Способ управления терапевтическими воздействиями путем мониторинга скорости вращения вольтамперных характеристик в зонах аномальной электропроводности

Изобретение относится к области медицинской диагностики и обеспечивает контроль состояния органов и систем человека в процессе терапевтических процедур с целью последующей их коррекции. Способ заключается в измерении и регистрации электрических характеристик биоматериалов в биоактивных точках в виде вольтамперной характеристики, формируемой путем измерения токов в цепи биоактивной точки при воздействии на нее постоянными стабилизированными по уровню напряжениями в диапазоне от -15 В до +15 В, изменяемыми с шагом в 1 В, с последующей полиномиальной аппроксимацией вольтамперной характеристики. Процедуру получения вольтамперной характеристики повторяют N раз, изменяя напряжения с заданным шагом от -15 В до +15 В и обратно, и, учитывая гистерезисный характер полученных вольтамперных характеристик, определяют величину поворота текущей вольтамперной характеристики относительно предшествующей: против часовой стрелки при изменении напряжения от нуля до ±15 В и по часовой стрелке при изменении напряжения от ±15 В до нуля, и используют полученные int(N/2)+1 полиномов для формирования входного вектора классификатора состояния организма в процессе терапевтических воздействий. 7 ил.

 

Изобретение относится к области медицинской диагностики, а именно к способам диагностики, профилактики и лечения заболеваний, основанным на исследовании электрических характеристик биоматериалов, в частности, вольтамперных характеристик биоактивных точек (БАТ).

Известен способ исследования состояния пациента по методу А.И. Нечушкина с измерением электрокожного сопротивления (ЭКС) в точках-пособниках при напряжении источника питания 1,5…3,0 В и токе короткого замыкания 20 мкА, с последующим дополнением этого теста измерением температуры кожи в тех же точках. Результаты исследования заносят в карты и по определенному алгоритму определяют состояние симпатической и парасимпатической частей вегетативной нервной системы (ВНС). Отклонение таких показателей от средних значений свидетельствует о функциональных и органических нарушениях ВНС соответствующих сегментов [Самосюк И.З., Лысенюк В.П., Лиманский Ю.П. и др. - Киев: "Здоровье", 1994, стр.186-187].

Недостатком способа является большой разброс результатов измерения, обусловленный индивидуальными особенностями организма, не связанными с патологией, а также направленность способа не на диагностику патологии органов и систем организма, а на патологию меридиана, что вступает в противоречие с методологией диагностики и лечения, принятой в европейской классической медицине. Кроме того, способ направлен на решение весьма узких задач контроля состояния организма.

Известен способ диагностики заболеваний, по которому воздействуют на репрезентативные точки двенадцати парных меридианов током величиной 2…10 мкА в течение 1…3 с на каждую точку. Затем определяют величину электропроводности при воздействии током положительной и отрицательной полярности, вычисляют биопотенциалы меридианов, равные абсолютной разности между значениями электропроводности, определенной при различной полярности тока воздействия. Сравнивая средние показатели организма со значениями биопотенциалов, напряженности и направления движения энергии в меридианах, определяют острые и хронические воспалительные процессы в организме, а также нормальное его состояние [Патент РФ 2011373, МПК А 61 Н 39/00, опубл. бюлл. 8, 1994 г.].

Достоинством способа является существенное уменьшение силы тока по сравнению с иными известными способами. недостатком способа является близость диагностических (2…10 мкА) и терапевтических (от 6 до 10 мкА) уровней зондирующих токов, что снижает точность диагностических заключений. Вторым недостатком известного способа является недостаточно верное отражение биопотенциалов каждого из 12 меридианов через разность электрокожной проводимости при положительной и отрицательной полярности.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому в качестве изобретения является «Способ акупунктурной диагностики»( Патент РФ №255015, МПК А61В 5/00 опубл.10.05.2015, бюл. №13 )заключающийся в получении вольтамперных характеристик биоткани в каждой биоактивной точке парных меридианов путем воздействия на них постоянными стабилизированными по уровню напряжениями в диапазоне от -15 В до +15 В, изменяемыми с шагом в 1 В, и последующей аппроксимации каждой из них полиномом седьмого порядка, и использовании коэффициентов полученных полиномов для формирования входного вектора для нейронной сети, обученной на принятие диагностических решений по выделенным классам заболеваний [Патент РФ A61B 5/00 № 2550015. Заявка № 2013156131/14. Приоритет 18.12.2013. Опубликовано: 10.05.2015. Бюл. №13].

