Способ диагностики функционального состояния человека и животного

Изобретение относится к медицине, в частности к диагностике, и может быть использовано для диагностики функционального состояния человека и животного. Способ включает мониторирование разности сигналов, снятых с N датчиков, где N≥2, ЭКГ, пульса, температуры и анализ спектра и вариабельности их ритмов нелинейных хаотических колебаний за период регистрации. При анализе определяют показатели фрактальной размерности индекса Херста и нормированного соответственно по среднему значению за ночное или дневное время информационного индекса Фишера. Об улучшении состояния организма судят по нормализации разности сигналов околосуточного ритма, увеличению фрактальной размерности, индекса Херста, уменьшению нормированного информационного индекса Фишера, а об ухудшении физиологических или патофизиологических процессов судят по противоположным изменениям. Способ позволяет расширить функциональные возможности при диагностике. 3 ил.

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к методам диагностики функционального состояния человека или животного, и может быть использовано для оценки эффективности лечения и/или физических нагрузок.

Известен способ диагностики функционального состояния человека и животного путем суточного мониторирования ЭКГ по Холтеру, при котором производится оценка спектра и вариабельности ритмов сердца, и ряда других диагностических показателей (см. Дабровски А., Дабровски Б., Пиотрович Р. Суточное мониторирование ЭКГ. М.: Медпрактика, 2000 - 208 с.).

Однако известный способ используют лишь для анализа ЭКГ без расчета фрактальной размерности индексов Херста и Фишера, что снижает диагностические возможности способа и не позволяет диагностировать другие системы функционирования организма, кроме функции сердца.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является способ диагностики функционального состояния человека и животного, заключающийся в регистрации электромагнитных волн возбуждения заданного органа или части биологического объекта, определение интервальных и амплитудных параметров этих волн, формирование их фазовой и энергетических характеристик, а также элементарных геометрических фигур перемещения вектора фазовой характеристики и определение плотности вероятности появления элементарной геометрической фигуры каждого вида, по которой судят о состоянии биологического объекта (см. пат. РФ №2127549, кл. А 61 В 10/00 от 13.04.1998 г.).

Однако и этот способ имеет ограниченные функциональные возможности, так как не позволяет оценивать ритмы тонуса магистральных сосудов, асимметрию кровотока парных конечностей и головы, а также суточную динамику клеточного иммунитета и других физиологических функций организма.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей при диагностике различных органов и систем в организме человека или животного с учетом околосуточной динамики их показателей.

Достигается это тем, что в способе диагностики функционального состояния человека и животного, заключающемся, как минимум, в суточном мониторировании ЭКГ, и/или пульса, и/или температуры, и/или других регистрируемых сигналов физиологических процессов и анализе спектра и вариабельности их ритмов, и/или нелинейных хаотических колебаний за период регистрации, согласно изобретению при вышеуказанном анализе определяют показатели фрактальной размерности и/или индекса Херста, и/или нормированного соответственно по среднему значению за ночное или дневное время информационного индекса Фишера, а об улучшении состояния организма судят по нормализации околосуточного ритма, и/или увеличению фрактальной размерности, и/или индекса Херста, и/или уменьшению нормированного информационного индекса Фишера, а об ухудшении физиологических или патофизиологических процессов судят по противоположным изменениям, кроме того, при суточном мониторировании используют N соответствующих датчиков, устанавливаемых в определенных участках тела, а об улучшении или ухудшении физиологических и патофизиологических процессов судят по аналогичным показателям для разности сигналов с N соответствующих датчиков, где N≥2, а также при суточном мониторировании для диагностики устойчивости регуляции функциональных систем организма определяют отношение частоты пульса к частоте дыхания, первую производную этого отношения до, во время и после тестовых психо-эмоциональных или физических нагрузок, причем в случае увеличения после вышеуказанных нагрузок вариационного размаха периодов колебаний отношения частоты пульса к частоте дыхания, и/или амплитуды первой производной этого отношения менее чем в 2 раза от исходного уровня, и/или величины отношения частоты пульса к частоте дыхания, не выходящей за пределы диапазона этого отношения от 2 до 6, судят об улучшении саморегуляции и оптимальности нагрузок, а в противном случае судят о сниженных резервах саморегуляции, и/или чрезмерном уровне нагрузки, и/или наличии патологии.

Сущность изобретения заключается в том, что за счет вышеуказанных операций в способе диагностики дополнительно обеспечивают анализ фрактальной размерности, индексов Херста и Фишера, хроноструктуры околосуточного ритма, которые позволяют получать дополнительную информацию о состоянии организма.

На фиг.1 и 2 представлены суточные графики оценки функционального состояния организма по указанным показателям для более и менее эффективного лечения, а на фиг.3 представлено устройство, позволяющее реализовать заявляемый способ.

