Аппаратно-программный комплекс для оценки вариабельности пульса и скорости пульсовой волны
Исследование вариабельности сердечного ритма (ВСР) является методом оценки состояния здоровья и влияния стресса на организм человека.
Вариабельность сердечного ритма - это небольшие колебания длительности сердечного цикла, которые изменяются при вдохе и выдохе, а также
от сложного взаимодействия гемодинамических, электрофизиологических и химических процессов, происходящих в организме.
Показателем вариабельности сердечного ритма является степень изменения частоты сердечных сокращений в течение определенного
периода времени.
Промежутки времени между последовательными ударами сердца - кардиоинтервалы. Единица измерения кардиоинтервалов - миллисекунды (мсек).
Если интервалы между ударами сердца относительно постоянны и меняются в незначительных пределах, то ВСР низкая, если их длительность изменяется в широких пределах,
то ВСР высокая. Уменьшение степени вариабельности пульса у здорового человека рассматривается как признак напряженного состояния
регуляторных процессов (стресса).
Вариабельность сердечного ритма
Аппаратно-программный комплекс предназначен для проведения экспресс - тестов и исследования вариабельности сердечного ритма пациентов, а также
измерения скорости пульсовой волны в лучевой артерии.
Тест-система оценки вариабельности пульса состоит из пульсового сенсора и специализированного компьютерного программного обеспечения.
Система разработана для оценки состояния здоровья пациента путем комплексного анализа пульсовых волн, регистрируемых сенсором.
Результатом анализа является оценка работы функционального объединения сердечно-сосудистой системы пациента:
- статистический анализ распределения кардио-интервалов;
- определение уровня психо - эмоционального стресса;
- анализ структуры сердечного ритма и его спектральный анализ;
- определение соотношения частоты дыхательных циклов и частоты сердечных сокращений;
- заключение о состоянии здоровья пациента.
Фотометрический пульсовой сенсор выполнен в виде клипсы, которая надевается на мочку уха пациента.
Сенсор передает информацию о пульсациях капиллярного кровенаполнения в компьютер посредством аналогово-цифрового преобразователя.
Преимущества:
- система простая в использовании и не требует специального обучения;
- пульсации капиллярного кровенаполнения регистрируются и визуализируются на экране в реальном времени;
- отсутствуют липкие или другие электроды неудобные для пациента;
- определяется количество дыхательных циклов;
- определяется количество пульсовых биений за один дыхательный цикл;
- имеется возможность изучать отдельные фрагменты полной записи пульсовых волн;
- при анализе автоматически удаляются артефакты записи.
Пример пульсаций, отображаемых на экране монитора в процессе записи
Ниже показаны примеры рабочих окон программы:
Пример измерения и фиксации экстрасистол.
Ритмограмма – это графическое изображение продолжительности R-R интервалов. При построении ритмограммы на оси абсцисс откладывается
время записи или количество пульсовых биений, а на оси ординат – продолжительность каждого кардиоинтервала.
При этом верхний край ритмограммы имеет волнообразный вид. Он формируется изменением ритма сердца.
Ритм сердца определяется свойством специализированных клеток проводящей системы сердца спонтанно активироваться, так называемым
свойством сердечного автоматизма. Регуляция сердечного ритма осуществляется вегетативной нервной системой, центральной нервной системой
и рядом гуморальных и рефлекторных воздействий.
При работе в реальном времени, система может фиксировать возможные нарушения ритма и экстрасистолы.
Экстрасистола — это внеочередное преждевременное сердечное сокращение, деполяризация и сокращение сердца или отдельных его камер,
является наиболее часто регистрируемым вид аритмии.
Наличие экстрасистол является одним из диагностических признаков. Однако,
для проведения анализа вариабельности сердечного ритма возможные экстрасистолы необходимо удалить из рассмотрения, также как и
артефакты записи .
Пример ритмограммы насыщенной различными частотами изменения кардиоинтервалов.
Геометрический метод анализ ритма подразумевают оценку плотности функции распределения RR интервалов гистограммным методом и её анализ.
