RU2700471C9 - Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца - Google Patents
Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700471C9 RU2700471C9 RU2018146897A RU2018146897A RU2700471C9 RU 2700471 C9 RU2700471 C9 RU 2700471C9 RU 2018146897 A RU2018146897 A RU 2018146897A RU 2018146897 A RU2018146897 A RU 2018146897A RU 2700471 C9 RU2700471 C9 RU 2700471C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- spectral
- heart
- vessels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B7/00—Instruments for auscultation
- A61B7/02—Stethoscopes
- A61B7/04—Electric stethoscopes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
- Measurement And Recording Of Electrical Phenomena And Electrical Characteristics Of The Living Body (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области медицины, а именно к кардиологии. Предложен способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца, заключающийся в том, что генерируют электрический сигнал акустических шумов в области сердца виброакустическим датчиком, размещаемым на груди пациента в области сердца, усиливают и преобразуют сигнал в цифровую форму, фильтруют его с выделением полного частотного диапазона и записывают последний за выбранный интервал времени съема сигнала в устройство дальнейшей обработки, формируют с помощью быстрого преобразования Фурье амплитудно-частотную спектрограмму в выбранном частотном диапазоне за выбранное время наблюдения, на ней выявляют участки частотного спектра, коррелирующие с наличием или отсутствием стенозов в сосудах сердца. С целью повышения достоверности и точности диагностики отклонение спектральной энергии в коррелирующих с патологией участках спектра частот вычисляют и представляют суммарным отношением этих энергий к полной энергии сигнала всего его рабочего диапазона частот, что исключает влияние на уровень энергии выбранных спектральных участков степени усиления сигналов на разных стадиях, их поглощения в тканях пациента, зависимого от индекса массы тела, пола, возраста и сопутствующих заболеваний, а диагностический результат определяют по отклонению полученного суммарного значения относительной доли спектрального компонента в полной энергии от заданной границы, составляющей 40%. Изобретение обеспечивает уменьшение погрешности оценки отклонения суммарного значения относительных величин спектральных энергий в заданных участках частотного спектра снимаемого сигнала за заданное время наблюдения относительно экспериментально установленной границы этого параметра в сторону понижения для случаев чистых сосудов, или в сторону повышения для случаев наличия стенозов в сосудах сердца. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение может быть использовано в медицине, а именно в кардиологии. Способ использует проведение спектрального анализа считываемых с поверхности тела пациента в области сердца шумов сосудов в выбранном диапазоне частотного спектра за заданное время наблюдения и соответствующую обработку сигнала, которые позволяют получить параметр, дающий возможность с большой достоверностью определить целесообразность выполнения селективной коронарографии (СКГ) пациентам при отборе последних на это небезобидное хирургическое вмешательство. В ходе отработки предлагаемого способа в условиях городской клинической больницы №5 в Нижнем Новгороде авторами создан прибор МимСАДАСК (Микромоторная Спектральная Акустическая Диагностика АСК - инициалы автора), реализующий предложенный способ и позволяющий неинвазивно, просто и быстро выполнять необходимые диагностические исследования. Учитывая тот факт, что по результатам проведения СКГ в текущем году в больнице оказалось более 40% больных с чистыми или гемодинамически незначимыми стенозами сосудов сердца, а стоимость каждого обследования равна 22000 рублей, нетрудно видеть, что оптимизация отбора больных на СКГ сулит немалые выгоды.
Авторам известны близкие способы и технические средства контроля поражения сосудов. В частности, способ диагностики атеросклеротического поражения сосудов поверхностной локализации представлен изобретением №1718620 А61В 7\04. В нем звуковые пульсовые колебания регистрируют в точке проекции сосуда на поверхность тела в диапазоне от 20 до 1000 Гц и для оценки склеротического поражения сосуда выбирают участок спектра частот от 180 до 230 Гц. Способ хорошо диагностирует проблемы сонной артерии, и это подтверждается рентгеноконтрастной ангиографией. Проблемы коронарного стеноза решает система электронного стетоскопа для оценки уровня ИБС у пациента, представленная патентом US-2009\0177107. Делают быстрое преобразование Фурье сигнала из четвертого левого межреберного пространства пациента по амплитуде в зависимости от частоты с выявлением его колоколообразного роста в участке спектра от 50 до 80 Гц и по превышению заданного порога судят о наличии коронарного стеноза.
