СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТОЯНИЯ ЗДОРОВЬЯ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА Российский патент 1999 года по МПК A61B5/05 

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для определения состояния здоровья живого организма на основе сопоставления измерений выбранных физиологических характеристик живого существа относительно эталонной характеристики состояния здоровья.

Изобретение согласно настоящему изобретению связано, в частности, со способом и устройством для обеспечения индикации общего состояния здоровья человека или животного.

Предшествующий уровень техники.

Все приборы, используемые в медицинской диагностике, требуют использования специальной характеристики или специального параметра пациента, например, частоты пульсации, кровяного давления, химического состава крови и т. п. Поскольку обычные диапазоны изменений параметров известны из соответствующих измеренных значений здоровья населения, критерий для организма и серьезности болезни может быть установлен но отклонениям действительных реальных значений от стандарта. Диагностика производства на основе множества различных характеристик, при этом медицинская практика является определяющим фактором для выбора характеристик в данном случае. Однако поскольку в настоящее время не может быть установлен точный и объективный критерий для условия "полного здоровья" пациента, это не может быть выполнено даже при использовании альтернативных способов.

Соответственно задачей, решаемой настоящим изобретением, является создание способа и устройства упомянутого выше типа, которые обеспечивают надежную индикацию условия полного состояния здоровья испытуемой личности. Кроме того, это изобретение предназначено для установления того, до какой степени состояние испытуемой личности отличается в общем от идеального состояния. Устройство также предназначено для обеспечения экономичной проверки большого количества испытуемых личностей при высокой скорости и малых затратах.

Способ в соответствии с настоящим изобретением характеризуется тем, что определяют выбранную физиологическую характеристику при статистически значимом количестве измерительных точек, распределенных на определенном участке тела живого организма, определяют статистическое распределение измеренных значений, полученных для данной области организма, и сравнивают статистическое распределение измеренных значений с эталонным статистическим распределением в форме логарифмического нормализованного распределения выбранной физиологической характеристики. Особенно предпочтительно и таким образом желательно определять логарифмическое распределение из измеренных значений, полученных для испытуемой личности. Из-за легкости доступа кожа испытуемой личности предпочтительно используется в качестве испытуемой области тела, а электрическая проводимость кожи или ее интенсивность излучения предоставляет эту физиологическую характеристику. Однако настоящее изобретение не ограничено как подобными специальными физиологическими характерстиками, так и "кожей" областью тела. Вместо этого способ в соответствии с настоящим изобретением в общем случае также использует другие характеристики и другие подходящие внутренние или внешние области тела.

Настоящее изобретение использует тот факт, что, в соответствии с правилами статистики, параметры безотносительно к их виду всегда согласуются с специфическим статистическим распределением /см. Л.Сакс: Статистические методы, 2-ое издание, Шпрингер Верлаг, Берлин, 1969, с. 105 - 106/, при этом "статистическое распределение" понимается для обозначения функции р/х/ вероятности, показывающей вероятность или частоту возникновения заданного измеренного значения х в произвольном испытуемом объекте, где х может соответствовать общему масштабу допустимых величин.

Физиологические характеристики живых существ, такие как, например вес тела, кровяное давление, приемлемость лекарств и т.п., также всегда распределены согласно логарифмическому нормализованному закону, причина этого обусловлена многократная конфигурационным принципом /см., например, также Г. Гебелейн и Г.Хьют, Klin. Mschr. 28 /1959/, с.41/. При проведении испытаний в соответствии с настоящим изобретением было также установлено, что логирифмическое нормализованное распределение имеется не только для специфической характеристики измерений, выполненных для множества индивидуумов, но также для отдельного индивидуума, когда характеристика связана с измерением для достаточного большого количества измеренных величин индивидуума. "Достаточность" в этом аспекте означает не другое значимое изменение, возникающее в результирующем статистическом распределении при дальнейшем возрастании количества измеренных значений.

