Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения функционального состояния системы гемостаза

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 N1520450, 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: TI - время начала свертывания: Т2 - время конца свертывания; Т - 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 предельное напряжение по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения, выбранного 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 постоянной времени, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.

Сущность предлагаемого способа поясняют фиг. 1, 2.

1. Определяют предельное напряжение крови U₀ по калибровочной функции T_0i(u).

2. Калибровку проводят априори для двух известных эталонных U_эi (фиг. 1 кривая 1) и измеренных U_i, (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 T_0i (фиг. 2) постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения U*, выбранного произвольно, и связывающая эталонную T_эi и измеренную T_i зависимости за счет нормирования измеренных значений известными

По калибровочной характеристике T_0i восстанавливают характеристику U_i, тождественную эталонной

,

которая максимально приближена к эталонной кривой U_эi:

.

Эталонная характеристика U_эi=U и характеристика ей тождественная U_i получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами Т₀, U₀:

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

,

т.е. U₀ - предельное напряжение крови для t=0;

,

т.е. Т₀ - постоянная времени.

На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр задается произвольно U*, а второй принимает вид функции T_0i, которая компенсирует незнание первого информативного параметра. С помощью этой функции калибруется измеренная кривая.

Задаем произвольно параметр U*=const вместо неизвестного действительного значения постоянной времени U₀. Для компенсации произвольности константы U* постоянную времени T₀ превратиться в характеристику T_0i, компенсирующую незнание предельного напряжения U₀.

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

Калибровочную характеристику T_0i выразим из системы уравнений с известными параметрами Т₀, U₀ характеристики U_эi, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики U_i, являющейся измеренной, с произвольной константой U* и характеристикой T_0i:

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

.

В соответствии с закономерностями калибровки и t_эi=t_i, следует калибровочная характеристика T_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения крови, выбранной произвольно (фиг. 2).

4. По калибровочной характеристике T_0i находят действительные значения предельного напряжения крови U₀ и постоянной времени T₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (4) составим систему уравнений для :

Поделив одно уравнение системы (5) на другое

и прологарифмировав, определяют алгоритм предельного напряжения крови U₀:

Выразив U₀ из первого и второго уравнений системы (5) и приравняв их друг другу, находят алгоритм определения постоянной времени:

5. По действительным значениям постоянной времени T₀ и предельного напряжения крови U₀, последовательно строят калибровочную характеристику T_0i постоянной времени 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 T_0i (4) (фиг. 2), по которой находят согласно (3) откалиброванную характеристику T_di (фиг. 1 кривая 3), тождественную эталонной искомой характеристике.

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

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. 3):

Из графика (фиг. 3) видно, что методическая погрешность прототипа больше 10%.

Оценим методическую погрешность ε₂, между эталонной 1 и откалиброванной 3 характеристиками (фиг. 1)

Из графика (фиг. 4) видно, что относительная погрешность не превышает 2,8⋅Е-6%, 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. 1, 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 (6) и (7) предельные параметры U₀=10, T₀=550.

Найдем действительные значения времени (фиг. 1, кривая 3) по алгоритмам (8):

Т_н=170,09 и Т_к=460,36.

Вычислим погрешность времени начала свертывания между характеристиками (3) и (1)

и конца свертывания

.

По характеристике (2) (фиг. 1, кривая 2) для нормированных порогов амплитуд U_н=7,34 U_к=4,33 находим время свертывания прототипа Т_н2=225 и T_к2=515.

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

и погрешность начала свертывания

.

Эффективность η по точности времени свертывания рассчитывают как отношение первой ко второй погрешности , из которого видно, что эффективность предлагаемого решения на четыре порядка выше прототипа, т.к. соответствуют η_к=6,69Е-3 и η_н=1,55Е-3.

Таким образом, определение действительных значений за счет нормирования измеренных значений известными по калибровочной характеристике постоянной времени, в отличие от известных решений, снижает методическую погрешность на десятки порядков, точность времени свертывания повышает на 3 порядка, а оперативность сокращает в три раза, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.