СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ РИСКА СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ
METHOD AND DEVICE FOR EVALUATING RISK OF CARDIOVASCULAR COMPLICATIONS

Группа изобретений относится к медицинской технике и может быть использована при определении и прогнозировании состояния сердечно-сосудистой системы.
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ), связанные с атеросклерозом, - основная причина смертности взрослого населения как экономически развитых, так и развивающихся стран. Одна из причин высокой смертности от ССЗ - отсутствие эффективных мер по первичной и вторичной профилактике сердечно-сосудистых осложнений, которые обеспечивают своевременное выявление и коррекцию факторов риска.
Концепция суммарного сердечно-сосудистого риска была разработана и внедрена в широкую клиническую практику в 90-х годах прошлого века. Принятый на сегодня в практической медицине термин суммарный сердечно-сосудистый риск - означает сочетание тех или иных факторов, показывающих уровень прогнозируемого риска развития смертельных и несмертельных сердечно-сосудистых осложнений, выраженный в процентах. Это относится в полной мере и к пациентам с сахарным диабетом (СД) 2-го типа, в том числе осложненным артериальной гипертензией, поскольку как в России, так и во всем мире наблюдается неуклонный рост заболеваемости. Течение и прогноз сахарного диабета во многом определяется степенью нарушений сосудов макро- и микроциркуляции (МЦ). Эндотелий сосудистой стенки служит своего рода барьером в условиях постоянного неблагоприятного воздействия гемодинамических и метаболических нарушений при сахарном диабете. Очевидно, что своевременно проведенная диагностика позволяет выявить и определить количественно степень риска сердечно-сосудистых осложнений, назначить соответствующее лечение и контролировать его предлагаемым способом в динамике.
Существует несколько моделей оценки суммарного сердечно-сосудистого риска, такие как фрамингемская шкала, математическая модель PROCAM в виде компьютерной программы CERCA, а также европейская модель SCORE, которые предусматривают четыре категории риска.
КАТЕГОРИЯ НИЗКОГО РИСКА. К ней относятся: 1) пациенты молодого возраста без клинических проявлений ССЗ с одним умеренно выраженным фактором риска (ФР); 2) больные с отягощенным семейным анамнезом: ближайшие родственники с ранним началом ССЗ (у мужчин - <55 лет, у женщин - <65 лет).
КАТЕГОРИЯ УМЕРЕННОГО РИСКА. К ней относятся пациенты, у которых отсутствуют клинические проявления ССЗ, но существует риск развития атеросклероза сосудов вследствие наличия более двух ФР даже если при оценке по шкале SCORE 10-летний риск фатальных событий менее 5%; выраженного повышения одного из ФР - общий ХС≥8 ммоль/л (320 мг/дл), ХС ЛНП≥6 ммоль/л (240 мг/дл), АД≥180/110 мм рт.ст.
КАТЕГОРИИ ВЫСОКОГО И ОЧЕНЬ ВЫСОКОГО РИСКА. К группам высокого и очень высокого риска относятся: 1) больные с любыми клиническими проявлениями ИБС, периферического атеросклероза, атеросклероза мозговых артерий, аневризмой брюшного отдела аорты; 2) пациенты без клинических проявлений перечисленных заболеваний, но имеющие несколько ФР, при оценке которых по шкале SCORE 10-летний смертельный риск превышает 5%; 3) больные СД 1-2 типов, особенно с микроальбуминурией. Эта категория пациентов нуждается в серьезном врачебном контроле, поскольку в ближайшие несколько лет риск развития смертельных и несмертельных сердечно-сосудистых осложнений оказывается достаточно высоким.
Как видно из приведенного выше, эти методы оценки категорий риска не точны, зачастую требуют определения дополнительных факторов риска, несут сугубо качественную характеристику степени риска сердечно-сосудистых осложнений и не предусматривают их количественную оценку.
Известны способы оценки риска сердечно-сосудистых осложнений, основанные на дополнительных исследованиях. Так, в изобретении (RU 2410017 С1, Хороненко и др., 27.01.2011) индекс индивидуального риска развития периоперационных сердечно-сосудистых осложнений при внесердечных хирургических вмешательствах рассчитывают по формуле, включающей возраст пациента, наличие признаков хронической сердечной недостаточности, наличие стенокардии 2 или 3 функционального класса, несинусовый ритм сердца, наличие частой желудочковой экстрасистолии при синусовом ритме сердца. В патенте (RU 2342068 С2, ОМРОН ХЭЛТКЭА КО., ЛТД. (JP), 27.12.2008) описан электронный монитор артериального давления (АД), позволяющий выполнять количественную оценку, связанную с риском ССЗ. В соответствии с главной программой, выполняемой центральным процессором (ЦП), совокупность фрагментов данных результатов измерения, измеренных в предписанный период, извлекается из данных АД, сохраненных в памяти. Изобретение (RU 2405418 С1, Подтаев и др., 10.12.2010) касается диагностики эндотелиальной дисфункции у больных сахарным диабетом посредством холодовой пробы и термометрии ногтевой фаланги указательного пальца.
