RU2163088C1 - Способ диагностики заболеваний внутренних органов неинфекционной природы на любой стадии их развития - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, функциональной диагностике. Регистрируют непрерывно ЭКГ. Выделяют серии, соответствующие дыхательным волнам, ранжированные на периоды с учетом количества входящих в них кардиоимпульсов. Определяют амплитуду зубцов и временных интервалов между ними Tn(ф) в каждой серии. Вычисляют среднестатическую величину амплитуды каждого зубца Rn(ср) и временного интервала Тn(ср) в каждой серии. Сравнивают амплитуду каждого зубца Rn(ф) и величину каждого временного интервала Тn(ф) с соответствующими среднестатическими величинами. Получаемые выражения подвергают кодированию. Кодирование производят с использованием одно-двух-трех и более членных кодовых комбинаций. Строят кодограммы обследуемого в соответствии с вариантом кодирования и количеством членов кодовой комбинации. Сравнивают кодограммы обследуемого с эталонными кодограммами здоровых и больных лиц, полученных аналогичным образом и включающих только кодовые комбинации стопроцентной повторяемости. Заключение о наличии нормы или заболевания выносят в случае наличия в кодограмме обследуемого полного набора комбинаций соответствующего эталона. Способ позволяет снизить трудоемкость, повысить точность и сократить время исследования.

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к функциональной диагностике, и может быть использовано при скрининг-диагностике заболеваний внутренних органов на любом этапе развития, в условиях поликлиники, медсанчасти, лечебно-диагностического центра, при диспансеризации населения и профессиональном отборе, а также в кабинетах и отделениях функциональной диагностики больниц и клиник.

Известен способ определения функционального состояния вегетативной нервной системы человека по индексу напряжения (Баевский Р.М. "Прогнозирование состояний на грани нормы и патологии". М., 1979 г.), включающий регистрацию временных интервалов R-R электрокардиограммы, статистическую обработку с определением M₀ - моды, AM₀ - амплитуды моды, Δx - вариационного размаха, и последующего расчета индекса напряжения по формуле

и построением гистограмм.

Используют физические нагрузки, избирательно действующие на симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы: минимальную ортостатическую, а затем минимальную антиортостатическую пробы и при увеличении индекса напряжения по сравнению с фоном от 1 до 20% констатируют низкую реактивность симпатического или парасимпатического отдела, при увеличении индекса напряжения от 21 до 60% - нормальную реактивность, а при увеличении его свыше 60% - повышенную реактивность.

Известны и другие способы анализа вариабельности сердечного ритма с целью выявления нарушений вегетативной регуляции сердца (Миронова Т.Ф., Миронов В. А. RU 1718801, A1 от 15.03.92; Миронов В.А. - RU 2068650, C1 от 10.11.96; Миронов В.А. - RU 2099004, C1 от 20.12.97).

Известен способ интегральной оценки состояния организма человека по патенту RU 2083155, C1 от 10.07.97 (Савицкий В.В., Суетина Д.А.), который состоит в следующем. Регистрируют временные интервалы R-R ЭКГ и проводят энтропийный анализ сердечного ритма по предложенной формуле

где m1 - количество R-R интервалов данной длительности в выборке из 100;
m1/100 - вероятность R-R интервалов данной длительности в выборке из 100.

При значении E 50 - 70 усл. ед. оценивают состояние регуляторных механизмов организма как оптимально устойчивое, при E выше 70 усл. ед. констатируют напряжение регуляторных механизмов или их рассогласование. Способ позволяет оценить состояние организма человека как целостной системы и может быть использован для профотбора, оценки лечебных и тренировочных процессов.

Недостатком всех вышеописанных способов является то, что они не позволяют провести диагностику заболеваний.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного способа является способ (по патенту RU N 2100958, C1) экспресс-диагностики злокачественных новообразований (Дзюба К.В. и Говоров В.С., 1998 г.).

