СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ГЕМОСТАЗА Российский патент 2015 года по МПК G01N33/86 

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к гемокоагулогии, и может быть использовано для выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.

Известен инструментальный способ оценки функционального состояния системы гемостаза - тромбоэластография (ТЭГ), заключающийся в графической (фотооптической или механической) регистрации вязкостных характеристик крови и плазмы в процессе их свертывания, с последующим определением показателей тромбоэластограммы, характеризующих исследуемый процесс [Авторское свидетельство СССР N 1520450, М. кл. G01N 33/86, опубл. 07.11.89, БИ N41].

Недостатками данного способа являются низкая чувствительность и воспроизводимость, невозможность выявлять тонкие сдвиги в системе свертывания крови и проводить аналитическую оценку выявленных нарушений.

Известен способ определения функционального состояния системы гемостаза путем регистрации электрокоагулограммы крови [см. кн. Коблов Л.Ф. Методы и приборы для исследования гемостаза. - М.: Медицина, 1975, с.75-79], заключающийся в регистрации изменения электрического сопротивления пробы крови, залитой в ячейку с двумя электродами. Ячейка совершает колебательные движения, благодаря чему кровь попеременно замыкает и размыкает электроды. Запись результата исследований имеет вид ряда периодических импульсов с частотой следования 0,1 Гц (6 импульсов в минуту), огибающая которых характеризует процесс свертывания крови. Амплитуда импульсов соответствует сопротивлению крови, находящейся в данный момент между электродами измерительной ячейки. При оценке электрокоагулограммы учитывают следующие показатели: T1 - время начала свертывания: T2 - время конца свертывания; T - продолжительность свертывания; Ам - величина максимальной амплитуды; Ао - величина минимальной амплитуды. По изменениям этих параметров получают представления о различных нарушениях свертывающей системы крови.

Недостатками данного способа являются инерционность, сравнительно низкие точность и чувствительность измерений вследствие протекания интенсивных побочных физико-химических процессов, сопутствующих перемещению электродов и исследуемой среды относительно друг друга.

Известен способ определения функционального состояния системы гемостаза [см. патент РФ №2109297, G01N 33/86, 1998], заключающийся в том, что проводят измерения амплитуд записи процесса свертывания крови в его начале, затем, спустя одну, две и три минуты от его начала, определяют скорости свертывания крови за вторую и третью минуты, вычисляют обратные им величины и сравнивают все четыре с одноименными показателями свертывания крови в норме. При наличии разнонаправленных отклонений диагностируют нарушение функционального состояния системы гемостаза.

Недостатками способа являются низкая точность и длительность его выполнения.

За прототип принят способ определения функционального состояния системы гемостаза [см. патент РФ №2430380, G01N 33/86, 2011], заключающийся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, регистрируют текущую амплитуду сопротивления крови в первый момент времени и измеряют второе сопротивление крови в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум сопротивлениям и моментам времени находят предельное сопротивление крови и постоянную времени, по которым вычисляют сопротивление крови в начале и конце процесса свертывания, и по найденным параметрам определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.

Недостатками прототипа являются сравнительно низкие точность и чувствительность измерения и длительность измерения.

Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, и сокращение времени исследования.

Поставленная техническая задача достигается следующим образом.

В способе определения функционального состояния системы гемостаза, заключающемся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, в отличие от прототипа, определяют постоянную времени по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция предельного напряжения крови, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно, и связывающая эталонную и измеренную характеристики за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике находят действительные значения постоянной времени и предельного напряжения крови, по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения крови, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.

Сущность предлагаемого способа поясняют фиг.1-4.

1. Определяют постоянную времени T₀ по калибровочной функции U_0i(t).

2. Калибровку проводят априори для двух известных эталонных U_эi (фиг.1 кривая 1) и измеренных U_i, $$i=\overline{\mathrm{1,2}}$$ (фиг.1, кривая 2) значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона процесса гемостаза. У пациентов с известным значением амплитуды напряжения крови U_э1, U_э2 для интервалов времени измерения t₁ и t₂ регистрируют измеренные значения амплитуды напряжения крови U₁ и U₂.

3. Калибровочной характеристикой служит характеристика U_0i (фиг.1, кривая 3) предельного напряжения крови, компенсирующая неопределенность постоянной времени T*, выбранной произвольно, и связывающая эталонную U_эi и измеренную U_i зависимости за счет нормирования измеренных значений известными (фиг.1, кривая 3)

$$U_{0i}=\frac{U_0\cdot U_i}{U_{эi}}\cdot exp\left(\frac{t_i}{T*}-\frac{t_{эi}}{T_0}\right).(1)$$

По калибровочной характеристике U_0i восстанавливают характеристику U_i, тождественную эталонной

$$U_i=U_{0i}\cdot exp\left(\frac{-t_i}{T*}\right)$$ ,

которая максимально приближена к эталонной кривой U_эi:

$$U_{эi}=U_0\cdot exp\left(\frac{-t_{эi}}{T_0}\right)$$ .

