Результат интеллектуальной деятельности: Способ комплексного исследования биомеханики сердечно-сосудистой системы

Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии и к способам исследования биомеханики сердечно - сосудистой системы.

В России, как и во всем мире, сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смертности. Однако если в некоторых западных государствах наблюдается увеличение продолжительности жизни, улучшение прогноза кардиологических больных, то для нашей страны, к сожалению, характерен рост распространенности артериальной гипертензии (АГ), ишемической болезни сердца (ИБС) и, как следствие, хронической сердечной недостаточности (ХСН). В связи с этим большое внимание уделяется методам функциональной диагностики сердечно-сосудистых заболеваний, позволяющим выявлять самые ранние изменения гемодинамики и отслеживать эффект проводимого лечения.

Основными на сегодня способами инструментальной диагностики состояния сердечно-сосудистой системы являются электрокардиография (ЭКГ), эхокардиография (ЭхоКГ) и ультразвуковое сканирование (ультразвуковая допплерография - УЗДГ) сосудов. Электрокардиография незаменима для оценки электрических процессов в сердце, однако при функциональных тестах ее результаты носят косвенный характер. Ультразвуковые методы (ЭхоКГ, УЗДГ сосудов) позволяют детально описать анатомические изменения и выявить функциональные расстройства, но они требуют использования дорогостоящей аппаратуры и участия высококвалифицированного персонала.

Из существующего уровня техники известен способ и устройство для оценки риска сердечно - сосудистых осложнений (патент RU 2508904, МПК А61В 5/02, А61В 5/04, А61В 5/145, опубл. 10.03.2014), согласно которому методом оптической капилляроскопии эпонихия пальца руки определяют размер периваскулярной зоны, диаметры венозных и артериальных отделов капилляров. Определяют скорость распространения пульсовой волны и значение эндотелиальной функции на верхней конечности синхронно относительно R пика электрокардиограммы. Измеряют артериальное давление. Рассчитывают индекс К риска сердечно - сосудистых осложнений по математической формуле. Устройство включает пневматические средства создания окклюзии на конечности испытуемого, датчики давления, связанные с окклюзионными манжетами; входной блок, выполненный с возможностью приема, регулирования уровня сигналов с выхода датчиков давления, их усиления и предварительной фильтрации; блок оптической капилляроскопии, выполненный с возможностью определения размера периваскулярной зоны, диаметров венозных и артериальных отделов капилляров эпонихия пальца руки; блок регистрации электрокардиограммы, выполненный с возможностью формирования импульсного сигнала синхронизации по R зубцу электрокардиограммы; блок амплитудно-цифрового преобразования, цифровой обработки сигналов и управления, блок коммутации, блок связи с компьютером. Изобретение позволяет повысить достоверность и объективность оценки риска сердечно -сосудистых осложнений.

Недостатком является то, что способ и устройство позволяют только произвести оценку риска заболевания ССЗ в виде одного общего показателя, что не дает представления специалисту о более конкретном состоянии биомеханики сердечно-сосудистой системы.

Известен также способ диагностики состояния сердечно - сосудистой системы (патент RU 2257838, МПК А61В 5/00, G06F 17/60, опубл. 10.08.2005), согласно которому моделируют выбранные состояния или признаки, сравнивают информационные параметры характерных особенностей состояния или признака модели с информационными параметрами характерных особенностей исходного состояния или признака пациента, корректируют определение ключевых слов, создание основных карт описания каждого из возможных состояний или признаков в пространстве всех возможных состояний или признаков и параметры модели до обеспечения заданного уровня совпадения информационных параметров состояния и признака модели с характерными особенностями исходного состояния или признака пациента и синтезируют реалистическое трехмерное изображение полученного состояния или признака модели с характерными особенностями. При моделировании осуществляют получение информационных параметров характерных особенностей выбранного состояния или признака путем создания модели, параметры которой и параметры пациента находятся в определенных однозначных отношениях подобия. Способ позволяет повысить качество и расширить функциональные возможности диагностики состояния сердечно - сосудистой системы.

