Спосіб визначення варіабельності периферичного пульсу

Винахід відноситься до галузі медицини, а саме до фізіотерапії для контролю за функціональним станом серцево-судинної системи, та може бути використаний в терапевтичній практиці. В теперішній час не існує способів визначення варіабельності периферичного пульсу в реальному масштабі часу. Для роботи в реальному масштабі часу є монітори серцевого ритму, які є широко розповсюджені та використовуються підчас проведення операцій, на швидкій допомозі та ін. Монітори серцевого ритму видають звуковий та візуальний сигнали з кожним ударом серця пацієнта для швидкої реакції лікаря на раптову зміну ритму серця. Монітори серцевого ритму не призначені для визначення варіабельності серцевого ритму, але зате працюють в реальному масштабі часу. Відомі способи та комп'ютерні пристрої для визначення варіабельності серцевого ритму, але всі вони не працюють в реальному масштабі часу. У відомих способах використовуються викликані шкіряні симпатичні потенціали (ВКСП), частота дихання, температура, але у всіх, без винятку, способах для визначення варіабельності серцевого ритму використовується високоякісна реєстрація одного або частіше двох каналів електрокардіограм (ЕКГ), яка дозволяє аналізувати ритм серця у відповідності з існуючими міжнародними стандартами. Найближчим аналогом до пропонованого способу є спосіб визначення варіабельністі серцевого ритму у відповідності з Міжнародним стандартом 1996 року /Special Report "Heart Rate Variability" Standards of Measurements, Physiological Interpretation and Clinical Use", Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology, Circulation, Vol.93, No.5, March 1, 1996, 1043-1065 pp.& European Heart Journal, Vol.17, No.3, March, 1996, 354-381pp./. Суть явища, яке використовується в цьому способі, полягає в коливаннях інтервалу часу між послідовними ударами серця, а також в коливаннях частоти серцевих скорочень. Термін "Варіабельність серцевого ритму" загальновживаний при описі змін як частоти серцебиття, так і RR-інтервалів. Початкову точку вимірювання ЕКГ- сигналу , яка ідентифікує QRS- комплекс, розпізнають за максимумом або барицентром комплексу, за максимумом інтерполяційної кривої або за шаблоном чи іншими подіями-маркерами. Тривалість запису ЕКГ залежить від мети дослідження. Використовуються короткотривалі записи ЕКГ протягом 5 хвилин та довготривалі Холтеровські записи протягом 24 годин. Аналіз ВСР проводиться як в часовій, так і в частотній області. Часові методи дозволяють вимірювати всі чотири стандартні параметри - SDNN, SDANN, RMSSD і тріангулярний індекс. Спектральний аналіз всього номінального 24-годинного запису дозволяє обчислити повний діапазон спектральних потужностей ULF, VLF, LF і HF. Спектральний аналіз короткотривалих записів ЕКГ протягом 5 хвилин дозволяє обчислити тільки VLF, LF і HF спектральні потужності. За параметрами в часовій області та значеннями спектральних потужностей визначається тонус нервової системи. Основним недоліком відомого способу визначення варіабельності серцевого ритму є необхідність знімати ЕКГ- сигнал з частотою дискретизації 1000 Гц при кількості розрядів АЦП не менше 12-ти. Кожен короткотривалий (5-ти хвилинний) запис ЕКГ вимагає не менше 600Кбайт пам'яті персонального комп'ютера (PC). У випадку Холтерівського 24-годинного запису ЕКГ необхідний об'єм пам'яті PC зростає до 173Мбайт. Швидкість передачі даних повинна бути не нижчою 33КБод. Саме тому математична обробка результатів вимірювання виконується після того, як виконаний весь процес вимірювання. Математична обробка такої значної за розмірами послідовності RR- інтервалів навіть сучасними потужними PC не дозволяє отримувати результати в реальному масштабі часу. Ще одним суттєвим недоліком відомого способу визначення варіабельності серцевого ритму є необхідність підключення до людини 3-4 електродів за допомогою спеціальних затискачів або вакуумних присосок з обов'язковим змащуванням місця під'єднання електродів спеціальним струмопровідним гелем. В основу винаходу поставлене завдання створення способу для визначення варіабельності серцевого ритму в реальному масштабі часу, в якому одночасно із забезпеченням високої чутливості визначення варіабельності серцевого ритму зменшується до мінімально необхідного значення кількість відліків, які передаються для математичної обробки в PC, тим самим створюються умови для роботи в реальному масштабі часу. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення варіабельності периферичного пульсу в реальному масштабі часу, що включає вимірювання послідовності R-R інтервалів з подальшим визначенням статистичних параметрів та спектральних потужностей в областях високих частот /HF/, низьких частот /LF/ та дуже низьких частот/VLF/, згідно винаходу визначають інтервал часу між двома сусідніми пульсохвилями периферичного пульсу і за час між передніми фронтами кожної пульсохвилі визначають статистичні та частотні показники наростаючим чином в реальному масштабі часу. На Фіг.1 приведена часова діаграма, яка ілюструє принцип запропонованого способу. Верхній графік відображає дві послідовні пульсохвилі периферичного пульсу. Імпульси низького рівня формуються при перевищенні сигналом периферичного пульсу деякого рівня обмеження так, як це показано на останньому графіку часової діаграми. При цьому імпульси низького рівня слідують один за другим з частотою пульсу. Тривалість імпульсу низького рівня дорівнює тривалості пульсохвилі, а тривалість між зрізами імпульсів низького рівня дорівнює паузі між пульсохвилями. Тривалість R-R інтервалу визначається як сума тривалостей пульсохвилі та паузи: R-R=tпсх+tпз. Запропонований спосіб здійснюють з допомогою відомого запатентованого тими ж самими винахідниками пристрою /Патент №47925А/ виконаного з двох складових частин різного призначення вимірювальної та інтерфейсної. У вимірювальній частині в одному корпусі розміщені послідовно поєднані давач пульсу, блок підсилювачів, компаратор, мікроконтролер, оптичний випромінювач і блок живлення. А в інтерфейсній частині розміщений інтерфейс для приймання виміряного миттєвого значення пульсу і передачі його по послідовному порту в персональний комп'ютер. У пристрою в вимірювальній частині розміщені давач пульсу , що складається зі світлодіода, який працює в червоній області, світлодіода, який працює в інфрачервоній області, які розміщені перпендикулярно до повздовжньої осі пальця пацієнта в області першої фаланги, та фотодіода, який розміщений на одній осі з світлодіодами, але з протилежної сторони пальця, причому в корпусі пристрою між світлодіодами та фотодіодом виконаний отвір для пальця, а також установлений мікроконтролер, який забезпечує вимірювання інтервалу часу між двома сусідніми ударами серця, перетворює виміряне значення в двійковий код та організує послідовну по-бітну передачу виміряного числового миттєвого значення пульсу в інтерфейсну частину. Вимірювання тривалостей пульсохвилі та пульсопаузи виконують наступним чином. Випромінювання інфрачервоного та червоного світлодіодів давача периферичного пульсу проходить через палець і модулюється: потоком крові з частотою пульсу, діє на фотодіод, підключений на вхід фільтра низьких частот, з виходу якого поступає на компаратор, на виході якого отримуємо сигнал намальований на останньому графіку фіг.1. Вимірювання тривалостей пульсохвилі та пульсопаузи виконуються шляхом заповнення одномілісекундними імпульсами зформованих компаратором імпульсів пульсохвилі та пульсопаузи. Цей процес виконується мікроконтролером, який виміряне значення тривалостей пульсохвилі та пульсопаузи передає по послідовному порту в PC. Значення тривалостей пульсохвилі та пульсопаузи передаються двома байтами кожна. Один короткотривалий (5-ти хвилинний) запис тривалостей пульсохвилі та пульсопаузи периферичного пульсу потребує від 1.8 до 7.2Кбайт пам'яті персонального комп'ютера (PC) в залежності від величини периферичного пульсу. У випадку Холтерівського 