При построении гистограммы по оси абсцисс откладывают величины интервалов RR (в единицах времени), причем весь диапазон
возможных значений разбивают на N непересекающихся промежутков. Каждому из диапазонов ставится в соответствие количество RR интервалов,
попавших в этот промежуток. Эти количества откладывают по оси ординат, как показано выше.
Чем шире основание гистограммы распределения кардиоинтервалов, тем больше различных вариантов R–R-интервалов и тем выше вариабельность
ритма сердца. Чем выше вершина гистограммы, тем больше централизация ритма.
К геометрическим методам относится также скаттерограмма. Она отражает взаимозависимость пар последовательно идущих R–R- интервалов.
Скаттерограмма (или рассеивание) – это графическое изображение пар интервалов R–R (предыдущего и последующего)
в двумерной координатной плоскости. При этом по оси абсцисс откладывается величина R–R(n), а по оси ординат – величина R–R (n–1).
Обычно скаттерограмма имеет форму эллипса, вытянутого вдоль биссектрисы. По скаттерограмме также можно судить о вариабельности ритма сердца.
Чем кучнее «облако» точек, тем меньше вариабельность. При вытянутом эллипсе – вариабельность высокая.
Сдвиг облака точек вправо по оси координат отражает замедление ритма, сдвиг влево – учащение. Если точки стоят далеко
от целой совокупности, то это или артефакты, или нарушения ритма, чаще всего – экстрасистолы. Отсутствие эллипса на ритмограмме обычно
свидетельствует о нарушении ритма сердца.
Пример статистического анализа вариабельности пульса.
SDNN – стандартное отклонение кардио-интервалов от среднего значения. Означает, насколько отличается длина всех R-R-интервалов
в целом от их среднего значения. SDNN отражает все циклические компоненты, ответственные за вариабельность в течение периода записи.
Это один из основных показателей вариабельности ритма сердца, характеризующий состояние механизмов регуляции.
RMSSD – квадратный корень из средних квадратов разностей между смежными кардио-интервалами. Этот показатель также отражает вариабельность.
Однако, в отличие от предыдущего показателя, он используется для оценки высокочастотных компонентов вариабельности.
Его рост отражает усиление активности парасимпатического звена регуляции при адаптации к нагрузкам.
Данный показатель – он отражает как вариабельность, так и автономизацию ритма сердца и коррелирует с наибольшим числом других
характеристик волновой структуры ритма сердца.
HRV коэффициент является интегральным показателем вариабельности пульса и отражает состояние сердечно-сосудистой системы по нескольким критериям.
Стресс индекс или индикатор напряжения отражает уровень психо-эмоционального и физического стресса.
Параметр характеризует состояние регулирующих центров сердечно-сосудистой системы. Нормой индекса является значение индекса от 50 до 200.
При физической нагрузке, хронической усталости, снижении резервов организма с возрастом, индекс составляет от 150 до 500.
При стенокардии, психофизиологическом переутомлении, существенном психологическом и эмоциональном стрессе, индекс стресса достигает
значений от 500 до 800. Индекс выше 800 свидетельствует о существенном нарушении регуляторных механизмов.
Индекс стресса более 900 единиц может наблюдаться наблюдается при предынфарктном состоянии пациента.
Пример спектрального анализа волновой структуры пульса.
Спектральный анализ волновой структуры пульса применяется для выявления характерных периодов в динамике кардио-интервалов,
оценки вклада тех или иных периодических составляющих в общую динамику изменения сердечного ритма.
Спектральный анализ позволяет выделить в волновой структуре сердечного ритма периодические составляющие в колебаниях ритма сердца:
– быстрые, или высокочастотные, колебания (НF-компонент) (диапазон частот от 0,15 до 0,4 Гц);
– медленные, или низкочастотные, колебания (LF-компонент) (диапазон частот от 0,04 до 0,15 Гц);
– очень медленные, или очень низкочастотные, колебания (VLF-компонент) (диапазон частот от 0,04 до 0,015 Гц);
При спектральном анализе оцениваются следующие показатели:
ТР (общая мощность спектра, TF) – отражает суммарный эффект воздействия на сердечный ритм всех уровней регуляции.
