СПОСОБ РАННЕЙ КАРДИОДИАГНОСТИКИ Российский патент 2001 года по МПК A61B5/02 

Описание патента на изобретение RU2176472C2

Изобретение относится к области медицины, в частности к функциональной диагностике на основе электрокардиограмм (ЭКГ).

Известен способ функциональной диагностики на основе регистрации биоэлектрических потенциалов сердечной мышцы в так называемых стандартных отведениях (см., например, В.Н. Орлов "Руководство по электрокардиографии", М., Медицина, 1984, г. стр. 58-60 "Методика снятия электрокардиограмм", стр. 82-83 "Нормальный синусовый ритм" - аналог). В способе-аналоге осуществляют регистрацию ЭКГ при постоянном калибровочном сигнале и постоянной скорости протяжки бумажной ленты (миллиметровки), а патологию выявляют путем визуального анализа совокупности параметров синусовой ритмики сердца и взаимного положения информативных параметров на миллиметровке.

Недостатками известного аналога являются:
- ограниченная точность регистрации сигнала и как следствие недостаточная достоверность метода;
- ненаглядность отображения, трудность одновременного оперативного визуального анализа нескольких информативных параметров;
- невозможность выявления скрытой динамики ранней патологии.

В технике при диагностировании объектов широко используют математические процедуры обработки функций электрических эхо-сигналов. Наибольшее распространение получили математические методы разложения функций сигналов в дискретные либо непрерывные ряды.

Известны разложения функций в степенные либо ортогональные ряды Тейлора, Маклорена, Фурье и т.д. При этом коэффициенты разложения функций в ряд могут иметь какой-либо физический или наглядный смыл.

Ближайшим аналогом является способ, описанный в пат. РФ N 2100958, кл. A 61 B 5/02, 1996 г.

В известном способе регистрируют от нескольких сотен до нескольких тысяч RR-интервалов ЭКГ в стандартном отведении, вычисляют по стандартным формулам статистические характеристики: среднее, дисперсию, асимметрию, эксцесс, с помощью цепей Маркова вычисляют вероятность P-динамики изменения длительности RR-интервалов, формируют код ритмограмм в виде последовательности вычисленных статистических характеристик и P, сравнивают ближайший код обследуемого с кодом ритмограмм здоровых людей, по величине эвклидова расстояния вычисляют распознающую функцию и по ее табличным значениям судят о наличии патологии, в частности злокачественного образования.

К недостаткам известного способа можно отнести:
- неадекватность используемой модели измеряемому физическому процессу; измеряется динамический процесс сердечного ритма, а строится статистическая модель;
- невозможность обнаружения по статистической модели динамики скрытых патологий на ранней стадии диагностирования.

Технический результат заявленного способа заключается в повышении чувствительности и достоверности обнаружения скрытой динамики патологических отклонений на раннем этапе диагностического обследования.

Заявленный результат достигается тем, что в способе ранней кардиодиагностики, включающем запись биопотенциалов сердечного ритма в стандартных отведениях, оцифровку зарегистрированной ритмограммы, ее обработку, вычисление статистических параметров и сравнение их с полученными из ритмограмм здоровых пациентов, запись биопотенциалов сердечного ритма осуществляют с темпом до 500 измерений в секунду, а оцифровку ритмограммы - не менее чем в 16- разрядной шкале квантования по амплитуде, представляют полученную цифровую последовательность в виде степенного рекуррентного ряда с числом коэффициентов разложения не менее 30, а статистические параметры вычисляют в виде коэффициентов рекуррентного ряда из условия минимального среднеквадратического отклонения от исходной последовательности, после чего из этих коэффициентов формируют диагностическую матрицу пациента, которую сравнивают с эталонной матрицей здоровых пациентов и диагностируют кардиопатологию при отклонении хотя бы одного коэффициента от установленного порогового уровня.

