Результат интеллектуальной деятельности: Способ прогнозирования степени тяжести ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей на основании оценки центральной и регионарной гемодинамики органов

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, фармокологические, 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. При этом нарушения регионарной гемодинамики определяют центральную, а изменения последней усугубляют состояние органов.

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 тяжести течения ишемической болезни сердца, (патент № 2462985, Ишмакова Римма Абдуловна (RU), Кастанаян Александр Алексианосович (RU), Карташова Елена Александровна (RU), Яровова Екатерина Сергеевна (RU), Пироженко Анна Александровна (RU) публикация патента: 10.10.2012 , начало действия патента 23.06.2011) этот способ основан на проведении проб с физической нагрузкой на тредмиле и определении физиологических показателей, отличающийся тем, что до применения дозированной физической нагрузки пациенту измеряют частоту сердечных сокращений в минуту, проводят пробу с дозированной физической нагрузкой на тредмиле с применением протокола Брюса до достижения субмаксимальной частоты сердечных сокращений, составляющей 85% от максимальной, после окончания пробы определяют частоту сердечных сокращений в первую и вторую минуты восстановительного периода и вычисляют хронотропный показатель по формуле

ХП=(ЧСС достигнутое - ЧСС покоя)/[3/4×(220 - возраст пациента) - ЧСС покоя]+(ЧСС достигнутое - ЧСС покоя)/[17/20×(220 - возраст пациента) - ЧСС покоя]+(ЧСС достигнутое - ЧСС1 восстановления)+(ЧСС достигнутое - ЧСС2 восстановления),

где ХП - хронотропный показатель;

ЧСС достигнутое - максимально достигнутое число сердечных сокращений во время пробы с дозированной физической нагрузкой на тредмиле;

ЧСС покоя - число сердечных сокращений до применения пробы с дозированной физической нагрузкой на тредмиле;

возраст пациента - величина, указанная в годах;

ЧСС1 восстановления - число сердечных сокращений в первую минуту восстановительного периода при проведении пробы с дозированной физической нагрузкой на тредмиле;

ЧСС2 восстановления - число сердечных сокращений во вторую минуту восстановительного периода при проведении пробы с дозированной физической нагрузкой на тредмиле, при этом, если значение ХП≤35,6 у пациента прогнозируют высокий риск кардиоваскулярных событий, если значение ХП>35,6, прогнозируют низкий риск развития кардиоваскулярных событий.

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 оценки степени тяжести ишемии по активности изоферментов креатинфосфокиназы мозга методомэмпирических зависимостей. Оценка степени тяжести ишемии по активности изоферментов креатинфосфокиназы мозга методом эмпирических зависимостей / А.Н. Мошкова, Т.Ф. Сергеева, Е.М. Хватова, Н.П. Тежикова // Труды Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева №5 (102). – 326-366. – 2013.

В этом способе с использованием методов математического анализа получена зависимость активности цитоплазматической КФК от митохондриальной в группе интактных животных и в группе экспериментальных особей в виде нелинейных зависимостей:

y=6,498x³-7,4353x²+3,5669x-0,2232

y(x,t)=(-0,000004t³+0,0038t²-0,6407t+19,729)x³+(0,000005t³-

-0,0044t²+0,6909t-16,436)x²+(-0,000002t³=0,0017t²-

-0,25t+4,8121)x+(0,0000002t³-0,0002t²+0,25t-0,0209)

где, х – активность миКФК (Е/мг белка); у – активность цтКФК (Е/мг белка); t – время пребывания животных в состоянии ишемии, выраженное в часах.

Соответствие аппроксимирующих функций постановленной задаче доказывалось расчетом коэффициента детерминации R², который соответствовал величине 0,84-0,96. Величина R², близкая к 1, свидетельствовала о наличии тесной корреляционной связи между выбранными показателями, и предоставленные функции достаточно точно характеризовали зависимость между активностями выбранных показателей.

Прогностическая способность полученных моделей проверялась расчетом активности цтКФК по экспериментально установленной активности миКФК и сравнением полученного результата с дополнительно поставленными экспериментами (ишемия 18 ч и 14 дней).

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 определения степени тяжести ишемии тканей нижних конечностей у больных с облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей. Патент №RU 2473082 Никитина Виктория Викторовна «Способ определения степени тяжести ишемии тканей нижних конечностей у больных с облитерирующим атеросклерозом сосудов нижних конечностей» подача заявки: 2012-02-28. публикация патента: 20.01.2013 Этот способ заключается в том, что в сыворотке крови больного определяют фактор роста эндотелия сосудов и моноцитарный хемотаксический белок-1, рассчитывают отношение фактора роста эндотелия сосудов к моноцитарному хемотаксическому белку-1 и при значении его 0,89-0,7 диагностируют I степень облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей, при значении коэффициента 0,69-0,6 - II степень, при значении коэффициента 0,59-0,5 - III степень, при значении коэффициента меньше 0,5 диагностируют IV степень облитерирующего атеросклероза сосудов нижних конечностей.

