Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини

Реферат: Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини включає вимірювання сигналу, 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  . Додатково визначають персоніфіковану норму показника  у вигляді середнього M зі значень  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, що тестується, визначають відхилення   поточного значення показника  від персоніфікованої норми M та оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи цієї людини за відхиленням Додатково визначають персоніфіковане значення  . середньоквадратичного відхилення  показників  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, та визначають поточний функціональний стан серцевосудинної системи на основі порівняння поточного відхилення   з персоніфікованим значенням  . UA 94286 U (12) UA 94286 U UA 94286 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фізіології людини, а більш точно до способів оцінювання поточного функціонального стану серцево-судинної системи людини та може бути застосована 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. - №. 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 особливостей 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 близьким 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 β симетрії хвилі Т на усередненому кардіоциклі та оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи на основі порівняння поточного значення показника β з пороговим значенням β0 ≈ 0,72 [Файнзильберг Л.С. Новая информационная технология обработки ЭКГ для 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 β 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 Т 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]. В той же час, відомий спосіб не враховує персоніфіковані особливості показника β 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 1 UA 94286 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 корисної моделі поставлена задача вдосконалити спосіб оцінювання поточного функціонального стану серцево-судинної системи людини шляхом порівняння показника β 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 β, що характеризує симетрію хвилі Т на усередненому кардіоциклі, додатково визначають персоніфіковану норму показника β у вигляді середнього М(β) зі значень β, які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, визначають персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення δ(β) показників β, визначають відхилення Δβ поточного значення показника β від персоніфікованої норми М(β) та визначають поточний функціональний стан серцево-судинної системи на основі порівняння поточного відхилення Δβ з персоніфікованим значенням δ(β). Сукупність ознак, що відрізняють цей спосіб від відомих (наявність додаткових операцій, які зводяться до визначення персоніфікованої норми показника β у вигляді середнього М(β), персоніфікованого значення середньоквадратичного відхилення δ(β) показника 3, оцінювання відхилення Δр поточного значення показника β від персоніфікованої норми М(β) та порівняння поточного відхилення Δβ з персоніфікованим значенням δ(β)) забезпечує оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи конкретної людини з урахуванням індивідуальних особливостей його ЕКГ та динаміки зміни показника β, 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; Т - хвиля ЕКГ, що відповідає періоду реполяризації; β - показник, що характеризує симетрію хвилі Т на усередненому кардіоциклі; М(β) - персоніфікована норма показника β, що визначається як середнє зі значень β, що спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини; δ(β) - середньоквадратичного відхилення показника β, які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини; Δβ - відхилення поточного значення показника β від персоніфікована норми М(β) конкретної людини; 1 - блок реєстрації сигналу x(t); 2 - блок визначення усередненого кардіоциклу x0(t); 3 - блок визначення показника β, що характеризує симетрію хвилі Т; 4 блок визначення персоніфікованої норми М(β) та персоніфікованого середньоквадратичного відхилення δ(β) показника β для людини, що обстежується; 5 - блок визначення поточного відхилення Δβ від персоніфікованої норми М(β) людини, що обстежується; 6 - блок прийняття рішень на основі порівняння поточного відхилення Δ β з персоніфікованим значенням δ(β) людини, що обстежується. Фіг. 2 ілюструє принцип визначення показника β, що характеризує симетрію хвилі Т. На фіг. 2 наведено такі позначення: t1 - інтервал часу від початку хвилі Т до її вершини (максимального значення хвилі Т при позитивній хвилі або мінімального значення при негативній хвилі); t2 - інтервал часу від вершини хвилі Т до її закінчення. На фіг. 3 наведено приклади усереднених кардіоциклів з різними значеннями показника β. Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини згідно з корисною моделлю, 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). 2 UA 94286 U 5 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 Т та визначають показник β, що характеризує симетрію хвилі Т. Визначення значення β здійснюється за формулою  10 15 t2 t1 , (1) де t1 та t 2 - відповідно інтервали часу від початку хвилі Т до її вершини та від вершини хвилі Т до її закінчення. Вершина хвилі Т визначається за її максимальним значенням, якщо хвиля T позитивна (див. фіг. 2) або за її мінімальним значенням, якщо хвиля Т негативна. В залежності від функціонального стану серцево-судинної системи показник β може 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 β зазвичай свідчить про наростання процесу ішемізації міокарда. При кожному тестуванні поточне значення показника β надходить до блока 4, а всі накопичені результати зберігається в базі даних для кожної окремої людини, що тестувалася. За всіма попередніми записами значень β обчислюється персоніфікована норма М(β) конкретної людини за формулою M  20 де N - число попередніх спостережень, а i - значення, що було визначено на і-му спостереженні. Блок 4 обчислює також персоніфіковане середньоквадратичне δ(β) значення показника β за традиційним співвідношенням:   25 1 N  i N i 1 , (2) 1 N  i  M2 N  1 i 1 . (3) На N+1 кроці персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи конкретної людини поточне значення показника β з блока 3 (фіг. 1), та персоніфікована норма М(β) з блока 4, обчислена за попередніми N спостереженнями, надходять до входів блока 5, за допомогою якого визначається поточне відхилення     M . (4) 30 35 Поточне значення Δβ, яке визначене блоком 5, та персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення δ(β), визначене блоком 4 за попередніми N спостереженнями, надходять до блока 6 прийняття рішень. Такі рішення приймаються на основі порівняння поточного відхилення Δβ з персоніфікованим значенням середньоквадратичного відхилення δ(β). Це може буди здійснено за різними правилами. Один з можливих варіантів такого правила наведено в таблиці 1. Таблиця 1 Знак Δβ + або + + 40 Умова |Δβ| 1,5δ(β) 0,5δ(β) ≤ |Δβ| ≤ 1,5δ(β) |Δβ| > 1,5δ(β) Рішення про функціональний стан Персональна норма Помірне погіршення Суттєве погіршення Помірне покращення Суттєве покращення Наведемо приклад застосування правила, наведеного в таблиці 1, для конкретною людини. На основі оброблення результатів оцінювання цієї людини отримано персоніфіковану норму M(β) = 0,781 та персоніфіковане середньоквадратичне відхилення δ(β) = 0,115. Ґрунтуючись на таблиці 1 з урахуванням цих даних персоніфіковане правило для цієї людини буде мати вигляд, наведений в таблиці 2. 3 UA 94286 U Таблиця 2 Поточне значення показника β 0,723 < β 0,953 0,608 ≤ β ≤ 0,723 β < 0 < 608 Рішення про функціональний стан Персональна норма Помірне погіршення Суттєве погіршення Помірне покращення Суттєве покращення 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). 5 Таблиця 3 Рішення про Розподіл функціональний стан прийнятих рішень Персональна норма 47 % Помірне погіршення 17 % Суттєве погіршення 6% Помірне покращення 28 % Суттєве покращення 2% 10 Таким чином, запропонований спосіб оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, заснований на оцінювані показника β симетрії хвилі Т одноканальної ЕКГ, відповідає сучасним тенденціям персоніфікованої медицини та дозволяє враховувати індивідуальні особливості організму. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Спосіб персоніфікованого оцінювання функціонального стану серцево-судинної системи людини, що включає вимірювання сигналу, 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 M зі значень  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, що тестується, визначають відхилення   поточного значення показника  від персоніфікованої норми M та оцінюють функціональний стан серцево-судинної системи цієї людини за відхиленням   . 25 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково визначають персоніфіковане значення середньоквадратичного відхилення  показників  , які спостерігалися за попередній період обстеження конкретної людини, та визначають поточний функціональний стан серцево-судинної системи на основі порівняння поточного відхилення   з персоніфікованим значенням  . 4 UA 94286 U 5 UA 94286 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова 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 6