СПОСОБ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2011 года по МПК A61B5/11 A61B5/103 A61N5/06 

Изобретение относится к медицине, а именно к гигиене, и может быть использовано для интегральной оценки состояния человека при выявлении отклонений от нормы во время проведении скрининг-обследований детей, подростков и взрослых, в том числе при массовых медицинских осмотрах, с последующим формировании групп риска, обоснованием дифференцированных профилактических и оздоровительных мероприятий и оценкой их эффективности на основе дистанционной регистрации и вычисления количественных характеристик перемещения центра тяжести тела и ритма сердца, параметры которых определяются с помощью радиолокационного метода. Параметры функции равновесия, оцениваемые по данным траектории проекции центра тяжести человека на горизонтальную плоскость, и параметры ритма сердца являются интегральными индикаторами функционирования организма в связи с тем, что отражают влияние многих эндогенных и экзогенных факторов, действующих на организм в процессе его жизнедеятельности.

При этом устройство - доплеровский локатор для реализации способа, позволяет одновременно в одном луче получать данные о траектории проекции центра тяжести тела человека и его мгновенном ритме сердца. Геометрическая интерпретация фрактальных параметров β позволила обозначить на фазовой плоскости области, соответствующие нормальному состоянию организма человека, слабовыраженному и выраженному отклонениям от него.

Уровень техники в области, к которой относится изобретение, включает следующие решения:

1. Способ регистрации артериального пульса и частоты дыхания и устройство для его осуществления, который позволяет дистанционно определять параметры артериального пульса с одновременной регистрацией кривой дыхательной экскурсии. Недостатком такого устройства является отсутствие в схеме устройства блока обработки сигнала на промежуточной частоте (работа по гомодинной схеме, то есть с одним генератором), что снижает точность измерения (патент №2053706, кл. А61В 5/02).

2. Способ оценки психофизиологического состояния пациента и устройство для доплеровской локации, который позволяет проводить терапевтическое воздействие на пациента КВЧ-облучением с одновременным исследованием психофизиологического состояния пациента. Недостатком такого устройства является работа устройства на одну антенну и отсутствие в схеме устройства блока усиления на промежуточной частоте, что снижает точность измерения (патент №2071718, кл. А61В 5/02).

3. Способ, описанный в авт.св. №2165733, кл. А61В 5/103, А61В 5/00, 1999 г. «СПОСОБ ОЦЕНКИ ОБЩЕГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЧЕЛОВЕКА». Изобретение относится к медицине и позволяет оценить функциональное состояние человека по интегральному показателю. Для этого тестирование проводят в несколько этапов с разной степенью сложности заданий по поддержанию вертикальной позы, моделирующих различное количество получаемой человеком информации. На каждом этапе тестирования измеряют и фиксируют траекторию движения центра давления человека на стабилографическую платформу. После чего анализируют траекторию движения центра давления (статокинезиограммы) путем векторного анализа. На оси координат статокинезиограммы точками отмечают вершины всех векторов, начала которых предварительно приводят в центр оси координат. Полученное облако значений векторов разделяется концентрическими кругами равной площади на несколько зон. Далее производится подсчет количества вершин векторов, попавших в каждую зону, подсчет относительной частоты вершин векторов в каждой зоне. Строится график кумулятивной зависимости относительной частоты вершин векторов в зоне порядкового номера зоны. Полученный график аппроксимируют по экспоненциальному закону f(n)=1-еλⁿ. При этом коэффициент λ принимают за показатель, характеризующий качество функции равновесия. Этот интегральный стабилографический показатель рассчитывается для каждого этапа теста. Чем больше значение коэффициента качества функции равновесия, тем лучше качество равновесия человека. Сравнивая полученные значения коэффициента качества функции равновесия с заранее заданными значениями или интервалом значений, делают вывод об общем функциональном состоянии человека. Способ позволяет определить уровень работоспособности, оценить функцию и объективизировать общее состояние пациента с различными заболеваниями.