Эталонная характеристика U_эi=U и характеристика, ей тождественная, U_i получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами T₀, U₀:

$$U=U_0\cdot exp\left(\frac{-t}{T_0}\right),(2)$$

где T₀ - постоянная времени процесса гемостаза и U₀ - предельное напряжение крови. Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:

$$l\underset{t\to 0}{im}U=U_0\cdot \exp \left(\frac{0}{T_0}\right)=U_0$$ , т.е. U₀ - предельное напряжение крови для t=0,

$$\underset{t\to 0}{\lim U}=U_0\cdot \exp \left(\frac{-T_0}{T_0}\right)=U_0\exp =2.73U_0$$ , т.е. T₀ - постоянная времени.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр задается произвольно T*, а второй принимает вид функции U_0i, которая компенсирует незнание первого информативного параметра. С помощью этой функции калибруется измеренная кривая.

Задаем произвольно параметр T*=const вместо неизвестного действительного значения постоянной времени T₀. Для компенсации произвольности константы T* предельное напряжение крови U₀ превратиться в характеристику U_0i, компенсирующую незнание постоянной времени T₀.

Калибровочной функцией для известных параметров T₀, U₀ служит экспоненциальная динамическая характеристика (2).

Калибровочную характеристику U_0i выразим из системы уравнений с известными параметрами T₀, U₀ характеристики U_эi, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики U_i, являющейся измеренной, с произвольной константой T* и характеристикой U_0i:

$$\{\begin{array}{l}{U}_{эi}=U_0\cdot exp\left(\frac{-t_{эi}}{T_0}\right)\\ U_i=U_{0i}\cdot exp\left(\frac{-t_i}{T*}\right)\end{array}.(3)$$

Поделим одно уравнение системы на другое, чтобы выразить калибровочную характеристику:

$$\frac{U_{эi}}{U_i}=\frac{U_0}{U_{0i}}\cdot \exp \left(\frac{t_i}{T*}-\frac{t_{эi}}{T_0}\right)$$ .

В соответствии с закономерностями калибровки и t_эi=t_i следует калибровочная характеристика U_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:

$$U_{0i}=\frac{U_0\cdot U_i}{U_{эi}}\cdot exp\left(\frac{t_i}{T*}-\frac{t_i}{T_0}\right).(4)$$

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция предельного напряжения крови, компенсирующая неопределенность постоянной времени, выбранной произвольно (фиг.1, кривая 3).

4. По калибровочной характеристике U_0i находят действительные значения постоянной времени T₀ и предельного напряжения крови U₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (4) составим систему уравнений для $$i=\overline{\mathrm{1,2}}$$ :

$$\{\begin{array}{l}{U}_{01}=U_0\cdot exp\left(\frac{t_1}{T*}-\frac{t_1}{T_0}\right)\\ U_{02}=U_0\cdot exp\left(\frac{t_2}{T*}-\frac{t_2}{T_0}\right)\end{array}.(5)$$

Поделив одно уравнение системы (5) на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени T₀:

$$T_0=\frac{t_2-t_1}{\ln \left(U_{01}/U_{02}\right)+\frac{t_2-t_1}{T*}}.(6)$$

Выразив T₀ из первого и второго уравнений системы (5) и приравняв их друг другу

$$\frac{t_1}{t_2}=\frac{\ln \left(U_{01}/U_0\right)}{\ln \left(U_{02}/U_2\right)}=k$$ ,

находят алгоритм определения предельного напряжения крови:

$$U_0=\sqrt[k-1]{\frac{{\left(U_{01}\right)}^k}{U_{02}}}.(7)$$

5. По действительным значениям постоянной времени T₀ и предельного напряжения крови U₀, последовательно строят калибровочную характеристику U_0i предельного напряжения крови и эталонную характеристику U_эi. Результатом калибровки служит тождественность измеряемой характеристики U_i эталонной U_эi, т.е. U_i≡U_эi.

Для информативных параметров (6) и (7) строят (аппроксимируют) калибровочную характеристику U_0i (4) (фиг.1 кривая 3), по которой находят согласно (3) откалиброванную характеристику U_di (фиг.1 кривая 4), тождественную эталонной искомой характеристике.

По найденным информативным параметрам определяют начало и конец процесса свертывания крови:

$$\{\begin{array}{l}{T}_{н}=T\cdot ln\left(\frac{U_0}{U_{н}}\right)\\ T_{к}=T\cdot ln\left(\frac{U_0}{U_{к}}\right)\end{array}.(8)$$

Полученные значения начала T_н и конца T_к процесса гемокоагуляции сравнивают по величине с одноименными параметрами процесса гемокоагуляции здоровых людей. При обнаружении разнонаправленных отклонений от нормы диагностируют нарушение функционального состояния системы гемостаза.

1. Докажем метрологическую эффективность предлагаемого способа относительно прототипа по методической погрешности ε₁ (фиг.2):

$${\epsilon }_1=\left|\frac{U_{эi}-U_i}{U_{эi}}\right|.(9)$$

Из графика (фиг.2) видно, что методическая погрешность прототипа изменяется от 3 до 12%.

