Способ определения функционального состояния системы гемостаза
METHOD OF DETERMINING FUNCTIONAL STATE OF THE HEMOSTASIS SYSTEM

Изобретение относится к медицине, а именно к гемокоагулогии, и может быть использовано для выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.
Известен инструментальный способ оценки функционального состояния системы гемостаза - тромбоэластография (ТЭГ), заключающийся в графической (фотооптической или механической) регистрации вязкостных характеристик крови и плазмы в процессе их свертывания, с последующим определением показателей тромбоэластограммы. характеризующих исследуемый процесс [Авторское свидетельство СССР N1520450, М.кл. G01N 33/86, опубл. 07.11.89, БИ N41].
Недостатками данного способа являются низкая чувствительность и воспроизводимость, невозможность выявлять тонкие сдвиги в системе свертывания крови и проводить аналитическую оценку выявленных нарушений.
Известен способ определения функционального состояния системы гемостаза путем регистрации электрокоагулограммы крови [см. кн. Коблов Л.Ф. Методы и приборы для исследования гемостаза. - М: Медицина, 1975, с. 75-79], заключающийся в регистрации изменения электрического сопротивления пробы крови, залитой в ячейку с двумя электродами. Ячейка совершает колебательные движения, благодаря чему кровь попеременно замыкает и размыкает электроды. Запись результата исследований имеет вид ряда периодических импульсов с частотой следования 0,1 Гц (6 импульсов в минуту), огибающая которых характеризует процесс свертывания крови. Амплитуда импульсов соответствует сопротивлению крови, находящейся в данный момент между электродами измерительной ячейки. При оценке электрокоагулограммы учитывают следующие показатели: TI - время начала свертывания: Т2 - время конца свертывания; Т - продолжительность свертывания; Ам - величина максимальной амплитуды; Ао - величина минимальной амплитуды. По изменениям этих параметров получают представления о различных нарушениях свертывающей системы крови.
Недостатками данного способа являются инерционность, сравнительно низкие точность и чувствительность измерений вследствие протекания интенсивных побочных физико-химических процессов, сопутствующих перемещению электродов и исследуемой среды относительно друг друга.
Известен способ определения функционального состояния системы гемостаза [см. патент РФ №2109297, G01N 33/86, 1998], заключающийся в том, что проводят измерения амплитуд записи процесса свертывания крови в его начале, затем спустя одну, две и три минуты от его начала определяют скорости свертывания крови за вторую и третью минуты, вычисляют обратные им величины и сравнивают все четыре с одноименными показателями свертывания крови в норме. При наличии разнонаправленных отклонений диагностируют нарушение функционального состояния системы гемостаза.
Недостатками способа являются низкая точность и длительность его выполнения.
За прототип принят способ определения функционального состояния системы гемостаза [см. патент РФ №2430380, G01N 33/86, 2011], заключающийся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, регистрируют текущую амплитуду сопротивления крови в первый момент времени и измеряют второе сопротивление крови в кратный момент времени от первоначального значения времени, по двум сопротивлениям и моментам времени находят предельное сопротивление крови и постоянную времени, по которым вычисляют сопротивление крови в начале и конце процесса свертывания и по найденным параметрам определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.
Недостатками прототипа являются сравнительно низкие точность и чувствительность измерения и длительность измерения.
Технической задачей способа являются повышение метрологической эффективности, а именно точности измерений, и сокращение времени исследования.
Поставленная техническая задача достигается следующим образом.
В способе определения функционального состояния системы гемостаза, заключающемся в том, что проводят измерение амплитуды записи процесса свертывания крови в его начале, определяют показатели начала и конца процесса свертывания электрокоагулограммы крови и сравнивают их с одноименными показателями процесса свертывания крови в норме и при разнонаправленных отклонениях диагностируют нарушения функционального состояния системы гемостаза, в отличие от прототипа, определяют предельное напряжение по калибровочной характеристике, калибровку проводят априори для двух измеренных и известных значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения, выбранного произвольно, и связывающая эталонную и измеренную характеристики за счет нормирования измеренных значений известными, по калибровочной характеристике находят действительные значения постоянной времени и предельного напряжения крови, по которым последовательно строят калибровочную характеристику постоянной времени, эталонную характеристику и определяют показатели начала и конца процесса свертывания крови.
Сущность предлагаемого способа поясняют фиг. 1, 2.
0
0i
1. Определяют предельное напряжение крови U по калибровочной функции T(u).
эi
i
э1
э2
1
2
1
2
2. Калибровку проводят априори для двух известных эталонных U (фиг. 1 кривая 1) и измеренных U,  (фиг. 1 кривая 2) значений верхней и нижней границ адаптивного диапазона процесса гемостаза. У пациентов с известным значением амплитуды напряжения крови U, U для интервалов времени измерения t и t регистрируют измеренные значения амплитуды напряжения крови U и U.
0i
эi
i
3. Калибровочной характеристикой служит характеристика T (фиг. 2) постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения U*, выбранного произвольно, и связывающая эталонную T и измеренную T зависимости за счет нормирования измеренных значений известными
0i
i
По калибровочной характеристике T восстанавливают характеристику U, тождественную эталонной
,
эi
которая максимально приближена к эталонной кривой U:
.
