АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ОРГАНИЗМА Российский патент 2014 года по МПК G01N33/49 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики физиологического состояния организма человека. Аппаратно-программный комплекс может являться частью экспертной системы поддержки принятия врачебных решений при диагностике и лечении, в частности при заболеваниях опорно-двигательной системы и болезнях, им сопутствующих (например, болезни желудочно-кишечного тракта, кровеносной системы).

Уровень техники

Известны методы для оценки лабораторных биохимических показателей крови, включающие прямое определение состава и свойств крови биологическими, микробиологическими, физико-химическими, химическими и физическими методами с помощью комплекса лабораторного оборудования (Пустовалова Л.М. Практикум по биохимии. - Ростов-на-Дону, изд-во «Феникс», 1999. - 544 с.).

Недостатком указанных решений является ограниченный перечень определяемых биохимических показателей крови, низкая скорость процессов аналитического определения, громоздкость лабораторного оборудования.

Известен интегрированный модуль оценки здоровья семьи (патент РФ на изобретение №2125829, опубл. 10.02.1999), содержащий несколько функционально объединенных блоков, в том числе блок лабораторной диагностики, компьютерный банк данных, блок анализа, блок принятия решений.

Недостатком известного модуля оценки здоровья является его сложность, обусловленная его многозадачностью и достаточно большим количеством функциональных блоков, также имеющих в своем составе устройства и блоки различного назначения.

Известны программно-аппаратные комплексы компьютерной оценки биохимических показателей крови, включающие блок исследования расширенного числа показателей состава и свойств крови, блок обработки лабораторных данных биохимического анализа и устройства для распечатки результатов биохимических показателей крови (анализатор крови Advia 120, анализатор OLYMPUS AU400, Super GL Ambulance, ARCHITECT с 8000, анализатор электролитов 9180). При работе этих комплексов в блок обработки лабораторных данных биохимических показателей введены типовые программы статистической обработки экспериментальных данных.

Недостатком этого аналога является отсутствие в устройстве для распечатки результатов биохимических исследований графического редактора и типовой программы, представления результатов анализа в графической форме.

Существуют также методы оценки состава и свойств природных минеральных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа с помощью характеристического показателя минеральных вод (например, Васильцева О.Н. Классификация природных минеральных вод хлоридно-гидрокарбонатного типа (математическая модель и принципы формирования состава и свойств): монография / О.Н. Васильцева, Н.И. Корнилов, Е.Н. Корнилова: Ставропольский государственный аграрный университет. - Ставрополь: АГРУС, 2009. - 180 с.), указанный метод включает использование унифицированной компьютерной программы расчета характеристического показателя минеральных вод по данным химического состава и свойств водно-солевого раствора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является программно-аппаратный комплекс компьютерного исследования биохимического состава и свойств крови (Nova Biomedical CCX6, производства NOVA BIOMEDICAL HEADQUARTERS: 200 Prospect Street, Waltham, MA 02454-9141 U.S.A.), который включает блок исследования биохимического состава и свойств крови, блок обработки лабораторных анализов, блок оформления результатов расчета биохимических показателей крови и устройства распечатки результатов биохимического анализа в табличной и графической формах, обработанных с применением методов математической статистики.

Блок обработки лабораторных анализов включает программы расчета интегральных и производных показателей в виде функциональных зависимостей первичных (прямых) экспериментальных данных биохимического анализа крови, а устройство для распечатки результатов представляет результаты исследований в табличной и графической формах.

Недостатком известного комплекса является отсутствие унифицированной программы расчета обобщенного характеристического показателя состава и свойств крови, характеризующего функциональное состояние организма и степень отклонения от нормы при различных заболеваниях человека.

Раскрытие изобретения

В основу заявляемого изобретения положена задача разработки аппаратно-программного комплекса компьютерной диагностики физиологического состояния организма с использованием унифицированной программы расчета характеристического показателя крови по данным биохимических показателей крови (содержания гемоглобина, глюкозы, показателя кислотно-щелочного состояния - pH, насыщение крови кислородом и др.).

С помощью такого комплекса возможно формирование банка данных первичных лабораторных биохимических и рассчитанных характеристических показателей состава и свойств крови с целью создания экспертной системы поддержки принятия врачебных решений при диагностике и лечении заболеваний.

Технический результат - повышение степени информативности биохимических показателей крови, а также расширение эксплуатационных возможностей устройства и области его использования при различных заболеваниях.

