СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ КАРДИОСИСТЕМЫ Российский патент 1999 года по МПК A61B5/02 A61B5/04 

Изобретение относится к области оценки состояния системы организма и может быть использовано для анализа состояния сердечно-сосудистой системы, в частности для дифференциальной диагностики митрального и аортального стенозов, а также ишемической болезни сердца.

Известен способ динамического контроля состояния сердечно-сосудистой системы тяжелых больных и устройство для его осуществления (Патент РФ N 2071269, МПК 6 А61 В 5/02). Способ основан на регистрации пространственной баллисто-кардиограммы и отличается тем, что больного помещают на матрац функциональной кровати с трехкоординатным первичным преобразователем акселераматричного типа, непрерывно регистрируют значения электрических сигналов по каждому из трех выводов датчика, рассчитывают интервал вектора силы за сердечный цикл ΔW_i+1 и сравнивают это значение с предыдущим ΔW_i и при

подают сигнал тревоги.

Недостатком данного способа является то, что он позволяет производить диагностику состояния сердечно-сосудистой системы только тяжело больных людей. На основании метода невозможно определение скрытых форы и начальных стадий заболеваний. Для осуществления способа необходимо специальное оборудование (матрац функциональной кровати с трехкоординатным первичным преобразователем акселераматричного типа), что затрудняет его применение. Способ не позволяет определять тип заболевания и его степень.

Известен также способ ранней диагностики функционального состояния систем организма (Патент РФ N 2039523 МПК 6 AB 5/04), включающий выделение RR интервала и спектральный анализ его огибающей, отличающийся тем, что выборки содержат минимум 360 RR интервалов, а спектр строят по логарифмической шкале частот, при этом определяют минимумы спектральной плотности, выделяют по ним сердечную, легочную, сосудистую и метаболическую функциональные системы, причем зону пика каждой из систем определяют не менее чем по 50 точкам, рассчитывают показатель количества информации; необходимое для организации данного спектра количество информации определяют по формуле
,
где КИ - количество информации в битах;
L - количество точек, по которым определен спектр функциональной системы;
S_n - спектральная плотность в произвольной точке, находящейся на отрезке L.

По уровню количества информации судят о состоянии обратной связи регулятивных процессов.

Недостатком данного способа является необходимость большого числа данных (360 RR интервалов). Способ не позволяет указать заболевание и его степень.

Известен также способ острого инфаркта миокарда, осложненного кардиогенным шоком (Патент РФ N 1811376, МПК А 61В 5/02). Способ основан на определении параметров гемодинамики и коэффициентов торпидности кардиогенного шока. С целью повышения точности способа дополнительно проводят апенскардиографию и ритмографию и определяют индекс И по формуле
И = 8,027+0,004•ΔP/Δt+0,24•ИУРЛЖ+0,004ИН+T,
где ΔP/Δt - максимальная скорость возрастания левожелудочкового давления, мм. рт. ст.,
ИУРЛЖ - индекс ударной работы левого желудочка;
ИН - индекс напряжения регуляторных систем;
Т - коэффициент торпидности кардиогенного шока,
и при И > 0 прогнозируют благоприятный исход, а при И < 0 неблагоприятный исход острого инфаркта миокарда, осложненного кардиогенным шоком.

Недостатком этого способа является отсутствие учета легочной составляющей состояния кардиосистемы. Способ не позволяет диагностировать митральный стеноз в доинфарктной стадии, тем более на начальных стадиях заболевания. Способ не учитывают различий в значениях весовых нагрузок параметров (ΔP/Δt, ИУРЛЖ, ИН, Т), связанных с возрастом и полом диагностируемого больного. Известен также способ оценки функционального состояния организма (Патент РФ N 17669711, МПК А 61 В 5/02), основанный на регистрации электроннограммы, артериального давления и частоты дыхания. С целью повышения точности способа путем определения стадий адаптационного синдрома дополнительно регистрируют показатели кровенаполнения артерий, тонуса артерий и артериол, длительности фазы изгнания крови из желудочка, времени запаздывания пульсовой волны, интервала между кардиоциклами, длительности предсердечного желудочкового комплекса, амплитуды зубцов электрокардиограммы, далее рассчитывают коэффициент соотношения пропорциональности показателей (КПП):

где ∑ΔF - сумма отклонения длин векторов от среднестатистических значений параметров, мм; ∑F - сумма длин стандартных векторов, мм; n - число измеренных параметров.

