СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДАРНОГО ОБЪЕМА СЕРДЦА
METHOD FOR DETERMINING STROKE VOLUME

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в различных ее отраслях, таких, например, как кардиология, кардиохирургия, функциональная диагностика.
Известен способ определения ударного объема сердца [Stringer W.W., Hansen J.E., Wasserman К. Cardiac output estimated noninvasivelly from oxygen uptake during exercise // J. Appl. Physiol. 1997. - V.82. - №3. - PP.908-912], заключающийся в измерении потребления кислорода организмом в течение одной минуты, измерении содержания связанного кислорода в литре артериальной и литре смешанной венозной крови, вычислении артериовенозной разности по кислороду, делении величины потребленного кислорода за одну минуту на артериовенозную разность по кислороду, а полученную величину минутного объема кровообращения делят на частоту сердечных сокращений и получают усредненную величину ударного объема сердца при условии, что были посчитаны все сердечные сокращения в течение минуты, когда измерялось потребления кислорода организмом.
Это классический принцип измерения A. Fick, известный с 1870 г. Он безупречен по замыслу, но имеет существенный недостаток, не преодоленный до нашего времени, - это необходимость отбирать образцы артериальной и смешанной венозной крови для определения в них количества связанного газообразного кислорода или углекислого газа.
Известен способ определения ударного объема сердца [Kubicek W.G. Impedance pletysmography. United States Patent Office. Patent N 3340867, September 12, 1976], заключающийся в регистрации реограммы четырехэлектродным способом и графической экстраполяции для получения электрического эквивалента ударного объема сердца. Для этого один из двух токовых электродов размещают на лбу, а другой - на голени пациента, один из двух измерительных электродов - на шее, а второй - на грудной клетке на уровне мечевидного отростка. Измеряют расстояние (L) между измерительными электродами, регистрируют реограмму (РГ), дифференциальную РГ (ДРГ), фонокардиограмму (ФКГ) с одновременным определением базового сопротивления (Z). По кривой РГ измеряют максимальную скорость нарастания реографического сигнала () по ФКГ - интервал времени между первым и вторым тонами сердца (Т). Расчет ударного объема сердца (Q) осуществляют по градуировочной характеристике
,
где р - удельное электрическое сопротивление тканей.
Однако способ имеет малую точность определения ударного объема сердца, так как коэффициент корреляции этого способа с эталонным способом Фика составляет всего 0,31 у женщин и 0,32 у мужчин.
d
1
За прототип принят способ определения ударного объема сердца [см. Патент №2134059 (РФ), А61В 5/04, 1996], заключающийся в том, что два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела. Так, один из токовых электродов - на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. Регистрируют РГ, ДРГ с одновременным определением базового сопротивления (Z в Ом), затем определяют амплитуду РГ комплекса (ΔZ в Ом), местоположение точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка, а также размеры площадей между изолинией и кривой РГ слева (S в Ом·мс) и справа (S в Ом·мс) от найденной точки, массу тела (m в кг) и гемоглобин крови (Нb в г/л), после чего производят вычисление ударного объема сердца (Q в мл) по градуировочной характеристике
Недостатком прототипа является низкая точность из-за статистического и линейного характера градуировочной характеристики, а также большого количества измеряемых величин, которые вносят дополнительную инструментальную погрешность.
Технической задачей является повышение точности определения ударного объема сердца на адаптивном диапазоне, априори регламентируемым нормируемыми значениями гемоглобина двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца.
Техническая задача достигается тем, что в способе определения ударного объема сердца накладывают два токовых и два измерительных электрода на определенные участки тела, регистрируют реограмму (РГ) и дифференциальную РГ (ДРГ), определяют площади между изолинией и кривой РГ слева (Sl) и справа (Sd) от точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка сердца, измеряют гемоглобин крови (Нb), в отличие от прототипа, ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике (Q) отношения площадей между изолинией и кривой реограммы с функцией V(Hb) нормированного объема от гемоглобина крови
0
0
2. В способе по п.1, в отличие от прототипа, функцию нормированного объема калибруют априори на нижней и верхней границах адаптивного диапазона, с различной калибровкой для мужчин и для женщин, по двум измеренным значениям гемоглобина у двух пациентов с известным значением ударного объема сердца, по ним регистрируют предельный гемоглобин Нb и предельный ударный объем сердца V, которые служат для определения ударного объема сердца по калибровочной характеристике.
За эталон принимается метод Фика.
Предлагаемый способ включает 2 этапа.
1) Определение ударного объема сердца по отношению площадей между изолинией и кривой РГ.
2) Калибровка по эталонным значениям гемоглобина для определения действительных значений ударного объема сердца.
