Способ оценки состояния кардиосистемы

 

Изобретение относится к медицине, кардиологии. У здоровых испытуемых разного возраста определяют параметры, характеризующие сердечно-сосудистую и легочную системы. Методом факторного анализа получают матрицу весовых нагрузок по группе здоровых лиц в возрасте 20-39 лет, показывающую степень значимости каждого из параметров. Факторные диаграммы строят также для лиц более старшего и младшего возраста. У диагностируемого индивидуума снимают значения тех же параметров, что и в контрольных группах. Параметры входят в факторные выражения с весовыми нагрузками, найденными по группе здоровых лиц 20-39 лет. Строят факторную диаграмму. Наличие заболевания диагностируют по отклонению факторной диаграммы от соответствующей его возрасту диаграммы контрольной группы. Способ позволяет выявлять отклонения в деятельности сердечно-сосудистой системы для лиц различных возрастов, выявлять запаздывание в развитии кардиосистемы в детском возрасте. 3 табл., 7 ил.

Изобретение относится к области оценки состояния систем организма и может быть использовано для анализа состояния сердечно-сосудистой системы, в частности для определения степени здоровья человека.

Известен способ определения здоровья человека (патент РФ 2141791, МПК 6 А 61 В 10/00). Способ основан на определении совокупности показателей состояния здоровья отличается тем, что задают величины Р_о (наибольшая вероятность адекватного определения степени здоровья человека) и Р_min (общепринятое минимально допустимое значение Р_о), выбирают исходное множество количественных показателей состояния B_n={bi, i=l...n, n≥5}, собирают данные b_ijk; k=0,l; j= l. ..N_ik, N_i0≥10; N_il≥1; i=1...n. Индексом k=0 обозначена выборка данных для контрольной группы, составленной из практически здоровых людей, k=l данные, характеризующие изучаемое состояние человека. Собранные данные приводят к виду M_ik, S_ik, k=0,1; i=1...n; Устанавливают множество показателей В, по которому определяется степень здоровья, им может быть само множество _n, если оно такое, что P=P₀≥P_min, а если условие не выполняется, то расширяют множество В_n, ввод новых показателей продолжают до тех пор, пока не установят такую совокупность, для которой условие будет выполняться. Затем определяют степень здоровья человека.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает возрастные особенности человека, а также различия в значениях параметров у мужчин и женщин.

Известен также способ прогнозирования состояния здоровья населения (патент РФ 2125837, МПК 6 А 61 В 10/00). Способ основан на анализе причинно-следственных связей среда-здоровье, включающий врачебный осмотр, клиническое обследование, донозологическую диагностику предпатологических состояний и нарушения гомеостаза у наиболее чувствительного контингента населения, проживающего в различных экологических зонах, выявление значимости показателей, определяющих уровень здоровья популяции, и построение математической модели для оценки комбинированного и сочетанного взаимодействия комплекса факторов, влияющих на состояние здоровья. Способ отличается тем, что в качестве экологических зон берут однородные участки территории, характеризующиеся стабильным поведением в них комплекса показателей состояния здоровья населения и факторов окружающей среды, разграниченные посредством иерархической аглометрической кластерной процедуры, определяют эмпирические данные мультипликативных коэффициентов по каждому факторному и результативному признаку и истинные мультипликативные коэффициенты генеральных совокупностей системы среда-здоровье по экологическим зонам, сопоставляют их, и если выполняется условие r≥0,999, r - коэффициент корреляции, то для данной экологической зоны прогнозируют стабильную структуру среда-здоровье. Также способ отличается тем, что для территорий, испытывающих техногенную нагрузку на нижнюю часть геологической среды, связанную с закачкой и извлечением больших объемов жидкости при разработке нефтяных месторождений, в комплекс факторов окружающей среды, влияющих на состояние здоровья населения, дополнительно включают величины удельной техногенной нагрузки и тектонической расчлененности территории изучаемого региона. Также отличающийся тем, что техногенную нагрузку подразделяют по подсистемам народнохозяйственного комплекса и суммарно определяют как отношение плотности техногенных объектов на единицу площади, отличающийся также тем, что тектоническую расчлененность территории определяют как отношение плотности линеаментов на единицу площади.

Недостатком данного способа является отсутствие учета процессов, влияющих на состояние здоровья, но не имеющих экологического происхождения. В этом способе нет оценки индивидуального здоровья.