Недостатком способа является отсутствие возможности оценки по показателям БАТ влияния терапевтических процедур на динамику состояние организма.

Задача, решаемая изобретением, состоит в создании способа акупунктурной диагностики, обеспечивающего контроль состояния органов и систем человека в процессе терапевтических процедур с целью последующей их коррекции.

Для этого в известном способе акупунктурной диагностики, заключающимся в измерении и регистрации электрических характеристик биоматериалов в биоактивных точках в виде вольтамперной характеристики, формируемой путем измерения токов в цепи биоактивной точки при воздействии на нее постоянными стабилизированными по уровню напряжениями в диапазоне от -15 В до +15 В, изменяемыми с шагом в 1 В, с последующей полиномиальной аппроксимацией вольтамперной характеристики, процедуру получения вольтамперной характеристики повторяют N раз, изменяя напряжения с заданным шагом от -15 В до +15 В и обратно, и, учитывая гистерезисный характер полученных вольтамперных характеристик, определяют величину поворота текущей вольтамперной характеристики относительно предшествующей: против часовой стрелки при изменении напряжения от нуля до плюс-минус 15 В, и по часовой стрелки при изменении напряжения от плюс-минус 15 В до нуля, и используют полученные int(N/2)+1 полиномов для формирования входного вектора классификатора состояния организма в процессе терапевтических воздействий.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего данный способ.

На фиг. 2 показана структурная схема устройства связи с объектом (УСО), входящее в состав устройства, реализующего данный способ.

На фиг. 3 показаны фрагменты четырех вольтамперных характеристик характеристик одной из БАТ меридиана легких, полученные при возрастающих и убывающих напряжениях на БАТ.

На фиг. 4 иллюстрируется процесс формирования пространства информативных признаков для классификации состояния организма (с целью упрощения понимания процесса вращения на графике вольтамперные характеристики аппроксимированы полиномами первого порядка).

На фиг.5 показан фрагмент таблицы экспериментальных данных для одного пациента с параметрами, отражающими скорость вращения вольтамперных характеристик для шести БАТ.

На фиг. 6 показаны графики, отражающие экспериментальные данные таблицы фиг.6 для одной БАТ, вольтамперные характеристики которой используются при диагностики гипертонии, и десяти пациентов.

На фиг. 7 представлена таблица экспериментальных данных, иллюстрирующая диагностическую эффективность способа при лечении гипертонии.

Способ осуществляется с помощью устройства, структурная схема которого покзана на фиг.1. Устройство состоит из последовательно соединенных ПЭВМ 1, микроконтроллера (МК) 2, устройства связи с объектом (УСО) 3, и щупа 4, включающего электроды Э1 и Э2 и предназначенного для осуществления электрического контакта с биоактивной точкой исследуемого биообъекта.

