Результат интеллектуальной деятельности: Способ прогнозирования степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для диагностики и терапии в неврологии, кардиологии, сосудистой хирургии, экспертизе инвалидности, профессиональной пригодности.

Одной из проблем, связанных с ведением ишемических больных, является частое сочетание сосудистых поражений различных органов, включая головной мозг, сердце и нижние конечности.

Основой взаимодействия ишемизированных органов являются процессы ишемического прекондиционирования или кратковременной гипоксии тканей, которые характеризуют защитную реакцию органов (сердце (С), головной мозг (ГМ), нижние конечности (НК)) в ответ на повторное ишемическое воздействие.

При этом современные подходы к анализу состояния ишемизированных больных основываются на представлении о краткосрочных воздействиях различного вида: нейрогенные, фармакологические, физические и т.д.

В тоже время наши наблюдения показывают, что патологические состояния сердца и сосудов, включая сосуды головного мозга и нижних конечностей, сосуществуют длительно, приобретая хроническую взаимоотягощающую связь.

Такое течение хронических ишемических процессов требует разработки адекватных способов прогнозирования степени тяжести ишемического процесса, использование которых позволит повысить качество оказания медицинской помощи исследуемой категории пациентов.

Известен способ прогнозирования ишемической болезни сердца (А.С. №1773380 А1. Способ прогнозирования ишемической болезни сердца. Зборевский З.И., Фомина Р.Ф., Козлов И.Д., Розова Н.В. Подача заявки: 1988-28-06. Публикация а. с. 07.11.1992). Способ осуществляется следующим образом. Во время обследования пациенту (обследуемому) измеряют систолическое давление общепринятым методом, дважды измеряют жизненную емкость легких с помощью водяного или воздушного спирометра, засчитывая наибольший результат во время измерений, измеряют систолическое артериальное давление (САД) и учитывают возраст с последующей математической обработкой данных, дополнительно измеряют жизненную емкость легких (ЖЕЛ), ширину тазового пояса, вычисляют линейную дискриминантную функцию

,

где Х₁ – уровень САД; Х₂ – значение ЖЕЛ; Х₃ – возраст; Х₄ – ширина тазового пояса обследуемого, и при А≥0 обследуемого относят к группе высокого риска возникновения ишемической болезни сердца.

Однако известный способ не позволяет оценивать риск появления и развития ишемической болезни головного мозга и нижних конечностей и не позволяет дифференцировать различные степени тяжести состояния исследуемых органов, что снижает прогностическую ценность способа.

Кроме того, использование этого способа не позволяет обеспечивать эффективное ведение больных с выбором рациональных схем профилактики и лечения исследуемой категории больных.

Известен способ прогнозирования течения ишемии мозга (Патент РФ №226 58 48 (13) С2. Способ прогнозирования течения ишемии мозга. Орлова Н.С., Волкова Э.Г., Камилов Ф.Х. Подача заявки 2003.09.23. Публикация 2005.12.10).

Сущность способа прогнозирования течения ишемии мозга заключается в следующем: в сыворотке крови больного определяют концентрации молочной и пировиноградной кислот, активность фермента лактат дегидрогеназы с расчетом коэффициента С, определяемого через константу равновесия соответствующей дегидрогеназной реакции, концентрацию молочной кислоты, активность фермента лактат дегидрогеназы и концентрацию пировиноградной кислоты. При значении С до 597,17 прогнозируется благоприятное течение ишемии мозга, при значениях С выше 597,17 – неблагоприятное.

Однако известный способ не позволяет оценивать риск появления и развития ишемической болезни сердца и нижних конечностей и не позволяет дифференцировать различные степени тяжести состояния исследуемых органов, что снижает прогностическую сущность способа.

Кроме того, использование этого способа не позволяет обеспечивать эффективное ведение больных с выбором рациональных схем профилактики и лечения исследуемой категории больных.

Известен способ прогноза течения хронической критической ишемии нижних конечностей (Патент РФ №2084817. Способ прогноза течения хронической критической ишемии нижних конечностей. Затевахин И.И., Дроздов С.А., Хабаров Р.И. и др. Публикация 06.20,1997).

Сущность способа. При поступлении пациента через 14 дней после хирургического или консервативного лечения определяют содержание В-лимфоцитов, ЦИК, иммуноглобулинов класса А, М, Д, фагоцитарную активность лейкоцитов в периферической крови и при смещении всех перечисленных показателей относительно исходных прогноз для сохранения конечности считают благоприятным.

Однако известный способ не позволяет оценивать риск появления и развития ишемической болезни головного мозга и сердца и не позволяет дифференцировать различные степени тяжести состояния исследуемых органов, что снижает прогностическую сущность способа.