Ближайшее решение проблемы стенозов представлено патентом US-6048319, где устройство реализует представленный в нем способ. Это устройство выполняет акустический скрининг для обнаружения коронарного стеноза обработкой тонов сердца, где по уровню акустической энергии в диапазоне двух октав вблизи 20 Гц во время диастолы судят о наличии и степени коронарного стеноза. Из диапазона сердечно-сосудистых звуков в интервале частот 6-45 Гц вырезают участок 15-45 Гц, считая реакцию уровня сигнала в этом интервале частот на наличие стенозов в несколько десятков раз выше более высокочастотного участка из диапазона от 17 до 120 Гц. Вычисляют среднюю диастолическую мощность в диапазоне 20-40 Гц и по ее приросту на 5 дб у больных судят о наличии ИБС. Спектральную мощность в выбираемых участках спектра вычисляют с помощью быстрого преобразования Фурье. Лучший результат при выявлении стенозов получают при комбинации спиральных мощностей на низких (20-40 Гц) и высоких частотах.
В ходе предварительной исследовательской работы авторами предполагаемого изобретения было реализовано несколько модификаций технических решений с разными типами микрофонов для съема сигналов с пациента и разными выборами частотных зон и программной обработки. В наших работах информативными оказались близкие к прототипу участки частот, а именно 22-42 Гц, 51-80 Гц и в очень редких случаях (порядка 1%) полезно учесть добавку участка частот 80-120 Гц.
Однако, авторы прототипа отмечают плохое влияние на результат диагностики факторов поглощения сигналов тканью пациента, ИМТ (индекса массы тела), пола, возраста и сопутствующих заболеваний. И даже принятие некоторых мер коррекции этих ошибок не позволяет обеспечить высокую достоверность диагностики.
Авторы предлагаемого изобретения с учетом выбора участков частотного спектра, в значительной степени коррелирующих со стенозообразованием в сосудах сердца, реализовали способ программной обработки спектральных энергий этих участков за время наблюдения, позволяющий нейтрализовать влияние многих факторов образования ошибок. В частности, вместе с вышеназванными факторами учитывается разброс уровня усиления сигналов на разных участках устройств реализации способа. Лучшим для получения наиболее информативного сигнала оказался виброакустический и, в частности, пьезоакселерометрический датчик со встроенным в него предусилителем для обеспечения лучшей помехоустойчивости. Полный диапазон рабочих частот для этого сигнала выбран от 3 до 300 Гц. На частотах выше 300 Гц не обнаружено полезных гармоник сигнала. Участок частот ниже 3 Гц отсечен частотным фильтром, чтобы исключить ненужное участие сердечного ритма. Удалось существенно повысить достоверность и точность проводимой диагностики. Для эффективной оценки влияния отклонения уровня спектральной энергии в выбранном участке частотного спектра сигнала на результаты диагностики ее прирост выражают относительной величиной ее доли в энергии полного сигнала. Для окончательной диагностики суммируются относительные доли выбранных спектральных энергий в выделенных участках частотного спектра. Из разных способов фиксации датчика на груди пациента более простым и дающим хорошую повторяемость результатов замеров оказался вариант крепления датчика липкой лентой (скотчем). Первоначально для определения нужных для диагностики участков частотного спектра весь рабочий диапазон частот был разбит на мелкие участки, и спектрограмма строилась из набора мелких полосок спектральных энергий, отнесенных к полной энергии сигнала во всем рабочем диапазоне частот за время наблюдения. Для компьютерной обработки сигнал записывали в течение 1 минуты. Это позволяло при необходимости вырезать для обработки более качественный (от помех) кусок записи с меньшим временем регистрации. Позже в приборной реализации способа достаточным оказалось время наблюдения порядка 15-30 секунд. После определения границ, коррелиующих со стенозами участков частотного спектра, стали в расчет брать спектральные энергии полных таких выбранных участков.
