Способ определения ударного объема сердца

Предполагаемое изобретение относится к медицине и может быть использовано в кардиологии, кардиохирургии, функциональной диагностике.

Известен способ определения ударного объема сердца [Stringer W.W., Hansen J.E., Wasserman К. Cardiac output estimated noninvasivelly from oxygen uptake during exercise // J. Appl. Physiol. 1997. - V. 82. - No 3. - PP. 908-912], заключающийся в измерении потребления кислорода организмом в течение одной минуты, измерении содержания связанного кислорода в литре артериальной и литре, смешанной венозной крови, вычислении артериовенозной разности по кислороду, делении величины потребленного кислорода за одну минуту на артериовенозную разность по кислороду, а полученную величину минутного объема кровообращения делят на частоту сердечных сокращений и получают усредненную величину ударного объема сердца при условии, что были посчитаны все сердечные сокращения в течение минуты, когда измерялось потребления кислорода организмом.

Это классический принцип измерения A. Fick, известный с 1870 г. Он безупречен по замыслу, но имеет существенный недостаток, не преодоленный до нашего времени, - это необходимость отбирать образцы артериальной и смешанной венозной крови для определения в них количества связанного газообразного кислорода или углекислого газа.

Известен способ определения ударного объема сердца [Патент РФ №2134059, А61В 5/04, 1996], заключающийся в измерении ударного объема сердца, посредством определения площади между изолинией и кривой реограммы слева и справа от точки реограммы, соответствующей началу диастолы левого желудочка сердца. Измеряют гемоглобин крови. При этом ударный объем сердца определяют по градуировочной характеристике отношения площадей между кривой реограммы, массы тела, базового сопротивления, амплитуды реограммы комплекса и гемоглобина крови.

Недостатком способа является низкая точность из-за статистической градуировочной характеристики, аппроксимирующей большое количество измеряемых неоднородных величин, вносящих методическую погрешность.

За прототип принимается способ определения ударного объема сердца [Glinkin E.I., Kuroedova O.S. Patent RU 2515534 July 04, 2012], заключающийся в измерении ударного объема сердца, по средством определения площади между изолинией и кривой реограммы слева и справа от точки реограммы, соответствующей началу диастолы левого желудочка сердца. Измеряется гемоглобин крови. При этом ударный объем сердца определяется по калибровочной характеристике отношения площадей между кривой реограммы с функцией нормированного объема от гемоглобина крови.

Технической задачей является повышение точности определения ударного объема сердца на адаптивном диапазоне, априори регламентируемым нормируемыми значениями сопротивления с известными значениями ударного объема сердца.

Техническая задача достигается тем, что:

В способе определения ударного объема сердца, включающем наложение двух электродов на определенные участки тела, регистрацию сопротивления R между электродами, в отличие от прототипа, ударный объем сердца определяют по исследуемой характеристике Q отношения сопротивлений регистрируемого R к предельному R₀

с калибровочной функцией Q_0i нормированного объема от сопротивления

компенсирующей неизвестное значение предельного сопротивления R₀, выбранного произвольно R^*, значения предельного R₀ сопротивления и нормированного объема Q₀ калибруют априори по i - тым (i = 1, 2) нормированным мерам сопротивлений R_i известных пациентов верхней и нижней границ диапазона и нормированным объемам Q_0i от сопротивления, с различной калибровкой для мужчин и женщин, а действительные значения предельного сопротивления R₀ и нормированного объема Q₀ калибруют по границам диапазона согласно алгоритмам:

по которым последовательно восстанавливают калибровочную функцию Q_0i (фиг. 1, 4) и действительную функцию Q_d (фиг. 1, 3), тождественную эквивалентной Q_d = Q_э.

За эталон принимается метод Фика.

Предлагаемый способ предполагает: определение ударного объема сердца по сопротивлению кожи пациента между электродами и адаптацию предельного значения сопротивления R₀ и нормированного объема Q₀ по границам диапазона.

Способ определения ударного объема сердца, включает наложение двух электродов на определенные участки тела, регистрацию сопротивления R между электродами. Ударный объем сердца определяют по исследуемой характеристике Q (фиг. 1, 2) отношения сопротивлений регистрируемого R к предельному R₀ (фиг. 1, 5а) с калибровочной функцией Q_0i (фиг. 1, 4) объема от сопротивления

Предельное значение сопротивления R₀ (фиг. 1, 5а) калибруют априори по i - тым (i = 1, 2) нормированным мерам сопротивлений R_i (фиг. 1) известных пациентов верхней и нижней границ диапазона, нормированным объемам сердца Q_0i (фиг. 1)и значением сопротивления R^* (фиг. 1, 5) калибровки, с различной калибровкой для мужчин и женщин

При калибровке измеряют сопротивления R₁ и R₂ (фиг. 1) границ нормируемого диапазона ударного объема Q₀₁, Q₀₂ (фиг. 1) пациентов.