Устройство содержит датчики 1...N (где N равно от 2 до нескольких десятков) пульса или других сигналов, N-канальный усилитель 2, N-канальный регистратор 3 с твердотельной памятью, N-канальный АЦП 4 и компьютер 5 для записи и анализа полученной информации. Для реализации заявленного способа используются стандартные датчики пульса. Датчик 1 пульса представляет собой оптопару (фотодиод, светодиод) и может быть в виде присоски прикреплен к поверхности любой части тела пациента.

Способ диагностики функционального состояния человека и животного заключается как минимум в суточном мониторировании ЭКГ, и/или пульса, и/или температуры, и/или других регистрируемых сигналов физиологических процессов и анализе спектра и вариабельности их ритмов, и/или нелинейных хаотических колебаний за период регистрации. Особенностью способа является то, что при вышеуказанном анализе определяют показатели фрактальной размерности и/или индекса Херста, и/или нормированного соответственно по среднему значению за ночное или дневное время информационного индекса Фишера. При этом об улучшении состояния организма судят по нормализации околосуточного ритма, и/или увеличению фрактальной размерности, и/или индекса Херста, и/или уменьшению нормированного информационного индекса Фишера, а об ухудшении физиологических или патофизиологических процессов судят по противоположным изменениям.

Другой особенностью способа является то, что при суточном мониторировании используют N соответствующих датчиков, устанавливаемых в определенных участках тела, а об улучшении или ухудшении физиологических и патофизиологических процессов судят по аналогичным показателям для разности сигналов с N соответствующих датчиков, где N≥2.

Кроме того, при суточном мониторировании для диагностики устойчивости регуляции функциональных систем организма определяют отношение частоты пульса к частоте дыхания, первую производную этого отношения до, во время и после тестовых психо-эмоциональных или физических нагрузок. При этом в случае увеличения после вышеуказанных нагрузок вариационного размаха периодов колебаний отношения частоты пульса к частоте дыхания, и/или амплитуды первой производной этого отношения менее чем в 2 раза от исходного уровня, и/или величины отношения частоты пульса к частоте дыхания, не выходящей за пределы диапазона этого отношения от 2 до 6, судят об улучшении саморегуляции и оптимальности нагрузок, а в противном случае судят о сниженных резервах саморегуляции, и/или чрезмерном уровне нагрузки, и/или наличии патологии.

Вариационный размах периодов колебаний означает величину варьирования периодов от минимального значения до максимального.

Полезность предлагаемого способа заключается в получении принципиально новой информации о состоянии и нарушении функции отдельных органов и систем организма по изменению согласования ритмов кровотока и других показателей между симметричными или другими сравниваемыми участками тела, отражающими в них физиологические и патологические изменения.

Пример 1. Проводили суточное мониторирование ЭКГ по Холтеру с помощью прибора фирмы Медитех (Венгрия) у больных (25 человек), испытавших инфаркт миокарда, до начала курса лечения и после его окончания на санаторном этапе реабилитации. Кроме общепринятого анализа вариабельности и спектра ритмов R-R интервалов дополнительно вычисляли показатели фрактальной размерности, индексов Херста и Фишера. У больных с успешными результатами лечения по лабораторным показателям нормализации состава крови, уменьшения холестерина и атерогенного индекса, повышения толерантности к физической нагрузке по данным велоэргометрии, снижения функционального класса тяжести заболевания, уменьшения проявления болевой и безболевой ишемии, желудочковых и наджелудочковых экстрасистол обнаружено достоверное увеличение фрактальной размерности R-R интервалов ЭКГ с 0,67±0,03 до 0,78±0,04, увеличение индекса Херста с 0,60±0,03 до 0,72±0,05 и уменьшение индекса Фишера с 20,4±3,2 до 4,5±1,6. При этом традиционные показатели диагностики не обнаруживали четких изменений или вообще различия отсутствовали. В отличие от традиционных показателей для суточных графиков предлагаемых диагностических показателей четко наблюдалась при успешном лечении нормализация хроноструктуры околосуточного ритма (фиг.1, 2).

Пример 2. Больной С., 42 года. Остеохондроз поясничного отдела. Несколько раз в году наблюдаются осложнения в виде неврита седалищного нерва на левой ноге. После очередного курса лечения установлены 4 датчика пульса соответственно на дистальных и проксимальных участках мышц бедра по ходу нерва на обеих ногах. Несмотря на отсутствие клинических симптомов после проведенного лечения фрактальная размерность и индекс Херста ритмов скорости распространения пульсовой волны на левой ноге были соответственно на 42 и 58% ниже, чем на правой ноге, а информационный индекс Фишера ритмов изменения скорости пульсовой волны в 2,8 раза больше (по площади, измеряемой произведением амплитуды на длительность), чем на правой ноге. На левой ноге также отсутствовал достоверный околосуточный ритм указанных показателей, а околочасовые колебания имели меньший период (в среднем около 40 мин), чем на правой ноге (в среднем около 80 мин.).