Способ заключается в регистрации электрокардиограммы обследуемого во втором стандартном отведении, в положении лежа на спине. Исследование проводят в отдельном помещении, после нескольких минут адаптации обследуемого к условиям кабинетной записи и горизонтальному положению. В течение двух часов до начала съема ЭКГ обследуемым рекомендуют воздерживаться от приема пищи и курения. Регистрируют от нескольких сотен до нескольких тысяч R-R интервалов электрокардиограммы и проводят их математическую обработку с определением обычных статистических показателей ритмограммы: среднего значения длительности R-R интервалов (МЧ), дисперсии (ДЧ), асимметрии (АЧ) и эксцессы моды (ЕЧ), гладкости (SЧ) и вероятности (P) динамики изменения длительности R-R интервалов в сторону увеличения или уменьшения, формируют так называемый "код" ритмограммы в виде последовательности вычисленных значений МЧ, ДЧ, АЧ, ЕЧ, SЧ и P, определяют ближайший код больного и ближайший код здорового по величине евклидова расстояния между кодом обследуемого и имеющимися в выборке кодами ритмограмм групп здоровых и больных онкологическими заболеваниями, вычисляют распознающую функцию по формуле. Способ позволяет выявлять злокачественные новообразования, в том числе на ранних стадиях развития независимо от локализации.

Однако этот способ трудоемкий и утомительный для обследуемых. Кроме того, необходимо регистрировать у них нескольких тысяч R-R интервалов в условиях соблюдения физического покоя.

Техническим эффектом заявленного способа диагностики болезней неинфекционной природы является расширение возможностей способа за счет диагностики неограниченного числа заболеваний внутренних органов на любой стадии их развития, снижение трудоемкости, повышение точности и значительное сокращение времени исследования - для реализации способа может быть достаточно от 300 до 600 сердечных циклов, а не несколько тысяч как по прототипу, значительное упрощение условий съема кардиосигналов, которое позволяет осуществлять исследование в любое время суток и даже во время профессиональной деятельности, а не как по прототипу, для которого условия съема - физический и психический покой, исключение приема пищи и курения за два часа до исследования.

Поставленная цель достигается тем, что в заявленном способе диагностики болезней неинфекционной этиологии на любой стадии их развития, включающем снятие электрокардиосигналов (зубцов R), анализ амплитудной, частотной или фазовой модуляции, кодирование динамики пространственно-временных изменений, полученного графического изображения сигналов, сравнение их с эталонными кодограммами - стандартами нормы и заболеваний, а также вынесения суждения о состоянии обследуемого по результатам сравнения, регистрацию электрокардиосигналов осуществляют непрерывно в виде серий, длительность каждой из которых соответствует длительности того дыхательного цикла, при котором происходят ее замеры, а общее количество электрокардиосигналов равно такому числу, которое обеспечивает информационную достаточность и составляет 300-600 единиц, а кодированию подвергают получаемые числовые выражения сравнения, при этом само кодирование производят с использованием одно-двух-трех и более членных кодовых комбинаций, построение кодограммы при анализе определяют фактические амплитуды зубцов Tn(ф) = tRn - tRn-1 в каждой серии, вычисляют среднестатическую величину амплитуды зубца Rn(ср) и величину временного интервала Tn(ср) путем математической обработки только тех зубцов Rn(ф) и временных интервалов Tn(ф), порядковый номер которых в серии соответствует порядковому номеру в своей серии анализируемого зубца Rn и временного интервала между анализируемым зубцом Rn и предшествующим зубцом Rn-1 и взятых только у тех серий количество зубцов R и временных интервалов, в которых равно количеству зубцов R и временных интервалов в серии анализируемого зубца Rn(ф) и предшествующего ему временного интервала Tn(ф), а кодированию подвергают получаемые числовые выражения сравнения, при этом само кодирование производят с использованием одно-двух-трех и более членных кодовых комбинаций, построение кодограммы обследуемого осуществляют в соответствии с вариантом кодирования и количеством членов кодовой комбинации методом последовательного смещения на один кардиосигнал вдоль всей записи кардиоимпульсов от начала до конца с последующим структуированием кодограммы путем распределения кодовых комбинаций с учетом частоты повторяемости (встречаемости), сравнение кодограммы обследуемого с эталонными кодограммами здоровых и больных лиц, полученных аналогичным образом и включающих только кодовые комбинации стопроцентной повторяемости, заключение о наличии нормы или заболевания выносят в случае наличия в кодограмме обследуемого полного набора комбинаций соответствующего эталона.