Устройство связи с объектом 3 состоит из усилителя 5, входом подключенного к выходу ЦАП микроконтроллера 2, а выходом к электроду Э1 щупа 4, и усилителя 6, входом подключенного к электроду Э2 щупа 4 и первому выводу токового резистора 7, второй вывод которого подключен к общему проводу, а выход усилителя 6 соединен с входом АЦП микроконтроллера 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Процесс управления терапевтическим воздействием осуществляет персональный компьютер 1 (фигура 1). В его память лицо, принимающее решение (ЛПР), заносит следующие параметры: частоту дискретизации зондирующего напряжения, частоту дискретизации зондирующего тока (в общем случае может быть больше частоты дискретизации зондирующего напряжения), число построенных вольтамперных характеристик N, необходимое для формирования пространства информативных признаков, координату, а также номер БАТ, вольтамперные характеристики которой исследуются. После этого ЛПР устанавливает активный электрод Э1 щупа 4 на поверхность кожи пациента в окрестности соответствующей БАТ, а пассивный электрод Э2 щупа 4 вкладывается в ладонь пациента. Если электроды установлены и пациент готов к эксперименту, то нажимается соответствующая клавиша и микроконтроллер 2 приступает к оцифровке вольтамперных характеристик БАТ. Оцифровка вольтамперных характеристик осуществляется следующим образом. Персональный компьютер 1 загружает необходимыми данными микроконтроллер 2. Микроконтроллер 2 устанавливает на входе встроенного ЦАП код, соответствующий необходимому значению напряжения вольтамперной характеристики (вначале это – 15 В), и через некоторый интервал времени аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 2 считывает напряжение с выхода усилителя 6 УСО 3, которое с точностью до мультипликативной составляющей соответствует току, протекающему через пациента. После этого микроконтроллер 2 изменяет код на входе ЦАП таким образом, чтобы следующее напряжение, подаваемое на БАТ через усилитель 5, было выше предыдущего на 1 В. Реализуется 31 такой цикл. Полагаем, что закончился первый проход – получена первая вольтамперная характеристика. Для реализации второго прохода микропроцессор 2 декрементирует код на входе ЦАП, что позволяет получить нисходящую ветвь (второй проход вольтамперной характеристики). Всего таких проходов будет N, причем N нечетное, что определяется двумя фазами вращения вольтамперной характеристики: по часовой стрелке и против часовой стрелки. Процесс вращения вольтамперной характеристики в первом квадранте иллюстрирует фиг.3 на примере четырех проходов.

После получения всех N вольтамперных характеристик БАТ микроконтроллер 2 перегружает полученные экспериментальные данные в персональный компьютер 1, который приступает к их обработке.

Процесс управления терапевтическим воздействием основан на том факте, что воздействие зондирующего тока любой полярности на биоматериал в эксперименте in vivo приводит к уменьшению активного сопротивления биоматериала [Модели биоимпеданса при нелинейной вольтамперной характеристики и обратимом пробое диэлектрической составляющей биоматериала//Бюллетень сибирской медицины. Том 13, №4, тематический выпуск, 2014. Томск. – С.129-135. 2. Исследование проводимости биоматериалов в биоактивных точках при циклических воздействиях токами различной полярности//Биомедицинская радиоэлектроника, №9, 2016. – С. 32-37]. Однако, эти изменения обратимы и при снижении или прекращении воздействовать на биоматериал электрическим током, электрическое сопротивление частично восстанавливается. Изменение электрического сопротивления в БАТ с ростом величины и времени воздействие на нее электрическим током, а также последующее восстановление после снятия этого воздействия зависит от многих факторов, одним из которых является состояние системных связей направленное на восстановление гомеостазиса, что позволяет использовать этот параметр в качестве суррогатного маркера для мониторинга и управления терапевтическими воздействиями.

На первом этапе обработки данных осуществляется аппроксимация отсчетов вольтамперных характеристик, что позволяет поставить в соответствие зондирующее напряжение произвольному зондирующему току.

На втором этапе выбирают информативную абсциссу в области наибольшей линейности полученных на первом этапе вольтамперных характеристик и формируют двухкомпонентные векторы из пар чисел, каждая пара чисел соответствует трем вольтамперным характеристикам: двум восходящим и одной нисходящей (фиг. 4), и определяется по следующим формулам:

, (1)

, (2)

где a_i –координаты оси абсцисс i-й ВАХ (восходящей), соответствующие ординате I*, b_i+2 – координаты оси абсцисс (i+1) -й ВАХ (нисходящей), соответствующие ординате I*.

В формулах (1) и (2) и последующих формулах символы a и b являются маркерами нисходящей и восходящей вольтамперной характеристики, и нижний индекс нумерует вольтамперные характеристики в хронологическом порядке.

