СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СЕРДЦА Российский патент 2012 года по МПК A61B5/452 

Изобретение относится к области медицины, а именно к способу диагностики функционального состояния сердца, и может быть использовано в физиологических исследованиях организма человека, в кардиологии, спортивной медицине, а также в других областях медицины, использующих в качестве диагностического оборудования современные электрокардиографы, путем интеграции разработанного авторами соответствующего программного обеспечения в компьютерные электрокардиографы.

Известен способ диагностики функционального состояния органа, заключающийся в получении фазовых и энергетических характеристик и сравнении их внешнего вида с эталонными фазовыми портретами того же типа (см. патент СССР №1793899, кл. A61B 5/00, опубл. 07.02.1993 г.).

Однако данный способ характеризуется низкой достоверностью и оперативностью, так как анализируется только внешний вид хаотических колебаний ритмов сердца без количественной оценки их внутренних закономерностей.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому способу диагностики является способ контроля функционального состояния человека, включающий регистрацию электромагнитных волн возбуждения заданного органа или части человека, определение интервальных и амплитудных параметров этих волн, формирование их фазовой и энергетической характеристики и по мере изменения положения вектора фазовой характеристики, построение элементарных геометрических фигур перемещения данного вектора по фазовой плоскости и определение числа элементарных геометрических фигур каждого вида, по которым судят о состоянии человека (см. патент РФ №2288630, кл. A61B 5/00, от 22.06.2006 г.).

Недостатком известного способа является отсутствие нулевых значений приращения RR интервалов кардиоритма, отображаемых на хаосграмме как геометрическая фигура - «точка» и соответственно на диаграмме рейтингов элементарных геометрических фигур на оси абсцисс «N» - как «1», что существенно снижает качество оценки функционального состояния человека. Нулевое приращения RR интервалов кардиоритма говорит о степени изолированности сердца, т.е. отсутствии реагирования сердца на управляющие воздействия различных факторов, что равнозначно отсутствию регуляции (ОР).

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности и качества оценки функционального состояния человека, в том числе уровня допустимых нагрузок, путем определения критической плотности нулевых значений приращения RR интервалов кардиоритма, т.е. элементарных геометрических фигур - «точек» на хаосграмме.

Достигается это тем, что в способе контроля функционального состояния сердца согласно изобретению регистрируют кардиоритмограмму, определяют интервальные и амплитудные параметры, формируют их фазовые характеристики и по мере изменения положения вектора фазовой характеристики осуществляют построение элементарных геометрических фигур перемещения данного вектора по фазовой плоскости, причем из полученного построения элементарных геометрических фигур определяют количество геометрических фигур со сторонами «2», «3», «4», … «15», а также количество элементарных фигур «точка», отражающих нулевые приращения R-R кардиоинтервалов, отображая их на диаграмме рейтингов элементарных геометрических фигур как «1», при этом наличие паталогии определяют при значении числа вышеуказанных фигур больше 3% от общего числа фигур.

Сравнение предлагаемого способа с ближайшим аналогом позволяет судить о соответствии критерию «новизна», а отсутствие отличительных признаков в аналогах говорит о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Предварительные обследования, проведенные в Нижегородской медицинской академии (кафедра нормальной физиологии, кафедра гоститальной терапии), Нижегородской специализированной клинической кардиохирургической больнице, Нижегородском Центре Социальной Адаптации военнослужащих, Нижегородской наркологической поликлинике (подростковой наркологической больнице №3), а также тестирование спортсменов юношеской сборной РФ по футболу, футбольных клубов «Спартак-НН», «Волга», ХК «Торпедо» и спортсменов ряда других видов спорта, позволяют судить о возможности широкого использования способа.

На Фиг.1 представлена исходная кардиоритмограмма волонтера и получаемая хаосграмма (Фиг.2) после обработки кардиоритмограммы с помощью разработанных программных средств.

На Фиг.3 - Фиг.12 отображено функциональное состояние различных обследованных лиц, а на Фиг.13-14 представлены диаграммы рейтингов хаосграммы одного волонтера, но полученные при измерениях методом, описанным в прототипе, и заявляемым методом.