Предложенный способ диагностики заболеваний имеет принципиальное отличие от наиболее близкого прототипа (Дзюба К.В. и Говоров В.Е., 1998). Он базируется на известных положениях современной теории передачи сигналов и связи (Шеннон К., 1963; Назаров М.В. и соавт., 1970), согласно которой импульсный процесс любой физической природы, подвергнутый амплитудной, частотной и фазовой модуляции по определенному принципу согласно кодирования следует рассматривать как информационный поток, а импульсы их составляющие - в качестве сигналов, обладающих семантикой. Применительно к электрокардиосигналу модуляция параметров кардиоимпульсов наиболее ярко проявляется в динамике изменений фактической амплитуды зубцов Rn(ф) относительно соответствующей среднестатической амплитуды зубца Rn(ср) - амплитудно-импульсная модуляция (АИМ), фактического временного интервала Tn(ф) относительно соответствующего среднестатического временного интервала Tn(ср), которая при изменении частоты импульсов может рассматриваться как частотно-импульсная модуляция (ЧИМ), а при изменении фазы импульсов - в качестве фазово-импульсной модуляции (ФИМ). Причем ФИМ, представляющая собой согласно теории связи (Назаров М.В. и соавт., 1970) модуляцию величины отклонения ± Δt фактического периода (временного интервала) Tn(ф) от номинального периода Tн, в нашем случае может проявляться в двух вариантах: первый - когда функцию номинального периода выполняет среднестатическая величина временных интервалов, входящих в период дыхательной волны (дыхательного цикла) с учетом их позиции в ней, второй - когда эту функцию выполняет средняя величина временных интервалов, входящих в период дыхательной волны без учета их позиции. Не придавая принципиального различия этим вариантам, нами использован первый.

Заявленный способ включает в себя следующие приемы:
1. Осуществление регистрации электрокардиосигналов непрерывно в виде серий, длительность каждой из которых соответствует длительности того дыхательного цикла, при котором происходят ее замеры, а общее количество электрокардиосигналов равно информационной достаточности и составляет 300-600 единиц.

2. Измерение амплитуды зубцов Rn(ф) и временных интервалов Tn(ф) между ними.

3. Построение фактических амплитудо- и интервалограмм.

4. Вычисление в каждой серии среднестатической величины амплитуды для каждого зубца Rn(ср) и временного интервала Tn(ср) путем математической обработки только тех зубцов Rn(ф) и временных интервалов Tn(ф), порядковый номер которых в серии соответствует порядковому номеру в серии анализируемого зубца Rn и временного интервала между ним и предшествующим зубцом Rn-1 и взятых только из тех серий, количество зубцов и временных интервалов в которых равно количеству зубцов и временных интервалов в серии анализируемого зубца Rn и предшествующего ему временного интервала tRn - tRn-1, сравнивают амплитуду каждого зубца Rn(ф) и величину временного интервала Tn(ф) с соответствующей их среднестатистической величиной.

Для этого осуществляют вначале ранжирование амплитудо- и интервалограмм на серии согласно периодам дыхательной волны, с учетом количества входящих в них кардиоимпульсов и временных интервалов, определение средних величин амплитуды последовательно каждого кардиоимпульса (зубца Rn) и временного интервала Tn, входящих в состав дыхательных волн, предварительно ранжированных на периоды с учетом входящих в них кардиоимпульсов и временных интервалов, построение среднестатических апмлитудо- и интервалограмм, представляющих средние величины амплитуд зубцов Rn(ср) и временных интервалов Tn(ср).

5. Сравнивают фактические амплитудо- и интервалограммы со среднестатическими и определяют разности между фактической соответствующими среднестатическими амплитудой зубца Rn(ср) и временного интервала Tn(ср) по признаку больше, меньше или равны (т.е. разность соответствующих измерений положительная, отрицательная или равна нулю).