Однако описанные выше методы не учитывают параметров капилляров периваскулярных тканей, а также таких параметров макроциркуляции, как скорость распространения пульсовой волны (СРПВ) и АД, без которых заключение о сосудистом тонусе и состоянии периферических артерий будет не полным. Эти показатели и особенно эндотелиальная функция не только отражают степень релаксации гладкой мускулатуры сосуда, но и угнетение адгезии и агрегации тромбоцитов, а также и макрофагальную активность.
В способе неинвазивного определения морфологических, динамических характеристик капилляров и капиллярного кровотока (RU 2389434 С2, Гурфинкель и др., ООО Новые энергетические технологии, 20.05.2010) области исследования выбирают в результате осмотра всей периваскулярной зоны ногтевого ложа с получением комплекта кадров при поочередном подключении лучевых источников системы освещения, расположенных вокруг ложемента, при этом мониторирование динамического состояния кровотока в капиллярах реализуют при скорости не менее 100 кадр/сек.
Наиболее близким к патентуемому является способ оценки риска развития сердечно-сосудистых заболеваний, специфичных для российского населения (RU 2352258 С2, Оганов и др., 20.04.2009 - ближайший аналог первого изобретения группы). Строят регрессионную модель пропорционального риска, в которой в качестве факторов риска используют, в частности: возраст индивидуума, систолическое артериальное давление, частоту сердечных сокращений, индекс относительной массы тела, статус стенокардии напряжения и типичной для инфаркта миокарда боли, оценку электрокардиограммы в покое. Рассчитывают абсолютный риск развития сердечно-сосудистых заболеваний по оригинальной формуле.
Однако этот способ не учитывает показателей макро- и микроциркуляции, без чего представление о риске не будет полным, поскольку течение и прогноз сахарного диабета во многом определяется степенью нарушений макро- и микроциркуляции.
Изменения в системе микроциркуляции обнаруживаются уже на стадии нарушений толерантности к глюкозе и носят генерализованный характер.
Описаны устройства, которые позволяют в той или иной мере обеспечить регистрацию состояния и прогнозирование состояния сердечно-сосудистой системы по некоторым вышерассмотренным параметрам, для чего содержат ряд функциональных блоков, объединенных средствами управления и вычисления.
Параметр СРПВ, как известно, характеризует упругое напряжение сосудистых стенок, являясь одним из наиболее надежных показателей их упруговязкого состояния. Устройство для определения состояния сердечно-сосудистой системы (RU 2343826 С1, ООО "АМДТ", Гурфинкель и др., 20.01.2009) содержит компрессор, пневмоклапан стравливания, две окклюзионные манжеты, одна из которых плечевая, другая - для предплечья, датчики давления и пульсовой волны с выходными фильтрами, аналого-цифровой преобразователь и блок управления, связанный с компьютером. Манжеты выполнены с возможностью закрепления на одной руке пациента и связаны между собой через регулируемый пневмоклапан. Блок управления содержит микропроцессор, коммутатор и блок для связи с компьютером.
В патенте (RU 2373846 С1, Пегов и др., 27.11.2009) описано устройство для длительного неинвазивного мониторирования параметров микроциркуляции капилляров и спектральных характеристик крови и прилегающих тканей. Устройство содержит оптическую систему наблюдения с устройствами освещения и приемниками изображения, соединенными с электронным блоком обработки сигналов, и прикрепленный к корпусу ложемент для размещения объекта исследования таким образом, чтобы внешняя его сторона с ногтем была обращена к визуальному окну оптической системы наблюдения. Устройство также содержит не менее двух приемников изображения. В изобретении (US 6939304 В2, SCHNALL ROBERT et al., 08.09.2005) описаны способ и устройство для неинвазивного определения эндотелиальной дисфункции, для чего используется предварительное пережатие определенной части руки или ноги пациента. В ходе теста производится мониторирование пальца руки или ноги с помощью пальцевого датчика для оценки эндотелиальной активности после восстановления тока крови в руке, которая была пережата. Референсный датчик располагается на пальце другой руки, которая не подвергалась пережатию, позволяя восполнить сдвиги, присущие сосудистым руслам.