Способ контроля функционального состояния сердца, подобно известному способу, взятому за прототип, включает регистрацию электромагнитных волн возбуждения такого органа человека, как сердце, а именно кардиоритмограмму сердца, определение интервальных и амплитудных параметров этих волн, формирование их фазовой характеристики, и по мере изменения положения вектора фазовой характеристики осуществляют построение элементарных геометрических фигур перемещения данного вектора по фазовой плоскости (хаосграммы).

Для выполнения вышеуказанных операций может быть использован стандартный способ, описанный в прототипе.

Следует отметить, что каждая элементарная геометрическая фигура по существу представляет собой элементарную информационную (нелинейную) волну, т.к. она несет информацию о динамических (управляющих) характеристиках работы сердца человека. Ритмограмма (Фиг.1) представляет собой график RR интервалов - изменение RR интервалов в зависимости от времени. Для анализа временных отрезков используют Фурье анализ - разложение сложного колебания на сумму простых или гармонических колебаний. Однако этот способ является достаточно грубым приближением для живого организма, в котором ритмические колебания в основном изменяются по законам нелинейной динамики, так как на работу сердца влияет огромное количество различных факторов. Поэтому нами используется геометрический способ нахождения волновой структуры деятельности сердца. Для этого ритмограмма представляется на фазовой плоскости в виде двумерного пространства, по вертикальной оси которого откладывают приращение кардиоинтервалов (или скорость их изменения), а по горизонтальной оси - последовательность кардиоинтервалов из ритмограммы. Берется первый RR интервал, затем второй, третий и т.д., а соответствующие точки, т.е. значения приращений, соединяются в непрерывную линию, образуя ломаную линию - хаосграмму (фиг.2).

Из хаосграммы программным способом выделяются элементарные геометрические фигуры, которые отображают собой отдельные колебания. Элементарная геометрическая фигура строится на фазовой плоскости как ломаная линия до пересечения самой с собой. Таким образом, на хаосграмме получаем множество элементарных геометрических фигур - отдельные точки, отрезки прямой линии, треугольники, четырехугольники и т.д. Соотношение количества полученных фигур затем демонстрируется при помощи построения диаграммы рейтингов (Фиг.4), где по оси абсцисс (N) отмечаются элементарные геометрические фигуры хаосграммы с соответствующим количеством точек (1 - «точка», 2 - «отрезок прямой линии», 3 - «треугольник», 4 - «четырехугольник» и т.д.), а по оси ординат - % соотношение (или количество) геометрических фигур с таким количеством точек.

Эти элементарные геометрические фигуры с физиологической точки зрения - реальные биоритмы или нелинейные волны, которые отражают деятельность сердца, а совокупность данных фигур, выраженная на диаграмме рейтингов геометрических фигур как N1, N2, N3 и т.д., позволяет выявлять ряд физиологических параметров организма человека.

Результаты сравнения двух способов обработки ритма сердца на основе патента №2288630 (способ №1) и с помощью усовершенствованного способа с нулевыми приращениями RR интервалов (способ №2) отображены на диаграмме рейтингов геометрических фигур на Фиг.13 и Фиг.14 соответственно.

В таблице №1 приведены данные, полученные у волонтера «С» спортивной команды «X» разными способами.

Таблица №1 Параметры геометрического анализа хаосграммы, анализируемой двумя способами   N1 ∑(N2,N3) ∑(N4.N5,N6) ∑(N7,N8…Nn) Волонтер «С» (способ №1) - 30 40 30 Волонтер «С» (способ №2) 8 18 44 31

С введением показателя «N1» на примере пациента «С» в большей степени на диаграмме рейтингов изменяются показатели «∑(N2,N3)» и в меньшей «∑(N4, N5, N6)», что существенно уточняет показатели физиологического состояния сердца.