Недостатком способа может служить то, что он позволяет, в большей степени, визуализировать состояние сердечно-сосудистой системы основываясь только на показаниях ЭКГ, что не дает должного представления специалисту о реальном состоянии биомеханики сердечно-сосудистой системы.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является поликардиография http://бмэ.орг/index.php/ПОЛИКАРДИОГРАФИЯ) - комбинированное исследование, основанное на одновременной регистрации нескольких сердечно-сосудистых кривых, чаще ЭКГ, фонокардиограммы, сфигмограммы сонной артерии и - в последующих вариантах - апекскардиограммы. Метод позволял определять продолжительность фаз сердечного цикла. Надо заметить, что впервые аналогичные синхронные записи с целью фазового анализа сделал Gerhartz еще в 1911 г. В 1937 г. Schultz вновь воспользовался этими кривыми, характеризующими сердечную деятельность, и нашел ключ к оригинальному расчету с их помощью основных систолических фаз - периода напряжения и периода изгнания.

Новый принцип получил признание физиологов и клиницистов лишь благодаря колоссальной работе, которую проделал Blumberger по теоретическому и практическому обоснованию нового метода исследования фаз сердечного цикла у человека (1940 г.). Метод был дополнен В.Л. Карпманом и С.Б. Фельдманом.

Для фазового анализа используются также другие непрямые методы, регистрирующие разнообразные проявления сердечно-сосудистой кинематики: реография, фонокардиография.

Апекскардиография (АКГ) - метод регистрации низкочастотных колебаний грудной клетки в области верхушечного точка, вызванных работой сердца.

Сфигмография (СГ) - метод регистрации движений артериальной стенки, возникающих под влиянием волны давления крови при каждом сокращении сердца. Колебания сосудистой стенки и области верхушечного толчка воспринимаются с помощью воронки, присоединенной к датчику давления. Вывод осуществляется на бумагу или на экран осциллографа.

Реография - метод регистрации колебаний сопротивления тканей организма переменному току высокой частоты.

Фонокардиография (ФКГ) представляет собой метод графической регистрации звуков, возникающих при работе сердца.

Поликардиограмма в типичном случае - это синхронная запись ЭКГ, ФКГ и СГ центрального пульса. Для регистрации ЭКГ используется I стандартное отведение. ФКГ записывается с точки Боткина в диапазоне средних частот. СГ обычно регистрируется с сонной артерии.

В настоящее время метод потерял свое клиническое значение по следующим причинам: необходимость одновременного вывода нескольких кривых на бумажную ленту, громоздкость оборудования, ручная обработка результатов, оценка только длительностей фаз сердечного цикла. Получаемых при этом методе показателей недостаточно для точной оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы.

Настоящее изобретение направлено на выявление такого количества показателей, которое дает точную оценку биомеханики сердца и сосудов.

Технический результат изобретения заключается в увеличении скорости исследования биомеханики сердечно-сосудистой системы, а также в улучшении качества обследования.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе комплексного исследования биомеханики сердечно-сосудистой системы, заключающемся в синхронной записи апекскардиограммы, сфигмограммы, электрокардиограммы и последующем определении продолжительности фаз сердечного цикла, одновременно с другими параметрами записывают реограмму, после чего, полученные результаты, посредством аналого-цифрового преобразователя, передают в компьютер, где, кроме определения продолжительности фаз сердечного цикла, с помощью программного обеспечения, устанавливают продолжительность фаз сосудистого цикла, а также производят вычисление основных параметров биомеханики в каждую фазу сердечного и сосудистого цикла, далее сравнивают их с нормой и осуществляют дифференциальную диагностику основных сердечно-сосудистых заболеваний.

Запись реограммы расширяет диапазон показателей, которые дают точную оценку биомеханики сердца и сосудов.

Вычисление параметров при помощи компьютера и соответствующего программного обеспечения позволяет проводить дифференциальный диагноз основных сердечно-сосудистых заболеваний, давать их прогноз у конкретного пациента, осуществлять оперативный контроль за динамикой состояния, в том числе на фоне лечения, что увеличивает скорость исследования биомеханики сердечно-сосудистой системы, а также улучшает качество обследования.

Работа способа характеризуется следующими рисунками:

на фиг. 1 изображена общая схема работы способа комплексного исследования биомеханики сердечно-сосудистой системы;

на фиг. 2 изображены фазы сердечного цикла по АКТ;

на фиг. 3 изображены фазы сосудистого цикла по СГ периферической артерии;

на фиг. 4 изображены фазы сосудистого цикла по РВГ;

на фиг. 5 изображена интегральная функция распределения;

на фиг. 6 изображены варианты соотношения интегральных функций распределения двух выборок;

на фиг. 7 показано окно формы программы для диагностики пациента

Способ осуществляют следующим образом. Больного укладывают на кушетку, измеряют артериальное давление (АД), в компьютер (1) вводят данные пациента (ФИО, возраст и т.д.) и показатели АД. Устанавливают воронку (конусом над исследуемым сосудом при СГ и над областью верхушечного толчка при АКГ) и регистрируют (автоматически) амплитуду апекскардиограммы и сфигмограммы. Параллельно проводят запись реовазографии (РВГ) путем наложения электродов на конечности. Результаты передаются на компьютер (1) посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП) (2) в режиме реального времени. Одновременно регистрируют ЭКГ в I отведении.

