Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини

Реферат: Винахід стосується способу персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцевосудинної системи людини, який ґрунтується на оцінюванні показника , що характеризує симетрію хвилі Т одноканальної електрокардіограми. Спосіб за винаходом передбачає попереднє визначення персональної норми M() показника  та персонального UA 112325 C2 (12) UA 112325 C2 середньоквадратичного відхилення () показника . Оцінювання засновано на визначенні поточного відхилення  показника  від персональної норми М() та порівнянні  з персоніфікованим значенням (). UA 112325 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 Винахід стосується фізіології людини, а більш точно до способів оцінювання поточного функціонального стану серцево-судинної системи людини та може бути застосований для проведення масових профілактичних обстежень населення в поліклінічних закладах, спортивній медицині, медицині праці та для самоконтролю в домашніх умовах. Відомий спосіб оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, який реалізовано в традиційних електрокардіографічних системах діагностики [див. Мурашко В.М., Струтынский А.В. Электрокардиография. - М.: Медицина, 1991. - С. 53-68]. Цей спосіб складається з того, що вимірюють сигнал, який несе інформацію про зміни в часі електричної активності серця (електрокардіосигнал), оцінюють полярності, амплітуди, тривалості та форми характерних сегментів та зубців цього сигналу та на основі значень цих характеристик оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи пацієнта. В той же час, традиційний спосіб електрокардіографічної оцінки функціонального стану серцево-судинної системи, який зазвичай засновано на реєстрації ЕКГ-сигналу в 12 відведеннях, є недостатньо оперативний та зручний для проведення масових обстежень населення. До того ж навіть при комп'ютерній реалізації традиційного ЕКГ-аналізу його використання для самоконтролю в домашніх умовах стає проблематичним, тому що потребує певної кваліфікації користувача для правильного розташування електродів. Відомий також спосіб оцінювання функціонального стану організму людини, який оснований на математичному аналізі варіабельності серцевого ритму [див. Казначеев В.П., Баевский P.M., Берсенова А.П. Донозологическая диагностика в практике массовых обследований населения. Л.: Медицина, 1980. - С. 54-66]. Цей спосіб може бути реалізований при реєстрації ЕКГ з одного відведення, має високу оперативність і дозволяє отримати інтегральну інформацію про стан регуляторних систем організму людини. В той же час, аналіз варіабельності ритму серця не дозволяє судити про функціональний стан самої серцево-судинної системи. Останнім часом набули поширеність методи функціональної діагностики, які ґрунтуються на підходах так званої персоніфікованої медицини [Tezak Z., Kondratovich M.V., Mansfield E. US FDA and personalized medicine: in vitro diagnostic regulatory perspective // Personalized Medicine. 2010. - No. 7(5). - P. 517-530]. Основна відмінність цих методів полягає в тому, що лікувати треба не хворобу, а саме хворого з урахуванням індивідуальних особливостей його організму. Один з відомих способів оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини за одноканальною електрокардіограмою, який ґрунтується на індивідуальних особливостях організму людини, здійснюється згідно з патентом України № 16024 ["Спосіб інтегральної оцінки поточного функціонального стану серцево-судинної системи людини", Файнзільберг Л.С., Бюл. № 7, 2006]. Цей спосіб передбачає, що функціональний стан серцевосудинної системи оцінюють на основі відхилення поточного фазового портрету ЕКГ від його індивідуального еталона, який запам'ятовано в початковому стані. Однак, цей спосіб не враховує значення діагностичних ознак ЕКГ, які несуть інформацію про поточний функціональний стан серцево-судинної системи, та динаміку зміни цих ознак у часі, що зменшує достовірність отриманих результатів та обмежує сфери застосування способу. Найбільш близький до способу, що пропонується, є спосіб оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, який ґрунтується на тому, що вимірюють сигнал, який несе інформацію про зміну в часі електричної активності серця, оцінюють усереднений кардіоцикл сигналу за послідовністю з кількох серцевих циклів, визначають показник  симетрії хвилі T на усередненому кардіоциклі та оцінюють функціональний стан серцево-судинної 45 системи на основі порівняння поточного значення показника  з пороговим значенням  0  0,72 [Файнзильберг Л.С. Новая информационная технология обработки ЭКГ для 50 55 выявления ишемической болезни сердца при массовых обследованиях населения // Управляющие системы и машины. - 2005. - № 3 - С. 63-71]. Клінічні випробування на групах верифікованих хворих довели, що застосування діагностичного показника  дозволяє підвищити чутливість та специфічність ЕКГ-діагностики та визначати групи ризику пацієнтів з початковими ознаками ішемічної хвороби серця. Це пов'язано з тим, що збільшення симетрії зубця T несе інформацію про зростання регіональної дисперсії тривалості другої фази потенціалу дії, збільшення трансмурального градієнта величини потенціалу дії та посилення електричної негомогенності реполяризації внаслідок апоптозу кардіоміоцитів [див. Di Bernardo D., Murray A. Computer model for study of cardiac repolarization // J. Cardiovasc. Electrophysiol. - 2000. - Vol. 11. - P. 895-899]. 