1. Для определения ударного объема сердца регистрируют РГ и ДРГ следующим образом: два токовых и два измерительных электрода накладывают на определенные участки тела, причем один из токовых электродов - на правое предплечье, а второй - в области левого плечевого сустава, один из измерительных электродов - на правый плечевой сустав, а второй - в области шестого межреберья слева по передней подмышечной линии. ДРГ регистрируют для облегчения поиска точки РГ, соответствующей окончанию систолы и началу диастолы левого желудочка: на РГ проецируют ДРГ в точке начала ее отрицательной фазы. Ударный объем сердца определяют по калибровочной характеристике
по отношению площадей между изолинией и кривой реограммы  и функции нормированного объема от гемоглобина крови V(Hb).
2. Функция нормированного объема имеет следующий вид
0
где V - предельное значение ударного объема сердца;
0
Нb - предельное значение гемоглобина.
0
0
Параметры V и Нb однозначно эксперименту определяют калибровочную характеристику, поэтому их принимают за информативные параметры.
1
2
1
2
При калибровке измеряют значения гемоглобина в нижней Нb и в верхней Нb границах нормируемого диапазона измерений ударного объема сердца у пациентов с известными значениями нормированного ударного объема сердца V и V (см. фиг.1). Информативные параметры находят по функции (1) из системы двух уравнений для первого и второго измерения:
Делят первое уравнение системы на второе
и приводят его к виду, удобному для логарифмирования:
0
Логарифмируют обе части полученного уравнения и выражают информативный параметр Нb:
0
Составляют систему уравнений из инверсной функции (1) для расчета параметра V:
Делят второе уравнение системы на первое
Учитывая, что
,
где - коэффициент кратности ударного объема сердца конечной и начальной точки диапазона,
находят алгоритм регистрации предельного значения ударного объема сердца
В результате вычислений получаем следующие значения информативных параметров для мужчин (см. фиг.1а)
0
0
V=153,489, Hb=-176,65,
и для женщин (см. фиг.1б)
0
0
V=8,514, Hb=170,96.
0
0
Полученные параметры V и Нb однозначно определяют характеристику эксперимента по зависимости (1), поэтому их принимают за информативные параметры и строят графики функции нормированного объема от гемоглобина крови V(Hb), различные для мужчин и для женщин (фиг.1).
Анализируя графики, представленные на фиг.1 легко заметить, что построенные калибровочные кривые для мужчин и для женщин имеют разный угол наклона и кривизну. Этим объясняется необходимость разделения пациентов по половому признаку.
э
Покажем адекватность функции нормированного объема от гемоглобина крови V (фиг.1, 2) экспериментальным зависимостям V (фиг.1,1), отражающим физику процесса.
Относительное отклонение от эксперимента вычисляется по формуле
для которых относительное отклонение в среднем не превышает 2%, что доказывает адекватность предлагаемого способа калибровки относительно эксперимента.
Для оценки эффективности калибровки определяют относительное отклонение рассчитанных величин ударного объема крови от эталонных величин, определенных по методу Фика. Результаты оценки сведены в таблицу 1.
Таблица 1
№ п/п
Пол
Величина ударного объема крови
Погрешность способа-прототипа
Погрешность предлагаемогоспособа
Метод Фика (эталон)
Способ-прототип
Предлагаемый способ
1
м
85,96
93,778
80,001
9,158
6,878
2
м
90,96
74,559
90,96
18,031
2,863·10<sup>-4</sup>
3
м
72,6
68,538
73,536
5,595
1,289
4
м
76,2
70,716
76,2
7,197
6,292·10<sup>-4</sup>
5
м
79,01
87,507
74,716
10,754
5,435
6
ж
60,4
63,167
60,588
4,581
0,311
7
ж
60,98
62,53
61,445
2,542
0,763
8
ж
64,94
65,702
64,94
1,173
7,22·10<sup>-4</sup>
9
ж
102,48
98,978
102,481
3,417
8,135·10<sup>-4</sup>
10
ж
69,3
80,56
65,081
16,248
6,089
На фиг.2 представлены графики зависимости рассчитанных значений ударного объема сердца по предлагаемому способу (фиг.2, 1), по способу-прототипу (фиг.2, 2) и по методу Фика (фиг.2, 3) для i-го пациента.
1
2
Из таблицы 1 видно, что предлагаемый способ повышает точность определения ударного объема сердца более чем в 3 раза по сравнению с прототипом, что следует из относительной оценки η средних погрешностей прототипа ε и предлагаемого способа ε
Таким образом, определение действительного значения ударного объема сердца по калибровочной характеристике отношения площадей реограммы с функцией нормированного объема дифференцированного для мужчин и женщин по информативным параметрам, в отличие от известных решений, повышает точность более чем в 3 раза на адаптивном диапазоне, априори регламентируемом нормируемыми значениями гемоглобина двух пациентов с известными значениями ударного объема сердца.