RU2374986C1 - Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека - Google Patents
Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека Download PDFInfo
- Publication number
- RU2374986C1 RU2374986C1 RU2008130482/14A RU2008130482A RU2374986C1 RU 2374986 C1 RU2374986 C1 RU 2374986C1 RU 2008130482/14 A RU2008130482/14 A RU 2008130482/14A RU 2008130482 A RU2008130482 A RU 2008130482A RU 2374986 C1 RU2374986 C1 RU 2374986C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cardiointervalogram
- pulsogram
- signals
- ecg
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицине, а именно к восстановительной медицине и курортологии. Регистрируют одновременно и синхронно около 10-15 минут сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) и сигнал пульсограммы артериальных сосудов микроциркуляторного русла. Затем осуществляют построение кардиоинтервалограммы по данным ЭКГ, получают спектры мощности кардиоинтервалограммы и пульсограммы, ограничивают частотный диапазон исследования сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы набором частотных составляющих от 0.05 Гц до 0.15 Гц. Находят для выделенных составляющих временные зависимости мгновенной фазы колебаний, характеризующих повторяемость сигналов во времени для обоих сигналов, определяют разность фаз выделенных составляющих сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы, на графике разности фаз выделяют временные интервалы, в течение которых величина разности фаз остается вблизи уровня постоянного значения. Затем складывают длительности данных выделенных временных интервалов и по отношению их суммарной длительности к общему времени регистрации сигналов ЭКГ и пульсограммы в процентах судят о состоянии сердечно-сосудистой системы в текущий момент времени. Способ позволяет получить качественно новую и более объективную информацию о состоянии сердечно-сосудистой системы, о ее функциональной целостности. 10 ил.
Description
Изобретение относится к области физиологии и медицины (а именно кардиологии), к таким ее разделам, как фундаментальная, прикладная, спортивная, восстановительная медицина и курортология.
Известны способы оценки состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) человека [патент RU 2229715 "Способ оценки состояния сердечно-сосудистой системы у лиц молодого возраста", авторы: Лямина Н.П. и др., патент RU 2322193 "Способ оценки генетического риска сердечно-сосудистых заболеваний у спортсменов", авторы: Сидоренко Б.А. и др.], основанные на выявлении в ходе лабораторных исследований крови специфических химических соединений-маркеров.
Однако предложенные методики инвазивны.
Известен способ [патент RU 2221478 "Способ оценки эффективности лечения больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями", автор: Кутькин В.М. и др.], в котором оценку состояния ССС человека предлагается производить на основе одновременного учета информации о деятельности сердца, получаемой из электрокардиограммы (ЭКГ) и данных о физической активности исследуемого.
Однако способ требует проведения с пациентом специальных нагрузочных тестов, что увеличивает время исследования и ограничивает область применимости разработок случаями, когда мобильность пациентов не ограничена тяжестью состояния или сопутствующими патологиями.
Известны способы оценки функционального состояния ССС человека, использующие одновременный контроль деятельности сердца и оценки состояния кровеносных сосудов:
[патент RU 2207044 "Способ оценки функциональной реактивности сердечно-сосудистой системы", авторы: Лебедева О.Д. и др.,
патент RU 2123285 "Способ измерения уровня здоровья по Фомину B.C.",
патент RU 2013990 "Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы", авторы: Шейх-Заде Ю.Р., Цветковский С.П.].
Однако первый из перечисленных способов требует проведения нагрузочных тестов, а второй подразумевает регистрацию значительного количества параметров. Кроме того, точность локализации патологии описанными способами не очень высока: при интерпретации результатов диагносту затруднительно делать вывод о том, какая подсистема ССС наиболее подверглась патологии, что затрудняет выбор оптимальной стратегии лечения.
Известен способ оценки функционального состояния системы ССС по сигналу сфигмограммы [патент RU 2268639 "Способ пульсометрической оценки функционального состояния и характера вегетативной регуляции сердечно-сосудистой системы человека", авторы: Нестеров В.П. и др.].
Однако способ подразумевает анализ лишь сигнала сфигмограммы, что затрудняет осуществление комплексной оценки функционального состояния ССС.