При значении КПП 0-1,5 судят о стадии напряжения функционального состояния организма, при КПП 1,5-4,0 - о перенапряжении функционального состояния организма, а при КПП более 4,0 - о стадии срыва адаптационных процессов.

Недостатком данного метода является применение классического статистического анализа, не позволяющего указать взаимосвязь между исходными параметрами и выявить наиболее значимые с точки зрения диагностики параметры. Метод не позволяет производить диагностику конкретного заболевания.

Известна система опроса для проверки здоровья (Заявка N 2- 140153, Япония, МКИ 5 А 61 В 10/00, G 06 F 15/42). Система содержит две базы данных: первая получена в результате медицинского обследования, вторая содержит известные сведения. В систему входят терминалы, ЭВМ, соединительные шины. Главная ЭВМ и выходные терминалы, соединенные локальной сетью, размещены в опросном кабинете, где врач разъясняет результаты медицинского обследования пациенту, наблюдая информацию на выходном терминале вместе с пациентом, что позволяет быстро дать все разъяснения.

Недостатком данной системы является невозможность выделения наиболее значимых диагностических параметров, т.к. система сравнивает данные медицинского обследования с исходными эталонными данными, используя классический статистический анализ, не позволяющий выявить взаимосвязи между различными данными медицинского обследования.

Известен способ диагностики функционального состояния организма по сердечному ритму (A.C. N 45417, Болгария, МКИ 4 А 61 B 5/02). Способ состоит в отделении двух групп лиц по 120 человек соответственно с хорошим и ухудшенным функциональным состоянием, определенным путем предварительных клинических и практических исследований. Проводят запись ЭКГ в течение 10 минут в сидячем положении, определяют восемь независимых показателей, их распределения и весовые коэффициенты, взаимно перемножают и полученные значения принимают за классификационный показатель (КП). После этого выстраивают эталонную шкалу, покрывающую связь между значениями КП и функциональным состоянием.

Наконец определяют функциональное состояние любого обследуемого лица через запись ЭКГ и сравнение независимых параметров кардиоинтервалов и сравнение с эталоном.

Недостатком этого способа является отсутствие учета взаимосвязи между параметрами, которые обрабатываются при помощи классического статистического анализа. Способ не позволяет производить диагностику конкретного заболевания и не учитывает различия в значении параметров, связанные с возрастом и полом обследуемого лица.

Задачей изобретения является создание способа дифференциальной диагностики функционального состояния кардиосистемы при различных типах патологии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе диагностики функционального состояния кардиосистемы, основанном на подборе группы здоровых и группы больных людей и измерении у каждого из них параметров, характеризующих работу сердечно-сосудистой системы организма с последующей обработкой этих данных и сопоставлении их с данными, диагностируемого больного, выбирают несколько групп больных людей с установленным ранее диагнозом с различными заболеваниями, различной степенью тяжести одного и того же заболевания, различных возрастных групп и пола, причем каждую группу формируют из больных с одинаковым заболеванием и степенью тяжести, у каждого человека из группы здоровых и группы больных людей определяют параметры, характеризующие состояние сердечно-сосудистой и легочной систем, указанные параметры обрабатывают методом факторного анализа и выделяют наиболее значимые диагностические параметры, формируют матрицу весовых нагрузок и создают факторные диаграммы для группы здоровых и для каждой группы больных (для каждого заболевания), которые используют в качестве эталона для сравнения с факторной диаграммой диагностируемого больного, у которого предварительно определяют значения исходных параметров и производят их факторный анализ. При этом о наличии заболевания судят по отклонению значения факторов от единицы, в частности митральный стеноз 1-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от - 1.6 до -1.4 и 8-го фактора от -1.3 до 1.1; митральный стеноз 2-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2 до -1.6 и 8-го фактора от -1.8 до -1.6; митральный стеноз 3-ей степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2.3 до -2 и 8-го фактора от -2.0 до -1.8 митральный стеноз 5-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2.7 до -2.5 и 8-го фактора от -2.2 до -2.0. Для формирования эталонных факторных диаграмм у каждого человека в каждой группе определяют 7-10 параметров из ряда: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, потребление кислорода, максимальная вентиляция легких, коэффициент использования кислорода, пульс, жизненная емкость легких, дыхательный пульс, кислородный пульс, причем формируют группы по 20-50 человек в возрастном диапазоне от 20 до 40 лет отдельно здоровых мужчин и здоровых женщин, больных мужчин и больных женщин с одинаковой известной степенью заболевания. Факторную диаграмму диагностируемого больного формируют путем постановки в факторные выражения с весовыми нагрузками, полученными по группе здоровых людей, нормируемых отклонений параметров диагностируемого больного от среднестатистических значений параметров группы здоровых людей.

