Спосіб акустичної поліфункціональної діагностики стану серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини

Реферат: UA 83035 U UA 83035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до медицини і використовується для комп'ютерної, неінвазивної діагностики серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини. Відомі такі способи та прилади електронної аускультації [1, 2]. У зазначених приладах як сенсори, що реєструють шуми життєдіяльності, використовують мікрофони, а для підсилення зареєстрованих сигналів застосовують електронні підсилювачі. Ці прилади призначені для діагностики лише окремих систем організму людини з використанням спеціалізованих мікрофонів, які відрізняються своїми параметрами і технічними характеристиками, що ускладнює процедуру діагностики та істотно підвищує їх вартість. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб, вибраний як прототип, що включає використання комп'ютеризованої системи реєстрації і аналізу звуків дихання і звуків серця [3], у якому будується монохромне зображення зареєстрованих на грудній клітині звукових сигналів у вигляді спектрограм. До недоліків способу треба віднести те, що реєстрація діагностично корисної інформації і її обробка проводиться у кожній точці окремо, що істотно обмежує можливості способу. У той же час, відомо, що існують більш інформативні кількісні характеристики випадкових сигналів, а саме: взаємний спектр, функції кореляції та когерентності, перехідна функція, які можуть бути отримані лише при багатоканальній обробці і при меншому співвідношенні сигнал завада та дозволяють виявляти захворювання на ранніх стадіях хвороби. Крім того, у відомому способі [3] будується лише монохромне зображення зареєстрованих звукових сигналів, що знижує діагностичну ефективність. Задача корисної моделі, що заявляється, полягає у створенні способу діагностики захворювань серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини, лише на основі комп'ютерного аналізу та візуалізації зареєстрованих на її тілі звуків життєдіяльності тільки за допомогою одного комплексу. Технічний результат, що досягається корисною моделлю, дозволяє підвищити ефективність діагностики захворювань серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини, функціонування яких взаємопов'язане. Поставлена задача вирішується тим, що у способі акустичної поліфункціональної діагностики стану серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини, заснованому на реєстрації, підсилюванні, фільтрації, цифрової обробки та візуалізації звуків дихання і звуків серця, за допомогою комп'ютерного комплексу реєстрацію звуків вказаних систем виконують послідовно сенсорами коливальних прискорень в найбільш інформативних для вказаних систем точках тіла людини у відокремлених частотних смугах: для серцевосудинної системи - від 0 до 300 Гц, дихальної - від 60 до 2000 Гц, реноваскулярної - від 20 до 3000 Гц, при цьому реєстрацію звуків дихання виконують при спокійному диханні, а звуки серцево-судинної та реноваскулярної систем реєструють при затримці дихання, після чого виконують часову, спектральну, частотно-часову і фрактальну обробку класичними методами та нелінійними методами аналізу часових рядів і з ймовірністю 95 % виявляють діагностичні ознаки, які характеризують об'єктивний стан серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем. Практика використання розробленого способу в умовах стаціонару показала, що саме такий підхід - оцінка інтегральних характеристик серцево-судинної, легеневої та реноваскулярної систем людини за акустичними характеристиками звуків життєдіяльності цих систем лише одним комп'ютерним комплексом у процесі послідовного контролю стану організму, дозволяє виявити патологічні зміни при функціонуванні зазначених систем. Спосіб, що пропонується, має більші можливості як в силу високої діагностичної ефективності, так і через свою неінвазивність та екологічну чистоту. Комп'ютерний комплекс (фіг. 1), на якому здійснюється діагностика, складається з чотирьох високочутливих мініатюрних п'єзокерамічних акустичних сенсорів 1, багатоканальних малошумних підсилювачів з системою фільтрів високих і низьких частот 2, персонального комп'ютера зі спеціалізованим програмним забезпеченням 3, розробленим авторами корисної моделі. Для контролю якості сигналу використовують головні телефони 4, підключені до виходу частотних фільтрів підсилювача, а також комп'ютерна мультимедійна периферія 