Наиболее близким к заявляемому способу является [авторское св-во SU 1659018 "Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы по ритму сердца", авторы: Баевский P.M. и др.], суть которого заключается в осуществлении с помощью спектрального анализа количественной оценки активности системы симпатической регуляции частоты сердечных сокращений (ЧСС) по сигналу ЭКГ. Согласно способу функциональное состояние сердечно-сосудистой системы оценивают по ритму сердца путем регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) до и во время дозированной нагрузочной пробы, при этом нагрузочную пробу проводят в виде непрерывного счета в заданном темпе в течениие 17-20 минут. До и во время нагрузочной пробы регистрируют электрокардиограмму. Определяют мощность волн и выделяют диапазоны длительностей периодов, вычисляют приращение мощностей волн при переходах от покоя к выполнению пробы и по соотношению количества полученных сочетаний кодов и величине относительного приращения степени напряжения оценивают функциональные возможности сердечно-сосудистой системы.
Этот способ один из самых современных на данном этапе развития кардиологических исследований.
Однако, способ не оценивает степень взаимодействия между системами регуляции, учет которого дает в ходе оценки функционального состояния ССС значимую диагностическую информацию, которой в ходе исследования, диагностики и разнообразных оценок нельзя пренебрегать.
Сущность заявляемого способа оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека характеризуется тем, что одновременно и синхронно регистрируют порядка 10-15 минут сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) и сигнал пульсограммы артериальных сосудов, затем осуществляют построение кардиоинтервалограммы по данным ЭКГ, получают спектры мощности кардиоинтервалограммы и пульсограммы, ограничивают частотный диапазон исследования сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы набором частотных составляющих от 0.05 Гц до 0.15 Гц, находят для выделенных составляющих временные зависимости мгновенной фазы колебаний, характеризующих повторяемость сигналов во времени для обоих сигналов, определяют разность фаз выделенных составляющих сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы, на графике разности фаз выделяют временные интервалы, в течение которых величина разности фаз остается на уровне вблизи постоянного значения, затем складывают длительности данных выделенных временных интервалов и по отношению их суммарной длительности к общему времени регистрации сигналов ЭКГ и пульсограммы в процентах судят о состоянии сердечно-сосудистой системы в текущий момент времени:
- не менее 60% - удовлетворительно-адекватный уровень функционального взаимодействия сердца и артериальных сосудов;
- 30%-59% - неудовлетворительно-неадекватный уровень функционального взаимодействия сердца и артериальных сосудов;
- менее 30% - неудовлетворительно-выраженная вегетативная дисфункция сердечно-сосудистой системы.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в том, что предложенный способ, в отличие от других существующих и, в том числе, ближайшего аналога, использует в качестве критерия оценки состояния ССС степень функционального взаимодействия между сердцем и сосудами артериального русла. Оценка степени взаимодействия указанных отделов ССС позволяет судить о ее функциональной целостности, которая необходима для обеспечения оптимального кровоснабжения всех органов и тканей организма человека, независимо от условий внешней среды. Для количественной оценки степени взаимодействия в заявленном способе используется численная мера фазовой синхронизации, рассчитываемая по сигналам в диапазоне частот от 0.05 Гц до 0.15 Гц, выделенной из кардиоинтервалограммы и пульсограммы. Таким образом, предложенный способ позволяет получить качественно новую и более объективную информацию о состоянии ССС, в частности о ее функциональной целостности, что позволяет его использовать в случаях, когда необходимо сделать объективную оценку функционального состояния человека, например в условиях, далеких от хорошо оснащенных лабораторий. Способ хорошо приспособлен для реализации в виде автоматизированной программно-аппаратной системы обработки сигналов на базе компьютера.
Описание заявленного способа представлено с помощью фиг.1-10, где фиг.1 - 6 иллюстрируют способ в примере 1:
на фиг.1 представлен участок ЭКГ здорового человека, зарегистрированной во II стандартном отведении по Эйнтховену;
на фиг.2 изображен участок пульсограммы сосудов микроциркулярного русла, зарегистрированной плетизмографическим инфракрасным датчиком отраженного света с пальца руки этого человека;
на фиг.3 точками представлена неэквидистантная кардиоинтервалограмма;
на фиг.4 представлены спектры мощности, оцененные по сигналам кардиоинтервалограммы и пульсограммы здорового человека;
на фиг.5 приведены зависимости от времени мгновенных фаз колебаний сигналов, зарегистрированных при исследовании здорового человека;
на фиг.6 изображен сигнал разности фаз, построенной по сигналам здорового человека. Контрастным цветом отмечены участки, для которых разность фаз остается на уровне вблизи постоянного значения, т.е. на которых исследуемые системы регуляции синхронизованы.