Высокие значения характерны для здоровых людей и отражают хорошее функциональное состояние сердечно-сосудистой системы,
Снижение общей мощности спектра наблюдается при понижении адаптационных возможностей сердечно-сосудистой системы,
низкой стрессовой устойчивости организма.
HF мощность волн высокой частоты – отражает активность парасимпатического кардиоингибиторного центра продолговатого мозга.
Повышение – в состоянии покоя, во время сна, при частой гипервентиляции.Снижение – при физической нагрузке, стрессе,
различных заболеваниях.
LF мощность волн низкой частоты – отражает активность симпатических центров продолговатого мозга
(кардиостимулирующего и вазоконстрикторного). Высокие абсолютные значения наблюдаются у здоровых людей.
Снижение – при физической нагрузке, стрессе, различных заболеваниях.
VLF мощность волн очень низкой частоты – отражает активность центральных эрготропных и гуморально-метаболических
механизмов регуляции сердечного ритма.
LF/HF (коэффициент вагосимпатического баланса) – отношение мощности волн низкой частоты (LF) к мощности волн высокой частоты (HF).
Повышение коэффициента – при активизации симпатической нервной системы.
Снижение коэффициента – при активизации парасимпатической нервной системы.
Пример определения соотношения частоты дыхания и частоты пульса.
Частота дыхательных циклов является одним из основных параметров для оценки состояния всего организма.
Алгоритм работы модуля оценки дыхания позволяет получить информацию о частоте дыхания после обработки полного графика записи пульсовых волн.
Количество пульсовых биений за один дыхательный цикл является важной характеристикой состояния организма.
Пример общей оценки состояния регуляторных систем.
По результатом общей оценки состояния регуляторных систем программа подготавливает интерпретацию диагностического заключения
для помощи и принятия решения доктором.
Измерение скорости пульсовой волны
Для определения тонуса сосудов, эластичности стенок сосудов определяют Скорость Распространения Пульсовой
Волны. Увеличение жесткости сосудов ведет к увеличению этой скорости. При измерении определяют разницу во времени появления пульсовых волн,
так называемое запаздывание, используя одновременную запись двух сигналов.
Для проведения измерения скорости пульсовой волны используется двухсенсорный пульсовой датчик.
Двухсенсорный пульсовой датчик посредством блока аналого - цифрового преобразователя (АЦП) подключаются к компьютеру.
В качестве первого сенсора используется фотометрический элемент в виде клипсы, которая крепиться на мочке уха пациента, как описанно выше.
В качестве второго сенсора используется акустический преобразователь, чувствительный элемент которого прижимается к проекции лучевой артерии в
определенной точке на запястье пациента в процессе измерения.
Конструкция акустического преобразователя позволяет проводить запись пульсовых волн действием подобным действиям пульсодиагноста при
ручном пальпировании пульса.
Акустический сенсор предназначен для записи колебаний стенки лучевой артерии в виде дважды
дифференцированого аналогового сигнала, соответствующего движениям стенки сосуда.
Схема проведения теста скорости пульсовой волны.
Во время проведения теста поток информации от обоих сенсоров передается компьютеру и обрабатывается специальным программным обеспечением.
Пример отображения графической информации поступающей от сенсоров на экране компьютера.
Желтый график отображает процесс пульсации кровенаполнения в тканях мочки уха.
Зеленый график представляет собой дважды дифференцированный график колебания стенки лучевой артерии.
Программное обеспечение производит расчет Транзитного Времени Пульсовой Волны по двум усредненным графикам, полученным от обоих сенсоров.
Для расчета скорости распространения пульсовой волны в программу вводится параметр - Дистанция Пульсовой Волны, который измеряется на пациенте.
Распространение пульсовой волны внутри сосуда обусловлено упругостью стенок артерии.
Скорость Пульсовой Волны лучевой артерии является параметром, по которому можно судить о упругости/жесткости сосуда.
Определение скорости распространения пульсовой волны и других параметров жесткости сосудов позволяет выявить начало развития
тяжелых нарушений сердечно-сосудистой системы и правильно подобрать индивидуальную терапию.