5. Спосіб здійснюють таким чином: Пацієнт сідає у крісло і до поверхні його грудної клітини двостороннім лейкопластирем прикріплюють датчики 1 у двох попарно-симетричних точках на рівні 2-го ребра по середньоключичній лінії (праворуч і ліворуч) і на рівні 7-го ребра під кутом лопатки (праворуч та ліворуч). Реєстрацію звуків серцево-судинної системи проводять на вершині серця, внизу серця і під пахвою одночасно. У цих самих точках реєструють тони серця, які визначають стан 1 UA 83035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 реноваскулярної системи. Реєстрацію звуків проводять протягом 20 секунд. Записані звуки обробляють та аналізують на комп'ютері 3, після чого за допомогою мультимедійної периферії 5 здійснюють роздруківку результатів. Перевірка запропонованого способу здійснювалась на репрезентативній вибірці з 54-х пацієнтів, які були верифіковані стандартними клінічними методами. З них: 12 пацієнтів хворі ішемічною хворобою серця, 15 - хронічними обструктивними захворюваннями легенів (ХОЗЛ), 12 - хронічною нирковою недостатністю у термінальній стадії. Остання група пацієнтів знаходилась на замісній нирковій терапії - програмному гемодіалізі. Вік пацієнтів складав від 18 до 60 років. У контрольну групу входили 15 здорових людей. Як параметри, які фігурують в процедурі прийняття рішення "здоровий-хворий" використовують такі характеристики: для серцево-судинної системи - часові і спектральні характеристики звуків серця; для дихальної системи - спектральні і частотно-часові; для реноваскулярної - фрактальнйй аналіз тонів серця. Програмний продукт для отримання вказаних характеристик розроблений авторами. Як частотно-часові характеристики використовують так звані "миттєві спектри", під якими розуміють набір спектрів, усереднених за інтервал часу, істотно менший, ніж інтервал часу Т, характерний для процесу, що вивчається. Для звуків дихання за інтервал Т вибирають час одного дихального циклу (вдих - пауза - видох - пауза). У цьому випадку характерний час усереднення не перевищує 5,0-10,0 % часу дихального циклу. По суті, це звичайна спектрограма [4, 5]. В результаті комп'ютерної обробки звуків життєдіяльності пацієнта (серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем) і їх порівняння з подібними характеристиками пацієнтів з контрольної групи, виявляють відмінні ознаки. Ці ознаки вказують на стан систем за критерієм "хворий-здоровий". Як було встановлено діапазон характерних частот звуків дихання на вдиху і видиху у здорових пацієнтів простягається від 90 Гц до 800 Гц при везикулярному диханні і при жорсткому - до 1100 Гц. При цьому у "миттєвих" спектрах відсутні будь-які гармоніки і субгармоніки, а також імпульсні широкосмугові сигнали. "Миттєвий" спектр вдиху істотно відрізняється від спектру видиху тим, що перший більш широкосмуговий і інтенсивність його спектральних складових на 5-6 дБ вища, ніж інтенсивність видиху, а протяжність видиху на 2530 % більша. У результаті комп'ютерної обробки звуків дихання були отримані поліхромні спектрограми, порівняння яких дозволило виявити істотні відмінності в структурі „миттєвих" спектрів здорових та хворих пацієнтів. Як ілюстрація представлено спектрограми звуків дихання здорового пацієнта (фіг. 2) і пацієнта, хворого на пневмонію (фіг. 3). Подібні спектрограми з незначними відмінностями, які не міняють основні акустичні характеристики звуків дихання, були отримані для інших точок грудної клітки. На фіг. 4-6 представлені часові залежності звуків серця пацієнтів з контрольної групи і хворих з серцевими патологіями. На фіг. 7, фіг. 8 представлені репрезентативні зразки локальних значень кореляційної розмірності акустичних сигналів здорового пацієнта і пацієнта з нирковою недостатністю, що знаходився на замісній терапії - програмному діалізі. Криві 1, 2, 3 і 4 відповідають першому, другому, третьому та четвертому вимірюванню відповідно. Перша реєстрація сигналів відбувалась через 15 хвилин після початку діалізу, а останнє вимірювання - четверте безпосередньо перед відключенням апарату Штучна Нирка. На кожній з фігур для перших вимірювань представлені значення середньоквадратичних відхилень. У діагностично значущому скейлінговому діапазоні значення кореляційної розмірності D при вкладеній розмірності m=5 дорівнює D=0,8±0,3 для стабільної групи пацієнтів (фіг. 7). У не стабільної групи ці значення варіюють від 0,7 до 2,1 (фіг. 8). Загалом були виявлені такі типові відмінності: - у пацієнтів з серцевими патологіями часові характеристики звуків серця мають відмінності у І і II тонах, що проілюстровано на фіг. 4-6. Подібні зміни у звуках серця були виявлені у 96 % пацієнтів; - у 95 % хворих хронічними обструктивними захворюваннями легенів (ХОЗЛ) спостерігається підвищення частотного діапазону звуків дихання не менше ніж на 22 % на вдиху та на 83 % на видиху, окремі широкосмугові високоінтенсивні короткочасові непостійні імпульсні спектральні складові переважно на початку та середині вдиху, на видиху в частотному діапазоні 90-825 Гц; в кінці кожної фази вдиху виявляють пакет високоінтенсивних широкосмугових імпульсних спектральних складових з частотою 90-1100 Гц; 2 UA 83035 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 - використання як діагностичних ознак таких характеристик фрактального аналізу, як кореляційний інтеграл, та кореляційна розмірність дає можливість у реальному масштабі часу підвищити ефективність моніторінгу діалізних пацієнтів. Було встановлено, що всю робочу вибірку пацієнтів можна поділити на дві групи. В першу групу входять ті пацієнти, у яких під час діалізу виявлені варіації кореляційної розмірності. Клінічно у цих хворих спостерігалося загальне погіршення самопочуття: скарги на головний біль, зміни артеріального тиску (AT) в сторону підвищення чи зниження від тиску, що називається "робочим", вегетативні розлади у вигляді потіння, гіперсалівації, нудоти, запаморочення, шкірний свербіж, синдром "неспокійних ніг". Це вимагало проведення симптоматичної терапії під час сеансу гемодіалізу. В другу групу входять пацієнти, кореляційний інтеграл яких у діагностично значимому скейлінговому діапазоні не виявляє істотних варіацій. Вони, як правило, порівняно легше переносили діаліз, мали стабільні показники AT і не подавали суб'єктивних скарг під час гемодіалізу. Таким чином, запропонований нами спосіб акустичного поліфункціонального визначення стану серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини, шляхом реєстрації, підсилювання, фільтрації, цифрової обробки та візуалізації звуків дихання і звуків серця, за допомогою лише одного комп'ютерного комплексу дозволяє швидко оцінювати стан зазначених систем з точки зору наявності чи відсутності у пацієнта даного захворювання. Використання у процесі лікування розробленого способу дозволяє ефективно і швидко кількісно виявляти і відслідковувати небажані зміни у організмі людини, відслідковувати тенденції динаміки перебігу зазначених систем та документувати і архівувати виявлені зміни. Джерела інформації: 1. А. с N 1227184 кл. А61В 7/04, 1986, СРСР. 2. А. с. N 1595472 кл. А61В 7/04, 1990. 3. Пат. США N4777961 кл. А61В 7/00, 1988. 4. Комплекс фоноспирографический компьютерный КоРА-03М1. Технические условия ТУ УЗЗ. 1-05417354-001:2006. 5. Свідоцтво про державну реєстрацію "Комплекс фоноспірографічний комп'ютерний КоРА03М1" (№5528/2006). 6. Грінченко В.Т., Глєбова Л.П., Майданник В.Г., Макаренков А.П., Рудницкий А.Г. Комп'ютерні методи обробки аускультативних даних \\ Педіатрія, акушерство та гінекологія 1998. №5. С. 29-33. 7. Макаренков А.П., Рудницкий А.Г. Фрактальный анализ звуков сердца, как метод определения переносимости процедуры гемодиализа.\\ Акустичний вісник 2006. №3. С. 16-26. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб акустичної поліфункціональної діагностики стану серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем людини, заснований на реєстрації, підсилюванні, фільтрації, цифрової обробки та візуалізації звуків дихання і звуків серця, за допомогою комп'ютерного комплексу, який відрізняється тим, що реєстрацію звуків вказаних систем виконують послідовно сенсорами коливальних прискорень в найбільш інформативних для вказаних систем точках тіла людини у відокремлених частотних смугах: для серцево-судинної системи - від 0 до 300 Гц, дихальної - від 60 до 2000 Гц, реноваскулярної - від 20 до 3000 Гц, при цьому реєстрацію звуків дихання виконують при спокійному диханні, а звуки серцево-судинної та реноваскулярної систем реєструють при затримці дихання, після чого виконують часову, спектральну, частотночасову і фрактальну обробку класичними методами та нелінійними методами аналізу часових рядів і з ймовірністю 95 % виявляють діагностичні ознаки, які характеризують об'єктивний стан серцево-судинної, дихальної та реноваскулярної систем. 3 UA 83035 U 4 UA 83035 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5