Вычисления основных параметров биомеханики в каждую фазу сердечного и сосудистого цикла (длительность, среднюю и экстремальную скорость, среднее и экстремальное ускорение, среднюю и экстремальную мощность, работу) осуществляют по заданной программе компьютером (1). При помощи пакета прикладных программ происходит регистрация амплитуды биомеханической кривой, полученная функция нормируется, сглаживается, после чего рассчитываются ее первая и вторая производные. Оказалось, что точки экстремума вторых производных АКГ, СГ, РВГ и их переходы через ноль соответствуют границам фаз сердечного и сосудистого цикла. Зная первую и вторую производные (скорость V и ускорение А), определяют мощность N и работу W в каждую фазу, причем для V, А и N можно найти как средние (V_cp, А_ср, N_cp), так и экстремальные значения (V_экс, А_экс, N_экс).

Приводим схемы обработки кривых АКГ (фиг. 2), СГ (фиг. 3) и РВГ (фиг. 4) и определения фаз сердечного и сосудистого циклов. Расшифровка фаз АКГ представлена в таблице 1.

Расшифровка фаз СГ представлена в таблице 2.

Расшифровка фаз РВГ представлена в таблице 3.

Комплексный анализ всех показателей биомеханических кривых позволяет проводить дифференциальную диагностику основных сердечно-сосудистых заболеваний и контролировать их динамику.

Нами была предложена следующая методика. В качестве исходных данных берутся выборки, содержащие значения всех параметров биомеханики по каждой анализируемой группе (здоровые, больные с различными формами АГ, ИБС и ХСН). В среде MathLab представляем дифференциальный и интегральный законы распределения для каждой пары выборок (например, здоровые - группа 1-й пациенты с ИБС и ХСН II функционального класса - группа 2).

Известно, что интегральная функция распределения - это функция F(x), определяющая для каждого возможного значения х вероятность того, что случайная величина X примет значение меньшее х.

Геометрический смысл интегральной функции распределения - это вероятность того, что случайная величинах примет значение, которое на числовой оси лежит левее точки х (фиг. 5).

Теоретически возможны следующие варианты соотношения распределений группы 1 («здоровые», норма) и группы 2 («больные», патология) (фиг. 6).

Из всех параметров отбираются те, по которым наблюдаются наибольшие отличия сравниваемых групп. Для каждой группы больных с определенным диагнозом характерен свой минимальный набор параметров для диагностики.

В среде Delphi была создана программа, позволяющая загружать файлы с числовыми характеристиками биомеханических кривых диагностируемых групп, строить гистограммы и интегральный закон распределения для них, находить процентное отклонение значения каждого параметра у диагностируемого пациента относительно всего диапазона значений в выборке. В автоматическом режиме по определенному алгоритму осуществляется анализ на минимальный набор параметров, необходимых для диагностики по каждой выборке. Программа определяет здоров ли пациент, и, если он продиагностирован как больной, определяется форма заболевания (фиг. 7). Проведенный дополнительный анализ работы программы показал, что процент правильности распознавания составляет более 90%.

Пример. Больной М., 58 лет, обследован с помощью заявленного способа по поводу хронической сердечной недостаточности, развившейся на фоне гипертонической болезни и ИБС, до и после курсового лечения. Результаты больного М. по АКГ представлены в таблице 4.

Результаты больного М. по СГ сонной артерии представлены в таблице 5.

Результаты больного М. по СГ локтевой артерии представлены в таблице 6.

Результаты больного М. по РВГ поел ставлены в таблице 7.

В результате комплексного анализа полученных данных функциональный класс сердечной недостаточности по Нью-Йоркской классификации (NYHA) был определен до лечения как III, после - II, что соответствовало клиническим данным.

Способ дает возможность проводить дифференциальную диагностику основных сердечно-сосудистых заболеваний, давать их прогноз у конкретного пациента, осуществлять оперативный контроль за динамикой состояния, в том числе на фоне лечения. Метод может быть рекомендован в медицинскую практику.