Спосіб оцінки стану серцево-судинної системи з використанням методів спектрального аналізу

Реферат: Спосіб оцінки стану серцево-судинної системи включає реєстрацію кривої тиску з використанням електронного вимірювача артеріального тиску, отримання артеріальної осцилограми. Додатково до отриманої артеріальної осцилограми застосовують візуальний аналіз за кількісними ознаками, локалізацією та наявністю дрібних коливань та методи спектрального аналізу. UA 98210 U (54) СПОСІБ ОЦІНКИ СТАНУ СЕРЦЕВО-СУДИННОЇ СИСТЕМИ З ВИКОРИСТАННЯМ МЕТОДІВ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛІЗУ UA 98210 U UA 98210 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до медицини, зокрема до фізіології, кардіології та функціональної діагностики, і може застосовуватись для виявлення захворювань серцево-судинної системи на ранніх стадіях, у фізичній культурі та спорті. Відомим способом оцінки стану серцево-судинної системи проводять шляхом реєстрації кривої тиску за допомогою електронного вимірювача артеріального тиску, з якої отримують осцилограму артеріальних судин [1]. За відомим способом проводять реєстрацію неінвазивно електронним вимірювачем артеріального тиску кривої тиску. За допомогою її аналізу виділяють артеріальну осцилограму та розраховують значення артеріального тиску, частоту серцевих скорочень, та реєструють моменти появи аритмії, ознакою якої є перевищення наперед встановленого значення інтервалу між сусідніми осциляціями. Недоліками відомого способу є те, що крім оцінки наявності чи відсутності аритмії не проводять кількісної та якісної оцінки аритмій та не визначають інших параметрів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити інформативність результатів вимірювання артеріального тиску при оцінці стану серцево-судинної системи шляхом застосування додаткового технологічного процесу аналізу артеріальної осцилограми. При вирішенні задачі було взято до уваги те, що артеріальна осцилограма може нести набагато більше інформації про стан серцево-судинної системи, ніж відомі. Виходячи з наведеного, поставлена задача вирішується тим, що згідно з корисною моделлю для дослідження артеріальної осцилограми застосовують візуальний аналіз за кількісними ознаками, локалізацією і наявністю дрібних коливань та методи спектрального аналізу за наступними напрямками: 1. В артеріальній осцилограмі, залежно від ступеня компресії, виділяють п'ять її частини (до досягнення в манжеті діастолічного тиску, від появи діастолічного тиску - до 70 % амплітуди, від 70 % до 100 % амплітуди, від 100 % до появи систолічного тиску, від появи систолічного тиску до кінця вимірювання). 2. Спектральний аналіз застосовують до самої артеріальної осцилограми, а не інтервали між зубцями, як в спектральному аналізі ЕКГ. 3. Використання швидкого перетворення Фур'є осцилограми для оцінки потужності спектру за критеріями способу оцінки функціонального стану серцево-судинної системи за ритмом серця прийнятими в ЕКГ в діапазоні від 0 до 0,4 Гц та в наступних діапазонах Дельта 0-4 Гц, Тета 4-8 Гц, Альфа 8-13 Гц, Бетта 13-25 Гц, 25 Гц і більше. 4. Використання методу Гільберта-Хуанга для аналізу осцилограми для оцінки миттєвої частоти шляхом визначення площ (Дельта 0-4 Гц, Тета 4-8 Гц, Альфа 8-13 Гц, Бета 13-25 Гц, 25-60Гц, 60 Гц і більше), також розраховують миттєву фазу у вищевказаних часових інтервалах артеріальної осцилограми (Фіг. 3: а) до експерименту частотного (верхній графік) та фазового (нижній графік) спектру; б) після експерименту частотного (верхній графік) та фазового (нижній графік) спектру) в частотних інтервалах до 15 Гц і більше 15 Гц. 5. Визначення фрактальної розмірності осцилограми методом Херста на вищевказаних інтервалах. 