Известен также способ определения состояния здоровья живого организма и устройство для реализации этого способа (патент 2126228 МПК 6 А 61 В 5/05), основанный на сравнении выбранной измеренной физиологической характеристики живого организма с соответствующей эталонной, при этом выбранную физиологическую характеристику измеряют с помощью многоканального сенсорного блока, имеющего множество элементов, распределенных в заданной области тела живого организма в множестве измерительных точек. Способ отличается тем, что определяют посредством статистических методов статистическое распределение уровней выходных сигналов сенсорного блока и логарифмическое нормальное распределение уровней выходных сигналов сенсорного блока, выявляют отклонение статистического распределения от логарифмического нормального распределения, при этом логарифмическое нормальное распределение принимают за эталонную характеристику. Способ, отличающийся тем, что в качестве области тела используют область кожи живого организма, физиологической характеристикой является проводимость кожи, к которой прикладывают определенный электрический потенциал, измерения проводимости во времени устанавливают в соответствии с методами акупунктуры, физиологической характеристикой является интенсивность излучения кожи, в частности в оптическом или инфракрасном диапазоне, по результатам сравнения определяют отклонение одинакового порядка, изменение в статистическом распределении определяют в зависимости от времени и подвергают корреляционному анализу.

Недостатком данного способа является использование в качестве физиологической характеристики только проводимости кожи, не учитываются возрастные изменения. Для проведения данной оценки необходимо специализированное оборудование.

Известен способ мониторинга интегральной оценки кровообращения человека (заявка 96110319/14 МПК 6 А 61 В 5/0205). Способ осуществляется путем измерения основных показателей кровообращения. Способ отличается тем, что дополнительно измеряют показатели вегетативной нервной системы и на основе всех показателей вычисляют общую оценку кровообращения по формуле S=e^-KR, где S - интегральная оценка состояния кровообращения, К - нормирующий коэффициент, N - количество используемых показателей. Pi - оценка качества каждого из показателей (0 до 1), и по ее значению определяют состояние физиологической нормы или отклонения от нормы кровообращения человека.

Недостатком данного метода является обработка исходных данных методами классического статистического анализа, изучение избыточной информации, т.к. не учитываются корреляционные связи между параметрами.

Существует способ оценки степени нарушения концентрационно-кинетического состояния гомеостаза организма человека (заявка на изобретение 96110855/14 МПК 6 А 61 В 5/04, А 61 Н 39/00). Он основан на измерении концентрационно-кинетического потенциала и осуществляется с помощью жидкостного столбика, в который вставляют измерительный электрод, а сам столбик наполняют физиологической жидкостью в определенной концентрации; отличающийся тем, что абсолютное значение каждого из измеряемых значений концентрационно-кинетического потенциала сравнивают с физиологической нормой, определяемой значением концентрационно-кинетического потенциала между его средним статистическим значением и среднеквадратичным отклонением, полученным для здорового организма, а при повышении абсолютного значения любого из измеренных и зафиксированных значений концентрационно-кинетического потенциала его физиологической нормы вычисляют разность между этим абсолютным значением и значением среднеквадратичного отклонения и полученное значение разности делят на значение среднеквадратичного отклонения, затем по значению полученной величины оценивают степень нарушения концентрационно-кинетического состояния гомеостаза организма человека.

Недостатком этого способа является измерение одной характеристики физиологического состояния человека, использование методов классической статистики.