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-ой 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 серсегирования 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 вминуту);

- 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.

Таблица 1. Расчетная таблица для ИБСНК

Признак перв. 2 недели 1-3 мес. 3-7 мес. 8 и более мес. 1. Интенсивность болевого синдрома (х1) 4 6 8 10 2. Отек конечностей (х2) 3 4 5 7 3.Реактивная гиперемия (х3) 1 2 3 4 4. Акроцианоз (х4) 0 1 2 3 5. Трофическая язва (х5) 0 0 1 2

Таблица 2. Расчетная таблица для ИБССС

Признак перв. 2 недели 1-й мес. 2-й мес. 3-7 мес. 8 и более мес. 1. Боли за грудиной (y1) 4 6 7 8 10 2. Одышка (y2) 3 3 4 5 6 3. Тахикордия, тахиатримия (y3) 2 2 3 4 5 4.Ишемическое ремоделирование(ХСН,ОКС,ИМ) (y4) 2 2 3 4 5 5. Кардиальный эмболический синдром (y5) 0 1 2 3 4

Таблица 3. Расчетная таблица для ИБСГМ

Признак перв. 2 недели 1-3 мес. 3-7 мес. 8 и более мес. 1. Головная боль (z1) 4 6 8 10 2. Головокружение (z2) 3 4 5 6 3. Неустойчивость походки (z3) 1 2 3 4 4. Характеристика зрения, памяти (z4) 0 1 2 3 5. Когнитивная дисфункция (z5) 0 1 2 3

*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.

Таблица 4. Алгоритм прогнозирования степени тяжести ишемического процесса

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 метода 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 центральной гемодинамической системы, ишемического процесса сердца, головного мозга и нижних конечностей.

Это достигается тем, что в способе прогнозирования степени тяжести ишемического поражения центральной гемодинамической системы сердца, головного мозга и нижних конечностей общепризнанными методами производится измерение систолического артериального давления САД 1, через три дня производится повторное измерение систолического артериального давления САД и частота сердечных сокращений ЧСС. Определяется разница давлений ∆АД по формуле ∆АД=САД-САД 1. Методами лабораторного анализа определяется концентрация кальция в крови [Ca²⁺] и оценивается частичное активное тромбопластиновое время.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведены графики функций принадлежности к степеням тяжести ишемического процесса ЦГС с базовой переменной.

На фиг. 2 показан график функции степени тяжести ишемического процесса ЦГС.

На фиг. 3 показаны функции уровня тяжести ишемического процесса в сердце: а) –f_с(x₁); б) –f_c(x₂); в) f_c(x₃); г) f_c(x₄).

На фиг. 4. показаны функции принадлежности к степени тяжести ишемического процесса в сердце.

На фиг. 5 показаны функции уровня тяжести ишемического процесса головного мозга: а) –f_м(Y₁); б) –f_м(Y₂); в) –f_м(Y₃).

На фиг. 6 показаны функции принадлежности к степени тяжести ишемического процесса головного мозга.

На фиг. 7 показаны функции уровня тяжести ишемического процесса нижних конечностей: а) –f_k(q₁); –f_k(q₂); –f_k(q₃).

На фиг. 8 показаны функции принадлежности к степеням тяжести ишемии нижних конечностей.

Показатель ЦГС определяется выражением:

(3)

С использованием интерактивных процедур сочетающих технологию экспертного оценивания Делфи и процедур минимизирующих прогностические ошибки определяются функции принадлежности к степеням тяжести ишемического поражения центральной гемодинамической системы (ЦГС). Выделяются четыре класса степени тяжести: норма (н); латентное (л); реверсивное (р); критическое (к). Методики построения функций принадлежности и способы их агрегации в прогностические и диагностические решающие правила подробно описаны 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. Медицинская техника. – 2015. - №1(289). – С. 33-35.; Кореневский, Н.А. Метод синтеза гетерогенных нечетких правил для анализа и управления состоянием биотехнических систем. Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. – 2013. - №2. – С.99-103.

Формулы для расчета этой группы функций принадлежности имеют вид :

(4)

(5)

(6)

(7)

В формулах (4),…,(7) переменная Z (фиг. 1) определяет показатель ЦГС (Z=ЦГС).

Решение о степени тяжести ишемического процесса ЦГС определяется по максимальной величине соответствующих функций принадлежности ST_Z=max{μ_н(Z), μ_л(Z), μ_р(Z), μ_к(Z)} (8)

Региональная гемодинамика сердца определяется как состоянием центральной гемодинамики, так и специфическими признаками характеризующими работу самого сердца. Для оценки степени тяжести ишемического процесса (фиг. 2) в сердце определяется функция степени тяжести ишемического процесса ЦГС f_Z (ЦГС) и функция степени тяжести ишемического процесса в сердце f_c (U_c).