Для людей молодого и среднего возраста скорость распространения пульсовой волны равна 5,5-8,0 м/с.
С возрастом уменьшается эластичность стенок артерий и скорость пульсовой волны увеличивается.
Скорость Пульсовой Волны увеличивается при атеросклерозе сосудов, гипертонической болезни, симптоматических гипертониях и при всех
патологических состояниях, когда происходит уплотнение сосудистой стенки.
Аппаратно-программный комплекс пульсовой диагностики, основанный на методе ТКМ
Компьютерная пульсовая диагностика основана на классическом методе функциональной диагностики по пульсу человека, путем анализа периферических сфигмограмм лучевой артерии
Как известно, пульсовая диагностика является основным методом оценки состояния пациента в традиционной
восточной медицине. Многовековой практический опыт применения пульсовой диагностики позволяет отнести его к наиболее чувствительным и
точным методам получения биомедицинской информации о состоянии человеческого организма.
Пульсовая диагностика - это тонкий метод оценки по параметрам пульса, отражающим деятельность сердечно-сосудистой системы в связи с другими
функциональными системами организма. Анализ и изучение характеристик пульсовой волны составляет основу пульсовой диагностики в традиционной восточной медицине.
С практической стороны, методика базируется на представлении о том, что в районе лучезапястного сустава на лучевой артерии прослушиваются пульсы всех внутренних органов.
Точки пульсов расположены на меридиане легких и носят в пульсовой диагностике названия: цунь, гуань, чи. Однако, широкое распространение метода пульсовой диагностики и признание официальной медициной ограничивалось
значительной степенью субъективизма при проведении такого исследования. Точность, достоверность и результаты пульсовой
диагностики полностью определялись мастерством и опытом человека-пульсодиагноста.
Развитие современной радиоэлектроники и вычислительной техники позволило создать компьютеризированный комплекс для снятия пульсовых характеристик в реальном времени и отображения пульсограмм на экране дисплея,
а также для обработки и анализа полученных данных с целью получения диагностических выводов о состоянии организма человека.
Появилась возможность более широко использовать метод пульсовой диагностики, как один из наиболее точных и объективных методов в практике современного врача.
Цель создания аппаратно-програмного комплекса :
Объективизация классического китайского метода пульсовой диагностики, основанного на представлении о том, что в определенных точках лучевой артерии человека
возможно получать информацию о состоянии как отдельных функциональных систем организма, так и в их взаимосвязи друг с другом .
Описание метода классической китайской пульсовой диагностики. Ручная пальпация лучевой артерии. 242 г.
Механический сфигмограф. Запись колебаний стенки лучевой артерии при прохождении пульсовой волны
1863 г.
Компьютеризированный дифференциальный сфигмограф 2019 г.
Предлагаемый аппаратно-программный метод функциональной диагностики по пульсу человека,
путем регистрации и анализа сфигмограмм лучевой артерии создавался на основе:
- разработки обоснования возможности аппаратной диагностики по пульсу классическим Китайским методом путем
сравнительного исследования больших групп добровольцев .
- исследования возможности перехода от субъективной оценки характеристик пульсовой волны
к объективной, на базе аппаратной регистрации сфигмограмм.
- выявления объективных инструментальных (аппаратных) характеристик пульсовой волны,
отражающих физиологическое состояние человека.
- создания нормативного образа дифференцированной сфигмограммы за одно биение пульса,
соответсвующего абсолютно здоровому человеку.
- создания методики и алгоритма интерпретации полученных пульсографических характеристик
методами статистических обработки данных, включающих:
--анализ разметки и определения локальных экстремумов графиков вторых производных сфигмограмм;
--анализ пульсографических признаков;
--выявление функциональных соответствий диагностических признаков различным участкам дифференцированной сфигмограммы;
--разработку функционального пульсографического заключения.
Дифференцированная сфигмограмма пациента в реальном времени
Предлагаемая система диагностики позволяет сделать переход от субъективной оценки характеристик пульсовой волны к объективной, на основе аппаратной регистрации дифференцированных сфигмограмм.
