СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕГУЛЯЦИИ МИКРОЦИРКУЛЯТОРНОГО РУСЛА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2008 года по МПК A61B5/26 

Изобретение относится к медицине, а точнее к ангиологии, нормальной физиологии, патологической физиологии.

Одним из неинвазивных методов оценки скорости микроциркуляции во времени является лазерная доплеровская флоуметрия (ЛДФ). Принцип метода основан на использовании доплеровского эффекта лазера и состоит в изменении длины волны лазерного излучения, которое возникает в результате отражения от движущихся эритроцитов. Это дает возможность проводить измерение величины перфузии тканей кровью, то есть потока эритроцитов в единицу времени через единицу объема ткани (измерение осуществляется примерно в 1-1,5 мм³ ткани). Изменения интенсивности кровотока обусловлены различными колебательными процессами в системе микроциркуляции и различными ее расстройствами, связанными как с нервной, так и гуморальной регуляцией состояния артериол, венул и капилляров (First International Scientific Teleconference "New Technology in Medicine" В.В.Сидоров, А.И.Крупаткин. Диагностические возможности метода лазерной допплеровской флоуметрии // С.95-96).

Можно выделить три подхода к оценке ЛДФ. В основу первого положены статистические показатели (Балаболкин М.И. Использование лазерного доплеровского расходомера в целях ранней диагностики диабетических микроангиопатий / М.И.Балаболкин, Г.Г.Мамаева, Е.А.Трошина // Проблемы эндокринологии. - 1994. - №6. - С.19-20, Применение лазерной флоуметрии и дуплексного сканирования в исследовании кожного кровообращения. С.В.Филин, В.Г.Лелюк, Н.М.Надежина // Методология флоуметрии, Вып.4, 2000 г., стр.41-63), в основу второго - анализ трендов (Возможность неинвазивного и интраоперационного использования лазерной доплеровской флоуметрии у больных с критической ишемией нижних конечностей // Буров Ю.А., Микульская Е.Г., Михайлов Б.И., Москаленко А.Н. Методология флоуметрии, 1997 г., стр.81-92), в основу третьего - спектральные оценки в основном с использованием преобразования Фурье (Прогнозирование риска ишемии левой половины ободочной кишки при реконструкции брюшной аорты и ее ветвей // Ю.И.Казаков, В.В.Бобков. Методология флоуметрии, 1999 г., стр.109-121).

Недостатком статистических оценок является усреднение полученных результатов на всем исследуемом отрезке времени.

При анализе трендов, используемых, как правило, при оценивании функциональных проб анализируется угол наклона тренда длительность изменения кровотока. К недостаткам этих методов следует отнести трудности в оценке волновой структуры ЛДФ, что в конечном итоге не позволяет определить изменение периодической активности сфинктеров микроциркуляторного русла, расположенных в артериолах и прекапиллярах.

Применение спектральных методов, в частности преобразование Фурье, как в варианте быстрого преобразования Фурье (БПФ), так и в оконном преобразовании Фурье дает усредненную картину по всему времени исследуемого сигнала.

Известно также оконное (коротковременное) преобразование Фурье. Однако оконное преобразование Фурье имеет одно и то же разрешение по времени и частоте для всех точек плоскости преобразования (Н.М.Астафьева. Успехи физических наук. Т.166, №11, 1996 г., с.1145-1170, с.1150), что делает этот метод математического анализа малоинформативным для изучения временной динамики скоростных показателей микроциркуляции при переходных процессах и, следовательно, и при изучении вегетативных влияний на микроциркуляторное русло новорожденных детей.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение оценки состояния вегетативной регуляции скоростных показателей кровотока в микроциркулярном русле человека.

Технический результат заключается в увеличении точности и информативности способа исследования скоростных показателей кровотока в микроциркулярном русле человека.