1 UA 112325 C2 5 10 15 В той же час, відомий спосіб не враховує персоніфіковані особливості показника  конкретної людини та короткотривалі зміни цього показника, пов'язані з епізодичними порушеннями функціонального стану людини. Тобто цей спосіб не враховує можливі інтраіндивідуальні зміни електрокардіограми, на які останнім часом звертають увагу багато дослідників [Schijvenaars B.J.A, Van Herpen G., Kors J.A. Intraindividual variability in electrocardiograms // Journal of Electrocardiology. - 2008. - Vol. 41. - Issue 3. - P. 190-196]. Все це обмежує область застосування зазначеного відомого способу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб оцінювання поточного функціонального стану серцево-судинної системи людини шляхом порівняння показника  з персоніфікованою нормою з урахуванням динаміки змін цього показника у конкретної людини, що тестується. Поставлена задача вирішується тим, що вимірюють сигнал, який несе інформацію про зміну в часі електричної активності серця, оцінюють усереднений кардіоцикл сигналу за послідовністю з кількох серцевих циклів, визначають показник  , що характеризує симетрію хвилі T на усередненому кардіоциклі, додатково визначають персоніфіковану норму показника  у вигляді середнього M ( ) зі значень  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, визначають персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення  (  ) показників  , визначають відхилення   поточного значення показника  від персоніфікованої норми M (  ) та визначають поточний функціональний стан серцево 20 судинної системи на основі порівняння поточного відхилення  з персоніфікованим значенням  (  ) . Сукупність ознак, що відрізняють цей спосіб від відомих (наявність додаткових операцій, які зводяться до визначення персоніфікованої норми показника  у вигляді середнього M (  ) , персоніфікованого 25 значення середньоквадратичного відхилення оцінювання відхилення   поточного значення показника  ( ) показника ,  від персоніфікованої норми M ( ) та порівняння поточного відхилення   з персоніфікованим значенням  (  ) ) 30 35 забезпечує оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи конкретної людини з урахуванням індивідуальних особливостей його ЕКГ та динаміки зміни показника  , обумовлених короткотривалими порушеннями функціонального стану серцево-судинної системи. На Фіг. 1 наведено схему, яка ілюструє послідовність операцій, що забезпечують реалізацію способу. На Фіг. 1 наведено такі позначення: x(t ) - сигнал, що несе інформацію про зміни в часі електричної активності серця (ЕКГ одного відведення, наприклад, першого стандартного - права та ліва руки); x0 (t ) - усереднений кардіоцикл; T  - хвиля ЕКГ, що відповідає періоду реполяризації; - показник, що характеризує симетрію хвилі T на усередненому кардіоциклі; M ( ) - персоніфікована норма показника  , що визначається як середнє зі значень  , 40 що спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини;  (  ) - середньоквадратичні відхилення показника  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини;   - відхилення поточного значення показника  від персоніфікована норми M (  ) конкретної людини; 1 - блок реєстрації сигналу x (t ) ; 45 2 - блок визначення усередненого кардіоциклу x0 (t ) ; 3 - блок визначення показника р, що характеризує симетрію хвилі T ; 4 - блок визначення персоніфікованої норми M ( ) та середньоквадратичного відхилення персоніфікованого  (  ) показника  для людини, що обстежується; 2 UA 112325 C2 5 - блок визначення поточного відхилення   від персоніфікованої норми M (  ) людини, що обстежується; 6 - блок прийняття рішень на основі порівняння поточного відхилення   з персоніфікованим значенням 5  ( ) людини, що обстежується. Фіг. 2 ілюструє принцип визначення показника  , що характеризує симетрію хвилі T . На фіг. 2 наведено такі позначення: t1 - інтервал часу від початку хвилі x0 (t ) до її вершини (максимального значення хвилі T при позитивній хвилі або мінімального значення при негативній хвилі); t2 - інтервал часу від вершини хвилі T до її закінчення. 10 15 20 На фіг. 3 наведено приклади усереднених кардіоциклів з різними значеннями показника  . Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини згідно з винаходом, що пропонується, складається з послідовності таких дій (див. фіг. 1). За допомогою блока 1 вимірюють електричний сигнал x (t ) , який виникає на поверхні тіла пацієнта, що тестується, та несе інформацію про зміни в часі електричної активності серця. Сигнал x (t ) отримують за допомогою електродів, що застосовуються в кардіологічній практиці. Електроди встановлюють на одне з стандартних відведень тіла пацієнта, зокрема на перше стандартне відведення (ліва рука - права рука). Сигнал x (t ) надходить на вхід блока 2, за допомогою якого визначають усереднений кардіоцикл x0 (t ) за послідовністю серцевих циклів. До усереднення з послідовності вилучають нетипові цикли (артефакти та екстрасистоли). Усереднений кардіоцикл x0 (t ) надходить до входу блока 3, за допомогою якого на кардіоциклі виділяють хвилю Визначення значення 25  T та визначають показник  , що характеризує симетрію хвилі T .  