СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА Российский патент 2014 года по МПК A61B5/295 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в различных ее отраслях, таких, например, как кардиология, кардиохирургия, функциональная диагностика.

Известен способ определения ударного объема сердца [Stringer W.W., Hansen J.E., Wasserman К. Cardiac output estimated noninvasivelly from oxygen uptake during exercise // J. Appl. Physiol. 1997. - V.82. - №3. - PP.908-912], заключающийся в измерении потребления кислорода организмом в течение одной минуты, измерении содержания связанного кислорода в литре артериальной и литре смешанной венозной крови, вычислении артериовенозной разности по кислороду, делении величины потребленного кислорода за одну минуту на артериовенозную разность по кислороду, а полученную величину минутного объема кровообращения делят на частоту сердечных сокращений и получают усредненную величину ударного объема сердца при условии, что были посчитаны все сердечные сокращения в течение минуты, когда измерялось потребления кислорода организмом.

Это классический принцип измерения A. Fick, известный с 1870 г. Он безупречен по замыслу, но имеет существенный недостаток, не преодоленный до нашего времени, - это необходимость отбирать образцы артериальной и смешанной венозной крови для определения в них количества связанного газообразного кислорода или углекислого газа.

Известен способ определения ударного объема сердца [Kubicek W.G. Impedance pletysmography. United States Patent Office. Patent N 3340867, September 12, 1976], заключающийся в регистрации реограммы четырехэлектродным способом и графической экстраполяции для получения электрического эквивалента ударного объема сердца. Для этого один из двух токовых электродов размещают на лбу, а другой - на голени пациента, один из двух измерительных электродов - на шее, а второй - на грудной клетке на уровне мечевидного отростка. Измеряют расстояние (L) между измерительными электродами, регистрируют реограмму (РГ), дифференциальную РГ (ДРГ), фонокардиограмму (ФКГ) с одновременным определением базового сопротивления (Z). По кривой РГ измеряют максимальную скорость нарастания реографического сигнала () по ФКГ - интервал времени между первым и вторым тонами сердца (Т). Расчет ударного объема сердца (Q) осуществляют по градуировочной характеристике

,

где р - удельное электрическое сопротивление тканей.

Однако способ имеет малую точность определения ударного объема сердца, так как коэффициент корреляции этого способа с эталонным способом Фика составляет всего 0,31 у женщин и 0,32 у мужчин.

За прототип принят способ определения ударного объема сердца [см. Патент №2134059 (РФ), А61В 5/04, 1996], заключающийся в том, что два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела. Так, один из токовых электродов - на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. Регистрируют РГ, ДРГ с одновременным определением базового сопротивления (Z в Ом), затем определяют амплитуду РГ комплекса (ΔZ в Ом), местоположение точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка, а также размеры площадей между изолинией и кривой РГ слева (S_d в Ом·мс) и справа (S₁ в Ом·мс) от найденной точки, массу тела (m в кг) и гемоглобин крови (Нb в г/л), после чего производят вычисление ударного объема сердца (Q в мл) по градуировочной характеристике

Недостатком прототипа является низкая точность из-за статистического и линейного характера градуировочной характеристики, а также большого количества измеряемых величин, которые вносят дополнительную инструментальную погрешность.

Технической задачей является повышение точности определения ударного объема сердца на адаптивном диапазоне, априори регламентируемым нормируемыми значениями гемоглобина двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения ударного объема сердца накладывают два токовых и два измерительных электрода на определенные участки тела, регистрируют реограмму (РГ) и дифференциальную РГ (ДРГ), определяют площади между изолинией и кривой РГ слева (Sl) и справа (Sd) от точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца, измеряют гемоглобин крови (Нb), в отличие от прототипа, ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике (Q) отношения площадей между изолинией и кривой реограммы с функцией V(Hb) нормированного объема от гемоглобина крови

2. В способе по п.1, в отличие от прототипа, функцию нормированного объема калибруют априори на нижней и верхней границах адаптивного диапазона, с различной калибровкой для мужчин и для женщин, по двум измеренным значениям гемоглобина у двух пациентов с известным значением ударного объема сердца, по ним регистрируют предельный гемоглобин Нb₀ и предельный ударный объем сердца V₀, которые служат для определения ударного объема сердца по калибровочной характеристике.

За эталон принимается метод Фика.

Предлагаемый способ включает 2 этапа.

1) Определение ударного объема сердца по отношению площадей между изолинией и кривой РГ.

2) Калибровка по эталонным значениям гемоглобина для определения действительных значений ударного объема сердца.

1. Для определения ударного объема сердца регистрируют РГ и ДРГ следующим образом: два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела, причем один из токовых электродов - на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. ДРГ регистрируют для облегчения поиска точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка: на РГ проецируют ДРГ в точке начала ее отрицательной фазы. Ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике

по отношению площадей между изолинией и кривой реограммы и функции нормированного объема от гемоглобина крови V(Hb).

2. Функция нормированного объема имеет следующий вид

где V₀ - предельное значение ударного объема сердца;

Нb₀ - предельное значение гемоглобина.

Параметры V₀ и Нb₀ однозначно эксперименту определяют калибровочную характеристику, поэтому их принимают за информативные параметры.