Раскрытие изобретения
Идеальное логарифмическое нормальное распределение подобных измеренных значений, полученных от отдельной испытуемой личности, имеет место только при идеальном "многократным конфигурационным принципом", то есть когда осуществляется комбинированный эффект всех подобластей в пространстве и времени в смысле идеальной организации. Поэтому при сопостовлении статистическгго распределения, как оно измерено или определено путем соответствующего преобразования измеренных значений, с нормализованным логарифмическим распределением и может быть получена точная классификация "общего" состояния по отношению к состоянию идеального биологического организма. Дальнейшие индикации в этом аспекте могут быть получены в дополнение к этому сопоставлению, когда другие предпочтительные примеры осуществления настоящего изобретения обеспечивают получение таким же образом, например, относительных разностей моментов первого и n-го порядка, которые определены и/или изменены в статистическом распределении во времени и подвергнуты корреляционному анализу. Временное выражение статистического распределения описывает динамическое поведение схемы внутренних зависимостей, образующих основу для этих измерений. Корреляционный анализ /то есть факторный анализ/ обеспечивает внутренние соотношения между областями кожи, подлежащими динамическому описанию для известных допущений и оценок измеренных величин, причем эти соотношения включают все внутренние взаимодействия с органами.

Из изложенного следует, что в соответствии с настоящим изобретением испытуемый человек может быть классифицирован как "в общем" как "здоровый", когда его функция распределения р(х) не значительно отклоняется от зависимого р_n(х), где р(х) представляет измеренную функцию распределения при ее получении из функции р_n(х), где р(х) представляет измеренную функцию распределения, а р_n(х) представляет функцию идеального распределения для отдельной личности. Эта функция р_n(х) представляет нормализованное логарифмическое распределение и оно может быть выражено согласно настоящему изобретению в соответствии с измеренными параметрами испытуемой личности, то есть отсутствует необходимость получения нормализованного распределения в качестве эмпирической функции измеренных значений параметров нескольких личностей.

Обратно "условие болезни" в данном "общем" смысле может быть определено за счет систематических /и полностью/ перечисленных отклонениях между функциями р(х) и р_n(х). Одно из преимуществ настоящего изобретения, среди других, заключается в том, что не требуется прибегать к помощи установки измеренных значений множества испытуемых личностей, однако должна быть вычислена идеальная функция распределения, применимая к отдельной испытуемой личности, непосредственно из измеренных величин и она сопоставляется с действительным статистическим распределением.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения создано устройство для осуществления данного способа, которое содержит сборку датчика для определения выбранной физиологической характеристики живого существа по множеству измерительных точек, распределенных по области тела, и вывода соответствующих сигналов, блок обработки сигналов, выводимых сборкой датчика, и блок вычисления по выходным сигналам блока обработки действительного статистического распределения и нормализованного логарифмического распределения связанных с сигналами измеренных величин полученных физиологических характеристик. Получение измеренных значений особенно просто и быстро получается в соответствии с другим предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения, при котором сборка датчика содержит множество контактных элементов или элементов датчика, расположенных в непосредственной близости над заданной областью поверхности, а также соответствующего сканирования этих элементов. В отношении других предпочтительных примеров осуществления данного изобретения отсылка делается к пунктам формулы.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется конкретным вариантом его выполнения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых: фиг. 1а, 1b изображают статистическое распределение значений проводимости кожи пациента перед лечением /фиг. 1а/ и после лечения /фиг. 1b/ по сравнению с логарифмическим нормализованным распределением, использующим те же средние величины и отклонения для каждого случая.

Фиг. 2а, 2b изображают отношение моментов n-го порядка /n= 1... 6/ для логарифмического нормализованного распределения и измеренного распределения перед лечением /фиг. 2а/ и после лечения /фиг. 2b/.

Фиг. 3 - блок-схему устройства для получения величин проводимости кожи и для обработки полученных измеренных значений в соответствии с предпочтительным примером осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4 - поперечный вид элемента датчика сборки датчика для устройства, показанного на фиг. 3, и
Фиг. 5 - вид датчика в его сборке согласно фиг. 3, как это будет описано ниже.