На фиг.7 - 9 заявленный способ иллюстрируется в примере 2:
на фиг.7 представлены спектры мощности сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы для пациента, перенесшего инфаркт;
на фиг.8 приведены зависимости от времени мгновенных фаз колебаний сигналов, зарегистрированных при исследовании пациента, перенесшего инфаркт;
на фиг.9 изображен сигнал разности фаз, построенной по сигналам зарегистрированным при исследовании пациента, перенесшего инфаркт;
на фиг.10 представлены функции распределения, рассчитанные при статистической обработке данных, зарегистрированных со 150 здоровых людей и пациентов, перенесших инфаркт.
Заявляемый способ состоит в следующем.
Одновременно и синхронно в течение порядка 10-15 минут регистрируют сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) и сигнал пульсограммы артериальных сосудов, затем осуществляют построение кардиоинтервалограммы по данным ЭКГ и получают спектры мощности кардиоинтервалограммы и пульсограммы. Частотный диапазон исследования сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы ограничивают набором частотных составляющих от 0.05 Гц до 0.15 Гц и находят для каждого из двух прошедших описанную обработку сигналов зависимости от времени мгновенной фазы колебаний, характеризующей повторяемость сигналов во времени. Затем определяют разность фаз выделенных составляющих сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы путем расчета разности между двумя найденными сигналами мгновенных фаз в каждый момент времени. На последнем этапе обработки выделяют временные интервалы, в течение которых величина разности фаз остается на уровне вблизи постоянного значения, длительности этих выделенных временных интервалов складывают и по отношению их суммарной длительности к общему времени регистрации сигналов ЭКГ и пульсограммы (10-15 минут) судят о состоянии сердечно-сосудистой системы в текущий момент времени:
- не менее 60% - удовлетворительно-адекватный уровень функционального взаимодействия сердца и артериальных сосудов;
- 30%-59% - неудовлетворительно-неадекватный уровень функционального взаимодействия сердца и артериальных сосудов;
- менее 30% - неудовлетворительно-выраженная вегетативная дисфункция сердечно-сосудистой системы.
В качестве иллюстрации работоспособности заявляемого способа ниже приведены примеры анализа данных, полученных в ходе исследования здорового человека и пациента, перенесшего инфаркт миокарда за неделю до обследования.
Пример 1
На фиг.1 представлен участок ЭКГ здорового человека, зарегистрированной во II стандартном отведении по Эйнтховену. Фиг.2 изображает участок пульсограммы сосудов микроциркулярного русла, зарегистрированной плетизмографическим инфракрасным датчиком отраженного света с пальца руки этого человека. Регистрация обоих сигналов производилась одновременно и синхронно в течение 10 минут многоканальным цифровым регистратором "Медиком" с частотой дискретизации 250 Гц при разрядности 14 бит. Во время исследования испытуемый лежал спокойно. Из ЭКГ выделяется неэквидистантная кардиоинтервалограмма - участок сигнала изображен на фиг.3 точками. Далее, например, с помощью аппроксимации неэквидистантной кардиоинтервалограммы кубическими сплайнами рассчитывают эквидистантную кардиоинтервалограмму - участок сигнала изображен на фиг.3 сплошной линией.
На фиг.4 представлены спектры мощности, оцененные по сигналам эквидистантной кардиоинтервалограммы и пульсограммы здорового человека. На этих рисунках контрастным цветом отмечен частотный диапазон, из которого составляющие сигналов выделяются для дальнейшей обработки. На фиг.5 приведены зависимости от времени мгновенных фаз колебаний, которые в представленном примере выделяются из обрабатываемых сигналов с помощью преобразования Гильберта, назначение которого - разделение фазовых и амплитудных составляющих сигналов.