Недостатками способа по авт.св. №2165733 являются сложность проведения тестирования и его анализа и отсутствие учета влияния собственных характеристик стабилоплатформы на результаты измерений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату аналогом является (авт.св. № RU (11) 2234852 (13) С2, от 2004.08.27 ) «Способ прогнозирования течения и исхода заболевания у пациентов в остром периоде ишемического инсульта», который после обработки временных рядов RR-кардиоинтервалов оценивает стандартное отклонение значений кардиоинтервалов, фрактальные показатели соответственно для центральной нервной системы (ЦНС) и вегетативной нервной системы (ВНС), а также потенциал самоорганизации системы.

Технический результат, на достижение которого направлено данное изобретение, заключается в повышении точности и достоверности прогнозирования течения и исхода заболевания у пациентов в остром периоде ишемического инсульта. Данный технический результат достигается тем, что в способе прогнозирования течения и исхода заболевания у пациентов в остром периоде ишемического инсульта оцениваются следующие интегральные параметры системной регуляции: 1(ЦНС), 2(ВНС) и U, где один из параметров - нормированное стандартное отклонение значений кардиоинтервалов, характеризующее напряжение стохастической компоненты гомеостаза организма и отражающее его энергоструктурные адаптационные затраты; 1,2-фрактальные показатели соответственно для центральной нервной системы (ЦНС) и вегетативной нервной системы (ВНС); U - потенциал самоорганизации системы (потенциал гомеостаза ЦНС).

Интегральная характеристика U позволяет определить меру риска снижения устойчивости исследуемой функциональной системы или, напротив, отражает тенденцию нормализации при адекватной терапии, при этом при значениях =1,0; 1<1,2<1,6; 0,85<U<1,0 прогноз благоприятен, а при значениях =0,6; 1,2=0,6 и U=0,85 прогнозируют ухудшение состояния, а при U=-0,6 критический порог, несовместимый с жизнью. Метод кардиоинтервалометрии основан на анализе частотно-временной и фрактальной структуры флуктуации RR-кардиоинтервала с использованием современных подходов клинической физиологии и теории нелинейных интерактивных систем.

Степень интегративных процессов в ЦНС и ВНС отражают 1,2-фрактальные показатели соответственно для ЦНС и ВНС, которые определяются с помощью метода Пенга. Функциональный оптимум регуляции гомеостаза системы достигается при значении этих параметров, равных 1,00. Физиологический диапазон, соответствующий нормальной адаптационной реакции: 1<<0,6 возникают процессы дезинтеграции, а затем и хаотизации системных связей, ведущие к нарушению существующей системной иерархии. При значениях >1,6 отмечается переход к режиму гиперинтеграции, который характеризуется ригидностью режимов регуляции. В обоих случаях система теряет адаптационную устойчивость, что является прогностически неблагоприятным фактором.

Таким образом, полученные результаты позволяют заключить, что показатели метода стохастической диагностики риска позволяют получить данные о динамике состояния еще до объективных изменений клинической симптоматики и прогнозировать возможный исход заболевания.

Цель изобретения - создание точного и достоверного способа интегральной оценки состояния человека, заключающегося в анализе фрактальных параметров траектории проекции центра тяжести на горизонтальную плоскость и фрактальных параметров ритмограммы сердца.

Фрактальный параметр траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость (β_ЦТ) находят путем аппроксимации спектра, полученного с помощью встроенной функции компьютерного математического пакета «Mathcad 14» по временной реализации траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость, полученной при натурном измерении траектории, степенной функцией вида f^(-β _ЦТ ⁾. Фрактальный параметр ритмограммы сердца (β_пульс) находят путем аппроксимации спектра ритмограммы, полученного с помощью встроенной функции компьютерного математического пакета «MathCad 14» по временной реализации ритмограммы сердца, полученной при натурном измерении, степенной функцией вида f^(-β _пульс ⁾. В обоих случаях аппроксимация спектров проводится методом градиентного спуска (компьютерный пакет «MathCad 14»).

Для определения фрактального параметра по спектру ритмограммы сердца используется та часть спектра ритмограммы, которая связана с управлением ритма сердца со стороны ЦНС. Этот диапазон соответствует частотам (0,004-0,04 Гц) [Баевский P.M.]. После аппроксимации спектра в этом диапазоне по описанному выше методу определяется фрактальный параметр β_пульс.