Программа создана на основе алгоритма обработки данных измерений, которая обеспечивает минимизацию погрешностей, связанных со случайными ошибками оператора (человеческий фактор) и случайными ошибками, вызванными внешними вибрациями.
В отличие от аналогов, данная программа содержит специальный модуль, который отслеживает возникающие случайные ошибки и предоставляет визуальную графическую и численную информацию, а также звуковой сигнал.
Снятие пульсовых волновых процессов в точках измерения производится с помощью специального акустического преобразователя пульсовой волны, подключенного к компьютеру. Автоматическая запись и обработка пульсовых кривых проводится с помощью соответствующего программного обеспечения.
При этом, в соответствии с Классическим Методом, измерения производятся в шести точках с двумя различными усилиями нажатия, всего - 12 измерений. При этом регистрируется сигнал артериальной пульсации
стенки сосуда методом аппланационной сфигмографии.
После записи пульсограмм, каждую из них оценивают по 21 параметру, анализируя амплитудно-временные параметры полученных графиков. Таким образом, в процессе
пульсовой диагностики анализируются 252 параметров пульсограм, а некоторые из них - во взаимосвязи между собой. Это позволяет получать большой объем информации, отражающей функциональное состояние всех внутренних органов и систем человека, а также делать диагностические выводы с большой степенью
объективности и достоверности.
Данные такого комплексного анализа важны не только для первоначальной оценки состояния здоровья пациента, но и для контроля его в процессе лечения. Благодаря компьютерной пульсовой диагностике, можно подобрать индивидуальный, а значит и наиболее эффективный комплекс лечения при самых различных заболеваниях.
Особенностью предлагаемого программного обеспечения является не только визуализация пульсовой волны в реальном времени, но трех-уровневая проверка снятых параметров пульса.
При высокой точности оценки состояния здоровья всего организма время обследования составляет 10-15 минут.
Сам метод диагностики абсолютно безвреден для здоровья пациента .
Пример интегрального преобразования дифференцированных сфигмограмм пациента
Меню информационно-аналитической системы программы Области применения:
в целях выяснения стабильности состояния организма пациента,
выявления субклинических состояний, при которых имеются некоторые жалобы,
но другие диагностические методы не показывают патологии;
для проверки воздействия конкретных факторов на состояние здоровья, например, физических нагрузок, физиотерапии,
биологически активных добавок, диеты;
для спортивных врачей в целях быстрого исследования факторов увеличивающих или уменьшающих функциональную адаптивность организма;
для отслеживания состояния пациентов с определенной хронической патологией или состояния пациентов с несколькими патологическими заболеваниями.
Аппаратно-программный комплекс может быть рекомендован для использования семейными врачами,
реабилитологами, кинезитерапевтами, спортивными врачами и сотрудниками курортологии.
По сравнению с другими видами диагностик (NLS, Фолль, Накатани и. т .д.) представленных на рынке таких услуг,
предлагаемая компьютерная пульсовая диагностика отличается своей высокой достоверностью, наглядностью и эксклюзивностью.
В процессе диагностики пациентможет наблюдать за образованием пульсовой волны собственного пульса в реальном времени.
Предельно ясно и понятно , как и откуда берутся данные для анализа состояния организма пациента.
Компьютерная пульсовая диагностика сочетает в себе опыт восточной медицины и современные цифровые технологии.
Проверенная веками методика, достоверность и объективность полученных результатов позволяет оценить реальное состояние всех
функциональных систем организма.
База данных продуктов питания, лекарственных растений , биологически-активных добавок, заложенных
в программу помогает получить персональные рекомендации по оздоровлению и применению конкретных препаратов, обеспечивая высокую
эффективность их действия.
Конструкция акустического преобразователя позволяет проводить запись пульсовых волн действием подобным действиям пульсодиагноста при
ручном пальпировании пульса.
Однако, широкое распространение метода пульсовой диагностики и признание официальной медициной ограничивалось
значительной степенью субъективизма при проведении такого исследования. Точность, достоверность и результаты пульсовой
диагностики полностью определялись мастерством и опытом человека-пульсодиагноста.