Аналитически график f_z(ЦГС) имеет вид

Для оценки региональной гемодинамики сердца общепринятыми методами осуществляются регистрация ЭКГ и лабораторный анализ крови в ходе которых определяются показатели: Х₁ – амплитуда Т зубца; Х₂ – смещение сегмента ST относительно изолинии; Х₃ – концентрация креатинфосфокиназы; Х₄ – концентрация тропанит Т.

С использованием интерактивных процедур сочетающих технологию экспертного оценивания Делфи и процедур минимизирующих прогностические ошибки определяются функции уровня тяжести f_c (Х_i) ишемического процесса в сердце с такой же областью определения как и функции принадлежности. На фиг. 3 приведены графики функций уровня тяжести с базовыми переменными Х₁,…,Х₄.

Аналитически графики функций уровня тяжести f_c(x_i) описываются выражениями

Интегральный уровень тяжести ишемического процесса в сердце определяется накопительной формулой вида:

(9)

Где U_c(1)=f_c(X₁)

С учетом степени тяжести ишемического процесса центральной гемодинамики финальная степень тяжести ишемического процесса в сердце определяется выражением

(10)

Для детальной классификации степени тяжести ишемического процесса в сердце, аналогично ЦГС выводятся четыре функции принадлежности: к нормальному состоянию μ_н(ST_c); к латентному состоянию μ_л(ST_c); к реверсивному состоянию μ_р(ST_c) и критическому состоянию μ_к(ST_c) фиг. 4.

Аналитически выражения функций принадлежности μ_r(ST_c) имеют вид:

Выбор конкретного класса состояний (степени тяжести) осуществляется по максимальному значению соответствующих функций принадлежности:

(11)

В случае двух ненулевых функций принадлежности врачу сообщается о величине уверенности (по величинам ) в обеих классах, что позволяет более гибко формировать схемы профилактики и лечения.

Для оценки региональной гемодинамики головного мозга общеизвестными методами ультразвуковой томографии определяются показатели: Y₁ – пиковая систолическая скорость кровотока (ПССК) ВСА;

Y₂ – ПССК ПА; Y₃ – ПССК СМА;

Аналогично сердцу строятся графики функций уровня тяжести f_M(У_i) ишемического процесса головного мозга для каждого из признаков Y_i (фиг.5).

Аналитически графики функций уровня тяжести f_м(У_i) определяются выражениями:

Интегральный уровень тяжести ишемического процесса головного мозга определяется накопительной функцией вида:

, (12)

Где

.

Степень тяжести ишемических процессов головного мозга с учетом гемодинамики ЦГС определяется выражением вида:

(13)

Графики соответствующих функций принадлежности к степеням тяжести ишемии головного мозга приведены на фиг. 6.

Аналитически графики функций принадлежности μ_r(ST_M) описывается выражениями:

Решение о классификации принимается по выражению:

(14)

Для оценки региональной гемодинамики нижних конечностей общепринятыми в медицине методами определяются показатели:

q₁ – лодыжечно-плечевой индекс (ЛПИ);

q₂ – пальцево-плечевой индекс (ППИ);

q₃ – ЛПИ Тредмил-тест.

Аналогично сердцу строятся графики функций уровня тяжести f_k(q_i) ишемического процесса нижних конечностей для каждого из признаков q_i (фиг. 7)

Аналитически графики функций уровня тяжести описываются выражениями:

Интегральный уровень тяжести ишемического процесса головного мозга определяется формулой:

, (15)

где .

Степень тяжести ишемического процесса нижних конечностей с учетом гемодинамики ЦГС определяется выражением:

(16)

Графики соответствующих функций принадлежности степеней тяжести нижних конечностей приведен на фиг. 8.

Аналитически графики функций принадлежности μ_r(ST_к) определяются выражениями:

Решение о классификации принимается по выражению:

(17)

Конкретные примеры реализации способа:

Пациент А:

;

Рассчитываемые показатели:

Вывод: пациент А по показателю ЦГС находится в норме; по сердцу – в латентном состоянии; по головному мозгу – в норме; по нижним конечностям – межу латентным и реверсивным состоянием

(μ_л(ST_к)= μ_р(ST_к)=0,445).

Пациент Б:

;

Расчитываемые показатели:

Вывод: у пациента Б по показателю ЦГС латентное состояние; сердце в реверсивном состоянии; головной мозг в латентном состоянии и нижние конечности с уверенностью 0,68 в критическом состоянии и с уверенностью 0,19 в реверсивном состоянии

Пациент В:

;

Расчитываемые показатели:

Вывод: у пациента ЦГС находится в реверсивном состоянии; сердце в реверсивном состоянии; головной мозг в реверсивном состоянии и нижние конечности в реверсивном состоянии.