Указанный технический результат достигается тем, что аппаратно-программный комплекс для диагностики физиологического состояния организма содержит последовательно соединенные блок биохимического исследования состава и свойств крови, блок обработки лабораторных биохимических исследований, блок оформления результатов расчета биохимических показателей крови и устройство для распечатки результатов, причем комплекс дополнительно содержит блок расчета характеристических показателей состава и свойств крови, вход которого соединен с выходом блока обработки лабораторных биохимических исследований, который осуществляет также формирование базы данных результатов лабораторных исследований, а выход блока расчета характеристических показателей соединен со входом блока оформления результатов расчета биохимических показателей крови; причем блок расчета характеристических показателей состава и свойств крови включает компьютерную программу расчета характеристических показателей состава и свойств крови для решения аналитических зависимостей вида: $${\varphi }_i=\alpha \cdot B_i^{\delta }$$ , где φ_i - характеристический показатель крови, рассчитанный по i-му биохимическому показателю состава крови; B_i - лабораторный биохимический показатель определенного i-го образца крови; α и δ - постоянные величины; разработанную с использованием метода математического моделирования, включающего получение аналитических выражений на основе решения дифференциальных уравнений второго порядка, а блок оформления результатов расчета биохимических показателей крови включает типовые компьютерные программы математической обработки характеристических показателей и их представления в табличной, графической и аналитической формах.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлена конструктивная блок-схема аппаратно-программного комплекса для диагностики физиологического состояния организма при заболеваниях опорно-двигательной системы человека по результатам биохимических исследований крови.

На фиг.2 представлена графическая и аналитическая зависимость функции lgφ(гемоглобин)-f[lg(pCO₂/pO₂)], характеризующая функциональное состояние организма пациентов с заболеваниями опорно-двигательного аппарата до и после принятия процедур грязелечения.

На фиг.3 и 4 представлены табличные данные первичных биохимических показателей характеристических показателей крови, полученные по расчетной формуле (2), при исследовании содержания гемоглобина в крови пациента.

Осуществление изобретения

Аппаратно-программный комплекс для диагностики физиологического состояния организма человека содержит блок 1 биохимического исследования состава и свойств крови, блок 2 обработки и формирования базы данных результатов лабораторных биохимических исследований, блок 3 расчета характеристических показателей состава и свойств крови, блок 4 оформления результатов расчета характеристических показателей крови в табличной, графической и аналитической формах, устройство 5 для распечатки результатов компьютерной диагностики физиологического состояния организма.

Блок 1 биохимического исследования состава и свойств крови, блок 2 обработки и формирования базы данных результатов лабораторных биохимических исследований, блок 3 расчета характеристических показателей состава и свойств крови, блок 4 оформления результатов расчета характеристических показателей крови в табличной, графической и аналитических формах, устройство 5 для распечатки результатов компьютерной диагностики физиологического состояния организма человека соединены последовательно.

Блок 1 биохимического исследования состава и свойств крови осуществляет лабораторное определение заданных показателей крови и может быть реализован в виде серийно выпускаемых аппаратных комплексов, например, марки CCX6 Nova Biomedical, ARCHITECT и др.

Блок 2 обработки и формирования базы данных результатов лабораторных биохимических исследований осуществляет выдачу результатов в табличной форме с использованием стандартной компьютерной программы Excel.

Блок 3 расчета характеристических показателей состава и свойств крови включает унифицированную компьютерную программу расчета характеристических показателей крови для решения аналитических зависимостей вида

где

φ_i - характеристический показатель крови, рассчитанный по i-му биохимическому показателю состава крови;

B_i - лабораторный биохимический показатель определенного i-го образца крови;

α и δ - постоянные величины.

Блок 4 оформления результатов расчета характеристических показателей крови включает представление величин φ_i, B_i, α и δ в виде таблиц, аналитической функции уравнения (1) и графической зависимости уравнения (1) в логарифмической форме вида

Устройство 5 для распечатки результатов компьютерной диагностики физиологического состояния организма включает типовые компьютерные программы: текстовый редактор, редактор электронных таблиц и графический редактор.

Предлагаемый аппаратно-программный комплекс реализует метод компьютерной диагностики физиологического состояния организма человека, сущность которого состоит в следующем.

Результат компьютерной оценки физиологического состояния организма при заболевании опорно-двигательной системы человека получают из первичных данных лабораторного исследования крови, сданной пациентом на биохимический анализ, в виде показателя B_i. Затем данные биохимического исследования крови обрабатывают с помощью уравнения (2), находят значения величин характеристического показателя крови φ_i и постоянных α и δ. Экспериментальные и рассчитанные значения величин B_i, α, δ и φ_i оформляют в табличной, графической и аналитической формах с указанием их соответствия нормальному физиологическому состоянию или отклонению в ту или иную область значений изучаемых показателей. Компьютерное заключение передается лечащему врачу для принятия врачебного решения по установлению диагноза и назначения лечебных мероприятий.

Программно-аппаратный комплекс функционирует следующим образом.

Образцы крови пациента, взятые на биохимический анализ, обрабатываются на аппаратном комплексе, например, марки CCX6 Nova Biomedical (блок 1), который выдает первичные данные показателей крови в табличной форме.

Перечень и объем определяемых показателей крови и производительность комплекса определяются возможностями выбранной марки аппаратного комплекса. Полученные данные передаются в блок обработки (2) первичных биохимических данных, где с помощью стандартной программы Excel формируются таблицы, содержащие первичные данные биохимического анализа и расчетные величины показателя B_i. Данные электронных таблиц поступают в блок 3, включающий унифицированную компьютерную программу расчета характеристического показателя крови φ_i с использованием показателя B_i и уравнения (2). Полученные значения характеристического показателя φ_i и показателя B_i передаются в блок 4 для расчета величин α и δ и функциональной зависимости функции φ_i=f(B_i) в виде уравнения (2). Рассчитанные значения B_i, φ_i, α и δ передаются в устройство 5 для распечатки результатов компьютерных исследований φ_i=f(B_i) в табличной, графической и аналитических формах.