Кроме того, использование этого способа не позволяет обеспечивать эффективное ведение больных с выбором рациональных схем профилактики и лечения исследуемой категории больных.

В качестве ближайшего аналога принят способ прогнозирования степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей, описанный в работе Быков А.И., Устинов А.Г., Стародубцева Л.В. «Прогнозирование степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей» Доклады 12-й международной конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ – 2016» Владимир – Суздаль, Россия, 2016 Книга 1, с. 171-173.

Сущность этого способа состоит в том, что у обследуемого (пациента) определяется следующий набор показателей. ЦГС - критерий оценки саморегуляции центральной гемодинамической системы; ВС - время сегрегирования критической ишемии нижних конечностей (в месяцах); ИБСНК - интенсивность болевого синдрома нижних конечностей (в баллах); ИБСС - интенсивность болевого синдрома сердца (в баллах); ИБСГМ - интенсивность болевого синдрома головного мозга (в баллах).

Параметр ЦГС определяется выражением

(1)

- систолическое АД в данный момент времени (мм рт.ст.);

- число сердечных сокращений (количество ударов в минуту);

- разница давления в настоящее время и 3 дня назад (мм рт.ст.);

- активное частичное тромбопластиновое время (в секундах);

- концентрация в крови, моль/л.

Показатели ИБСНК, ИБСС и ИБСГМ определяются по специально разработанным таблицам (таблица 1, таблица 2 и таблица 3) путем суммирования баллов выбираемых из соответствующих таблиц.

*Примечание: ДИ - динамическая изменчивость

Искомые показатели определяются по формулам:

; ; ; (2)

Для оценки степени тяжести ишемического процесса выбранных органов был разработан алгоритм, табличная форма которого представлена таблицей 4.

Примечание: ФИП – формы ишемического прекордиционирования; ПИП - параметры ишемического прекондиционирования.

Решение принимается по простому алгоритму. Определяется колонка, в которой все признаки удовлетворяют записанным значениям.

Недостатки данного способа прогнозирования обусловлены следующими обстоятельствами:

1) произведенные статистические исследования показали, что формула расчета ЦГС (1) обладает низкими показателями чувствительности и специфичности по отношению к выделяемым степеням тяжести ишемического процесса для всех исследуемых органов, что снижает качество принимаемых решений;

2) предлагаемые в работе балльные оценки промежуточных и итоговой решающей таблиц определены ограниченным числом экспертов одного региона, что делает оценки субъективными. Их достоверность не подтверждена математическим моделированием или статистическим испытанием, что снижает точность прогноза по всем степеням тяжести;

3) выбранный четкий алгоритм принятия решений не соответствует физиологической сущности решаемой задачи, что делает актуальной проблему выбора адекватной математической модели прогнозирования, обеспечивающей повышение точности прогноза.

На последнее обстоятельство в своих выводах указывают авторы описываемого метода.

Технической задачей предлагаемого способа является повышение качества прогнозирования степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей.

Сущность изобретения состоит в том, что в способе прогнозирования степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей производятся измерение и расчет таких информативных признаков S_j (j=1, …, 5) как: критерия оценки саморегуляции центральной гемодинамической системы (ЦГС) (S₁); время сегрегированной критической ишемии нижних конечностей (в месяцах) (ВС) (S₂); интенсивность болевого синдрома нижних конечностей (баллы) (ИБСНК) (S₃); интенсивность болевого синдрома сердца (баллы) (ИБСС) (S₄); интенсивность болевого синдрома головного мозга (баллы) (ИБСГМ) (S₅).

С учетом низкой специфичности и чувствительности формулы (1) у пациента общепринятыми методами с помощью тонометра определяется систолическое артериальное давление САД 1, через три дня измеряется текущее систолическое артериальное давление САД и производится расчет величины , в это же время общепринятыми методами определяется частота сердечных сокращений (ЧСС) и методами лабораторного анализа определяется концентрация ионов кальция [Ca²⁺] в крови и активное частичное тромбопластиновое время.

По измеренным показателям определяется параметр, характеризующий саморегуляцию центральной гемодинамической системы по формуле:

(3)

С использованием интерактивных процедур, сочетающих технологию экспертного оценивания Делфи, и процедур, минимизирующих прогностические ошибки, определяются четыре группы функций принадлежности μ_нi(S_j), μ_лi(S_j), μ_pi(S_j), μ_кi(S_j) к таким классам, отражающим исследуемые степени тяжести, как: норма (н); латентное (л); реверсивное (р); критическое (к). Индекс i определяет исследуемый орган (i=c – сердце; i=м – головной мозг; i=к – нижние конечности), индекс j – номер информативного признака (j=1, …, 5). Способ определения формы и параметров функций принадлежности описан в работе: Кореневский Н.А. Оценка и управление состоянием здоровьем обучающихся на основе гибридных интеллектуальных технологий: монография / Н.А. Кореневский, А. Н. Шуткин, С.А. Горбатенко, В. И. Серебровский. – Старый Оскол: ТНТ, 2016. – 472 с.