6. Використання швидкого перетворення Фур'є та авторегресії – ковзного середнього моделі (ARMA) осцилограми для оцінки частотного спектру та амплітуди (Фіг. 2: а) до та після експерименту, спектр від 0 до 0,4 Гц; б) до та після експерименту, спектр від 0 до 30,27 Гц) за критеріями спектрального аналізу прийнятими в ЕКГ в діапазоні від 0 до 0,4 Гц та в наступних діапазонах 0,4-4 Гц, 4-7 Гц, 7-14 Гц, 14-30 Гц, більше 30 Гц. 7. Після проведених розрахунків проводять біологічну інтерпретацію отриманих результатів, що дає можливість діагностувати захворювання серцево-судинної системи та периферійних судин. Приклад 1. У пацієнта К., 19 років, при проведені вимірювання артеріального тиску отримали наступні значення: систолічний тиск 102 мм рт. ст., діастолічний тиск - 64, та частота серцевих скорочень - 81 уд./хв. до та після прослуховування композиції (з записом перетікання води в струмку) протягом 2-х хвилин, зразу після навантаження ще раз виміряли артеріальний тиск: систолічний тиск - 116 мм рт. ст., діастолічний тиск - 60 мм рт. ст. та частота серцевих скорочень - 89 уд./хв. В пакеті Матлаб 2010а було виділено з кривої тиску артеріальну осцилограму та проведено візуальний аналіз. Артеріальні осцилограми зображено на кресленнях (Фіг. 1: а) до експерименту, б) після експерименту). Почнемо з візуального аналізу осцилограм, де в осцилограмі спостерігались дрібні осциляції до експерименту, що вказує на підвищений тонус гладкої мускулатури артеріальної стінки. Після ж експерименту спостерігалось значне зменшення дрібних осциляцій в осцилограмі. Коефіцієнт Херста зріс в експерименті від 0,38 до 1 UA 98210 U 5 10 15 20 25 30 35 40 0,50. Високочастотні коливання (ВЧ або HF) - це коливання осцилограми при частоті 0,15-0,40 Гц. Значення потужності до експерименту були рівні 7167, а після експерименту збільшилось до 9130. Низькочастотні коливання (НЧ или LF) - в діапазоні частот 0,04-0,15 Гц. Потужність в цьому діапазоні зменшилась від 17 до експерименту та до 4 після експерименту. Дуже низькочастотні коливання (ОНЧ або VLF) - діапазон частот - 0,003-0,04 Гц, до експерименту 821, а після експерименту зросла до 1130. LF/HF - баланс мав значення 0,0024 до експерименту та 0,0005 після експерименту. Загальна потужність спектру (ОМС или ТР) - це потужність в діапазоні від 0,003 до 0,40 Гц. До експерименту ТР=22917 та після експерименту ТР=29235. Ми припускаємо, що для фізіологічної інтерпретації розрахованих потужностей з аналізу осцилограми можливо використовувати інтерпретації, прийняті в аналізі інтервалів між зубцями ЕКГ. В діапазоні 0,4-4 Гц до експерименту потужність складала 14247, після експерименту 6124, в діапазоні 4-7 Гц - до експерименту потужність 7128 та після 6423, потужність в діапазоні 7-14 Гц до експерименту 57230 та після експерименту 8423, потужність в діапазоні 14-30 Гц до експерименту 9756 та після експерименту 6284. Приклад 2. У пацієнта К., 19 років, було проведено вимірювання артеріального тиску: 102 мм рт. ст. систолічний тиск, 64 - діастолічний тиск та частота серцевих скорочень - 81 уд./хв. до та після прослуховування композиції (з записом перетікання води в струмку) протягом 2-х хвилин, зразу після навантаження ще раз виміряли артеріальний тиск: 116 мм рт. ст. систолічний тиск, 60 - діастолічний тиск та частота серцевих скорочень - 89 уд./хв. Проведемо морфологічний аналіз результатів дослідження. Артеріальні осцилограми зображено на кресленні (Фіг. 3). Почнемо з візуального аналізу осцилограм, де в першій частині осцилограми спостерігались дрібні осциляції до експерименту, що вказує на підвищений тонус гладкої мускулатури артеріальної стінки. Після ж експерименту спостерігалось значне зменшення дрібних осциляцій в осцилограмі. Площа осцилограм до моменту повного перетискання судини була більшою, після повного перетискання судин площа осцилограм після