6. Кодирование изменений амплитуды каждого фактического зубца Rn(ф) и временного интервала Tn(ф) в сравнении с соответствующими среднестатическими величинами амплитуд аналогичных зубцов Rn(ср) и временных интервалов Tn(ср). При этом кодирование осуществляется в нескольких вариантах.

Первый вариант - качественное (одномерное) кодирование, предусматривающее оценку динамики каждого фактического показателя в сравнении с соответствующим среднестатическим.

Второй вариант - многомерное кодирование, когда символы представляют собой динамику сочетания изменений нескольких показателей, например, разности фактической амплитуды зубца Rn(ф) и среднестатической амплитуды соответствующего зубца Rn(ср), разности фактического временного интервала Tn(ф) и соответствующего среднестатического временного интервала Tn(ср). Кодирование может предусматривать данное сочетание применительно к 2-3 следующим друг за другом зубцам R и предшествующим им временным интервалам. Несомненно, что семантика символов, используемых при каждом варианте кодирования, существенно отличается друг от друга по объему и качеству заложенной информации.

7. Построение и структуирование кодограмм, которое включает процедуру формирования n-членных кодовых комбинаций, подсчета и распределения их по частоте. Для данной процедуры удобно использовать метод "скользящего окна" с меняющимся числом членов кодовой комбинации, которое после установления числа членов последовательно смещается на один символ вдоль кодограммы от начала до конца. Результатом процедуры является набор кодовых комбинаций, состоящих из n членов, которые и составляют кодограмму. Структурирование кодограммы предусматривает подсчет кодовых комбинаций с учетом их характера и затем распределение согласно частоты их встречаемости в кодограмме.

8. Получение специфических кодограмм ("кодовых портретов") здорового человека и больных с различными заболеваниями предусматривает формирование групп обследуемых по нозологическому признаку с всесторонне доказанным диагнозом без сопутствующих заболеваний, могущих существенно влиять на уровень здоровья. В "кодовый портрет" группы обследуемых включаются кодовые комбинации, обладающие только стопроцентной частотой встречаемости. Совокупность кодовых комбинаций такого "кодового портрета" без учета кодовых комбинаций, входящих в "кодовый портрет" здорового человека, можно рассматривать в качестве "информационного эталона" заболевания.

На специфичность кодовых комбинаций существенное влияние оказывают семантика символов и их структура. Специфичность возрастает при увеличении мерности символов и их числа в кодовой комбинации. Она неоднозначна при различных вариантах кодирования.

Способ осуществляется следующим образом.

Процедура постановки диагноза слагается из этапов получения и последовательного анализа кодограммы обследуемого и предусматривает следующий алгоритм действий:
1. Получение кодограммы обследуемого включает сравнение и определение разности между фактическими амплитудами зубцов Rn(ф) и временных интервалов между ними Tn(ф) и соответствующими им предварительно рассчитанными среднестатическими показателями амплитуд зубцов Rn(ср) и временных интервалов Tn(ср) между ними, кодирование полученных данных, формирование кодовых комбинаций и их ранжирование согласно частоты встречаемости.

2. Сопоставление кодограммы обследуемого с набором эталонных кодовых портретов здоровых людей и больных с различными заболеваниями, заложенными в банк "информационных эталонных кодовых портретов", предусматривает следующие действия. Первое действие - сопоставление кодограммы обследуемого с эталонной кодограммой здорового человека. Здоровым признается человек при условии полного совпадения его кодограммы с эталонной кодограммой здорового человека.

Второе действие - исключение из кодограммы обследуемого кодовых комбинаций эталонного кодового портрета здорового человека.

Третье действие - сопоставление оставшейся кодограммы обследуемого с набором эталонных кодограмм болезней, заложенных в банк "информационных портретов" нормы и болезней. Наличие болезни признается только в случае полного набора кодовых комбинаций информационного эталона данного заболевания в кодограмме обследуемого.

3. Действия, изложенные в п.п. 1 и 2, повторяются в каждой системе кодирования. Заключение формируется на основе анализа результатов.