Калибровочную характеристику Q_0i (фиг.1, 4) находят в виде функции из системы эталонного Q_э (фиг. 1, 1) уравнения и исследуемого Q_i (фиг. 1, 2):

Калибровочная характеристика Q_0i компенсирует неизвестное значение предельного сопротивления R₀ (см. фиг. 1, 5а), выбранного произвольно R^* (фиг. 1, 5) из-за незнания параметров эталонной характеристики Q_э (фиг. 1, 1).

При тождественности Q_эi=Q_i получаем калибровочную характеристику (фиг. 1, 4)

Составляем систему уравнений из двух уравнений для первого (i = 1) и второго (i = 2) измерения:

Делят первое уравнение системы на второе и логарифмируют обе части полученного уравнения

выражают предельное сопротивление R₀:

Алгоритм калибровки (3) диктует последовательность измерения сопротивлений R_i границ диапазона R₂ - R₁ (фиг. 1) известных пациентов с нормированными объемами Q₀₁, Q₀₂ от сопротивления, расчет их диапазонов прямого и приведенного к R^* (фиг. 1, 5) сопротивлений, логарифмического нормированных объемов, из отношения которых определяют предельное сопротивление R₀ (фиг. 1, 5а) эквивалентной характеристики Q_э (фиг. 1, 1).

Нормированный объем Q₀ находят из системы эталонного Q_эi уравнения и исследуемого Q_i:

При Q_эi=Q_i приравнивают уравнения и приводят его к виду, удобному для логарифмирования:

логарифмируют обе части полученного уравнения и выражают R_i:

Составляют систему уравнений из двух уравнений для первого (i = 1) и второго (i = 2) измерения:

Делят первое уравнение системы на второе:

экспоненцируют обе части уравнения:

и выражают нормированный объем Q₀:

Алгоритм калибровки (4) регламентирует последовательность измерения сопротивлений R_i границ диапазона R₂ - R₁ известных пациентов с нормированными объемами Q₀₁, Q₀₂ от сопротивления, расчет их диапазонов (фиг. 1) сопротивлений и в их степени нормированных объемов, из отношения которых определяют нормированный объем Q₀ (фиг. 1, 4а) эквивалентной характеристики Q_э (фиг. 1, 1).

В результате экспериментов и моделирования получены следующие значения нормированного объема Q₀=43, а предельного сопротивления для мужчин R₀=150 и женщин R₀=170, для выбранных произвольно значений сопротивления R^* калибровки для мужчин R^*=240 и для женщин R^*=72. Мы их задаем произвольно, можете проверить для любых заданных R^*.

Полученные меры R₀ и Q₀ однозначно определяют эквивалентную характеристику Q_э. (фиг. 1, 1), поэтому их принимают за информативные параметры (фиг. 1, 4а, 5а). По параметрам R₀ и Q₀ последовательно восстанавливают калибровочную функцию Q_0i (фиг. 1, 4) и действительную функцию Q_d, тождественную эквивалентной Q_d=Q_э. (фиг. 1, 1 и 1. 3). Тождество следует при подстановке в (1) калибровочной характеристики (2)

Относительное отклонение ударного объема сердца от эталона Q_Э прототипа Q_i градуировки и действительного Q_d калибровки рассчитывается по формуле:

Оценку метрологической эффективности методов определяют по методической погрешности ε_n и ε_d, которые систематизированы в таблице.

Оценка методической погрешности

Из таблицы видно, что предлагаемый способ калибровки точнее градуировки прототипа не менее чем на два порядка и превосходит его по методической погрешности на 10-20% за счет нормированных мер сопротивлений и объема известных пациентов границ адаптивного диапазона.

Таким образом, определение действительного объема сердца по калибровочной характеристике нормированного объема, компенсирующей неизвестное значение предельного сопротивления, выбранного произвольно, в отличие от известных решений, в адаптивном диапазоне повышает точность на два порядка и превосходит их по методической погрешности на 10-20%.