При обработке указанным образом параметров, характеризующих состояние сердечно-сосудистой и легочной систем, подобранных таким образом групп здоровых и больных людей авторами установлена взаимосвязь между видом факторной диаграммы и степенью заболевания, позволяющая при наличии полученного указанным способом банка факторных диаграмм проводить дифференциальную диагностику функционального состояния кардиосистемы, т. е. факторные диаграммы отслеживают изменения клинических параметров с усилением по наиболее значимым параметрам. Причем использование факторных диаграмм обеспечивает клиницисту конечную информацию в сжатом и наглядном виде и не вызывает затруднений при установлении диагноза при сопоставлении эталонных факторных диаграмм и факторной диаграммы диагностируемого больного, кроме того, при лечении выявленного заболевания по изменению факторной диаграммы можно вести контроль коррекции патологического состояния больного.

Способ диагностики функционального состояния кардиосистемы поясняется диаграммами и таблицами, а также блок-схемой обработки исходных данных (фиг. 1), где на фиг.2 приведены типичные факторные диаграммы здоровых людей, а на фиг. 3-5 - типичные диаграммы больных с различными патологиями (фиг. 3 - аортальный стеноз, фиг. 4 - митральный стеноз 1-ей степени, фиг. 5 - митральный стеноз 3-ей степени), на фиг.6 произведено сравнение факторных диаграмм для аортального и различных степеней митрального стеноза (а- аортальный стеноз: б - митральный стеноз 1-ой степени; в - митральный стеноз 3-ей степени; г - митральный стеноз 5-ой степени; д - рестеноз); в таблице 1 приведены значения параметров, характеризующих состояние сердечно-сосудистой и легочной системы группы здоровых людей, в таблице 2 приведены значения параметров для группы людей с митральным стенозом 3-ей степени тяжести. В таблице 3 приведены значения параметров для ряда диагностируемых людей. Таблица 4 содержит значения факторов для различных заболеваний,
Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Подбирают группу здоровых мужчин 20-40 лет в количестве 20 человек. Стандартными клиническими методами у каждого человека из группы определяют значения параметров, характеризующих состояние сердечно-сосудистой и легочной системы (см. табл. 1). Возрастной интервал определен в 20-40 лет, т. к. в этом диапазоне значения параметров не претерпевают значительных изменений, связанных с возрастом. Приведенная таблица представляет собой матрицу исходных данных (Y) размерности 20 х10, где 20 - число мужчин в группе, а 10 - число измеренных параметров. Исходная матрица преобразуется в матрицу нормированных исходных данных (Z), элементами которой являются отклонения каждого показателя от математического ожидания, отнесенное к корню из дисперсии (см. фиг.1).

Полученную матрицу преобразуют в корреляционную матрицу (R) по формуле

где r_ij - элемент корреляционной матрицы, (i,j=1...10);
Z_ij - элемент матрицы нормированных данных (i=1,...10-параметры, j=1,... .20-индивидуумы).

Для матрицы корреляции вычисляются собственные значения и собственные вектора. Матрица весовых нагрузок (А) определяется из уравнения
A = U•λ^1/2,
где U - матрица собственных векторов,
λ - матрица собственных значений корреляционной матрицы.

По полученной матрице весовых нагрузок и исходной матрице Z находятся значения факторов для каждого индивидуума:
Z_ij=a_ilр_lj+a_iaр_2j+...+a_irр_rj, где
Z_ij - элемент матрицы нормированных данных;
a_ij - элемент матрицы весовых нагрузок;
P_ij - искомые значения факторов (i- факторы, j -индивидуумы).

Типичные факторные диаграммы для здоровых людей приведены на фиг. 2.

Для больных с определенным заболеванием также формируется матрица исходных данных. Набор измеряемых параметров должен быть тем же самым, что и в группе здоровых людей (см. табл.2). Факторные диаграммы для каждого заболевания получают по формуле, в которую входят факторные нагрузки, вычисленные для группы здоровых людей, и в качестве Z_ij рассматриваются отнесенные к корню из дисперсии отклонения параметров больных от математического ожидания, вычисленного по группе здоровых людей.