Фиг.6 изображает сигнал разности фаз и четко показывает, что разность фаз в данном примере незначительно колеблется около постоянных уровней из-за наличия в сигналах шумов различной природы. Контрастным цветом отмечены участки, для которых разность фаз остается на уровне вблизи постоянного значения, т.е. на которых исследуемые системы регуляции синхронизованы. Из фиг.6 можно увидеть, что суммарная длина таких участков (суммарная длительность временных интервалов) составляет около 530 секунд.
Пример 2
Для иллюстрации корреляции степени синхронизации исследуемых регуляторных систем с тяжестью патологии ССС на фиг.7-9 представлены результаты исследования пациента, перенесшего инфаркт миокарда за неделю до исследования. Спектры мощности сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы для этого пациента представлены на фиг.7. Видно, что в анализируемом частотном диапазоне имеет место активность и спектры мощности на фиг.7 качественно подобны спектрам, рассчитанным для здорового человека - фиг.4 из примера 1. Вместе с тем, анализ синхронизации позволяет выявить четкие качественные отличия по зависимостям от времени мгновенных фаз колебаний и особенно по сигналам разностей фаз. Так, при сопоставлении фиг.5 и фиг.8 видно, что скорости нарастания мгновенных фаз у здорового человека близки, а у пациента различны. Соответственно, сопоставление разностей фаз здорового человека (фиг.6) и пациента, перенесшего инфаркт (фиг.9), показывает, что разность фаз для пациента быстро нарастает во времени, не демонстрируя тенденции формироваться в горизонтальные уровни. Уже на данном этапе по заявленной технологии видно, что синхронизация отсутствует. Расчет предложенной численной характеристики степени синхронизованности S позволяет количественно охарактеризовать выявленные качественные отличия. Т.к. участки синхронизации на разности фаз, построенной для пациента, не обнаружены, то S=0.0%.
Для иллюстрации работоспособности предложенного способа оценки функционального состояния ССС с его помощью были проанализированы, в частности, более 150 записей здоровых людей и пациентов, перенесших инфаркт миокарда за неделю до исследования. Результаты статистической обработки данных с помощью построения функции распределения представлены на фиг.10. Графики показывают, что предложенный способ позволяет четко классифицировать здоровых людей и больных с нарушениями функционального состояния ССС.
Дополнительные источники информации
1. Физиология человека, (в 3-х томах) Т.2. / Под ред. Шмидта Р., Тевса Г. - М.: "МИР", 1996. - 313 с.
2. Баевский P.M. и др. Анализ вариабельности сердечного ритма при использовании различных электрокардиографических систем (методические рекомендации) // Вестник аритмологии. - 2001. - №24. - С.1-23.
3. Glass L. Synchronization and rhythmic processes in physiology // Nature. - 2001. - V.410. - P.277-284.
4. Malpas S. Neural influences on cardiovascular variability: Possibilities and pitfalls. // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 2002. - V.282. - P.H6-H20.
Claims (1)
- Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека, характеризующийся тем, что одновременно и синхронно регистрируют порядка 10-15 мин сигнал электрокардиограммы (ЭКГ) и сигнал пульсограммы артериальных сосудов микроциркуляторного русла, затем осуществляют построение кардиоинтервалограммы по данным ЭКГ, получают спектры мощности кардиоинтервалограммы и пульсограммы, ограничивают частотный диапазон исследования сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы набором частотных составляющих от 0,05 до 0,15 Гц, находят для выделенных составляющих временные зависимости мгновенной фазы колебаний, характеризующих повторяемость сигналов во времени для обоих сигналов, определяют разность фаз выделенных составляющих сигналов кардиоинтервалограммы и пульсограммы, на графике разности фаз выделяют временные интервалы, в течение которых величина разности фаз остается вблизи уровня постоянного значения, затем складывают длительности данных выделенных временных интервалов и по отношению их суммарной длительности к общему времени регистрации сигналов ЭКГ и пульсограммы в процентах судят о состоянии сердечно-сосудистой системы в текущий момент времени:
не менее 60% - удовлетворительное функциональное состояние сердечно-сосудистой системы,
30%-59% - неудовлетворительное функциональное состояние сердечно-сосудистой системы,