Лучший вариант осуществления изобретения
Вначале со ссылками будет описан на фиг. 3 - 5 один предпочтительный вариант выполнения устройства для осуществления способа согласно настоящему изобретению на основе измерения электрической проводимости кожи пациента. Устройство содержит, согласно фиг. 3, сборку 1 датчика, блок 2 обработки сигналов и процессор 3.

Сборка 1 датчика может быть выполнена в виде многоканального электрода, содержащего элемент 4 датчика и элемент 5 сканирования. Элемент 4 датчика, показанный более подробно на фиг. 4 и 5, содержит несколько электродов игольчатой формы или элементов 13 датчика, расположенных продольно со сдвигом на общем основании. Каждый элемент 13 датчика снабжен пружиной для предварительной нагрузки этого элемента в его первоначальном состоянии, как это показано на фиг. 4, при котором свободные концы элементов 13 датчика проходят от основания и расположены в плоскости, являющейся плоской или искривленной в соответствии с кривизной тела данной области, например, руки испытуемого пациента. Предварительная нагрузка элементов 13 датчика обуславливает воздействие на них определенного давления при процессе контактирования с кожей пациента. Обеспечено "адекватное" количество элементов 13 датчика, что соответствует величине от 50 до 150, например, 60 элементов 13 датчика достаточны в упомянутом выше смысле.

Элементы 13 датчика распределены по заданной, например, круговой траектории измерительной области 14 элемента 4 датчика. Сканирующий элемент 5 узла 1 датчика, известный специалистам в данной области техники, обеспечивает последовательное сканирование отдельных элементов 13 датчика и формирует сигналы, характеризующие величины проводимости, полученные на отдельном элементе 13 датчика для блока 2 обработки. Полученные измеренные значения могут быть, например, "величинами указателей" "электропунктурных" способов, как они используются в настоящее время, когда обеспечивается приложение измерительного электрода к измеряемой точке с постоянным контактным давлением при учете максимальной величины этого давления.

Блок 2 обработки сигналов содержит усилитель 6, передающий отдельные выбранные усиленные сигналы с выхода сборки 1 датчика. Выход усилителя 6 соединен с полосовым фильтром 7, который обеспечивает отфильтрование любых шумовых составляющих из измеряемых сигналов. Отфильтрованные измеряемые сигналы затем поступают на цифроаналоговый преобразователь 8. Цифровые сигналы этого преобразователя 8 затем поступают через интерфейс блока 2 обработки к процессору 3. В результате процессор принимает цифровые сигналы, усиленные и свободные от шумов, и эти сигналы соответствуют измеряемым сигналам, сформированным сборкой 1 датчика.

Кроме того, блок 2 обработки сигналов содержит блок заданного эталонного постоянного напряжения для соответствующей области испытуемого тела пациента. Если измеренные величины получены на одной боковой стороне руки испытуемого пациента, соответствующая измерительная точка для подачи эталонного напряжения представлена на другой стороне этой руки. Средства подачи эталонного напряжения включают генератор 10 напряжения, выходной сигнал которого поступает к ручному электроду 12 через усилитель 11 с регулируемым коэффициентом усиления.

Процессор 3 функционирует от сигналов с выхода блока 2 обработки, которые обеспечивают логарифмическое нормализованное распределение р_n(х), соответствующее измеренным величинам, полученным от исходного использования испытуемой личности, то есть функции идеального распределения, и, кроме того, функции реального распределения р(х). Нормальное логарифмическое распределение представляет зависимость, которую имеет идентичное среднеквадратичное значение и одинаковое среднеквадратичное распределение от измеренного распределения р(х). На основании среднеквадратичных отклонений между распределениями р(х) и р_n(х) могут быть получены значения, оценивающие возможности и объем притязаний данного изобретения.

Процессор 3 также вычисляет другие параметры, характеризующие состояние здоровья испытуемой личности, например, отношение моментов n-го порядка нормального логарифмического распределения к измеренному статистическому распределению. Полученные результаты вычислений могут быть отображены на мониторе ЭВМ и/или отпечатаны в форме графиков либо табулированных данных. Процессор 3 также управляет положением и вычислением значения максимальной проводимости в пределах измеренной матрицы величин.

