i c n e e d l e i n o u rw o r k o n s m a l l m o n k e y s . F o r l a r g e r a n i m a l s , w h e r e a r t e r i a l p u n c t u r e ma yb e e f f e c t e d t h r o u g h t h e s k i n w i t h a h y p o d e r m i c n e e d l e , t h e l a t t e r i s a p p r o -p r i a t e l y a t t a c h e d t o t h e p o l y e t h y l e n e t u b i n g . A t s e a l e v e l , t h i s m e t h o d o fb l o o d p r e s s u r e r e c o r d i n g h a s b e e n s a t i s f a c t o r i l y u s e d a l s o i n c a t s , d o g s ,a n d m a n .

T h e " n a t u r a l f r e q u e n c y " o f o u r s y s t e m , i . e . , t h e f r e e o s c i l l a t o r y r e s p o n s ef o l l o w i n g t h e s u d d e n r e d u c t i o n o f a n i m p o s e d p r e s s u r e , w a s 5 5 p e r s e c o n d .I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t t h e t e r m " n a t u r a l f r e q u e n c y " a p p l i e s t o t h ef l u i d f i l l e d s y s t e m c o m p r i s i n g t h i s m o d e l o f s t r a i n g a u g e a n d t h e 1 4 c m .l o n g p o l y e t h y l e n e t u b i n g d r a w n o u t a t t h e e n d t o a p o i n t e q u a l t o a n1 8 - g a u g e h y p o d e r m i c n e e d l e . T h e f l u i d i n t h e p r e s s u r e h e a d o f t h e g a u g ew a s 5 p e r c e n t s o d i u m c i t r a t e , a n d t h e p o l y e t h y l e n e c a n n u l a w a s f i l l e d w i t hu n d i l u t e d l i q u i d h e p a r i n . F o r a c c u r a t e m e a s u r e m e n t s o f s y s t o l i c a n dd i a s t o l i c b l o o d p r e s s u r e s , p a r t i c u l a r l y d u r i n g m a r k e d a l t e r a t i o n s o f t h e s ep r e s s u r e s a n d m a r k e d v a r i a t i o n s i n h e a r t r a t e , i t i s i m p o r t a n t t o d e t e r m i n et h e e f f e c t o f v a r i a t i o n s i n f r e q u e n c y o r r a t e o f p r e s s u r e c h a n g e s o n t h er e l a t i v e s e n s i t i v i t y o f t h i s r e c o r d i n g s y s t e m , i . e . , t h e o v e r - a l l f r e q u e n c yr e s p o n s e c u r v e . * T h i s w a s d o n e b y m e a n s o f a v e r y s m a l l p i s t o n c y l i n d e ra r r a n g e m e n t w h i c h r e p l a c e d t h e a n i m a l a r t e r y a s a s o u r c e o f p r e s s u r e , t h er e s t o f t h e s y s t e m r e m a i n i n g t h e s a m e a s i n t h e e x p e r i m e n t s - a l l o f i t ,i n c l u d i n g t h e m e t a l c y l i n d e r , f i l l e d w i t h f l u i d . T h e m o t o r d r i v e n p i s t o nv a r i e d t h e p r e s s u r e i n t h i s s y s t e m s i n u s o i d a l l y f r o m z e r o u p t o a s e t l e v e l( u s u a l l y 1 0 0 m m . Hg) a t f r e q u e n c i e s u p t o 6 6 c y c l e s p e r s e c o n d , t h e u p p e rl i m i t o f f r e q u e n c y c h a n g e t h a t w a s p o s s i b l e t o i m p o s e b y t h i s t e s t i n ga r r a n g e m e n t . S u c h d e t e r m i n a t i o n s w i t h v a r y i n g r a t e s o f p r e s s u r e c h a n g ei n d i c a t e d t h a t t h e s e n s i t i v i t y o f t h e t r a n s d u c e r a n d a s s o c i a t e d e q u i p m e n tu s e d i n t h e e x p e r i m e n t s d o e s n o t a l t e r s i g n i f i c a n t l y w i t h p r e s s u r e c h a n g ef r e q u e n c i e s u p t o 6 6 c y c l e s p e r s e c o n d . I n a l l c a l i b r a t i o n s t h e i n p u t c u r r e n tt o t h e s t r a i n g a u g e t r a n s d u c e r , a s i n t h e e x p e r i m e n t s , w a s s u p p l i e d b y as i n e - w a v e s i g n a l g e n e r a t o r ; t h e f r e q u e n c y u s u a l l y u s e d w a s 1 0 0 c y c l e sp e r s e c o n d .

REFERENCES1 B r a u n s t e i n , J . R . , B r o s e n e , W. G . , J r . , A b l e n d i , F . , G r e e n , R . S . , S t r a u s s , V . ,H a u e n s t e i n , V . , a n d K e r s t e n , H . J . : Ne w m e t h o d o f r e c o r d i n g a r t e r i a l b l o o dp r e s s u r e . S c i e n c e , 1 9 4 7 , 1 0 5 , 2 6 7 .2 G r u n d f e s t , H . , H a y , J . J . , a n d F e i t e l b e r g , S . : A s t r a i n g a g e r e c o r d e r f o r p h y s i o -l o g i c a l v o l u m e , p r e s s u r e a n d d e f o r m a t i o n m e a s u r e m e n t s . S c i e n c e , 1 9 4 5 , 1 0 1 ,2 5 5 .3 L a m b e r t , E . H . a n d W o o d , E . H . : U s e o f r e s i s t a n c e w i r e , s t r a i n g a u g e m a n o m e t e rt o measure i n t r a - a r t e r i a l p r e s s u r e . P r o c . S o c . E x p . B i o l . , N . Y . , 1 9 4 7 , 6 4 , 1 8 6 .

* S e e a l s o d i s c u s s i o n s i n S t a t h a m L a b o r a t o r i e s I n s t r u m e n t N o t e s N o . 2 , B u l l e t i nN o . 1 . 2 a n d L a m b e r t , E . H . a n d J o n e s , R . E . , P r o c . Mayo C l i n . , 1 9 4 8 , 2 3 , 4 8 7 .