Спосіб вітальної діагностики патології ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу

Реферат: Спосіб вітальної діагностики патології ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу включає проведення ультразвукових 3 досліджень гонад та визначення комплексу основних показників: густини (х 1, кг/м ), довжини (х2, мм), ширини (х3, мм) та кількості фолікул (х4, одиниць) та підстановці отриманих значень показників до відповідних дискримінантних рівнянь: X=а1х1+а2х2+а3х3+а4х4-X0, де а1, а2, а3, а4 коефіцієнти рівняння; X0 - межа розділу двох патологій або патології і норми; значення коефіцієнтів аi(i=1, 2, 3, 4) і параметрів X0 визначають попередньо шляхом обробки результатів ультразвукових та клінічних досліджень великої кількості тварин даного виду. Дискримінантні рівняння спочатку попарно порівнюють з нормою, потім з гіпотрофією, далі з атрофією і наприкінці зі склерозом: за знаками та алгебраїчними значеннями отриманих дискримінантних функцій попарного порівняння вірогідно з високою точністю остаточно діагностують наявність певної патології яєчника або відсутність патологій (норму). UA 96080 U (54) СПОСІБ ВІТАЛЬНОЇ ДІАГНОСТИКИ ПАТОЛОГІЇ ЕНДОСТРУКТУРИ ЯЄЧНИКІВ ТВАРИН МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ З ЗАСТОСУВАННЯМ ДИСКРИМІНАНТНОГО АНАЛІЗУ UA 96080 U UA 96080 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до ветеринарної медицини, а саме до репродуктивної ветеринарної медицини, та може бути застосована для комплексної вітальної діагностики ендоструктури яєчників (гонад) тварин. Відомий спосіб вітальної оцінки ендоструктури гонад тварин за показниками біохімічного складу крові з застосуванням для виявлення патології (гіпофункції) яєчника методу дискримінантного аналізу [1]. Але за допомогою цього способу можна лише виявити наявність або відсутність патології гонад. Діагностувати ж певний вид патології не є можливим. Найближчим аналогом до корисної моделі, що пропонується, є спосіб вітальної діагностики стану гонад корів, який базується на ультразвукових дослідженнях (УЗД) гонад у нормі і при патології на підставі вимірювання основного комплексу параметрів цих органів: їх щільності, ширини, довжини та кількості фолікулів [2]. За отриманими даними для диференціальної діагностики патології гонад (гіпотрофії, атрофії чи склерозу) застосовується метод дискримінантного аналізу. Але цей спосіб у дослідженнях ветеринарної репродуктивної медицини є мало апробованим у зв'язку з відсутністю розроблених критеріїв діагностичних методик та має суттєві теоретичні помилки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу вітальної діагностики стану гонад тварин за допомогою комплексу показників УЗД з застосуванням дискримінантного аналізу з метою підвищення надійності і точності диференційованої діагностики патології ендоструктури гонад. Спосіб вітальної діагностики патології ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу, що полягає у проведенні ультразвукових досліджень гонад та визначенні комплексу основних показників: густини ( x1, кг / м3 ) , довжини ( x 2, мм) , ширини ( x3 , мм) та кількості фолікулів ( x 4, одиниць ) та підстановці отриманих значень показників до відповідних дискримінантних рівнянь: X  a1x1  a2x2  a3 x3  a4 x 4  X0 , де a1, a2, a3, a4 - коефіцієнти рівняння; X0 - межа розділу двох патологій або патології і норми; значення коефіцієнтів ai (i  12,3,4) і