Заявителями совместно с сотрудниками кафедры нормальной физиологии ГОУ ВПО Нижегородской государственной медицинской академии Росздрава были проведены исследования с несколькими группами волонтеров и больных пациентов, отобранных по показателям сердечной деятельности, полученным при тестировании испытуемых традиционными статистическими методами по Баевскому Р.Д. Затем полученные кардиоритмограммы были обработаны заявляемым методом геометрического анализа нелинейной динамики сердечного ритма. Для тестирования были взяты следующие группы:

1-я группа - 42 волонтера - молодые люди, практически здоровые с отсутствием в анамнезе хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы. Средний возраст - от 18 до 21 года.

2-группа - 63 волонтера - пожилые люди с наличием в анамнезе хронических заболеваний сердечно-сосудистой системы (ИБС, аритмия и др.). Возраст - от 38 до 77 лет.

3-я группа - 5 больных, находящихся в состоянии комы различной степени. Общее количество тестируемых волонтеров всех трех групп - 110 человек.

Запись ЭКГ осуществлялась с помощью прибора "ВНС-Мискро" фирмы «Нейрософт» г.Иванове. ВСР оценивалась с помощью комплекса современных методов анализа по следующим показателям - CV% - коэффициент вариации, SDNN,mc - стандартное отклонение всех кардиомиоцитов NN (квадратный корень дисперсии), АМо - число кардиоинтервалов, соответствующих значению (диапозону) моды, ИН - индекс напряжения регуляторных систем, которые явились основой для отбора волонтеров и формирование групп. Затем оценка проводилась также заявленным методом, включающим геометрический метод оценки структуры кардиоритма с построением хаосграммы и диаграммы рейтинга геометрических фигур с выделением геометрических фигур с различным содержанием точек в них.

Геометрический анализ проводился способом №2 - с учетом нулевых значений приращения RR интервалов кардиоритма.

Обработка полученных результатов проводилась с использованием программы Statistica 6.0.

Результаты тестирования волонтеров 1-ой группы отображены в Таблице 2.

  Таблица 2 Средние значения параметров геометрического анализа хаосграммы группы волонтеров молодого возраста Волонтер Возраст N1
M±m N2
M±m N3
M±m N2/N3
M±m N1+N2)/N3
M±m Волонтер №1-№42 18-21 2,1±0,94 11,2±4,8 18,7±7,1 0,52±0,40 0,67±0,31 Примечание: М - среднеарифметическое значение наблюдений,
m - статистическое отклонение наблюдений.

Результаты тестирования волонтеров 2-ой группы отображены в Таблице 3.

Таблица 3 Средние значения параметров геометрического анализа хаосграммы группы волонтеров пожилого возраста Волонтер Возраст N1
M±m N2
M±m N3
M±m N2/N3
M±m (N1+N2)/N3
M±m Волонтер №1-№63 38-77 11,06±7,1 17,7±10,1 25,6±13,2 0,83±0,60 1,49±1,0

Результаты тестирования пациентов 3-ей группы отображены в Таблице 4.

Таблица №4 Параметры геометрического анализа хаосграммы группы пациентов, находящихся в состоянии комы различной степени Пациент Возраст N1 N2 N3 N2/N3 (N1+N2)/N3 Пациент №1 56 25,8 6,9 20,8 0,3 1,6 Пациент №2 65 54,0 13,6 9,7 1,4 7,0 Пациент №3 46 54,0 9,1 5,7 1,6 11,1 Пациент №4 50 19,4 23,3 49,8 0,5 0,9 Пациент №5 18 30,1 7,8 7,8 1,0 4,9 СРЕДНЕЕ 47 36,6±16,3 12,1± 18,7± 0,96±0,56 5,48±3,61