Вычисление измеренной функции р(х) распределения и нормального логарифмического распределения р_n(х) объясняется ниже на основе примера вычисления, в котором числовые величины указаны в таблице 1.

Пример вычисления
1. Значения частот разделяют на n классов, в данном случае n = 14. Класс усредненных величин (как они определены во всем диапазоне измерений, показанном в таблице 1), составляют 4, 15, 20, 28,...108 с этапами 8 (как показано по оси х фиг. 1а, 1b). Ниже эти значения идентифицированы как K_m(i), где i = 1,...,14. Например, K_m(2) = 12, K_m(3) = 20.

2. Производят вычисление измеренного распределения р(х)
а/ Вычисляется сумма частотных значений [p(x)], определенных в таблице 1. Например, даны значения, указанные перед испытанием. Сумма, определенная как N, выражается следующим образом,

Таким образом N = 0 + 14 + 22 + 34 + 18 + 32 + 2 + 0 = 122.

Затем частотные значения р(х) делятся на сумму N 0/122 = 0, 14/122 = 0,115, 22/122 = 0,18, 34/122 = 0,279, 18/122 = 0,148, 32/122 = 0,262, 2/122 = 0,016, 0/122 = 0.

Выраженное в качестве уравнения

это распределение отображено на общем графике.

3. Вычисление логарифмического нормализованного распределения: - вычисляется центральное значение и дисперсии σ:


Например:
1/122 /14 х 52 + 22 х 60 + 34 х 68 + 18 х 76 + 32 х 84 + 2 х 92/ = 70,49,
hσ = /52 - 70,49/² х 14 + /60 - 70,49/² х 22 + /68 - 70,49/² х 34 + /76 - 70,49/² х 18 + /84 - 70,49/² 32 + /92 - 70,49/² х 2

Подходящими значениями являются


логарифмическое нормальное распределение

Пример для значения 68:

Все значения р_n(х_i) затем суммируются по всем индексам и делятся на общую сумму. Эта общая составляет

так что, например, среднее значение 68 не представляет 0,121, но соответствует по данной стандартизации р_n/68/ = 0,121/0,412 = 0,294.

Пример
На пациенте, серьезно подверженному заболеванию в виде бронхиальной астмы, значения электрической проводимости измерялись в 112-ти точках на коже, а относительная частота значений находилась в диапазоне от 0 до 100.

Частоты, при которых значения масшатбировались в различном диапазоне, измерялись и приведены в табл. 1 для измерительных интервалов n = 8. Левая колонка относится к значениям до испытания, тогда как правая колонка представляет величины, соответствующие относительно успешному лечению (пациент менее подвержен болезни).

Эти данные сами по себе не характеризуют объективный критерий для условия здоровья пациента перед проведением лечения, ни степень улучшения вследствие этого лечения, тем не менее при получении заданных значений проводимости n в процессе определения частот р/n/, как они согласуются с нормальным логарифмическим распределением/представленным на фиг. 1а и 1b сплошной кривой/, было установлено, что:
1) Перед лечением существовали серьезные отклонения от нормального распределения /фиг. 1а/, а также отклонения от моментов третьего и более высокого порядка /фиг. 2а/, как это определено выражением:

Это показывает, что пациент не здоров, при этом природа и серьезность его заболевания может быть установлена в данном случае с учетом природы и степени отклонения от логарифмического нормального распределения.

2) В соответствии с лечением были установлены как существенно лучшее согласование с нормальным логарифмическим распределением /фиг. 2b/, так и меньшее отклонение моментов более высокого порядка от идеальных моментов нормального распределения, причем кривые преобразованы таким образом, что согласуются моменты первого и второго порядков /средние значения и среднеквадратичные отклонения/ идеального и замеренного распределений.

Таблица 1. Измеренные частоты величин проводимости, полученные в 112-ти точках на коже в принятом диапазоне от 0 до 100 для испытуемой личности, болеющей бронхиальной астмой.