параметрів X0 , визначають попередньо шляхом обробки результатів ультразвукових та клінічних досліджень великої кількості тварин даного виду, згідно з корисною моделлю, що пропонується, дискримінантні рівняння спочатку попарно порівнюють з нормою, потім з гіпотрофією, далі з атрофією і наприкінці зі склерозом: за знаками та алгебраїчними значеннями отриманих дискримінантних функцій попарного порівняння вірогідно з високою точністю остаточно діагностують наявність певної патології яєчника або відсутність патологій (норму). Для впровадження запропонованого способу спочатку проводять УЗД гонад тварини даного виду та визначають наступні показники гонад для кожної тварини: густину ( x1) , довжину ( x 2 ) , ширину ( x 3 ) та кількість фолікулів ( x 4 ) . Далі застосовують спосіб дискримінантного аналізу [3]. Суть дискримінантного аналізу полягає в заміні чотирьох ознак x1, x2, x3, x 4 , які характеризують стан яєчника тварини, однією дискримінантною функцією: (1) X  a1x1  a2x2  a3 x3  a4 x 4  X0 . Значення коефіцієнтів a1, a2, a3, a4 та параметра X0 - межі розділу двох різних патологій або певної патології і норми попередньо розраховують з аналізу та обробки результатів багаторазових вимірів значень ознак x1, x2, x3, x 4 для великої кількості тварин даного виду та проведення незалежних вітальних клінічних досліджень їх гонад з метою виявлення наявності або відсутності патології наступним чином. З вибірок виміряних значень xi (i  12,,4) утворюють дискримінантні матриці при наявності , патології A або патології B (або відсутності патології, тобто норми): A Sik  45 50 A A  x iAj  xiA xk, j  xk ; SB , ik nA j 1   xBj  xB xB, j  xB  ,(2) i, i k k nB j 1 де i, k - номери ознак, які визначають УЗД (цих ознак чотири); n A - кількість тварин, у яких було попередньо виявлено патологію A , nB - кількість тварин, у яких було виявлено патологію B або відсутність патології - норму (по номеру тварини j робиться підсумовування); xiA,B ;k середньовибіркові значення відповідних ознак. Для визначення або не визначення певної патології з деякого набору A,B,, Z (до якого входить і норма) дискримінантні матриці (2) об'єднують в одну так звану коваріантну матрицю: 1 UA 96080 U A Z Sik  SB    Sik , ik (3) n A  nB    nZ  n де nA ,nB,,nZ - кількість елементів (тварин) в кожній вибірковій групі (одна з котрих є нормою); n - загальна кількість патологій, які треба диференціювати, плюс норма. З виразу (3) можна бачити, що чим більше зроблено попередніх вимірів, тим точніше визначена коваріантна матриця. Для знаходження коефіцієнтів ai дискримінантного рівняння (1) розв'язують наступну систему лінійних рівнянь (яку для скорочення записано у матричному вигляді): A (4) Sik ai  x k  xB . k Sik  5 Після того, як знайдено значення коефіцієнтів ai , розраховують виправлені вибіркові оцінки дисперсії розподілу ознак для кожної сукупності тварин згідно наступних формул: DA   10 A  aia jSij i, j ; DB   aia jSB ij i, j ;DZ  Z  aia jSij i, j (5) , nA  1 nB  1 nZ  1 де по індексах i тa j передбачається підсумовування (згортка) від одного до чотирьох. Оцінки стандартних відхилень є коренями квадратними з відповідних вибіркових дисперсій: (6) SA   DA , SB   DB , SZ   DZ  . Параметр межі розділу між A та B  X0 розраховують наступним чином: X0  SA XB  SBX A , SA   SB (7) 4 де X A,B   ai x A,B a1x A,B  a2 x A,B  a3 x A,B  a 4 x A,B (бо ознак чотири). 