Формулы для расчета всех необходимых функций принадлежности имеют следующий вид:

В ходе экспертизы и проведенных экспериментальных исследований было установлено, что выбранные признаки характеризуются тем, что учет каждого из них увеличивает уверенность в классификации по каждому из выбранных классов степени тяжести. В соответствии с рекомендациями, разработанными на кафедре биомедицинской инженерии ЮЗГУ и описанными в работах:

Кореневский Н.А. Оценка и управление состоянием здоровья обучающихся на основе гибридных интеллектуальных технологий: монография / Н.А. Кореневский, А. Н. Шуткин, С.А. Горбатенко, В. И. Серебровский. – Старый Оскол: ТНТ, 2016. – 472 с.;

Кореневский, Н. А. Использование нечеткой логики принятия решений для медицинских экспертных систем / Н. А. Кореневский // Медицинская техника. – 2015. -№1. – С. 33-35.

В качестве обобщенной модели прогнозирования исследуемых степеней тяжести выбрана модель вида:

(4)

где - уверенность в классе с номером r по органу с номером i на q-м шаге итерации =.

Выражение (4) рассчитывается для каждого органа и каждого класса по всем выбранным признакам. Решение в пользу каждого класса (r=н, л, р, к) для каждого органа (i=с, м, к) принимается по максимальному значению U_ri. Обозначим через UR_c – уверенность в классификации по сердцу; UR_м – по мозгу; UR_к – по нижним конечностям, тогда

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

где q=1,…,4; U_rc(1)=

.

Конкретные примеры реализации способа

Пациент А:

САД=120;

ЧСС=75;

∆АД=25;

АЧТВ=38,5;

2,0;

ВС=1;

ИБСНК=8;

ИБСС=6;

ИБСГМ=10;

Рассчитываемые показатели:

ЦГС=7,2

Функции принадлежности

Вывод

Уверенность в классе состояний по сердцу определяется выражением (6). Из набора U_нс , U_лс, U_рс, U_кс наибольшее значение имеет величина U_нс, что позволяет сделать вывод о том, что с уверенностью 0,97 у пациента отсутствует ишемический процесс в сердце, однако, учитывая, что по показателю ВС существует достаточно высокое значение U_лс=0,6, следует обратить внимание на возможность другой сердечной патологии.

Аналогично с уверенностью 0,99 можно утверждать об отсутствии ишемических процессов в головном мозге и нижних конечностях.

Пациент Б:

САД=150

ЧСС=85

∆АД=35

АЧТВ=33,5

2,0;

ВС=2

ИБСНК=16

ИБСС=17

ИБСГМ=19

Рассчитываемые показатели

ЦГС=12,63

Функции принадлежности

Вывод

С уверенностью 0,99 сердце и мозг находятся в латентном состоянии и с уверенностью 0,98 в этом же состоянии находятся нижние конечности. Однако нельзя исключить, что с уверенностью 0,52 мозг находится в реверсивном состоянии или он приближается к этому состоянию и с уверенностью 0,76 в реверсивном состоянии находятся нижние конечности или они приближаются к этому состоянию. Кроме того нижние конечности с уверенностью 0,7 могут находиться в критическом состоянии или приближаться к нему.

В любом случае пациенту Б следует провести дополнительные исследования с целью уточнения его состояния, обратив особое внимание на 3-й и 4-й параметры (таблицы 1 и 2).

Пациент В:

САД=170

ЧСС=120

∆АД=45

АЧТВ=31

2,0;

ВС=5

ИБСНК=20

ИБСС=15

ИБСГМ=23

Рассчитываемые показатели

ЦГС=16,03

Функции принадлежности

Вывод

С уверенностью 0,98 сердце и конечности находятся в реверсивном состоянии и с уверенностью 0,99 мозг находится в реверсивном состоянии, однако следует обратить внимание, что с уверенностью 0,6 конечности могут находиться в критическом состоянии или приближаться к нему. Следует обратить внимание на данные таблицы 1.

Пациент Г:

САД=200

ЧСС=120

∆АД=60

АЧТВ=2,7

2,0;

ВС=8

ИБСНК=21

ИБСС=24

ИБСГМ=22

Рассчитываемые показатели

ЦГС=24,76

Функции принадлежности

Вывод

Пациент Г по всем исследуемым органам находится в критическом состоянии.