Технический результат достигается тем, что способ исследования регуляции микроциркуляторного русла человека включает регистрацию скоростных показателей микроциркуляции крови методом лазерной доплеровской флоуметрии, спектральный анализ полученной флоуграммы методом непрерывного вейвлет-преобразования, включающим определение мощности частоты кардиоинтервалограммы а в момент времени b по формуле

где W(a,b) - коэффициент вейвлетного преобразования; f(t) - анализируемая функция; ψ((t-b)/a) - анализирующий вейвлет;

построение на основе вейвлетных коэффициентов скейлограмм на отрезке [b_i,b_j] по формуле

где i, j<N, j>i, V(a_l) - скейлограмма сигнала; N - количество коэффициентов; a_l - масштаб вейвлетного преобразования;

выделение на скейлограммах физиологически значимых частотных диапазонов как расстояний между соседними локальными минимумами на кривой скейлограммы по формуле

где Δа - физиологически значимый диапазон, а_m, a_n - соседние локальные минимумы на кривой скейлограммы;

определение значения вейвлетной плотности мощности U в каждом из частотных диапазонов Δa=[а_m,a_n] по формуле

определение изменения вейвлетной плотности мощности во времени как U(t);

определение изменения частотных диапазонов во времени как Δa(t);

определение значения удельной вейвлетной плотности мощности U' во времени по формуле

которая отражает динамику изменения тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС на коротких промежутках времени.

Скейлограммы («энергетические» диаграммы) строятся на основе матрицы вейвлет-коэффициентов, заданные как среднее квадратов коэффициентов W(a,b) при фиксированном параметре а на отрезке [b_i,b_j]. Являясь функцией масштаба, скейлограмма отражает ту же информацию, что и спектральная плотность мощности Фурье, являющаяся функцией от частоты. Как известно, вейвлет-преобразование имеет преимущество, прежде всего, за счет свойства частотно-временной локализации вейвлетов. Вейвлет-преобразование, представляющее собой временную развертку спектра, позволяет получить и более локализованную во времени энергетическую информацию. Энергетические диаграммы (скейлограммы) строятся на кратковременных (порядка 2-3 секунд) отрезках, что позволяет отслеживать временную динамику процесса.

На скейлограммах выделяют локальные спектры и физиологически значимые частотные диапазоны Δа, которые рассчитывают исходя из расстояний между локальными минимумами а_m, a_n, связанными с различными типами механизмов регуляции ВСР человека. При этом при выявлении трех наиболее значимых диапазонов определяются два наиболее выраженных минимума, при четырех - три и т.д.

Суммарное значение вейвлетной плотности мощности U отражает суммарную активность нервного центра и определяется в каждом из частотных диапазонов Δa=[a_m,a_n].

Удельная вейвлетная плотность мощности U' характеризует удельную выраженность активного нервного центра и отражает процессы оптимизации частоты сердечных сокращений. Выделение физиологически значимых диапазонов между локальными минимумами на кривой скейлограммы, связанных с различными типами механизмов регуляции капиллярного кровотока, и оценка данного параметра позволяют выявить даже слабые по силе воздействия вегетативной нервной системы на капиллярный кровоток на различных этапах онтогенеза, в норме и патологии как в покое, так и при переходных процессах, что качественным образом повышает информативность и точность способа оценки вариабельности сердечного ритма человека. Оценка динамики данного параметра во времени позволяет описать динамику изменения тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС в покое на коротких промежутках времени.

На фиг.1 показаны скейлограммы (локальные вейвлетные спектры) трех разных участков кривой лазерной доплеровской флоуграммы пациента В.

На фиг.2 показана вейвлет-диаграмма кривой лазерной доплеровской флоуметрии. По оси абсцисс - время, по оси ординат - масштаб (величина обратная частоте). Светло-серые участки соответствуют максимумам, темно-серые - минимумам. Серая линия соответствует частотной границе между и диапазонами.

Клинический пример.

Испытуемый В. 3 года. Регистрация лазерной доплеровской флоуграммы осуществлялась в положении сидя, в покое, показатели спектрального анализа по Фурье: низкочастотный диапазон 4564343 мс/Гц², среднечастотный диапазон 6574830 мс/Гц² высокочастотный диапазон 5433676 мс/Гц².