Совокупность введенных операций позволила реализовать такие новые качественные свойства способа как:
- высокую чувствительность метода диагностирования к скрытой патологии;
- статистическую устойчивость результатов;
- ясный физический смысл коэффициентов разложения и их наглядное отображение в виде "смещенной улитки Паскаля".

Анализ известных технических решений в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, совпадающих с существенными признаками заявленного технического решения и о соответствии последнего критерию "изобретательский уровень".

Техническая сущность изобретения заключается в следующем.

Существующие методы диагностирования на основе зарегистрированных ЭКГ базируются на анализе статистических параметров: ширины временных интервалов синусового ритма, амплитуды, взаимного положения в цикле. Скрытая информация о динамике патологического процесса на его ранней стадии может быть извлечена из электрического сигнала сердечного ритма, если математическими процедурами вычислять производные высших порядков от анализируемых функций. Для этого функция синусового ритма регистрируют в виде цифровой последовательности данных, обеспечивающих их последующий ввод и обработку на ПЭВМ. Чтобы производные высших порядков были значимы, а сам метод обладал высокой чувствительностью к малейшим отклонениям, темп измерений выбирают на два порядка выше частоты сердечного ритма, а шкалу амплитуд сигнала квантуют с точностью 16-го разряда. Широкий диапазон шкалы квантования амплитуды сигнала обеспечивает значимые конечные разности до 30-го коэффициента разложения.

Функционирование исследуемой системы в дискретном времени представляют феноменологическим рекуррентным уравнением.

Для имеющихся данных наблюдений λк= λ(tк), k = 1...N строится приближение феноменологическим уравнением вида
Δk= f(λk-1k-2,...λk-η), (1)
где f, η заранее неизвестны f∈Φ,k>η,η<N. Требуется найти такие f, η, чтобы минимизировать величину

Будем считать Φ классом степенных полиномов, причем

где q1...qv есть сочетания из q1...qv.

Количество коэффициентов {a}-Cηη+v

. Они находятся из условия

где η, v заранее выбраны, η называют порядком (связностью), v - степенью полинома.

Для этого решается следующая система:

Вычисление коэффициентов {a} по измерениям исходного процесса реализуется программным методом. Программа реализована на ПЭВМ IBM PC/AT 486/487, комплекс специализированных программ OC. Windows (98). Модуль программы, в котором содержатся функции, вычисляющие коэффициенты {a} и приближение λk, написан на стандартном языке Pascal и содержит три ключевые подпрограммы: Fill Matz - заполнение матрицы системы (5), Solve - решение системы (5) методом Гаусса, FillMas - регистрация приближения λk по формуле (I).

Текст модуля программы дается в примере реализации.

На фиг. 1 представлен график зависимости среднеквадратического отклонения рекуррентного ряда от исходной последовательности в функции от числа коэффициентов разложения η. Из графика следует, что связность уравнения следует выбирать порядка η = 30. При этом σ2(η=30)/σ2(η=100) = 1,04 ≈ 1, т.е. дальнейшее увеличение связности η не дает существенного повышения точности, но значительно увеличивает объем вычислений. На фиг. 2, фиг. 3 воспроизведены соответственно исходная последовательность зарегистрированных данных сердечного ритма и его регенерированное приближение (рекурентная функция). Для последовательности зарегистрированных данных, рассмотренной в примере реализации, получена диагностическая матрица коэффициентов (см. в конце описания).

Аналогичную матрицу при тех же начальных условиях регистрации ЭКГ рассчитывают для представительной выборки здоровых пациентов. После статистического усреднения такую матрицу принимают "эталонной медицинской", с которой сравнивают текущие матрицы пациентов.

Заявляемый способ может быть реализован на базе устройства по схеме фиг. 4. Функциональная схема устройства фиг. 4 содержит датчики стандартных отведений 1, подключенных к кардиографу 2, с записью цифрового потока синусового ритма на лазерном диске 3. Зарегистрированный массив данных с лазерного диска 3 вводится в ПЭВМ 4 типа IBM PC/AT 486/487 в комплекте процессор-вычислитель 5, оперативное ЗУ 6, винчестер 7, клавиатура 8, дисплей 9, принтер 10. Требуемая емкость оперативного ЗУ не менее 8 МБ. Кардиограф типа "Cardiag-128,1", фирма METE, Ч.Р.