Предложенный способ диагностики заболеваний внутренних органов реализован в пакете программ для диагностических систем "Мультискрининг" и "Поток" на базе Лечебно-диагностического центра Министерства внешнеэкономических связей Российской Федерации. При этом использовано более 8 тыс. исследований здоровых и больных с различными заболеваниями внутренних органов в условиях покоя, после физических нагрузок и психоэмоционального стресса в период сна и бодрствования, во время профессиональной деятельности. На основе банка данных разработаны "кодовые портреты" (информационные эталоны) здоровых людей и больных ишемической болезнью сердца, гипертонической болезнью, вегето-сосудистой дистонией, сахарным диабетом, желчекаменной и мочекаменной болезнями, хроническим гастритом (гастродоуденитом), язвой желудка, язвой двенадцатиперстной кишки, хроническим холециститом, узловым (диффузным) зобом, полипозом (полип) желудка, полипозом (полип) толстой кишки, аденомой предстательной железы, фиброзно-кистозной мастопатией, миомой матки, эндометриозом, злокачественными новообразованиями различных локализаций: желудка, матки, яичников, молочной железы, толстой кишки, легких, почек, поджелудочной и щитовидной желез.

В пакете программ диагностической системы предусмотрены программы экспертизы качества съема сигнала и точности измерений, определения информационной достаточности, установления помех, в том числе аритмий и блокад, исключающих информационный анализ кардиосигналов, констатации частичного или полного информационного блока. Предусмотрена программа самообучения, которая вносит коррективы в эталонные кодовые портреты по мере пополнения банка кодограмм различных заболеваний и нормы. Она позволяет получить информационные эталоны других заболеваний при достижении необходимого объема кодограмм этих заболеваний, и таким образом расширить диагностические возможности.

Клиническая апробация данного способа диагностики заболеваний внутренних органов неинфекционной природы в лечебно-диагностическом центре МВЭС РФ показала достаточно высокую эффективность. Частота совпадения результатов обследования с применением современных методов диагностики и по предлагаемому способу достигает 80 - 100% и в среднем составляет 90%, специфичность 90% и более, а воспроизводимость с учетом заболеваний и условий съема кардиосигналов - от 75 до 100%.

Предлагаемый способ диагностики наиболее эффективен при выявлении скрытого, бессимптомного или малосимптомного течения заболеваний на начальном, преморбидном этапе их формирования.

Claims (1)

1. Способ диагностики заболеваний неинфекционной природы на любой стадии их развития, включающей снятие электрокардиосигналов, анализ амплитудной, частотной или фазной модуляции, кодирование динамики пространственно-временных изменений, полученного графического изображения сигналов, сравнения их с эталонными кодограммами-стандартами нормы и заболеваний, а также вынесения суждения о состоянии обследуемого по результатам сравнения, отличающийся тем, что регистрируют 300 - 600 электрокардиосигналов, выделяют серии, соответствующие дыхательным волнам, ранжированные на периоды с учетом количества входящих в них кардиоимпульсов определяют амплитуду зубцов Rn(ф) и временных интервалов между ними Tn(ф) в каждой серии, вычисляют среднестатическую величину амплитуды каждого зубца Rn(ср) и временного интервала Tn(ср) путем математической обработки тех зубцов Rn(ф) и временных интервалов Tn(ф), порядковый номер которых в серии соответствует порядковому номеру в анализируемой серии, сравнивают амплитуду каждого анализируемого зубца Rn(ф) и величину каждого анализируемого временного интервала Tn(ф) соответствующими среднестатическими величинами, а кодированию подвергают получаемые выражения сравнения, при этом само кодирование производят с использованием одно-двух-трех и более членных кодовых комбинаций, построение кодограммы обследуемого осуществляют в соответствии с вариантом кодирования и количеством членов кодовой комбинации методом последовательного смещения на один кардиосигнал всей записи кардиоимпульсов от начала до конца с последующим структурированием кодограммы путем распределения кодовых комбинаций с учетом частоты их встречаемости, сравнивают кодограммы обследуемого с эталонными кодограммами здоровых и больных лиц, полученными аналогичным образом и включающими только кодовые комбинации стопроцентной встречаемости, заключение о наличии нормы или заболевания выносят в случае наличия в кодограмме обследуемого полного набора комбинаций соответствующего эталона.