Для проведения статистических исследований возможностей предлагаемого способа набор наблюдений больных вели в период с января по ноябрь 2018 г. в одинаковых условиях: больных диагностировали только лежа на спине в спокойном состоянии, и датчик крепили на груди пациентов в точках V1 и V5, используемых в электрокардиографии. В дальнейшем целесообразно продолжить исследования этих диагностик в других положениях больных и с учетом наличия лекарственной терапии и динамических нагрузок. Но уже то, что удалось получить в клинической апробации способа, может позволить с большой достоверностью и высокой точностью определять отсутствие или наличие клинически значимых стенозов сосудов сердца.
Итак, решаемой здесь технической задачей является создание способа неинвазивного виброакустического спектрального скрининга сосудов сердца с повышенной достоверностью определения отсутствия или наличия стенозов в сосудах. Достигаемым техническим результатом является уменьшение погрешности оценки отклонения суммарного значения относительных величин спектральных энергий в заданных участках частотного спектра снимаемого сигнала за заданное время наблюдения относительно экспериментально установленной границы этого параметра в сторону понижения для случаев чистых сосудов, или в сторону повышения для случаев наличия стенозов в сосудах сердца. Для достижения такого результата в предложенном способе, заключающемся в том, что генерируют электрический сигнал виброакустическим датчиком, размещенным на груди пациента в области сердца в положении лежа на спине, усиливают и преобразуют сигнал в цифровую форму, с помощью быстрого преобразования Фурье формируют амплитудно-частотную спектрограмму в рабочем диапазоне частот, на ней выделяют участки частотного спектра, коррелирующие со стенозообразованием в сосудах сердца, определяют спектральную энергию в этих участках частот за время наблюдения, отличающийся тем, что оценивают отклонение суммарного значения отношений этих энергий к энергии полного сигнала всего диапазона частот от заданной границы, получаемой из экспериментальных исследований. В частности, в нашем приборе с заданным масштабированием его шкалы эта граница находится на 40%.Длительная апробация способа в условиях кардиологического отделения городской клинической больницы №5 Н.Новгорода (см. «Протокол клинической апробации…») показала, что погрешность отсутствия стенозов в сосудах сердца при показаниях прибора менее или равных 40% не превышала 1%. В окончательном решении способ реализован в устройстве, представленном на Фото 1. Это прибор МимСАДАСК. На рис. 1 приведен пример спектрограмм пациента со стенозированными сосудами сердца при выборе полного диапазона частот исследуемого сигнала от 3 до 1000 Гц с расчетом спектральных энергий на коротких частотных участках (от единиц до десятков Гц) всего спектра. Это делали для выявления коррелируюших со стенозами участков спектра. То же сделано в примере на Рис. 2, но в полном диапазоне частот от 3 до 500 Гц. Время регистрации сигнала для компьютерной обработки в этих примерах взято порядка 1 минуты. На Рис. 3 приведен пример программной реализации способа для приборного решения. Рабочий диапазон частот от 3 до 300 Гц. Выделены необходимые для диагностики стенозов два участка частот (разным цветом) для выбранного пациента. Полные результаты исследований представлены в сводной таблице «Протокола клинической апробации способа...» (прилагается к Заявке). Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для оценки состояния сосудов сердца пациента с освобожденной от одежды грудной клеткой укладывают на спину. Далее для съема сигналов с точек VI и V5 последовательно приклеивают пьезоакселерометрический датчик липкой лентой (скотчем). В исследовательской части работы с датчика сигнал в течение 1 минуты записывали на японский регистратор Olympus WS-200S в формате WMA. Позже на компьютере проводили дальнейшую обработку сигнала с предварительным его преобразованием в формат WAV. В ходе длительных таких исследований выявились вышеприведенные участки спектра, активно реагирующие на наличие или отсутствие стенозов в сосудах сердца. Эти исследования легли в основу приборной реализации способа. После изготовления прибора перешли к его использованию с заданным программным временем съема сигнала, равным 15 секундам. Этого вполне достаточно. После сформировавшейся в дальнейшей апробации прибора границе раздела случаев наличия или отсутствия стенозов в сосудах сердца стало возможным достоверно говорить о чистых сосудах при суммарном относительном уровне спектральной энергии в показании прибора меньше или равном 40%. Учитывая тот факт, что статистически порядка 40% пациентов за истекший год оказались по результатам СКГ с чистыми или с гемодинамически незначимыми стенозами, можно с применением предложенного способа проводить более качественный отбор пациентов на СКГ, и избежать значительного количества проведения дорогого, небезобидного, инвазивного хирургического вмешательства у многих пациентов. Предложенный авторами способ диагностики показал лучшие по сравнению с известными решениями такой проблемы возможности по повышению достоверности и точности оценок стенозирования сосудов сердца, и может принести существенный вклад в развитие диагностик в кардиологии.