Во всех таблицах соотношение N2/N3, трактующее состояние сниженной регуляции сердца или индекс изолированности сердца, измерено Методом №1. Анализ показал, оценка индекса изолированности сердца, полученная с использованием способа №2, существенно отличается от данных, полученных с использованием способа №1, во всех случаях значения, полученные вторым способом, выше и наиболее полно соответствовали состоянию волонтеров. Явно наблюдается тенденция увеличения разницы измерения между двумя способами при увеличении тяжести заболевания или патологии. В группе №1 разница средних значений между (N1+N2)/N3 и N2/N3 составляет 0,17, в группе №2 - 0,66, а в группе №3 разница уже составляет - 4,52, что говорит об усилении роли значений N1 в выявлении степени дизрегуляции работы сердца. Так, на примере группы №4 видно, что средние значения данных N2/N3 и N1+N2)/N3, полученных различными способами, отличаются более чем в 5 раз. Чем больше значение имеет Индекс изолированности сердца - (N1+N2)/N3, тем более высока степень физиологических отклонения в работе сердца или систем, управляющих работой сердца. Так, у пациента №3 в группе №3 Индекс изолированности сердца, измеренный способом №1, равен 1,6, что говорит о незначительных нарушениях в работе сердца и систем, управляющих его работой. В то же время, измерения заявляемым методом (способ №2) выявили значение индекса изолированности сердца, равное 11,1, указывающего на тяжелые формы дизрегуляции работы сердца, что подтверждается состоянием глубокой комы у тестируемого.

Таким образом, показатель «N1» - предиктор отсутствия регуляторных процессов сердечной деятельности, т.е. симптом изолированного сердца, является одним из важных показателей функционального состояния сердца, что говорит о преимуществе заявленного способа контроля функционального состояния сердца.

Перечень фигур.

На фиг.1 представлена кардиоритмограмма обследуемого пациента (временная развертка).

На фиг.2 представлена хаосграмма обследуемого пациента на фазовой плоскости.

На фиг.3 - представлена хаосграмма нелинейных волн здорового человека.

На фиг.4 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн здорового человека.

На фиг.5 - представлена хаосграмма нелинейных волн больного с заболеванием сердца. Диагноз - желудочковая экстрасистолия.

На фиг.6 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн больного с заболеванием сердца. Диагноз - желудочковая экстрасистолия.

На фиг.7 - представлена хаосграмма нелинейных волн больного с заболеванием сердца (ИБС).

На фиг.8 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн больного с заболеванием сердца (ИБС).

На фиг.9 - представлена хаосграмма нелинейных волн человека, принимающего наркотики.

На фиг.10 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн человека, принимающего наркотики.

На фиг.11 - представлена хаосграмма нелинейных волн больного, находящегося в состоянии кардиогенного синкопе.

На фиг.12 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн больного, находящегося в состоянии кардиогенного синкопе.

На фиг.13 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн, полученных с кардиоритмограммы пациента «С» способом №1.

На фиг.14 - представлено распределение рейтинга нелинейных волн, полученных с той же кардиоритмограммы пациента «С» способом №2.

Изобретение относится к области медицины, а именно к методам диагностики функционального состояния сердца. Регистрируют кардиоритмограмму, определяют интегральные и амплитудные параметры, фиксируют их фазовые характеристики. По мере изменения положения вектора фазовой характеристики осуществляют построение элементарных геометрических фигур перемещения данного вектора по фазовой плоскости. Из полученного построения элементарных геометрических фигур определяют количество геометрических фигур со сторонами «2», «3», «4», … «15», а также количество элементарных фигур «точка», отражающих нулевые приращения R-R кардиоинтервалов, отображая их на диаграмме рейтингов элементарных геометрических фигур как «1». Наличие патологии определяют при значении числа вышеуказанных фигур больше 3% от общего числа фигур. Способ расширяет арсенал средств для контроля за функциональным состоянием сердца. 4 табл., 14 ил.

Способ контроля функционального состояния сердца, характеризующийся тем, что регистрируют кардиоритмограмму, определяют интегральные и амплитудные параметры, фиксируют их фазовые характеристики и по мере изменения положения вектора фазовой характеристики осуществляют построение элементарных геометрических фигур перемещения данного вектора по фазовой плоскости, причем из полученного построения элементарных геометрических фигур определяют количество геометрических фигур со сторонами «2», «3», «4», … «15», а также количество элементарных фигур «точка», отражающих нулевые приращения R-R кардиоинтервалов, отображая их на диаграмме рейтингов элементарных геометрических фигур как «1», при этом наличие патологии определяют при значении числа вышеуказанных фигур больше 3% от общего числа фигур.