Вейвлет-преобразование: непрерывное вейвлет-преобразование, вейвлет morlet, максимальный масштаб 120, временное усреднение при построении скейлограмм 1 секунда (10 отсчетов). Результаты эксперимента приведены на фиг.1, 2. Значения ВПМ рассчитываются в частотных диапазонах между минимумами на каждой скейлограмме.

Из данных, приведенных на фиг.1, видно, что частоты локальных максимумов и локальных минимумов постоянно изменяются и, следовательно, константная граница частотных диапазонов не отражает истинные характеристики процесса.

На фиг.2 видно, что при проведении разделения частотных диапазонов согласно предложенному изобретению диапазоны не постоянны, а изменяются в достаточно широких пределах.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, ангиологии, нормальной физиологии, патологической физиологии. Осуществляют регистрацию скоростных показателей микроциркуляции крови методом лазерной доплеровской флоуметрии. Проводят спектральный анализ полученной флоуграммы методом непрерывного вейвлет-преобразования, включающим определение мощности частоты кардиоинтервалограммы а в момент времени b по формуле:

где W(a,b) - коэффициент вейвлетного преобразования; f(t) - анализируемая функция; ψ(((t-b)/a) - анализирующий вейвлет. Проводят построение на основе вейвлетных коэффициентов скейлограммы на отрезке [b_i,b_j] по формуле: где i, j<N, j>i, V(a₁) - скейлограмма сигнала; N - количество коэффициентов; a₁ - масштаб вейвлетного преобразования. Выделяют на скейлограммах физиологически значимые частотные диапазоны как расстояния между соседними локальными минимумами на кривой скейлограммы по формуле: Δа=а_m-а_n, где Δа - физиологически значимый диапазон, а_m, а_n - соседние локальные минимумы на кривой скейлограммы. Определяют значения вейвлетной плотности мощности U в каждом из частотных диапазонов Δa=[a_m,a_n] по формуле:

затем определяют изменения вейвлетной плотности мощности во времени как U(t); и изменения частотных диапазонов во времени как Δa(t). Вычисляют значения удельной вейвлетной плотности мощности U′ во времени по формуле: U′=U(t)/Δa(t). Способ позволяет повысить информативность и точность оценки регуляции микроциркуляторного русла человека, за счет выделения физиологически значимых диапазонов между локальными минимумами на кривой скейлограммы, связанных с различными типами механизмов регуляции капиллярного кровотока, а также оценить динамику изменения тонуса симпатического и парасимпатического отделов ВНС в покое на коротких промежутках времени. 2 ил.

Способ исследования регуляции микроциркуляторного русла человека, заключающийся в том, что осуществляют регистрацию скоростных показателей микроциркуляции крови методом лазерной доплеровской флоуметрии, проводят спектральный анализ полученной флоуграммы методом непрерывного вейвлет-преобразования, включающим определение мощности частоты кардиоинтервалограммы а в момент времени b по формуле:

,

где W(a,b) - коэффициент вейвлетного преобразования; f(t) - анализируемая функция; ψ((t-b)/a) - анализирующий вейвлет;

строят на основе вейвлетных коэффициентов скейлограммы на отрезке [b_i,b_j] по формуле:

,

где i, j<N, j>i, V(a₁) - скейлограмма сигнала; N - количество коэффициентов; a₁ - масштаб вейвлетного преобразования;

выделяют на скейлограммах физиологически значимые частотные диапазоны как расстояния между соседними локальными минимумами на кривой скейлограммы по формуле:

Δа=а_m-а_n,

где Δа - физиологически значимый диапазон, а_m, а_n - соседние локальные минимумы на кривой скейлограммы;

определяют значения вейвлетной плотности мощности U в каждом из частотных диапазонов Δa=[a_m,a_n] по формуле:

,

определяют изменения вейвлетной плотности мощности во времени как U(t);

определяют изменения частотных диапазонов во времени как Δa(t);

определяют значения удельной вейвлетной плотности мощности U' во времени по формуле:

U′=U(t)/Δa(t).