Компонентам векторов соответствуют точки вольтамперной характеристики, лежащие на выбранной абсциссе, таким образом, что первой компоненте вектора соответствуют точки пересечения абсциссы с восходящими ветвями вольтамперной характеристики, а второй – нисходящими ветвями вольтамперной характеристики.

Компоненты векторов пространства информативных признаков определяются по формулам (3) и (4). Это разности абсцисс координат близлежащих точек восходящих и нисходящих вольтамперных характеристик.

. (3)

. (4)

Формула (3) отражает вращение вольтамперной характеристики БАТ против часовой стрелки (реакция первичного ответа), а формула (4) – по часовой стрелки (реакция платы или индикатор восстановления или поддерживания гомеостазиса). Если плата отсутствует, то есть организм не восстанавливает частично сопротивление биоткани при снятии воздействия, то (4) равно нулю.

Экспериментальные исследования, фрагменты которых представлены в табличном виде на фиг.5 и в графическом виде на фиг.6, показывают вращение вольтамперной характеристики БАТ вокруг начала координат с преобладанием вращения против часовой стрелки, что соответствует уменьшению активной составляющей биоимпеданса в процессе воздействия на биоматериал электрическим током (снижение гомеостизиса). Интенсивность такого вращения соответствует выбранной БАТ и определяет состояние организма и реакцию организма на вешнее воздействие.

на основании полученных результатов формируют вектор информативных признаков размером int(N/2)+1, который подается на вход обучаемой нейронной сети, выходы которой соответствуют разделяемым классам состояния организма.

настройку нейронной сети осуществляют по известным алгоритмам, например по алгоритму обратного распространения ошибки [Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации // С. Осовский / Пер. с польского И.Д. Рудинского. – М.: Финансы и статистика, 2004. – 344 с.].

Предложенный способ апробирован при управлении электромагнитной терапией простатита. при этом исследовались вольтамперные характеристики биоактивных точек I - Танй-юань и IX- Да-лин у 25 больных с различной степени тяжести простатита. Биоактивные точки для мониторига терапии данного заболевания выбирались согласно методическим рекомендациям Минздрава России [Электропунктурная диагностика по методу И. Накатани. Методические рекомендации № 2002/34 / Министерство здравоохранения Российской Федерации. - М., 2002. – 24 с.]. Осуществлялась запись на жесткий диск персонального компьютера отсчетов тока при последовательном изменении напряжения в этих точках от -15 до +15 В с шагом 1 В. Затем проводился анализ в соответствии с описанным выше алгоритмом обработки, после чего вычислялась диагностическая эффективность результатов. Результаты диагностики представлены в таблице на фиг.7.

Положительный эффект заключается в том, что способ позволяет формировать суррогатные маркеры для управления эффективностью физиотерапевтических воздействий на организм человека. Возможен также мониторинг эффективности лекарственных назначений и других видов терапии. Обладая достаточной доступностью и простотой, способ имеет высокую степень информативности и может применяться при различных физиотерапевтических процедурах.

Способ управления терапевтическими воздействиями путем мониторинга скорости вращения вольтамперных характеристик в зонах аномальной электропроводности, заключающийся в измерении и регистрации электрических характеристик биоматериалов в биоактивных точках в виде вольтамперной характеристики, формируемой путем измерения токов в цепи биоактивной точки при воздействии на нее постоянными стабилизированными по уровню напряжениями в диапазоне от -15 В до +15 В, изменяемыми с шагом в 1 В, с последующей полиномиальной аппроксимацией вольтамперной характеристики, отличающийся тем, что процедуру получения вольтамперной характеристики повторяют N раз, изменяя напряжения с заданным шагом от -15 В до +15 В и обратно, и, учитывая гистерезисный характер полученных вольтамперных характеристик, определяют величину поворота текущей вольтамперной характеристики относительно предшествующей: против часовой стрелки при изменении напряжения от нуля до ±15 В и по часовой стрелке при изменении напряжения от ±15 В до нуля, и используют полученные int(N/2)+1 полиномов для формирования входного вектора классификатора состояния организма в процессе терапевтических воздействий.