В результате получаются факторные диаграммы для данного заболевания, которая в дальнейшем может быть использована как эталон. Подобные операции производятся для ряда заболеваний и для различных степеней одного и того же заболевания. Таким образом создается банк данных для последующей диагностики. Таблица 4 содержит значения факторов для различных заболеваний, полученные в результате обработки статистических данных указанным способом, которые могут служить эталонными значениями. При проверке способа в качестве исходных данных использовались также данные из монографии (Власов Ю. А., Окунева Г. Н., Кровообращение и газообмен человека. Новосибирск, Наука, Сиб. Отд-ние, 1992, 319 с.).

Пример 2. Метод был опробован на клинических данных. В таблице 3 приведены значения параметров для четырех диагностируемых больных. Используя банк данных и применяя факторный анализ, возможно проведение дифференциальной диагностики заболеваний, так для первого больного было установлено, что он является практически здоровым с точки зрения кардиологии, для второго был поставлен диагноз митральный стеноз начальной степени, для третьего - митральный стеноз третьей степени, для четвертого - митральный стеноз пятой степени. Поставленные диагнозы подтвердились при дальнейших клинических исследованиях.

Способ может быть использован в медицине, а именно в области кардиологии. Параметры: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, потребление кислорода, максимальная вентиляция легких, коэффициент использования кислорода, пульс, жизненная емкость легких, дыхательный пульс, кислородный пульс снимают у нескольких групп людей (здоровые люди, больные с аортальным стенозом, больные митральным стенозом 1-ой степени, больные митральным стенозом 2-ой степени, больные митральным стенозом 3-ей степени и т. д. для всех типов патологии, которые предполагается определять). Из полученных данных формируют матрицы, которые обрабатывают методом факторного анализа. В результате получают по группе здоровых людей матрицу весовых нагрузок, показывающую степень значимости каждого из параметров, а по каждой из групп больных людей факторные диаграммы, характеризующие каждое заболевание и степень его тяжести. Эти факторные диаграммы в дальнейшем используются в качестве эталона для сравнения с факторными диаграммами диагностируемого больного. Заболевание диагностируют в случае совпадения факторной диаграммы больного с факторной диаграммой, построенной по группам больных с заранее известным типом заболевания. Способ позволяет быстро выявить тип и степень патологии при лечении кардиозаболеваний. 3 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.

1. Способ диагностики функционального состояния кардиосистемы, основанный на подборе группы "здоровых" и группы "больных" людей и измерении у них параметров, характеризующих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы организма с последующей обработкой этих данных и сопоставлении их с данными диагностируемого больного, отличающийся тем, что выбирают несколько групп больных с установленным ранее диагнозом с различными заболеваниями, различной степенью тяжести одного и того же заболевания, различного возраста и поля, причем каждую группу формируют из больных с одинаковым заболеванием и степенью тяжести, у каждого человека из группы здоровых и группы больных людей определяют параметры, характеризующие состояние сердечно-сосудистой и легочной системы, полученные данные обрабатывают методом факторного анализа, с помощью которого формируют матрицу весовых нагрузок, выделяют наиболее значимые диагностические параметры, создают факторные диаграммы для группы здоровых людей и для каждого заболевания, которые используют в качестве эталона при сравнении с факторной диаграммой диагностируемого больного, у которого предварительно определяют значения исходных параметров и проводят их факторный анализ, и о наличии заболевания судят по отклонению величины значения факторов от 1. 2. Способ диагностики по п.1, отличающийся тем, что митральный стеноз 1-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -1,6 до -1,4 и 8-го фактора от -1,3 до -1,1, митральный стеноз 2-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2 до -1,6 и 8-го фактора от -1,8 до -1,6, митральный стеноз 3-ей степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2,3 до -2, и 8-го фактора от -2,0 до -1,8, митральный стеноз 5-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2,7 до -2,5 и 8-го фактора от -2,2 до -2,0. 3. Способ диагностики по п.1, отличающийся тем, что для формирования эталонных факторных диаграмм у каждого человека в группе определяют 7-10 параметров из ряда: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, потребление кислорода, максимальная вентиляция легких, коэффициент использования кислорода, пульс, жизненная емкость легких, дыхательный пульс, кислородный пульс, причем формируют группы по 20-50 человек в возрастном диапазоне от 20 до 40 лет, отдельно здоровых мужчин и здоровых женщин, больных мужчин и больных женщин с одинаковой известной степенью заболевания. 4. Способ диагностики по п.1, отличающийся тем, что факторную диаграмму диагностируемого больного формируют путем подстановки в факторные выражения нормированных отклонений параметров диагностируемого больного от среднестатистических показателей группы здоровых.