4 i 1 2 3 i 1 Для визначення наявності патології або норми спочатку проводять УЗД гонад тварини та визначають комплекс показників гонад (основні ознаки): густину ( x1) , довжину ( x 2 ) , ширину 15 ( x 3 ) та кількість фолікулів ( x 4 ) . Ці значення підставляють до дискримінантного рівняння (1). Якщо при цьому одержують від'ємне значення параметра X , то присутня патологія (або норма) B , якщо додатне, то має місце патологія A . Теоретичне значення помилки визначення патології (або норми)  у відсотках для попарного порівняння становить:  20 25  1 X A  XB    100 % , 1  erf    SA   SB  2     (8) x 2 де erf x  - інтеграл ймовірності: erf x   2  e  t dt . 0 У таблиці 1 наведено значення коефіцієнтів та параметрів дискримінантного рівняння (1) для попарного порівняння норми (N), гіпотрофії (H), атрофії (А) та склерозу (С), які були одержані після обробки результатів УЗД та клінічних досліджень 139-ти корів української червоно-рябої породи у віці від 2-х до 4-х років (з них у 34 корів гонади були у нормі; 51 корова мала гіпотрофію гонад; 29 корів - атрофію; 25 корів - склероз гонад). У цій же таблиці наведені помилки попарного порівняння згідно з запропонованим способом та способом [2] відповідно. З таблиці можна бачити, що запропонований спосіб приводить до істотно менших помилок завдяки більшій статистиці досліджень. 2 UA 96080 U Таблиця 1 № з/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5 Попарне порівняння NH NA NC HN НА HC AN АН AC CN CH CA a1 a2 a3 a4 0,30 0,38 0,57 -0,30 0,09 0,27 -0,38 -0,09 0,18 -0,57 -0,27 -0,18 -0,27 -1,25 -1,11 0,27 -0,98 -0,85 1,25 0,98 0,14 1,11 0,85 -0,14 -0,14 0,26 0,09 0,14 0,41 0,24 -0,26 -0,41 -0,17 -0,09 -0,24 0,17 -4,67 -7,52 -7,68 4,67 -2,85 -3,00 7,68 2,85 -0,16 7,68 3,00 0,16 Межа розділу, X0 279,29 399,67 561,21 -279,29 80,82 289,50 -399,67 -80,82 216,34 -561,21 -289,50 -216,34 Помилка, % 0 0 0 0 0 0 0 0 0,9 0 0 0,9 Помилка згідно способу [2], % 0 4,5 1,4 0 0 6,2 4,5 0 2,0 1,4 6,2 2,0 Згідно з відомим способом дискримінантного аналізу [3], для виявлення певної патології (або її відсутності, тобто норми) серед декількох можливих захворювань усі патології порівнюються, наприклад, з нормою N. При цьому, якщо значення усіх дискримінантних функцій попарного порівняння XNA (де А2 = Н, А або С - можливі патології) при підстановці в рівняння 2 (1) виміряних значень показників x1, x2, x3, x 4 та коефіцієнтів і параметрів з рядків 1-3 таблиці 1 є від'ємними, то діагностується норма. Якщо ж отримані значення XNA мають різні знаки, то 2 10 15 20 25 30 35 40 діагностується та патологія, для якої алгебраїчне значення XNA є максимальним. 2 Але це ствердження є вірним лише тоді, коли вибірки тварин з різними патологіями або нормою, що досліджуються, мають приблизно однакові великі об'єми і добре розділяються між собою. У випадку, коли ця умова не виконується, можуть виникнути певні помилки при діагностуванні. Тому нами запропонований наступний спосіб послідовного попарного порівняння усіх патологій (або норми) з метою підвищення вірогідності та зменшення помилки остаточної діагностики. Спочатку усі дискримінантні функції порівнюють з нормою, як це було описано вище. Потім усі дискримінантні функції порівнюють з гіпотрофією. Для цього фактичні значення x1, x2, x3, x 4 підставляють в рівняння (1), а значення коефіцієнтів та параметрів беруть з рядків 4-6 таблиці 1. Якщо усі одержані дискримінантні функції