Существует способ оценки функционального состояния регуляторных систем организма биологического объекта (патент 2103911 МПК 6 А 61 В 5/04). Способ включает измерение электроактивности сердца с выделением органической последовательной сборки RR-интервалов ритма электроактивности сердца, выделение R-зубцов и фиксацию их положения во времени, измерение длительности RR-интервалов ритма электроактивности сердца, формирование последовательного ряда цифровых кодов, соответствующих величинам измеренных длительностей RR-интервалов, математическую обработку ряда путем формирования кодов, соответствующих статистическим и гистографическим показателям последовательного ряда цифровых кодов, включающим математическое ожидание и моду, отражающие активность гуморального канала регуляции сердечного ритма, среднеквадратическое отклонение и вариационный размах, характеризующие активность вагусной регуляции сердечного ритма, амплитуду моды, связанную с активностью симпатической регуляции сердечного ритма, индекс напряжения регуляторных систем, а также коэффициент вариации, являющейся нормированным показателем суммарной активности регуляторных систем, преобразование последовательного ряда цифровых кодов в периодическую кривую с последующим проведением ее спектрального анализа с определением мощности колебаний на участках спектра, соответствующих дыхательным волнам и медленным волнам первого и второго порядка, формирование на основе всех вышеуказанных показателей кодов, по бальной шкале соответствующих показателей суммарного эффекта регуляции, характеризующему степень отклонения ритма сердца от физиологической нормы, показателю функции автоматизма, характеризующему степень нарушения автоматизма сердца, показателю вегетативного гомеостаза, характеризующему степень преобладания симпатической или парасимпатической нервной системы, показателю устойчивости регуляции, характеризующему перестройку кровообращения на новый уровень функционирования, показателю активности подкорковых нервных центров, характеризующему степень проявления активности модулярного сердечно-сосудистого центра, и формирование на их основе кода, соответствующего интегральному показателю активности регуляторных систем, по которому осуществляют оценку функционального состояния регуляторных систем организма биологического объекта, отличающийся тем, что ограничение последовательной выборки RR-интервалов осуществляют по времени, проводя измерения электроактивности сердца в течение по меньшей мере двух минут, перед математической обработкой последовательного ряда цифровых кодов, соответствующих величинам измеренных длительностей RR-интервалов, проводят фильтрацию этого ряда путем сравнения каждого последующего кода с предыдущим и отбора для дальнейшей статистической обработки и спектрального анализа кодов, составляющих 0.8:1.2 от предыдущих, а по кодам, не соответствующим указанному диапазону, определяют количество экстрасистол и используют его для уточнения оценки функций автоматизма, при этом активность подкорковых нервных центров оценивают по отношению мощности медленных волн второго порядка к суммарной мощности колебаний спектра. Изменение электроактивности сердца осуществляют путем регистрации биопотенциалов на поверхности кистей или запястей рук и проводят фильтрацию полученного электрического сигнала от помех, вызванных активностью мышц рук, фиксацию во времени положения каждого R-зубца производят по переднему фронту R-зубца при величине сигнала 0.6-0.8 амплитуды R- зубца.

Недостатком данного способа является отсутствие разграничения нормы по возрасту и полу, использование методов классического статистического анализа.

Существует способ диагностики функционального состояния кардиосистемы (патент РФ 2141247 МПК 6 А 61 В5/02, А 61 В 5/04), основанный на подборе группы "здоровых" и группы "больных" людей и измерении у них параметров, характеризующих функциональное состояние сердечно-сосудистой системы организма с последующей обработкой этих данных и сопоставлении их с данными диагностируемого больного; отличающийся тем, что выбирают несколько групп больных с установленным ранее диагнозом, с различными заболеваниями, различной степенью тяжести одного и того же заболевания, различного возраста и пола, причем каждую группу формируют из больных с одинаковым заболеванием и степенью тяжести, у каждого человека из группы здоровых и группы больных людей определяют параметры, характеризующие состояние сердечно-сосудистой и легочной системы, полученные данные обрабатывают методом факторного анализа, с помощью которого формируют матрицу весовых нагрузок, выделяют наиболее значимые диагностические параметры, создают факторные диаграммы для группы здоровых людей и для каждого заболевания, которые используют в качестве эталона при сравнении с факторной диаграммой диагностируемого больного, у которого предварительно определены значения исходных параметров и проводят их факторный анализ. Способ отличается тем, что о наличии заболевания судят по отклонению величины значения факторов от 1, митральный стеноз 1-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -1.6 до -1.4 и 8-го фактора от -1.3 до -1.1; митральный стеноз 2-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2 до -1.6 и 8-го фактора от -1.8 до -1.6; митральный стеноз 3-ей степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2.3 до -2 и 8-го фактора от -2.0 до -1.8; митральный стеноз 5-ой степени диагностируют при значении 7-го фактора в диапазоне от -2.7 до -2.5 и 8-го фактора от -2.2 до -2.0. Для формирования эталонных факторных диаграмм у каждого человека в группе определяют 7-10 параметров из ряда: частота дыхания, дыхательный объем, минутный объем дыхания, потребление кислорода, максимальная вентиляция легких, коэффициент использования кислорода, пульс, жизненная емкость легких, дыхательный пульс, кислородный пульс, причем формируют группы по 20-50 человек в возрастном диапазоне от 20 до 40 лет, отдельно здоровых мужчин и здоровых женщин, больных мужчин и больных женщин с одинаковой известной степенью заболевания, при этом факторную диаграмму диагностируемого больного формируют путем подстановки в факторные выражения нормированных отклонений параметров диагностируемого больного от среднестатистических показателей группы здоровых.