Для определения фрактального параметра по спектру траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость используется та часть спектра, которая связана с управлением функции равновесия со стороны ЦНС. Этот диапазон соответствует частотам (0,001-0,04 Гц). После аппроксимации спектра в этом диапазоне по описанному выше методу определяется фрактальный параметр β_ЦТ.

При этом оценку состояния организма проводят на фазовой плоскости по значениям фрактального параметра траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость и фрактального параметра ритмограммы сердца. Фрактальный параметр β получают путем анализа спектра изучаемого процесса. Полученные при обследовании результаты могут длительное время храниться в базе данных компьютера, что позволяет оперативно использовать их для анализа в любое время и наблюдать в динамике положительные или отрицательные изменения в состоянии организма человека, объективно оценивать эффективность проводимых профилактических и оздоровительных мероприятий.

После того, как фрактальные параметры определены по указанной методике для каждого из группы испытуемых, строится график фазовой плоскости с осями координат (β_ЦТ) и (β_пульс). При этом группа испытуемых разбивается на несколько подгрупп с предварительным диагнозом: нормальное состояние организма (без нарушения опорно-двигательного аппарата), слабовыраженное (нарушение осанки) и выраженное (деформация позвоночника) отклонение от него.

На графике фазовой плоскости в осях координат (β_ЦТ) и (β_пульс) наносятся точки, соответствующие рассчитанным значениям фрактальных параметров (β_ЦТ) и (β_пупьс) для каждого испытуемого. Нанесенные точки на фазовой плоскости группируются в определенной области двумерного фазового пространства в соответствии с состоянием здоровья испытуемых, при этом возможно пересечение этих областей.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что нормальному состоянию организма соответствует область на фазовой плоскости со следующими значениями фрактальных параметров: β_ЦТ=(0,9-1,0); β_пульс=(1,0-1,8);

слабовыраженному нарушению осанки соответствует область на фазовой плоскости со следующими значениями фрактальных параметров: β_ЦТ=(0,4-0,8); β_пульс=(1,0-2,2);

выраженной деформации позвоночника соответствует область на фазовой плоскости со следующими значениями фрактальных параметров: β_ЦТ=(0,55-1,25); β_пульс=(1,6-2,6).

Результаты проведенных экспериментов показали, что полученная оценка является интегральной, так как она включает в себя графический анализ взаимодействия двух важнейших систем организма, управляемых из одного центра - ЦНС: системы поддержания равновесия вертикальной позы и системы регуляции ритма сердца.

Окончательная оценка диагноза производится медицинским специалистом с учетом того, в какую область фазовой плоскости попала точка при проведении измерения.

Фрактальный параметр β отражает согласованность и иерархию функциональных связей гомеостаза. Оптимуму гомеостатической регуляции соответствует значение фрактального параметра β=1, который обеспечивается оптимумом фрактальности интеграции функциональных связей гомеостаза на всех уровнях его организации, исходя из обобщенного определения нормы здоровья как «биологического оптимума живой системы». Нарушение фрактальности системной самоорганизации (β≠1) приводит к дисбалансу кооперативных процессов ЦНС.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении точности и достоверности количественной оценки функционального состояния организма человека.

Данный способ существенно повышает точность обследования относительно существующих способов, сокращает его время и заметно расширяет возможности медицинских осмотров детского и взрослого населения.

Заявляемый способ удовлетворяет критерию «промышленная применимость», т.к. известны способы, выполняющие аналогичные заявляемому способу функции (патенты №№2000080, 2053706, 2116047), при этом задачи, решаемые в указанных патентах, отличаются от задач, решаемых в заявленном способе.

Способ осуществляется следующим образом:

1. Медицинская сестра вводит в компьютерную базу данных основные паспортные данные обследуемого.

2. Обследуемый, не раздеваясь, принимает свободную вертикальную позу.

3. С помощью лазерного прицела, имеющегося в устройстве, узкий луч радиолокатора направляют на поясничную область позвоночника на уровне 5-го поясничного позвонка.

4. Медицинский работник располагает радиолокационный датчик с антеннами на расстоянии 50 см - 1,0 м от облучаемого участка поверхности тела таким образом, чтобы пятнышко лазерного луча прицела находилось на остистом отростке 5-го поясничного позвонка, в области которого находится центр тяжести тела человека.