На фиг.2 показана графическая и аналитическая зависимость функции lgφ(гемоглобин)-f[lg(pCO₂/pO₂)]. Из графика видно, что функция аппроксимирована в виде линейной зависимости с помощью метода наименьших квадратов, регрессионного и корреляционного анализов.

На фиг.3 представлены табличные данные первичных биохимических показателей характеристических показателей крови, полученные из уравнения (2) при исследовании содержания гемоглобина в крови пациента (до принятия процедур грязелечения).

На фиг.4 представлены табличные данные первичных биохимических показателей характеристических показателей крови, полученные из уравнения (2) при исследовании содержания гемоглобина в крови пациента (после принятия процедур грязелечения). Величины pCO₂ и pO₂ характеризуют значения парциальных давлений углекислого газа (CO₂) и кислорода (O₂) в крови пациента.

Представленные табличные данные подтверждают, что параметры характеристического показателя крови φ (гемоглобин) существенно различаются между собой при биохимическом исследовании крови пациентов до и после принятия процедур грязелечения. При этом как следует из первичных данных, приведенных на фиг.3 и 4, так и из расчетных данных, приведенных на фиг.1, в результате проведения курса грязелечения содержание гемоглобина в крови увеличивается.

Таким образом, заявленный аппаратно-программный комплекс для диагностики физиологического состояния организма обеспечивает повышение извлечения дополнительной информации из первичных лабораторных биохимических исследований в виде характеристического показателя крови, расширяет области применения полученных расчетных характеристических показателей крови для всех экспериментально получаемых биохимических показателей крови, позволяет оценивать наличие, характер и степень заболеваний у пациента и, тем самым, обеспечивает углубленную диагностику физиологического состояния организма до и после принятия лечебных процедур, вследствие чего достигается эффективная поддержка принятия врачебных решений.

Сопоставительный анализ заявляемого изобретения показал, что совокупность существенных признаков заявленного комплекса не известна из уровня техники и значит соответствует условию патентоспособности «Новизна». В уровне техники не было выявлено признаков, совпадающих с отличительными признаками заявленного изобретения и влияющих на достижение заявленного технического результата, поэтому заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «Изобретательский уровень».

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявляемого аппаратно-программного комплекса для диагностики физиологического состояния организма человека, в частности при заболеваниях опорно-двигательной системы и болезнях, им сопутствующих, и поэтому соответствуют условию патентоспособности «Промышленная применимость».

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для диагностики физиологического состояния организма. Аппаратно-программный комплекс содержит последовательно соединенные блок биохимического исследования состава и свойств крови, блок обработки биохимических исследований, блок оформления результатов расчета показателей крови и устройство для распечатки результатов. Комплекс дополнительно содержит блок расчета характеристических показателей крови, вход которого соединен с выходом блока обработки биохимических исследований, который формирует базу данных результатов лабораторных исследований. Выход блока расчета соединен со входом блока оформления результатов расчета показателей крови, включающим компьютерную программу расчета показателей, для решения аналитических зависимостей вида: $${\phi }_i=\alpha \cdot B_i^{\delta }$$ , где φ_i - характеристический показатель крови, рассчитанный по i-му биохимическому показателю крови; B_i - лабораторный биохимический показатель i-го образца крови; α и δ - постоянные величины. Программа разработана методом математического моделирования на основе решения дифференциальных уравнений второго порядка. Блок оформления результатов расчета включает компьютерные программы математической обработки характеристических показателей и их представления в табличной, графической и аналитической формах. Изобретение позволяет оценить наличие, характер и степень заболевания у пациента на основе расчетных характеристических показателей состава и свойств крови. 4 ил.

Аппаратно-программный комплекс для диагностики физиологического состояния организма, содержащий последовательно соединенные блок биохимического исследования состава и свойств крови, блок обработки лабораторных биохимических исследований, блок оформления результатов расчета биохимических показателей крови и устройство для распечатки результатов, отличающийся тем, что комплекс дополнительно содержит блок расчета характеристических показателей состава и свойств крови, вход которого соединен с выходом блока обработки лабораторных биохимических исследований, который осуществляет также формирование базы данных результатов лабораторных исследований, а выход блока расчета характеристических показателей соединен со входом блока оформления результатов расчета биохимических показателей крови; причем блок расчета характеристических показателей состава и свойств крови включает компьютерную программу расчета характеристических показателей состава и свойств крови для решения аналитических зависимостей вида: , где φ_i - характеристический показатель крови, рассчитанный по i-му биохимическому показателю состава крови; B_i - лабораторный биохимический показатель определенного i-го образца крови; α и δ - постоянные величины; разработанную с использованием метода математического моделирования, включающего получение аналитических выражений на основе решения дифференциальных уравнений второго порядка, а блок оформления результатов расчета биохимических показателей крови включает типовые компьютерные программы математической обработки характеристических показателей и их представления в табличной, графической и аналитической формах.