попарного порівняння від'ємні, то констатують діагноз: "гіпотрофія". Якщо вони різного знаку, то констатують той діагноз, для якого алгебраїчне значення дискримінантної функції є максимальним. Далі усі дискримінантні функції порівнюють з атрофією. Для цього фактичні значення x1, x2, x3, x 4 підставляють в рівняння (1), а значення коефіцієнтів та параметрів беруть з рядків 7-9 таблиці 1. Якщо усі одержані дискримінантні функції попарного порівняння від'ємні, то констатують діагноз: "атрофія". Якщо вони різного знаку, то констатують той діагноз, для якого алгебраїчне значення дискримінантної функції є максимальним. Наприкінці усі дискримінантні функції порівнюють зі склерозом. Для цього фактичні значення x1, x2, x3, x 4 підставляють в рівняння (1), а значення коефіцієнтів та параметрів беруть з рядків 10-12 таблиці 1. Якщо усі одержані дискримінантні функції попарного порівняння від'ємні, то констатують діагноз: "склероз". Якщо вони різного знака, то констатують той діагноз, для якого алгебраїчне значення дискримінантної функції є максимальним. Для визначення остаточного експертного висновку щодо патології гонад тварини порівнюють між собою усі чотири діагнози, які були одержані шляхом чотирьох попередніх попарних порівнянь. Приклад конкретного виконання Для перевірки запропонованого способу вітальної діагностики паталогії ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу були відібрані чотири тварини з 139-ти, які досліджувалися раніше. Клінічним способом вітальної діагностики попередньо було встановлено, що гонади тварини № 1 знаходяться у нормі; тварина № 2 має гіпотрофію гонад; тварина № 3 має атрофію; а тварина № 4 має склероз гонад. 3 UA 96080 U Для усіх чотирьох тварин були проведені УЗД гонад та за їх результатами визначені певні показники: густина ( x1) , довжина ( x 2 ) , ширина ( x 3 ) та кількість фолікулів ( x 4 ) . Всі ці дані були оброблені згідно зі способом, що пропонується. Результати наведено в таблиці 2. Таблиця 2 Тварина № 1. Результати УЗД: x1, кг / м3 1030 XNH -41,35 XHN 41,35 XAN 127,17 XCN 101,97 x1, кг / м3 1135 XNH 23,85 XHN -23,85 XAN 35,13 XCN -11,54 x1, кг / м3 1150 XNH 54,56 XHN -54,56 XAN -25,53 XCN -73,25 x 2, мм x3 , мм 30 20 1. Порівняння з нормою. XNA XNC -127,17 -101,97 2. Порівняння з гіпотрофією. XHA XHC -46,25 -68,20 3. Порівняння з атрофією. XAH XAC 46,25 -29,61 4. Порівняння зі склерозом. XCH XCA 68,20 29,61 Остаточний діагноз: Тварина № 2. Результати УЗД: x 2, мм x3 , мм 29 12 1. Порівняння з нормою. XNA XNC -35,13 11,54 2. Порівняння з гіпотрофією. XHA XHC -19,42 -19,89 3. Порівняння з атрофією. XAH XAC 19,42 -8,13 4. Порівняння зі склерозом. XCH XCA 19,89 8,13 Остаточний діагноз: Тварина № 3. Результати УЗД: x 2, мм x3 , мм 16 16 1. Порівняння з нормою. XNA XNC 25,53 73,25 2. Порівняння з гіпотрофією. XHA XHC 10,54 11,11 3. Порівняння з атрофією. XAH XAC -10,54 -7,08 4. Порівняння зі склерозом. XCH XCA -11,11 7,08 Остаточний діагноз: 5 4 x 4, одиниць 12 Діагноз: Норма Діагноз: Норма Діагноз: Норма Діагноз: Норма Норма x 4, одиниць 5 Діагноз: Гіпотрофія Діагноз: Гіпотрофія Діагноз: Гіпотрофія Діагноз: Гіпотрофія Гіпотрофія x 4, одиниць 0 Діагноз: Склероз Діагноз: Атрофія Діагноз: Атрофія Діагноз: Атрофія Атрофія UA 96080 U Тварина № 4. Результати УЗД: 3 x1, кг / м 1281 XNH 93,50 XHN -93,50 XAN -73,72 XCN -145,99 5 10 15 20 25 x 2, мм x3 , мм 17 13 1. Порівняння з нормою. XNA