Специализированное программное обеспечение OC Windows (98) предварительно записывают на винчестер 7. Сервисные программы расчетов по операциям заявленного способа в виде самостоятельных файлов также размещают на винчестере. Реальной обработке подвергались оцифрованные электрокардиограммы длиной 217 измерений с темпом 200 измерений в сек, полученные в Научном Центре сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н. Бакулева. Данные были подвергнуты предварительной частотной фильтрации от частоты 50 Гц сети переменного тока. Разложение исходной последовательности в рекуррентный ряд и вычисление диагностических коэффициентов {а} реализовано программным методом. Программный модуль (см. в конце описания) написан на языке Pascal. Использованы следующие обозначения:
n - число точек измерений минус 1 (массивы нумеруются с 0);
LNat - массив измерений λk;
Lmod - массив приближения Λk;
A - массив коэффициентов {а};
МА - матрица системы (5);
МС - вспомогательная матрица;
Sigma - σ2;
V - текущая степень полинома v;
Eta - текущая связность η;
mN - количество коэффициентов {а} минус 1 (т.е. Cηη+v

-1 ), используемых при текущем расчете.

На фиг. 5 представлена визуализированная зависимость между коэффициентами λkk-1, при K ---> var для регенерированного процесса путем программного решения рекуррентного уравнения по приведенным процедурам.

Дальнейшая обработка коэффициентов включает следующие этапы:
Получают коэффициенты для некоторого числа (как можно большего) здоровых пациентов при η = 30.

Для каждого коэффициента аi:
- Находят медианное среднее для аi по всем пациентам где P - число пациентов.

- Для всех отклонений вида = аi - Amed находят раздельно

- Получают первые границы

- Для пациентов, выпадающих за первые границы, находят раздельно

Получают вторые границы

Получают диагностический критерий:
- если все коэффициенты пациента попадают в первые границы, то он считается здоровым;
- если существует коэффициент, попадающий между первыми и вторыми границами, то считается возможным наличие отклонений в работе сердца,
- если существует коэффициент, выпадающий за вторые границы, то считается установленным наличие отклонений в работе сердца.

При таком методе некоторые из считающихся ранее здоровыми пациенты могут быть признаны больными. Это объясняется тем, что вычисляется не арифметическое среднее, а медианное, которое оберегает среднее значение от воздействия аномальных выбросов. Таким образом, метод позволяет выявить больных и среди тех считавшихся ранее здоровыми пациентов, которые участвовали в вычислении границ.