эi
i
0
0
Эталонная характеристика U=U и характеристика ей тождественная U получены из экспоненциальной динамической характеристики с искомыми информативными параметрами Т, U:
0
0
где T - постоянная времени процесса гемостаза и U - предельное напряжение крови. Физический смысл информативных параметров следует из предельных соотношений:
,
0
т.е. U - предельное напряжение крови для t=0;
,
0
т.е. Т - постоянная времени.
0i
На практике один из информативных параметров исследуемой характеристики, как правило, неизвестен. В этом случае один параметр задается произвольно U*, а второй принимает вид функции T, которая компенсирует незнание первого информативного параметра. С помощью этой функции калибруется измеренная кривая.
0
0
0i
0
Задаем произвольно параметр U*=const вместо неизвестного действительного значения постоянной времени U. Для компенсации произвольности константы U* постоянную времени T превратиться в характеристику T, компенсирующую незнание предельного напряжения U.
0
0
Калибровочной функцией для известных параметров T, U служит экспоненциальная динамическая характеристика (2).
0i
0
0
эi
i
0i
Калибровочную характеристику T выразим из системы уравнений с известными параметрами Т, U характеристики U, являющейся эталонной (получено путем аппроксимации экспериментальных данных), и характеристики U, являющейся измеренной, с произвольной константой U* и характеристикой T:
Поделим одно уравнение системы на другое, чтобы выразить калибровочную характеристику:
.
эi
i
0i
В соответствии с закономерностями калибровки и t=t, следует калибровочная характеристика T, связывающая между собой эталонную и измеренную кривые:
Следовательно, калибровочной характеристикой служит функция постоянной времени, компенсирующая неопределенность предельного напряжения крови, выбранной произвольно (фиг. 2).
0i
0
0
4. По калибровочной характеристике T находят действительные значения предельного напряжения крови U и постоянной времени T, которые являются информативными параметрами, доставляющими оптимум калибровочной характеристике. Из характеристики (4) составим систему уравнений для :
Поделив одно уравнение системы (5) на другое
0
и прологарифмировав, определяют алгоритм предельного напряжения крови U:
0
Выразив U из первого и второго уравнений системы (5) и приравняв их друг другу, находят алгоритм определения постоянной времени:
0
0
0i
эi
i
эi
i
эi
5. По действительным значениям постоянной времени T и предельного напряжения крови U, последовательно строят калибровочную характеристику T постоянной времени эталонную характеристику U. Результатом калибровки служит тождественность измеряемой характеристики U эталонной U, т.е. U≡U.
0i
di
Для информативных параметров (6) и (7) строят (аппроксимируют) калибровочную характеристику T (4) (фиг. 2), по которой находят согласно (3) откалиброванную характеристику T (фиг. 1 кривая 3), тождественную эталонной искомой характеристике.
По найденным информативным параметрам определяют начало и конец процесса свертывания крови:
н
к
Полученные значения начала T и конца T процесса гемокоагуляции сравнивают по величине с одноименными параметрами процесса гемокоагуляции здоровых людей. При обнаружении разнонаправленных отклонений от нормы диагностируют нарушение функционального состояния системы гемостаза.
1
1. Докажем метрологическую эффективность предлагаемого способа относительно прототипа по методической погрешности ε (фиг. 3):
Из графика (фиг. 3) видно, что методическая погрешность прототипа больше 10%.
2
Оценим методическую погрешность ε, между эталонной 1 и откалиброванной 3 характеристиками (фиг. 1)
Из графика (фиг. 4) видно, что относительная погрешность не превышает 2,8⋅Е-6%, за счет использования калибровочной характеристики в адаптивном диапазоне с нормированными значениями на границах.
2. Оценим метрологическую эффективность по времени свертывания.
н1
к1
н
к
0
0
Время начала свертывания по эталонной характеристике (фиг. 1, кривая 1) T=170, время конца свертывания T=460 для нормированных амплитуд U=7,34 U=4,33. Найденные по алгоритмам (6) и (7) предельные параметры U=10, T=550.
Найдем действительные значения времени (фиг. 1, кривая 3) по алгоритмам (8):
н
к
Т=170,09 и Т=460,36.
Вычислим погрешность времени начала свертывания между характеристиками (3) и (1)
и конца свертывания
.
н
к
н2
к2
По характеристике (2) (фиг. 1, кривая 2) для нормированных порогов амплитуд U=7,34 U=4,33 находим время свертывания прототипа Т=225 и T=515.
Оценим погрешность времени конца свертывания между эталонной 1 и измеренной 2 характеристиками
и погрешность начала свертывания
.
к
н
Эффективность η по точности времени свертывания рассчитывают как отношение первой ко второй погрешности , из которого видно, что эффективность предлагаемого решения на четыре порядка выше прототипа, т.к. соответствуют η=6,69Е-3 и η=1,55Е-3.
Таким образом, определение действительных значений за счет нормирования измеренных значений известными по калибровочной характеристике постоянной времени, в отличие от известных решений, снижает методическую погрешность на десятки порядков, точность времени свертывания повышает на 3 порядка, а оперативность сокращает в три раза, что в итоге повышает метрологическую эффективность компьютерных анализаторов для автоматизации выявления лиц группы риска развития гемокоагуляционных осложнений.