Determination of arterial input impedance spectra from non-invasively recorded pulses

Summary

The frequency spectra of modulus and phase of the input impedance (Z_in) of large human arteries (abdominal aorta, femoral and subclavian arteries) were computed from transcutaneousky recorded, uncalibrated pressure and flow pulses picked up as sphygmograms and Doppler flow velocity pulses, respectively. Since these pulses cannot be calibrated, the modulus (|Z_in|) of the input impedance is calculated in relative units; its spectrum, however, is not influenced by this fact. A modification of the computing procedure makes it possible to natural pressure and flow pulses which may be regarded as periodic functions. This is the prerequisite for a detailed analysis of the wave transmission properties of the arterial bed which manifest themselves in the input impedance. For this purpose the peripheral reflection site was moved in a proximal direction by bilateral occlusion of limb arteries. This was done by inflating cuffs placed symmetrically on both sides around the upper or lower parts of the respective limbs. When the occluding cuffs were placed around both lower legs or both thighs, the shortening of the arterial wave transmission line resulted in a marked shift of the first maximum of |Z_in| to higher frequencies in the spectrum of |Z_in| of the abdominal aorta and femoral artery. Bilateral occlusion of the arteries of the forearms or upper arms, however, did not have any measurable influence on |Z_in| of the subclavian artery. Theoretical considerations show that this difference in behaviour of the several parts of the arterial system may be attributed to the varying extent of their inhomogeneity.

Zusammenfassung

Die Frequenzspektren von Betrag und Phase des Eingangswiderstandes (Z_in) großer Arterien des Menschen (Aorta abdominalis, A. fermoralis und subclavia) wurden aus transkutan registrierten, ungeeichten Druck- und Strompulsen berechnet. Die Pulse wurden in Form von Sphygmogrammen und Doppler-Strömungsgeschwindigkeitspulsen gewonnen. Da solche Pulse nicht eichbar sind, wird der Betrag (|Z_in|) des Einganswiederstandes in relativen Einheiten berechnet; der Verlauf des Spektrums von Z_in wird hierdurch aber nicht beeinflußt. Eine Modifikation des Berechnungsverfahrens ermöglicht die näherungsweise Bestimmung eines quasi-kontinuierlichen Frequenzspektrums von Z_in aus den als periodische Funktionen aufzufassenden natürlichen Druck- und Strompulsen. Diese Möglichkeit bildet die Voraussetzung für eine eingehende Analyse der sich im Eingangswiderstand widerspiegelnden Wellenleitungseigenschaften des Arteriensystems. Zu diesem Zwecke wurde der periphere Reflektionsort durch beiderseitigen Verschluß der Extremitätenarterien nach proximal verschoben, indem Manschetten um die jeweiligen Extremitäten gelegt und aufgeblasen wurden. Lagen die Manschetten an beiden Unter- oder Oberschenkeln, so führte die Verkürzung der arteriellen Wellenleitung im Falle der Aorta abdominalis und der A. femoralis zu einer deutlichen Verschiebung des ersten Maximums von |Z_in| zu höheren Frequenzen. |Z_in| der A. subclavia wurde jedoch durch bilaterale Arterienabsperrung im Bereich der Unter- oder Oberarme nicht wesentlich beeinflußt. Theoretische Überlegungen ergeben, daß sich diese Unterschiede im Verhalten verschiedener teile des Arteriensystems auf das Ausmaß ihrer Inhomogenität zurüchführen lassen.