Похожие патенты RU2176472C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ РАННЕЙ ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ 2010
  • Давыдов Вячеслав Федорович
  • Новоселов Олег Николаевич
  • Батырев Юрий Павлович
  • Афанасьева Виктория Викторовна
  • Кузьмин Дмитрий Александрович
RU2436291C1
Способ прогнозирования риска развития пароксизма у больных с пароксизмальной формой фибрилляции предсердий на фоне профилактической антиаритмической терапии 2018
  • Рыбакова Татьяна Алексеевна
  • Столярова Вера Владимировна
RU2696430C1
СПОСОБ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СУТОЧНОЙ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА 2016
  • Соболев Александр Владимирович
  • Рябыкина Галина Владимировна
  • Кожемякина Елена Шамилевна
RU2614886C1
СПОСОБ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ 2010
  • Андреев Владимир Григорьевич
  • Коновалов Евгений Виленович
  • Кошелев Виталий Иванович
  • Кирьяков Александр Александрович
RU2442529C1
СПОСОБ ОЦЕНКИ ДИАГНОСТИКИ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА 1999
  • Гриднев В.И.
  • Моржаков А.А.
  • Довгалевский П.Я.
  • Котельникова Е.В.
RU2153843C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ СЕТЬЮ СЕЙСМОСТАНЦИЙ 2011
  • Бондур Валерий Григорьевич
  • Давыдов Вячеслав Фёдорович
  • Корольков Анатолий Владимирович
  • Афанасьева Виктория Викторовна
RU2463631C1
СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА 2010
  • Ледовской Сергей Михайлович
  • Щербаченко Григорий Евгеньевич
  • Щигленко Наталья Александровна
  • Малыгин Александр Вячеславович
RU2442531C2
СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ВЕГЕТАТИВНОГО БАЛАНСА У БОЛЬНЫХ С ОСТРЫМ ИНФАРКТОМ МИОКАРДА 2002
  • Болдуева С.А.
  • Суворов Н.Б.
  • Карпов И.А.
  • Фролова Н.Л.
  • Шабров А.В.
RU2249427C2
СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ВЕГЕТАТИВНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ЧЕЛОВЕКА ПО СЕРДЕЧНОМУ РИТМУ 2020
  • Иляхинский Александр Владимирович
  • Мухина Ирина Васильевна
  • Леванов Владимир Михайлович
  • Пахомов Павел Александрович
RU2768446C2
СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ПОСТКОВИДНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА ПО КАРДИОРИТМОГРАММЕ 2021
  • Полевая Софья Александровна
  • Стасенко Сергей Викторович
  • Парин Сергей Борисович
  • Еремин Евгений Викторович
  • Заречнова Наталья Владимировна
  • Циркова Мария Михайлована
  • Пермяков Сергей Александрович
RU2779697C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 176 472 C2

Реферат патента 2001 года СПОСОБ РАННЕЙ КАРДИОДИАГНОСТИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике на основе электрокардиограмм. Способ позволяет с высокой достоверностью определять информацию о динамике патологического процесса на его ранней стадии, которую извлекают из электрического сигнала сердечного ритма, вычисляя при этом посредством математических процедур производные высших порядков анализируемых функций. Для этого функцию синусового ритма регистрируют в виде цифровой последовательности данных, обеспечивающих их последующий ввод и обработку на ПЭВМ. Чтобы производные высших порядков были значимы, а сам метод обладал высокой чувствительностью к малейшим отклонениям, темп измерений выбирают на два порядка выше частоты сердечного ритма, а шкалу амплитуд сигнала квантуют с точностью 16-го разряда. Функционирование исследуемой системы в дискретном времени представляют феноменологическим рекуррентным управлением. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 176 472 C2

Способ ранней кардиодиагностики, включающий запись потенциалов сердечного ритма в стандартных отведениях, оцифровку полученной ритмограммы, ее обработку, вычисление статистических параметров и сравнение их с полученными из ритмограмм здоровых пациентов, отличающийся тем, что запись биопотенциалов сердечного ритма осуществляют с темпом до 500 измерений в секунду, а оцифровку ритмограммы - не менее чем в 16-разрядной шкале квантования по амплитуде, представляют полученную цифровую последовательность в виде степенного рекуррентного ряда с числом коэффициентов разложения не менее 30, а статистические параметры вычисляют в виде коэффициентов рекуррентного ряда из условия минимального среднеквадратического отклонения от исходной последовательности, после чего из этих коэффициентов формируют диагностическую матрицу пациента, которую сравнивают с эталонной матрицей здоровых пациентов и диагностируют кардиопатологию при отклонении хотя бы одного коэффициента от установленного порогового уровня.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2176472C2

СПОСОБ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ 1995
  • Дзюба Константин Владимирович
  • Говоров Валентин Евгеньевич
RU2100958C1
СПОСОБ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1997
  • Громов А.И.
  • Данилов А.Д.
  • Дмитриев И.А.
  • Затепякин Ю.С.
RU2128004C1

RU 2 176 472 C2

Авторы

Новоселов О.Н.

Давыдов В.Ф.

Щербаков А.С.

Шкардун А.П.

Пахомова Е.Е.

Даты

2001-12-10Публикация

1999-04-20Подача