Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения функционального состояния системы гемостаза

Предлагаемое 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 N 1520450, М. кл. G01N 33/86, опубл. 07.11.89, БИ N 41].

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 №2548780, G01N 33/86, 2015], 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, определяют постоянную времени и предельное напряжение по калибровочным характеристикам, калибровку проводят априори для двух измеренных U1, U2 и известных U01, U02 значений нижней t1 и верхней t2 границ адаптивного диапазона, калибровочными характеристиками служат функция предельного напряжения крови U0i, компенсирующая неопределенность Т * постоянной времени Т0, и функция постоянной времени T0i, компенсирующая неопределенность U * предельного напряжения U0, связывающие эталонную Uэi и измеренную Ui характеристики за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочным характеристикам находят действительные значения постоянной времени и предельного напряжения, по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения, калибровочную характеристику постоянной времени, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.

Недостатками прототипа являются низкая точность при отсутствии параметров эталонной характеристики - предельном напряжении крови и постоянной времени, которые не позволяют автоматически учитывать нелинейность неизвестных взаимозависимых калибровочных характеристик.

Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, и сокращение времени исследования за счет исключения методической погрешности при определении предельный параметров путем представления их в виде взаимозависимых функций.

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 информативные параметры: постоянную времени и предельное напряжение по калибровочным характеристикам, калибровку проводят априори для двух измеренных U₁, U₂ известных U₀₁, U₀₂ значений нижней t₁ и верхней t₂ границ адаптивного диапазона, калибровочными характеристиками служат функция предельного напряжения крови U_0i, компенсирующая неопределенность Т^* постоянной времени Т₀, и функция постоянной времени T_0i, компенсирующая неопределенность U^* предельного напряжения U₀, связывающие эталонную U_эi и измеренную U_i характеристики за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочным характеристикам находят действительные значения постоянной времени и предельного напряжения, по которым последовательно строят калибровочную характеристику предельного напряжения, калибровочную характеристику постоянной времени, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.

Сущность предлагаемого способа поясняют фиг. 1-4.

1. Определяют постоянную времени Т₀ по калибровочной функции U_0i(t) и предельное предложение 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. В случае неопределенности постоянной времени Т₀ и предельного предложения U₀ вводят калибровочные характеристики вводят калибровочную характеристику функции предельного напряжения U_0i(t) (фиг. 1 кривая 4), компенсирующую неопределенность постоянной времени

и калибровочную характеристику функции постоянной времени T_0i(u) (фиг. 3), компенсирующую неопределенность предельного напряжения

связывающие эталонную U_эi и измеренную U_i характеристики за счет нормирования измеренных значений известными.

По калибровочным характеристикам U_0i и 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 Т₀ - 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 информативные параметры исследуемой характеристики, как правило, неизвестны. В этом случае калибровка проводится по двум взаимозависимым характеристикам U_0i и T_0i, которые компенсирует незнание информативных параметров. С помощью этих функций калибруется измеренная кривая.

Калибровочную характеристику U_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 характеристиками U_0i и T_0i:

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

В соответствии с закономерностями калибровки U_эi=U_i и t_эi=t_i, следует калибровочная характеристика U_0i, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:

Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция предельного напряжения, компенсирующая неопределенность постоянной времени (фиг. 1 кривая 4).

Калибровочную характеристику T_0i (фиг. 3), компенсирующую неопределенность предельного напряжения, выразим из уравнения (7) с известными параметрами Т₀ и U₀ характеристики U_эi, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных) и прологарифмируем:

4. По калибровочным характеристикам U_0i и T_0i находят действительные значения постоянной времени Т₀ и предельного напряжения крови U₀, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (7) составим систему уравнений для :

Поделив одно уравнение системы (9) на другое и прологарифмировав, определяют алгоритм постоянной времени Т₀:

Аналогично из характеристики (8) для выразим параметр U₀:

Поделив одно уравнение системы (11) на другое и прологарифмировав

определяют алгоритм определения предельного напряжения U₀

_{5. По действительным значениям постоянной времени Т0 и предельного напряжения крови U0 последовательно строят калибровочную характеристику U0i предельного напряжения крови, калибровочную характеристику постоянной времени T0i и эталонную характеристику Uэi. Результатом калибровки служит тождественность измеряемой характеристики Ui эталонной Uэi, т.е. Ui≡Uэi.}

Для информативных параметров (10) и (13) строят (аппроксимируют) калибровочную характеристику U_0i (1) (фиг. 1 кривая 4) и калибровочную характеристику T_0i (2) (фиг. 2), по которым находят откалиброванную характеристику U_di (фиг. 1 кривая 3), тождественную эталонной искомой характеристике.

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

Полученные значения начала Т_н и конца Т_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 (фиг. 1, кривая 2 относительно эквивалента 1) до 12%.

Оценим методическую погрешность ε₂, между эталонной 1 и откалиброванной 3 характеристиками, представленными на фиг. 1

Из графика (фиг. 4) видно, что относительная погрешность не превышает 1% против 12%, т.е. на порядок ниже за счет использования калибровочных характеристик 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) Т_н1=170, время конца свертывания Т_к1=460 для нормированных амплитуд U_н=7,34 U_к=4,33. Найденные по алгоритмам (10) и (13) предельные параметры U₀=10; T₀=550, для откалиброванной характеристики (фиг. 1 кривая 3) предельные параметры, найденные по алгоритмам (10) и (13) U₀=9,99; Т₀=549,76.

Найдем действительные значения времени (фиг. 1 кривая 3) по алгоритмам (14):

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

и конца свертывания

По характеристике (5) (фиг. 1 кривая 2) для нормированных порогов амплитуд U_н=7,34 U_к=4,33 находим время свертывания прототипа Т_н2=113,47 и Т_к2=447,78.

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=0,03 и η_н=0,01.

Таким образом, определение действительных значений за счет нормирования измеренных значений известными по калибровочным характеристикам постоянной времени и предельного напряжения, в отличие от известных решений, снижает методическую погрешность на порядок, а точность времени свертывания повышает на 2 порядка, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.