здійснюється за формулою t 2 , (1) t1 де t1 та t2 - відповідно інтервали часу від початку хвилі T до її вершини та від вершини хвилі T до її закінчення. Вершина хвилі T визначається за її максимальним значенням, якщо хвиля T позитивна (див. фіг 2) або за її мінімальним значенням, якщо хвиля T негативна. В залежності від функціонального стану серцево-судинної системи показник  може 30 35 приймати різні значення (див. фіг 3). Як показують клінічні дослідження, проведені на верифікованих хворих, та активні експерименти над тваринами в умовах штучної ішемії збільшення значень показника  зазвичай свідчить про наростання процесу ішемізації міокарда. При кожному тестуванні поточне значення показника  надходить до блока 4, а всі накопичені результати зберігається в базі даних для кожної окремої людини, що тестувалася. За всіма попередніми записами значень  обчислюється персоніфікована норма M (  ) конкретної людини за формулою M ( )  де 40 1 N N  i 1 i , (2) N - число попередніх спостережень, а  i - значення, що було визначено на і-му спостереженні. Блок 4 обчислює також персоніфіковане середньоквадратичне за традиційним співвідношенням:  ( )  1 N 2  i  M ( ) . (3) N  1 i1 3  (  ) значення показника  UA 112325 C2 На N  1 кроці персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи конкретної людини поточне значення показника  з блока 3 (Фіг. 1), та 5 персоніфікована норма M (  ) з блока 4, обчислена за попередніми N спостереженнями, надходять до входів блока 5, за допомогою якого визначається поточне відхилення      M (  ) . (4) Поточне значення   , яке визначене блоком 5, та персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення  (  ) , визначене блоком 4 за попередніми N спостереженнями, надходять до блока 6 прийняття рішень. Такі рішення приймаються на основі порівняння поточного відхилення   з персоніфікованим значенням середньоквадратичного 10 відхилення  (  ) . Це може буди здійснено за різними правилами. Один з можливих варіантів такого правила наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Знак   Умова Рішення про функціональний стан    0,5 ( ) Персональна норма + 0,5 ( )     1,5 ( ) Помірне погіршення +    1,5 ( ) Суттєве погіршення 0,5 ( )     1,5 ( ) Помірне покращення    1,5 ( ) Суттєве покращення + або 15 Наведемо приклад застосування правила, наведеного в таблиці 1, для конкретної людини. На основі оброблення результатів оцінювання цієї людини отримано персоніфіковану норму M (  )  0,781 та персоніфіковане середньоквадратичне відхилення  ( )  0,115 . Ґрунтуючись на таблиці 1, з урахуванням цих даних персоніфіковане правило для цієї людини буде мати вигляд, наведений в таблиці 2. Таблиця 2 Поточне значення показника  Рішення про функціональний стан 0,723    0,838 0,838    0,953   0,953 0,608    0,723   0  608 Персональна норма Помірне погіршення Суттєве погіршення Помірне покращення Суттєве покращення 20 Для ілюстрації в таблиці 3 наведено розподіл рішень, які приймалися згідно з таблицею 2 при тестуванні цієї людини (оброблено 1820 спостережень одноканальної ЕКГ за 8 років). Таблиця 3 Рішення про функціональний стан Персональна норма Помірне погіршення Суттєве погіршення Помірне покращення Суттєве покращення Розподіл прийнятих рішень 47 % 17 % 6% 28 % 2% 4 UA 112325 C2 Таким чином, запропонований спосіб оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, заснований на оцінювані показника  симетрії хвилі T одноканальної ЕКГ, відповідає сучасним тенденціям персоніфікованої медицини та дозволяє враховувати індивідуальні особливості організму. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, який полягає у тому, що вимірюють сигнал, який несе інформацію про зміну в часі електричної активності серця, оцінюють усереднений кардіоцикл сигналу за послідовністю з кількох серцевих циклів, визначають показник , що характеризує симетрію хвилі Т на усередненому кардіоциклі, та оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи за поточним значенням показника , який відрізняється тим, що додатково визначають персоніфіковану норму показника  у вигляді середнього М() зі значень , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, що тестується, визначають персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення () показників , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, визначають відхилення  поточного значення показника  від персоніфікованої норми М() та оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи цієї людини на основі порівняння поточного відхилення  з персоніфікованим значенням (). 5 UA 112325 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6