Недостатком этого метода является использование в качестве нормы для диагностики заболеваний группы здоровых людей в возрасте 20-40 лет. Т.е. при диагностике состояния кардиосистемы не учитываются возрастные изменения.

Задачей изобретения является создание способа оценки состояния кардиосистемы с учетом возрастных изменений.

Указанный технический результат достигается тем, что способ оценки состояния кардиосистемы отдельного индивидуума основан на измерении ряда параметров, характеризующих сердечно-сосудистую и легочную системы исследуемого индивидуума и групп практически здоровых людей, не имеющих нарушений кардиосистемы на момент обследования и в анамнезе, различного возраста и пола, причем каждую группу формируют из здоровых людей определенного пола и возраста. У каждого человека в группе определяют следующие 10 параметров: общая метаболическая работа сердца, коронарный кровоток, ПО₂ организма, содержание гемоглобина, содержание эритроцитов, жизненная емкость легких, частота дыхания, минутный объем дыхания, дыхательный коэффициент, коэффициент использования кислорода.

Указанные параметры обрабатывают методом факторного анализа и выделяют наиболее значимые диагностические параметры, формируют матрицу весовых нагрузок, элементы которой показывают степень значимости каждого параметра, и создают факторные диаграммы для групп здоровых индивидуумов, которые используют в качестве эталона для сравнения с факторной диаграммой диагностируемого, у которого предварительно определяют значения исходных параметров и производят их факторный анализ. Факторную диаграмму диагностируемого больного формируют путем постановки в факторные выражения с весовыми нагрузками, полученными по группе здоровых людей, нормируемых отклонений параметров диагностируемого больного от среднестатистических значений параметров группы здоровых людей в возрастном диапазоне, когда изменения физиологических параметров не претерпевают значительных изменений.

О состоянии исследуемого индивидуума судят по отклонению его факторной диаграммы от соответствующей диаграммы здоровых для возраста диагностируемого индивидуума, используемой в качестве эталона, при этом для пациентов в возрасте 20-39 лет диагностируется нормальное состояние кардиосистемы в случае, если значения всех факторов лежат в пределах (-2,2), для диагностируемых в возрасте до 20 и от 40 лет нормальное состояние диагностируется при совпадении факторной диаграммы диагностируемого индивидуума и контрольной факторной диаграммы, определенной для данного возраста по группе здоровых людей.

При обработке указанным образом параметров, характеризующих состояние сердечно-сосудистой и легочной систем, подобранных таким образом групп здоровых людей, авторами установлена взаимосвязь между видом факторной диаграммы и отсутствием заболеваний сердечно-сосудистой системы, позволяющая при наличии полученного указанным способом банка факторных диаграмм проводить диагностику функционального состояния кардиосистемы, т.е. устанавливать наличие отклонений в функционировании кардиосистемы. При этом использование факторных диаграмм обеспечивает клиницисту конечную информацию в сжатом и наглядном виде и не вызывает затруднений при установлении степени здоровья при сопоставлении эталонных факторных диаграмм и факторной диаграммы диагностируемого индивидуума.

Способ оценки состояния кардиосистемы поясняется диаграммами и таблицами, а также блок-схемой обработки исходных данных (фиг.1), где на фиг.2 приведены типичные факторные диаграммы здоровых мужчин в возрасте 20-35 лет, на фиг. 3 приведены типичные факторные диаграммы здоровых женщин в возрасте 20-35 лет, на фиг.4-7 - типичные диаграммы здоровых мужчин и женщин различных возрастов (фиг. 4 - мальчики 1-1, 2-5, 3-10, 4-15 лет, фиг.5 - девочки 1-1, 2-5, 3-10, 4-15 лет, фиг.6 - мужчины 1-40, 2-45, 3-50, 4-55, 5-60, 6-65, 7-70 лет, фиг.7 - женщины 1-40, 2-45, 3-50, 4-55, 5-60, 6-65, 7-70 лет); в таблице 1 приведены значения факторов, характеризующих состояние сердечно-сосудистой и легочной системы группы здоровых мужчин, в таблице 2 приведены значения аналогичных факторов для здоровых женщин. В таблице 3 приведены значения исходных параметров для проведения факторного анализа ряда диагностируемых индивидуумов. Существенным является то, что вышеперечисленные параметры могут быть легко измерены или рассчитаны стандартными методами.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Подбирают группу здоровых мужчин в возрасте 20-39 лет в количестве не менее 50 человек. У членов этой группы проверяют состояние сердечно-сосудистой и легочной систем на отсутствие патологических изменений и стабильное функционирование. В случае положительного результата у индивидуумов данной группы фиксируют значения ряда параметров, перечисленных выше. Из значений измеренных параметров формируют матрицу исходных данных, которая является отправной точкой для проведения факторного анализа (Y), при этом все параметры проверяют на наличие нормального распределения. Матрица Y имеет размерность m x n, где m - число индивидуумов, n - число измеренных параметров. Матрицу Y нормируют, приводя к матрице Z по формуле
где - среднее значение параметра, s_i - его стандартное отклонение. По матрице Z определяют корреляционную матрицу R в соответствии с формулой