Claims (3)
1. Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца, заключающийся в том, что генерируют электрический сигнал акустических шумов в области сердца виброакустическим датчиком, размещаемом на груди пациента в области сердца, усиливают и преобразуют сигнал в цифровую форму, фильтруют его с выделением полного частотного диапазона и записывают последний за выбранный интервал времени съема сигнала в устройство дальнейшей обработки, формируют с помощью быстрого преобразования Фурье амплитудно-частотную спектрограмму в выбранном частотном диапазоне за выбранное время наблюдения, на ней выявляют участки частотного спектра, коррелирующие с наличием или отсутствием стенозов в сосудах сердца, отличающийся тем, что с целью повышения достоверности и точности диагностики отклонение спектральной энергии в коррелирующих с патологией участках спектра частот вычисляют и представляют суммарным отношением этих энергий к полной энергии сигнала всего его рабочего диапазона частот, что исключает влияние на уровень энергии выбранных спектральных участков степени усиления сигналов на разных стадиях, их поглощения в тканях пациента, зависимого от индекса массы тела, пола, возраста и сопутствующих заболеваний, а диагностический результат определяют по отклонению полученного суммарного значения относительной доли спектрального компонента в полной энергии от заданной границы, составляющей 40%.
2. Способ по п. 1 позволяет контролировать отсутствие стенозов с точностью не более 1% за время наблюдения порядка 15-30 секунд при рабочем диапазоне частот от 3 до 300 Гц с фрагментами частотного спектра, коррелирующими со стенозами сосудов сердца низкочастотным от 22 до 42 Гц, высокочастотным от 51 до 80 Гц и при наличии у пациента зажимов сосудов мышечной тканью сердца частотным участком от 80 до 120 Гц с последующим суммированием в окончательном результате их относительных уровней спектральных энергий в интервалах указанных частот к полной энергии сигнала за время наблюдения и сравнивают результат с заданной границей.