XNC 73,72 145,99 2. Порівняння з гіпотрофією. XHA XHC 19,79 44,91 3. Порівняння з атрофією. XAH XAC -19,79 17,46 4. Порівняння зі склерозом. XCH XCA -44,91 -17,46 Остаточний діагноз: x 4, одиниць 0 Діагноз: Склероз Діагноз: Склероз Діагноз: Склероз Діагноз: Склероз: Склероз Як можна бачити з цієї таблиці, запропонований спосіб надійно встановлює наявність певної патології або норми у порівнянні з результатами клінічних досліджень. Лише для тварини № 3 порівняння з нормою дало помилковий діагноз: склероз. Але три наступних порівняння виправили цю помилку і призвели до правильного остаточного діагнозу. Помилка була пов'язана з тим, що вибіркова група тварин зі склерозом гонад має найменший об'єм - 25 голів. Тому помилка має статистичну природу. Для подальшого усунення подібних помилок необхідно суттєво збільшити кількість тварин, що досліджуються, у кожній групі, тобто об'єми вибірок. Це дозволить суттєво уточнити значення коефіцієнтів і параметрів таблиці 1 і підвищити вірогідність і точність діагностування патології гонад згідно з запропонованим способом. Таким чином, запропонований спосіб вітальної діагностики патології ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу дозволяє: 1. Надійно і достовірно з високою точністю встановлювати наявність або відсутність певної патології гонад тварин. 2. Бути застосованим у комплексі з іншими методами вітальної діагностики для підвищення вірогідності і точності досліджень ендоструктури яєчників тварин. Джерела інформації: 1. Пат. 85744 України на корисну модель, МПК А61В5/107, G01N33/74. Спосіб вітальної діагностики ендоструктури гонад у тварин методом дискримінантного аналізу / Утицьких Т.О., Гетманець О.М. (Україна). - № u2013 07916; заявл. 21.06.2013; опубл. 25.11.2013, Бюл. № 22. 3 с. 2. Утицких Т.А. Способ витальной диагностики состояния гонад коров методом дискриминантного анализа / Т.А. Утицких, О.Г. Аврунин, О.М. Гетманец // ВосточноЕвропейский журнал передовых технологий. - Харьков, 2013. - В. 4/4 (64). - С. 32-35. 3. Урбах В.Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях / В.Ю. Урбах. - М.: Медицина, 1975. - 295 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Спосіб вітальної діагностики патології ендоструктури яєчників тварин методом ультразвукових досліджень з застосуванням дискримінантного аналізу, що включає проведення ультразвукових 3 досліджень гонад та визначення комплексу основних показників: густини (х 1, кг/м ), довжини (х2, мм), ширини (х3, мм) та кількості фолікул (х4, одиниць) та підстановці отриманих значень показників до відповідних дискримінантних рівнянь: X=а1х1+а2х2+а3х3+а4х4-X0, де а1, а2, а3, а4 коефіцієнти рівняння; X0 - межа розділу двох патологій або патології і норми; значення коефіцієнтів аi(i=1, 2, 3, 4) і параметрів X0 визначають попередньо шляхом обробки результатів ультразвукових та клінічних досліджень великої кількості тварин даного виду, який відрізняється тим, що дискримінантні рівняння спочатку попарно порівнюють з нормою, потім з гіпотрофією, далі з атрофією і наприкінці зі склерозом: за знаками та алгебраїчними значеннями отриманих дискримінантних функцій попарного порівняння вірогідно з високою точністю остаточно діагностують наявність певної патології яєчника або відсутність патологій (норму). 5 UA 96080 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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