где rij - элемент корреляционной матрицы, (i, j=1...10);
Z_ij - элемент матрицы нормированных данных (i - параметры, j - индивидуумы).

Для матрицы корреляции вычисляются собственные значения и собственные вектора.

Матрица весовых нагрузок (А) определяется из уравнения
A = U•λ^1/2,
где
U - матрица собственных векторов,
λ - матрица собственных значений корреляционной матрицы. По матрицам весовых нагрузок и матрице нормированных значений находятся факторные выражения в соответствии с основной теоремой факторного анализа и строятся факторные диаграммы. Последовательность вычислительных операций представлена на фиг. 1. Типичные факторные диаграммы здоровых мужчин в возрасте 20-25 лет приведены на фиг. 2. В случае оценки степени здоровья диагностируемого индивидуума, если его возраст лежит в пределах 20-25 лет, набор его параметров и вычисленная матрица весовых нагрузок являются основой для построения факторной диаграммы диагностируемого. Если его факторная диаграмма лежит в пределах (-2,2), то можно говорить о хорошем состоянии кардиосистемы.

Пример 2. Для диагностируемого пациента в возрасте старше 25 лет и моложе 20, на основании того же набора параметров и вычисленной ранее матрицы весовых нагрузок строят факторную диаграмму, но сравнение производится с факторной диаграммой, соответствующей возрасту пациента. При изменении формы факторной диаграммы диагностируется наличие отклонений в состоянии сердечно-сосудистой системы и рекомендуется проведение более широкого спектра диагностических мероприятий для выявления типа и степени патологии.

Пример 3. В таблице 3 представлены исходные данные для функциональной диагностики степени здоровья у пациентов различных возрастов. После проведения факторного анализа нами было выявлено наличие нарушений в состоянии кардиосистемы 2-го и 4-го пациентов, им было рекомендована дальнейшая диагностика.

Формула изобретения

Способ оценки состояния кардиосистемы отдельного индивидуума, включающий измерение параметров, характеризующих сердечно-сосудистую и легочную системы исследуемого индивидуума и группы здоровых мужчин и женщин, формирование матрицы весовых нагрузок, показывающей степень значимости каждого параметра, проведение факторного анализа и определение факторной диаграммы индивидуума и группы здоровых лиц, отличающийся тем, что в качестве параметров, характеризующих сердечнососудистую и легочную системы, выбирают общую метаболическую работу сердца, коронарный кровоток, потребление кислорода организмом, содержание гемоглобина, содержание эритроцитов, жизненную емкость легких, частоту дыхания, минутный объем дыхания, дыхательный коэффициент, коэффициент использования кислорода, в качестве нормы выбирают возрастной диапазон 20-39 лет, исследуют группы индивидуумов, выходящих за пределы выбранного в качестве нормы возрастного диапазона в большую и меньшую стороны, причем параметры входят в факторные выражения с весовыми нагрузками, определенными для групп здоровых людей в возрастном интервале 20-39 лет, причем о наличии заболевания судят по отклонению факторной диаграммы от соответствующей диаграммы для здоровых для возраста диагностируемого индивидуума, нормальное состояние кардиосистемы для пациентов в возрасте 20-39 лет диагностируют в случае, если значения всех факторов лежат в пределах от -2 до 2, для диагностируемых в возрасте до 20 лет и от 40 лет нормальное состояние диагностируют при совпадении факторной диаграммы диагностируемого индивидуума и контрольной факторной диаграммы, определенной для данного возраста по группе здоровых людей.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9