3. Способ по пп. 1 и 2 при реализации предполагает для повышения помехоустойчивости в выносном пьезоакселерометре наличие встроенного предусилителя.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146897A RU2700471C9 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018146897A RU2700471C9 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700471C1 RU2700471C1 (ru) | 2019-09-17 |
RU2700471C9 true RU2700471C9 (ru) | 2020-04-30 |
Family
ID=67989833
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018146897A RU2700471C9 (ru) | 2018-12-26 | 2018-12-26 | Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700471C9 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11240579B2 (en) | 2020-05-08 | 2022-02-01 | Level 42 Ai | Sensor systems and methods for characterizing health conditions |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718820A1 (ru) * | 1988-12-23 | 1992-03-15 | 2-й Московский государственный медицинский институт им.Н.И.Пирогова | Способ диагностики атеросклеротического поражени сосуда |
US6048319A (en) * | 1998-10-01 | 2000-04-11 | Integrated Medical Systems, Inc. | Non-invasive acoustic screening device for coronary stenosis |
RU2350273C2 (ru) * | 2007-05-21 | 2009-03-27 | Людмила Владимировна Мельникова | Способ диагностики ранних стадий атеросклероза |
US20090177107A1 (en) * | 2005-04-13 | 2009-07-09 | Marie A. Guion-Johnson | Detection of coronary artery disease using an electronic stethoscope |
-
2018
- 2018-12-26 RU RU2018146897A patent/RU2700471C9/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1718820A1 (ru) * | 1988-12-23 | 1992-03-15 | 2-й Московский государственный медицинский институт им.Н.И.Пирогова | Способ диагностики атеросклеротического поражени сосуда |
US6048319A (en) * | 1998-10-01 | 2000-04-11 | Integrated Medical Systems, Inc. | Non-invasive acoustic screening device for coronary stenosis |
US20090177107A1 (en) * | 2005-04-13 | 2009-07-09 | Marie A. Guion-Johnson | Detection of coronary artery disease using an electronic stethoscope |
RU2350273C2 (ru) * | 2007-05-21 | 2009-03-27 | Людмила Владимировна Мельникова | Способ диагностики ранних стадий атеросклероза |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11240579B2 (en) | 2020-05-08 | 2022-02-01 | Level 42 Ai | Sensor systems and methods for characterizing health conditions |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2700471C1 (ru) | 2019-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6048319A (en) | Non-invasive acoustic screening device for coronary stenosis | |
El-Segaier et al. | Computer-based detection and analysis of heart sound and murmur | |
CN103313662B (zh) | 指示冠状动脉疾病的风险的系统、听诊器 | |
EP2552303B1 (en) | Sensor device and method for measuring and determining a pulse arrival (pat) time | |
JP3607292B2 (ja) | 心臓血管障害の治療方法および装置 | |
JP5918803B2 (ja) | 内皮機能の非侵襲的評価のための方法および装置 | |
US6478744B2 (en) | Method of using an acoustic coupling for determining a physiologic signal | |
US20120071767A1 (en) | Pulmonary artery pressure estimator | |
JP3987099B2 (ja) | 血管内皮反応測定装置および血管内皮反応測定装置の制御方法 | |
US20060161064A1 (en) | Computer-assisted detection of systolic murmurs associated with hypertrophic cardiomyopathy | |
KR20170061708A (ko) | 생리학적 프로세스를 모니터링하기 위한 초저주파 청진기 | |
CN107106118B (zh) | 检测重搏切迹的方法 | |
KR20160053395A (ko) | 심음도 모니터링 시스템 및 이를 이용한 모니터링 방법 | |
WO2015170772A2 (ja) | 循環呼吸機能測定装置 | |
Mansy et al. | Computerised analysis of auscultatory sounds associated with vascular patency of haemodialysis access | |
RU2700471C9 (ru) | Способ неинвазивного акустического спектрального скрининга сосудов сердца | |
JP2005523064A (ja) | 血管インピーダンス測定装置 | |
Hlimonenko et al. | Assessment of Pulse Wave Velocity and Augmentation Index in different arteries in patients with severe coronary heart disease | |
CN111542269B (zh) | 一种检测生理声音的设备和方法 | |
WO2017044870A1 (en) | Sensor for ventricular and outflow tract obstruction | |
KR20020013820A (ko) | 심음과 맥파를 이용한 맥파전달속도 측정시스템 | |
Pečlin et al. | Auscultation of a heart and vascular activity during auricular nerve stimulation | |
Obando et al. | Frequency tracking of resonant-like sounds from audio recordings of arterio-venous fistula stenosis | |
Pinto et al. | Blood pressure measurement in noise intensive environments using adaptive interference cancellation | |
Arathy et al. | PC based heart sound monitoring system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 26-2019 FOR INID CODE(S) (72) |
|
TH4A | Reissue of patent specification |