експерименту стала значно більшою, тобто значно більше потужності з боку серця було вкладено в коливання судинної стінки артерії. Кількість та розміщення дикротичних зубців в основному не змінювались в експерименті. Кількість провалів у послідовності осцилограм з'являлось частіше після експерименту. Корисна модель дозволяє значно розширити інформаційні можливості процедури вимірювання артеріального тиску за допомогою електронного вимірювача артеріального тиску [2]. Отримана інформація дає можливість оцінити стан периферійних судин, стан гладкої мускулатури артерій, серцеву діяльність, активність та взаємодію різних ланок нервової системи, адаптаційні можливості організму до процесу вимірювання артеріального тиску. Зважаючи на те, що процедура вимірювання артеріального тиску проводиться дуже часто при профілактичних оглядах, при первинній діагностиці, то отримана інформація допоможе виявити захворювання серцево-судинної системи на ранніх стадіях. Джерела інформації: 1. US Patent 7907996 В2. Система і метод для обробки та подання інформації аритмії при виявленні та лікуванні аритмії / Klaus Forstner заявник, Microlife Intellectual Property Gmbh патентовласник USA-US 11/739,037; заявлений 23.04.2007 року; опубл. 15.03.2011 року. 2. Вакуленко Д.В. Інформативне значення окремих показників осцилограм судин верхньої кінцівки зареєстрованих в процесі вимірювання артеріального тиску. / Д.В. Вакуленко // Медична інформатика та інженерія. - 2013. - № 4. - С. 67-80. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Спосіб оцінки стану серцево-судинної системи з використанням методів спектрального аналізу, що включає реєстрацію кривої тиску з використанням електронного вимірювача артеріального тиску, отримання артеріальної осцилограми, який відрізняється тим, що додатково до отриманої артеріальної осцилограми застосовують візуальний аналіз за кількісними ознаками, локалізацією та наявністю дрібних коливань та методи спектрального аналізу за наступними напрямками: в артеріальній осцилограмі, залежно від ступеня компресії виділяють п'ять її частини (до досягнення в манжеті діастолічного тиску, від появи діастолічного тиску - до 70 % амплітуди, від 70 % до 100 % амплітуди, від 100 % до появи систолічного тиску, від появи систолічного тиску до кінця вимірювання); спектральний аналіз застосовують до самої артеріальної осцилограми, а не на інтервали між зубцями, як в спектральному аналізі ЕКГ; 2 UA 98210 U 5 10 15 використовують швидке перетворення Фур'є осцилограми для оцінки потужності спектру за критеріями способу оцінки функціонального стану серцево-судинної системи за ритмом серця, прийнятими в ЕКГ, в діапазоні від 0 до 0,4 Гц та в наступних діапазонах: Дельта 0-4 Гц, Тета 4-8 Гц, Альфа 8-13 Гц, Бетта 13-25 Гц, 25 Гц і більше; використовують метод Гільберта-Хуанга для аналізу осцилограми для оцінки миттєвої частоти шляхом визначення площ (Дельта 0-4 Гц, Тета 4-8 Гц, Альфа 8-13 Гц, Бета 13-25 Гц, 25-60 Гц, 60 Гц і більше), також розраховують миттєву фазу у вищевказаних часових інтервалах артеріальної осцилограми в частотних інтервалах до 15 Гц і більше 15 Гц; визначають фрактальну розмірність осцилограми методом Херста на вищевказаних інтервалах; використовують швидке перетворення Фур'є та авторегресію - ковзне середнього моделі (ARMA) осцилограми для оцінки частотного спектру та амплітуди за критеріями спектрального аналізу, прийнятими в ЕКГ, в діапазоні від 0 до 0,4 Гц та в наступних діапазонах 0,4-4 Гц, 4-7 Гц, 7-14 Гц, 14-30 Гц, більше 30 Гц; після проведених розрахунків проводять біологічну інтерпретацію отриманих результатів, що дає можливість діагностувати захворювання серцево-судинної системи та периферійних судин. 3 UA 98210 U 4 UA 98210 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5