Пример 3. Пациент К., 28 лет. Датчики пульса установлены на ушных раковинах. Регистрируют по разности времени прихода пульсовых волн к датчикам левого и правого уха ритмы изменения скорости пульсовых волн в сосудах левой и правой сонной артерии и артерий левой и правой сторон головы при разных функциональных состояниях. Отмечены достоверные различия между показателями фрактальной размерности в разное время суток, при нормальном спокойном состоянии и в состоянии возбуждения, вызванном конфликтом на работе, различия в состоянии до и после физической нагрузки (спортивной тренировки). Изменения фрактальной размерности с 78 единиц до 62 единиц в % оказались больше, чем вычисляемого в тех же условиях индекса напряжения по Баевскому для межпульсовых интервалов с датчиков пульса, а также и по другим традиционным показателям вегетативного дисбаланса.

Пример 4. Пациент З., 63 года. Регистрировали ритмы изменения разности температур методом дифференциальной термометрии между термодатчиками, установленными на коже в проекции тимуса и в подключичной ямке. Обнаружены околочасовые и околосуточный ритмы разности температур, отражающие уровень клеточного иммунитета по продукции Т-лимфоцитов. Увеличение температуры над тимусом относительно подключичной впадины в ночное время по сравнению с дневными часами коррелировало с увеличением фрактальной размерности и индекса Херста регистрируемых колебаний.

Пример 5. В процессе суточного мониторирования пульса проводили тестовые физические (на велоэргометре) и эмоциональные (компьютерная игра) нагрузки на двух группах студентов, юноши 18-24 лет. Четко выявлены 2 типа реакций. Для первого типа реакций характерно уменьшение флюктуаций со снижением отношения частоты пульса к частоте дыхания ЧП/ЧД с возникновением достаточно правильной ритмики. При этом отношение ЧП/ЧД не выходило за пределы диапазона 2-6. Используемые эмоциональные и физические нагрузки улучшали функциональное состояние этих испытуемых. Субъективно студенты с первым типом реакции рассматривали данные эмоциональные и физическую нагрузку как приятные.

Для студентов с вторым типом реакции характерны увеличение в исходном состоянии колебаний отношения ЧП/ЧД и более частый выход за пределы диапазона 2-6, что характеризует неустойчивость регуляции. Амплитуда изменений первой и второй производных отношения ЧП/ЧД резко увеличивалась, периоды колебаний также увеличивались. Статистически достоверно второй тип реакции коррелировал с явным вегетативным дисбалансом (увеличением индекса напряжения по Баевскому для межпульсовых интервалов). При тестовых нагрузках у этих студентов субъективно ощущались дискомфорт, отрицательные эмоции и замедление реакций. Нормализация вегетативного статуса способствовала изменению типа реакции со второго на первый тип.

Пример 6. Проводили суточное мониторирование пульса скаковой лошади до начала тренировок и после достижения более высоких спортивных результатов. Вычисление показателей нелинейных хаотических колебаний и фрактальной размерности показало увеличение фрактальной размерности на 18% и индекса состояния, определяемого по способу, описанному в ближайшем аналоге, на 13% в результате успешной тренировки. Анализ результатов регистрации в произвольно взятых 5-минутных отрезках записи обнаружил большое противоречие в оценках состояния по данным показателям. Это связано с наличием околочасовых с периодом около 40-100 минут ритмов с периодами 3-4 часа (фиг.1, 2) и случайным попаданием времени диагностики в разные фазы этих ритмов. Это доказывает, что использование суточных записей по сравнению с 5-минутными записями при оценке фрактальной размерности, показателей хаотических нелинейных колебаний и других позволяет получить более надежную и достоверную информацию о состоянии организма животного или человека.

Следует отметить, что в разных случаях наблюдалась различная информативность вышеуказанных показателей. Поэтому более объективным является использование при диагностике всего комплекса вышеуказанных показателей.

Таким образом, заявленная совокупность существенных признаков, особенностью которой является использование суточного и более длительного мониторирования различных регистрируемых сигналов физиологических процессов с использованием дополнительно к традиционным алгоритмам анализа ритмов и геометрического анализа нелинейных хаотических колебаний, показателей фрактальной размерности, индекса Херста, нормированного информационного индекса Фишера и динамики отношения частоты пульса к частоте дыхания, позволяет достигнуть поставленный технический результат.

Способ диагностики функционального состояния человека и животного, заключающийся как минимум в суточном мониторировании разности сигналов, снятых с N датчиков, где N≥2, ЭКГ, пульса, температуры и анализе спектра и вариабельности их ритмов нелинейных хаотических колебаний за период регистрации, причем при вышеуказанном анализе определяют показатели фрактальной размерности индекса Херста, и нормированного соответственно по среднему значению за ночное или дневное время информационного индекса Фишера, а об улучшении состояния организма судят по нормализации разности сигналов околосуточного ритма, увеличению фрактальной размерности, индекса Херста, уменьшению нормированного информационного индекса Фишера, а об ухудшении физиологических или патофизиологических процессов судят по противоположным изменениям.