24-годинного запису необхідний об'єм пам'яті PC зростає до 1.5Мбайт. Задовільна швидкість передачі даних є 2400Бод. Математична обробка такої невеликої за розмірами послідовності RR-інтервалів будь-якими сучасними PC дозволяє отримувати результати оцінки тонусу автономної нервової системи в реальному масштабі часу з кожним ударом серця. Статистичний аналіз варіабельності периферичного пульсу в порівнянні із статистичним аналізом варіабельності серцевого ритму не вимагає значних затрат машинного часу, проте дає таку ж важливу і глибоку інформацію про вегетативну регуляцію роботи серця, як і у випадку аналізу варіабельності серцевого ритму. В реальному масштабі часу в PC вираховуються статистичні характеристики динамічного ряду тривалостей пульсохвиль, такі як: математичне очікування (Μ), середнє квадратичне відхилення (s), коефіцієнт варіації (V), коефіцієнт асиметрії (As), ексцес (Ех). Значення Μ є величина обернена до середньої частоти пульсу за 1хв. (ЧП), ЧП=60/М. Математичне очікування динамічного ряду тривалостей пульсохвиль відображає кінцевий результат усіх регуляторних впливів на серце і систему кровообігу вцілому. Цей показник — еквівалент середньої частоти пульсу і є найбільш розповсюдженою характеристикою рівня функціонування серцево-судинної системи в цілому. Математичне очікування володіє найменшою мінливістю серед усіх математично-статистичних показників, оскільки це один з гомеофіксованих показників. Математичне очікування є сталим для даного конкретного організму і його відхилення від індивідуальної норми, як правило, сигналізує про збільшення навантаження на апарат кровообігу або про наявність патологічних відхилень. Середнє квадратичне відхилення значень динамічного ряду кардіоінтервалів є одним з основних показників варіабельності серцевого ритму і характеризує стан механізмів регуляції. Він вказує на сумарний ефект впливів на синусний вузол симпатичного та парасимпатичного відділів вегетативної нервової системи. Збільшення або зменшення цього показника свідчить про зміщення вегетативного гомеостазу в сторону переважання одного з відділів вегетативної нервової системи. Коефіцієнт варіації за фізіологічним змістом не відрізняється від середнього квадратичного відхилення, але є показником, нормованим по частоті пульсу. Коефіцієнт асиметрії відображає степінь стаціонарності досліджуваного динамічного ряду, свідчить про наявність і виваженість перехідних процесів. Ексцес відображає швидкість (крутизну) зміни випадкових нестаціонарних компонентів динамічного ряду і в значній мірі характеризує локальні нестаціонарності. Часові методи вимірювання варіабельності периферичного пульсу так само, як і відомі методи вимірювання варіабельності серцевого ритму, дозволяють визначати всі чотири стандартні параметри - SDNN, SDANN, RMSSD і тріангулярний індекс. Статистичні показники в цілому достатньо повно характеризують динамічний ряд кардіоінтервалів як випадковий процес, але не відображають його внутрішню структуру і не дозволяють говорити про механізми, які забезпечують спостережуваний кінцевий ефект регуляторних впливів. Спектральний аналіз послідовності миттєвих значень периферичного пульсу в порівнянні із спектральним аналізом варіабельності серцевого ритму не вимагає значних затрат машинного часу, проте дає таку ж важливу і глибоку інформацію про вегетативну регуляцію роботи серця, як і у випадку аналізу варіабельності серцевого ритму. В реальному масштабі часу в PC вираховуються спектральні характеристики варіабельності периферичного пульсу. Спектральний аналіз короткотривалих записів варіабельності периферичного пульсу протягом 5 хвилин дозволяє обчислити VLF, LF і HF спектральні потужності в реальному масштабі часу. Саме в цьому і полягає перевага способу визначення варіабельності периферичного пульсу над відомим способом визначення варіабельності серцевого ритму. За параметрами в часовій області та значеннями спектральних потужностей визначається тонус нервової системи.