В качестве начала систем координат, связанных с телом, не всегда удобно брать центр масс тела: его положение довольно трудно определить, при изменении позы ОЦМ смещается и может даже выйти за пределы тела. Поэтому в качестве фиксированных антропометрических ориентиров, с которыми удобно связывать начало системы координат, разными авторами предлагались:

а) выход крестцового канала (между крестцовыми рогами), который легко пальпируется. Так как крестец является жестким образованием, система координат, начинающаяся в этой точке, хорошо ориентируется: вертикальная ось OY направлена вверх по крестцу, фронтальная OX - влево, сагиттальная ось OZ - вперед (Panjabietal., 1974);

б) вершина остистого отростка пятого поясничного позвонка (А.Н.Лапутин, 1976) - точка, весьма близко расположенная к центру масс тела человека, стоящего в обычной стойке. Так как тело человека не является неизменным твердым телом, а представляет собой систему подвижных звеньев, то положение ОЦТ будет определяться главным образом позой тела человека (т.е. взаимным относительным положением звеньев тела) и изменяться с изменением позы. Говоря об ОЦТ тела человека, следует иметь в виду не геометрическую точку, а некоторую область пространства, в которой эта точка перемещается. Это перемещение обусловлено процессами дыхания, кровообращения, пищеварения, мышечного тонуса и т.д., т.е. процессами, приводящими к постоянному смещению ОЦТ тела человека. Ориентировочно можно считать, что диаметр сферы, внутри которой происходит перемещение ОЦТ, в спокойном состоянии, составляет 10-20 мм.»

5. После указанных действий в течение 3-х минут проводится измерение, результаты которого автоматически заносятся в компьютерную базу данных.

Данные, которые заносятся в базу данных, состоят из дискретных значений (с частотой дискретизации 200 Гц) изменения дальности от неподвижной антенны радиолокатора до облучаемой площадки выбранного участка тела человека. Разрешающая способность радиолокатора по дальности составляет 1-2 микрометра. Поэтому с высокой точностью можно регистрировать как траекторию перемещения ЦТ в горизонтальной плоскости человека, стоящего в свободной вертикальной стойке, так и изменение диаметра подкожных сосудов при пульсовом кровенаполнении. По динамике диаметра кровеносных сосудов восстанавливается мгновенный ритм сердца.

6. С помощью типовых компьютерных программ спектральной обработки данных и аппроксимации спектра степенной функцией вида f^(-β) рассчитывают фрактальный параметр β_ЦТ траектории проекции центра тяжести человека и фрактальный параметр β_ритм ритма сердца и после измерений, проведенных на группе испытуемых, определяют на фазовой плоскости области, соответствующие нормальному состоянию организма (без нарушения опорно-двигательного аппарата), слабовыраженному (нарушение осанки) и выраженному (деформация позвоночника) отклонениям от него.

Примеры трендов ритма сердца и траектории проекции ЦТ в горизонтальной плоскости, их спектры, а также области на фазовой плоскости, соответствующие нормальному состоянию организма (пациент А: β_ЦТ=0,917; β_ритм=1,2), слабовыраженным (пациент Б: β_ЦТ=0,72; β_ритм=1,25) и выраженным отклонениям от него (пациент В: β_ЦТ=1,14; β_ритм=1,82 сколиоз 2-й степени) представлены на фиг.1-3.

Изобретение относится к области медицины, а именно к функциональной диагностике. Проводят фрактальный анализ параметров полученных траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость и параметров ритмограммы сердца с помощью радиолокационного датчика. Оценку состояния организма человека проводят на фазовой плоскости по значениям фрактального параметра траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость и фрактального параметра ритмограммы сердца. Способ расширяет арсенал средств для получения интегральной оценки состояния организма. 3 ил.

Способ интегральной оценки состояния организма человека, заключающийся во фрактальном анализе данных, полученных с помощью радиолокационного датчика, параметров траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость и фрактальных параметров ритмограммы сердца, отличающийся тем, что оценку состояния организма человека проводят на фазовой плоскости по значениям фрактального параметра траектории проекции центра тяжести тела на горизонтальную плоскость и фрактального параметра ритмограммы сердца.