Оценим методическую погрешность ε₂ между эталонной 1 и откалиброванной 4 характеристиками (фиг.1)

$${\epsilon }_1=\left|\frac{U_{эi}-U_{di}}{U_{эi}}\right|.(10)$$

Из графика (фиг.3) видно, что относительная погрешность не превышает 2,4*10^-16 или 2,4*10^-14% за счет использования калибровочной характеристики в адаптивном диапазоне с нормированными значениями на границах.

2. Оценим метрологическую эффективность по времени свертывания.

Время начала свертывания по эталонной характеристике (фиг.4, кривая 1) T_н1=170, время конца свертывания T_к1=460 для нормированных амплитуд U_н=7,34 U_к=4,33. Найденные по алгоритмам (7) и (8) предельные параметры U₀=10, T₀=550.

Найдем действительные значения времени (фиг.4, кривая 4) по алгоритмам (8):

$$\{\begin{array}{l}{T}_{н}=550\cdot ln\left(\frac{10}{\mathrm{7,34}}\right),\\ T_{к}=550\cdot ln\left(\frac{10}{\mathrm{4,33}}\right).\end{array}$$ T_н=170,01 и T_к=459,98.

Вычислим погрешность времени начала свертывания между характеристиками 4 и 1

$${\epsilon }_{н}=\left|\frac{T_{н1}-T_{н4}}{T_{н1}}\right|=\left|\frac{170-170,01}{170}\right|=0,006\%$$

и конца свертывания

$${\epsilon }_{к}=\left|\frac{T_{к1}-T_{н4}}{T_{к1}}\right|=\left|\frac{460-4\mathrm{59,}98}{460}\right|=0,004\%$$ .

По характеристике 2 (фиг.4, кривая 2) для нормированных порогов амплитуд U_н=7,34, U_к=4,33 находим время свертывания прототипа T_н2=130 и T_к2=375.

Оценим погрешность времени конца свертывания между эталонной 1 и измеренной 2 характеристиками

$${\epsilon }_{к}=\left|\frac{T_{к1}-T_{к2}}{T_{к1}}\right|$$ $${\epsilon }_{к}=\left|\frac{460-375}{460}\right|=\mathrm{18,48}\%$$

и погрешность начала свертывания

$${\epsilon }_{н}=\left|\frac{T_{н1}-T_{н2}}{T_{н1}}\right|$$ $${\epsilon }_{н}=\left|\frac{170-130}{170}\right|=\mathrm{23,53}\%$$ .

Эффективность η по точности времени свертывания рассчитывают как отношение первой ко второй погрешности $$\left(\frac{{\epsilon }_1}{{\epsilon }_2}\right)$$ , из которого видно, что эффективность предлагаемого решения на четыре порядка выше прототипа, т.к. соответствуют η_к=2,17E-4 и η_н=2,55E-4.

Таким образом, определение действительных значений за счет нормирования измеренных значений известными по калибровочной характеристике предельного напряжения крови, в отличие от известных решений, снижает методическую погрешность на десятки порядков, точность времени свертывания повышает на 4 порядка, а оперативность сокращает в три раза, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.

Изобретение относится к медицине, а именно к гемокоагулогии, и может быть использовано для выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений. Сущность способа: проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза. Определяют постоянную времени по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных U₁, U₂ и известных U₀₁, U₀₂ значений нижней t₁ и верхней t₂=kt₁ границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой U_0i служит функция предельного напряжения крови, компенсирующая неопределенность постоянной времени Т₀, выбранной произвольно T*, и связывающая эталонную U_эi и измеренную U_i характеристики за счет нормирования измеренных значений известными

по калибровочной характеристике U_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного напряжения U₀ крови

по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения крови, эталонную характеристику U_эi

и определяют показатели начала Т_н и конца Т_к процесса свертывания крови

где U_н, U_к - нормированные пороги напряжения начала и конца процесса свертывания крови. Изобретение позволяет снизить методическую погрешность на десятки порядков, повысить точность времени свертывания на 4 порядка, а оперативность сокращает в три раза, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений. 4 ил.

Способ определения функционального состояния системы гемостаза, заключающийся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, отличающийся тем, что определяют постоянную времени по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных U₁, U₂ и известных U₀₁, U₀₂ значений нижней t₁ и верхней t₂=kt₁ границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой U_0i служит функция предельного напряжения крови, компенсирующая неопределенность постоянной времени Т₀, выбранной произвольно T*, и связывающая эталонную U_эi и измеренную U_i характеристики за счет нормирования измеренных значений известными

по калибровочной характеристике U_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного напряжения U₀ крови

по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения крови, эталонную характеристику U_эi

и определяют показатели начала Т_н и конца Т_к процесса свертывания крови

где U_н, U_к - нормированные пороги напряжения начала и конца процесса свертывания крови.