При калибровке измеряют значения гемоглобина в нижней Нb₁ и в верхней Нb₂ границах нормируемого диапазона измерений ударного объема сердца у пациентов с известными значениями нормированного ударного объема сердца V₁ и V₂ (см. фиг.1). Информативные параметры находят по функции (1) из системы двух уравнений для первого и второго измерения:

Делят первое уравнение системы на второе

и приводят его к виду, удобному для логарифмирования:

Логарифмируют обе части полученного уравнения и выражают информативный параметр Нb₀:

Составляют систему уравнений из инверсной функции (1) для расчета параметра V₀:

Делят второе уравнение системы на первое

Учитывая, что

,

где - коэффициент кратности ударного объема сердца конечной и начальной точки диапазона,

находят алгоритм регистрации предельного значения ударного объема сердца

В результате вычислений получаем следующие значения информативных параметров для мужчин (см. фиг.1а)

V₀=153,489, Hb₀=-176,65,

и для женщин (см. фиг.1б)

V₀=8,514, Hb₀=170,96.

Полученные параметры V₀ и Нb₀ однозначно определяют характеристику эксперимента по зависимости (1), поэтому их принимают за информативные параметры и строят графики функции нормированного объема от гемоглобина крови V(Hb), различные для мужчин и для женщин (фиг.1).

Анализируя графики, представленные на фиг.1 легко заметить, что построенные калибровочные кривые для мужчин и для женщин имеют разный угол наклона и кривизну. Этим объясняется необходимость разделения пациентов по половому признаку.

Покажем адекватность функции нормированного объема от гемоглобина крови V (фиг.1, 2) экспериментальным зависимостям V_э (фиг.1,1), отражающим физику процесса.

Относительное отклонение от эксперимента вычисляется по формуле

для которых относительное отклонение в среднем не превышает 2%, что доказывает адекватность предлагаемого способа калибровки относительно эксперимента.

Для оценки эффективности калибровки определяют относительное отклонение рассчитанных величин ударного объема крови от эталонных величин, определенных по методу Фика. Результаты оценки сведены в таблицу 1.

Таблица 1 № п/п Пол Величина ударного объема крови Погрешность способа-прототипа Погрешность предлагаемого
способа     Метод Фика (эталон) Способ-прототип Предлагаемый способ     1 м 85,96 93,778 80,001 9,158 6,878 2 м 90,96 74,559 90,96 18,031 2,863·10^-4 3 м 72,6 68,538 73,536 5,595 1,289 4 м 76,2 70,716 76,2 7,197 6,292·10^-4 5 м 79,01 87,507 74,716 10,754 5,435 6 ж 60,4 63,167 60,588 4,581 0,311 7 ж 60,98 62,53 61,445 2,542 0,763 8 ж 64,94 65,702 64,94 1,173 7,22·10^-4 9 ж 102,48 98,978 102,481 3,417 8,135·10^-4 10 ж 69,3 80,56 65,081 16,248 6,089

На фиг.2 представлены графики зависимости рассчитанных значений ударного объема сердца по предлагаемому способу (фиг.2, 1), по способу-прототипу (фиг.2, 2) и по методу Фика (фиг.2, 3) для i-го пациента.

Из таблицы 1 видно, что предлагаемый способ повышает точность определения ударного объема сердца более чем в 3 раза по сравнению с прототипом, что следует из относительной оценки η средних погрешностей прототипа ε₁ и предлагаемого способа ε₂

Таким образом, определение действительного значения ударного объема сердца по калибровочной характеристике отношения площадей реограммы с функцией нормированного объема дифференцированного для мужчин и женщин по информативным параметрам, в отличие от известных решений, повышает точность более чем в 3 раза на адаптивном диапазоне, априори регламентируемом нормируемыми значениями гемоглобина двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца.

Изобретение относится к медицине, а именно к кардиологии, кардиохирургии и функциональной диагностике. Осуществляют наложение двух токовых и двух измерительных электродов на определенные участки тела. Производят регистрацию реограммы и дифференциальной реограммы. Определяют площади между изолинией и кривой реограммы слева и справа от точки реограммы, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца. Измеряют гемоглобин крови. При этом ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике отношения площадей между изолинией и кривой реограммы с функцией нормированного объема от гемоглобина крови. Способ позволяет повысить точность более чем в 3 раза на адаптивном диапазоне, априори регламентируемом нормируемыми значениями гемоглобина двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

1. Способ определения ударного объема сердца, включающий наложение двух токовых и двух измерительных электродов на определенные участки тела, регистрацию реограммы (РГ) и дифференциальной РГ (ДРГ), определение площади между изолинией и кривой РГ слева (Sl) и справа (Sd) от точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца, измерение гемоглобина крови (Нb), отличающийся тем, что ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике (Q) отношения площадей между изолинией и кривой реограммы с функцией V(Hb) нормированного объема от гемоглобина крови

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что функцию нормированного объема калибруют априори на нижней и верхней границах адаптивного диапазона, с различной калибровкой для мужчин и для женщин, по двум измеренным значениям гемоглобина у двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца, по ним регистрируют предельный гемоглобин Нb₀ и предельный ударный объем сердца V₀, которые служат для определения ударного объема сердца по калибровочной характеристике.