менее 30% - выраженная вегетативная дисфункция сердечно-сосудистой системы.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130482/14A RU2374986C1 (ru) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008130482/14A RU2374986C1 (ru) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2374986C1 true RU2374986C1 (ru) | 2009-12-10 |
Family
ID=41489346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008130482/14A RU2374986C1 (ru) | 2008-07-22 | 2008-07-22 | Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2374986C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9700226B2 (en) | 2015-09-30 | 2017-07-11 | Heart Test Laboratories, Inc. | Quantitative heart testing |
-
2008
- 2008-07-22 RU RU2008130482/14A patent/RU2374986C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРИДНЕВ В.И. и др. Влияние внешних периодических стимулов на вариабельность сердечного ритма у здоровых лиц и у пациентов с ишемической болезнью сердца. Физиология человека. 2006, т.32, №5, с.74-84. LEON GLASS Synchronization and rhythmic processes in physiology. Nature, 2001, v.410, с.277-284. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9700226B2 (en) | 2015-09-30 | 2017-07-11 | Heart Test Laboratories, Inc. | Quantitative heart testing |
| US10561327B2 (en) | 2015-09-30 | 2020-02-18 | Heart Test Laboratories, Inc. | Quantitative heart testing |
| US11445968B2 (en) | 2015-09-30 | 2022-09-20 | Heart Test Laboratories, Inc. | Quantitative heart testing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8862211B2 (en) | Apparatus and method for identifying myocardial ischemia using analysis of high frequency QRS potentials | |
| Pueyo et al. | QRS slopes for detection and characterization of myocardial ischemia | |
| CN101765398B (zh) | 前负荷依赖性和流体反应性的评估 | |
| US20070021673A1 (en) | Method and system for cardiovascular system diagnosis | |
| Oliveira et al. | Reference equations for the 6-minute walk distance in healthy Portuguese subjects 18–70 years old | |
| Scott et al. | Reliability of peak exercise testing in patients with heart failure with preserved ejection fraction | |
| EP2085025A1 (en) | Autonomic nerve activity measuring apparatus and autonomic nerve activity measuring method | |
| Rangasamy et al. | Preoperative blood pressure complexity indices as a marker for frailty in patients undergoing cardiac surgery | |
| WO2018112250A1 (en) | Systems and methods of analyte measurement analysis | |
| Goudman et al. | Effects of spinal cord stimulation on heart rate variability in patients with failed back surgery syndrome: comparison between a 2-lead ECG and a wearable device | |
| Smith et al. | A perceptually-regulated exercise test predicts peak oxygen uptake in older active adults | |
| JP2006528023A (ja) | 心拍数変動に基づいて心虚血を評価するための方法およびシステム | |
| Rauh et al. | Comparison of heart rate variability and pulse rate variability detected with photoplethysmography | |
| Paliakaitė et al. | Assessment of pulse arrival time for arterial stiffness monitoring on body composition scales | |
| Morales-Acuna et al. | Comparison between cuff-based and radial tonometry exercise-induced central blood pressure | |
| RU2374986C1 (ru) | Способ оценки функционального состояния сердечно-сосудистой системы человека | |
| KR20120033777A (ko) | 시간에 따라 변화하는 생체 반응신호를 통해 스트레스를 분석하는 방법 | |
| Bhandari et al. | Effect of sub maximal dynamic and static exercises on QTc interval in healthy young men | |
| Nurrosyidah et al. | Heart rate variability analysis by multiscale entropy for autonomic nervous system identification | |
| Sandercock et al. | Association between RR interval and high-frequency heart rate variability acquired during short-term, resting recordings with free and paced breathing | |
| Evans et al. | Acute cardiovascular autonomic responses to inhaled particulates | |
| RU2491886C2 (ru) | Способ определения мощности нагрузки с определением момента аэробно-анаэробного перехода по электромиограмме и данным ик-спектроскопии работающей мышцы | |
| Kao et al. | Assessment of the clinical efficacy of the heart spectrum blood pressure monitor for diagnosis of atrial fibrillation: An unblinded clinical trial | |
| Yanık et al. | A comprehensive electrocardiographic analysis for young athletes | |
| Halámek et al. | QT/RR coupling and gender differences |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100723 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20120827 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140723 |