До настоящего момента данное изобретение было описано на основе измерения электрической проводимости кожи в качестве физиологической характеристики. При использовании других характеристик данное изобретение может быть модифицировано. Например, интенсивность, с которой кожа излучает в инфракрасном или оптическом диапазонах, может быть использована в качестве подобной характеристики. В данном случае предпочтительно используются элементы датчика, расположенные в непосредственной близости от объекта, а количество в отношении элементов датчика игольчатой формы уже описано выше. Другие средства реагирования на физиологические характеристики могут быть выполнены в виде сеточных, роликовых или щеточных электродов. Хотя приведенное выше описание в частности относится к предпочтительному примеру контроля общего состояния здоровья организма испытуемого человека на основе сопоставления реальной функции распределения с идеальной функцией, то есть нормальным логарифмическим распределением измеренных величин, полученных от испытуемой личности, данное изобретение также предусматривает сопротивление результатов измерений на основе эталонного статистического распределения данных, представленных для исследуемой физиологической характеристики, по данным измерений, проведенных для нескольких индивидуумов.

Способ и устройство используют в медицине для индикации состояния здоровья человека. Выбранные физиологические характеристики живого существа, например проводимость кожи, определяются по статически значимому множеству измеряемых точек, распределенных на определенной области поверхности организма. При помощи устройства определяют статистическое распределение измеренных значений и сопоставляют статистическое распределение измеренных величин с эталонным статистическим распределением выбранной физиологической характеристики. Упомянутое эталонное статистическое распределение представляет логарифмическое распределение, которое определено вычислительными методами статистики непосредственно из измеренных значений, полученных для отдельной испытуемой личности. Настоящее изобретение главным образом обеспечивает надежную индикацию общего состояния здоровья человека или животного. 2 с. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

1. Способ индикации состояния здоровья живого организма путем сравнения выбранной измеренной физиологической характеристики живого организма с соответствующей эталонной, при этом выбранную физиологическую характеристику измеряют с помощью многоканального сенсорного блока, имеющего множество сенсорных элементов, распределенных в заданной области тела живого организма в множестве измерительных точек, отличающийся тем, что определяют посредством статистических методов статистическое распределение уровней выходных сигналов сенсорного блока и логарифмическое нормальное распределение уровней выходных сигналов сенсорного блока, выявляют отклонение статистического распределения от логарифмического нормального распределения, при этом логарифмическое нормальное распределение принимают за эталонную характеристику. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве области тела используют область кожи живого организма. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что физиологической характеристикой является проводимость кожи, к которой прикладывают определенный электрический потенциал. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что изменение проводимости во времени устанавливают в соответствии с методами акупунктуры. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что физиологической характеристикой является интенсивность излучения кожи, в частности, в оптическом или инфракрасном диапазоне. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что по результатам сравнения определяют отклонение одинакового порядка. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменение в статическом распределении определяют в зависимости от времени и подвергают корреляционному анализу. 8. Устройство для индикации состояния здоровья живого организма, содержащее многоканальный сенсорный блок, выполненный с возможностью измерения выбранной физиологической характеристики живого организма в множестве измерительных точек, распределенных на определенной области тела, выход многоканального сенсорного блока соединен со входом блока обработки сигналов, выполненного с возможностью фильтрации сигналов и преобразования аналоговых сигналов и цифровые, выход блока обработки сигналов соединен со входом процессора, отличающееся тем, что процессор выполнен с возможностью вычисления действительного статистического распределения и нормального логарифмического распределения уровней выходных сигналов сенсорного блока, связанных с величинами полученной физиологической характеристики. 9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что многоканальный сенсорный блок содержит множество сенсорных элементов, распределенных над ограниченной областью поверхности. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что сенсорные элементы включают электроды игольчатой формы, аналогичные акупунктурным иглам. 11. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что многоканальный сенсорный блок содержит сенсорные элементы, выполненные с возможностью получения измеренных величин в непосредственной близости от исследуемого тела. 12. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что многоканальный сенсорный блок включает сеточные, роликовые или щеточные электроды, выполненные с возможностью получения физиологической характеристики.