В другом изобретении (RU 2294689 С2, Валейко и др., 10.03.2007) описана адаптивная оптическая система наблюдения с устройством освещения и приемником изображения, соединенным с электронным блоком обработки сигналов, и прикрепленный к корпусу ложемент. Ложемент пальца выполнен с возможностью осуществления фиксации пальца с внешней и соответствующей ей внутренней стороны с усилием сжатия, направленным перпендикулярно продольной оси ложемента. Ось фокусировки адаптивной оптической системы наблюдения установлена с возможностью автоматического перемещения в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
В заявке (WO 9804182 (А2), GOOR DANIEL A et al., 05.02.1998) описаны способ и прибор для индикации состояния или условий, например, при ишемии миокарда или ночного апноэ, посредством определения реакции периферического артериального тонуса в ответ на изменение состояния или условий. Вокруг дистальной части пальца субъекта создается достаточная область давления, чтобы воспрепятствовать неконтролируемому венозному оттоку и частично разгрузить напряженность стенки, но не пережать полностью артерию этого дистального отдела. Аппарат включает датчик для пальца пациента в форме трубки и соприкасается с манжетой. Датчик связан с сенсором/преобразователем мониторируемых изменений артериального тонуса. В заявке (US 2006224073 (A1), LIN KANG-PING et.al., 05.10.2006) описано устройство для диагностики сердечно-сосудистых заболеваний на основании измеренных сигналов ЭКГ, где используют многократные методы обработки, чтобы получить параметры кардиограммы, сосудистый индекс жесткости (SI), сосудистый индекс отражения (RI), скорость пульсовой волны (PWV).
Наиболее близким аналогом второго изобретения группы является компьютерное устройство для определения состояния сердечно-сосудистой системы человека посредством регистрации среднего артериального давления и сосудистых параметров, включающих СПРВ, синхронизированных с QRS комплексом и ST сегментом ЭКГ (US 2006264771 (A1), LIN KANG-PING et.al., 23.11.2006 - ближайший аналог второго изобретения группы). Устройство включает окклюзионную манжету, подключенную к компрессору и электропневматическому клапану, которые управляются компьютером по сигналам от входного модуля обработки сигналов. На вход модуля подключены блок ЭКГ с двумя электродами и датчик давления. Входной модуль содержит блоки аналоговой обработки и аналого-цифрового преобразования.
К недостаткам следует отнести отсутствие при оценке состояния сердечно-сосудистой системы такого важного компонента, как микроциркуляция, и в частности, параметров капиллярного кровотока и окружающих капилляры тканей, где осуществляются наиболее значимые с точки зрения физиологии процессы газообмена и массопереноса. Кроме того, использование единственной окклюзионной манжеты снижает помехозащищенность измерений и ограничивает достоверность анализа формы сигналов.
Патентуемый способ оценки риска сердечно-сосудистых осложнений включает следующие операции:
- определение размера периваскулярной зоны, диаметров венозных и артериальных отделов капилляров методом оптической капилляроскопии эпонихия пальца руки;
- определение значений скорости распространения пульсовой волны и эндотелиальной функции на верхней конечности синхронно относительно R пика электрокардиограммы, измерение артериального давления;
- расчет индекса К риска сердечно-сосудистых осложнений по формуле:
- отнесение риска сердечно-сосудистых осложнений при значении индекса К в диапазоне 1-249 к категории низкого риска, при значении индекса К в диапазоне 250-499 - к категории умеренного риска, при значении индекса К в диапазоне 500-749 - к категории высокого риска, при значении индекса К в диапазоне 750-1000 - как очень высокого риска.
Отличие от способа - ближайшего аналога состоит в том, что используется другая расчетная формула и соответственно регистрируются другие параметры (размеры периваскулярной зоны, венозных и артериальных отделов капилляров, скорость распространения пульсовой волны и эндотелиальная функция), причем общим регистрируемым параметром является только величина АД.
Способ может характеризоваться тем, что текущее значение коэффициента R* ремоделирования капилляров определяют по формуле R=dv/da, где dv, da - диаметры венозных и артериальных отделов капилляров, мкм, соответственно.
Способ может характеризоваться и тем, что текущее значение PZ* размера периваскулярной зоны определяют как расстояние между максимально удаленной точкой периваскулярной зоны до ближайшей точки переходного отдела капилляра.
Способ может характеризоваться также тем, что СРПВ определяют на участке плечо - запястье путем регистрации датчиками давления сигналов, соответствующих временам прохождения пульсовой волны при окклюзии, с последующим осреднением и накоплением упомянутых сигналов за заданный временной интервал измерений и вычисления текущего значения PWV* для указанного участка по формуле: PWV*=L/ΔТ м/сек, где L и ΔТ-расстояние и задержка сигналов между датчиками давления, соответственно.
Способ может характеризоваться, кроме того, тем, что текущее значение показателя Е* эндотелиальной функции определяют по результатам измерения амплитуды U1, U2 сигналов датчиков давления на одном и том же участке плечо-запястье, по меньшей мере, дважды, до и после проведения пробы с пережатием плечевой артерии, предпочтительно трехминутной, осреднения и накопления сигналов за заданный временной интервал измерений и вычисления показателя по формуле Е*=Umax2/Umax1, где Umax1, Umax2 - максимальные значения амплитуд сигналов датчиков давления, до и после пробы, соответственно.
Патентуемое устройство для оценки риска сердечно-сосудистых осложнений, включает пневматические средства создания окклюзии на конечности испытуемого, содержащие окклюзионные манжеты, связанные через электропневматические клапаны с компрессором и электропневматическим клапаном плавного стравливания; датчики давления, связанные с окклюзионными манжетами;
входной блок, выполненный с возможностью приема, регулирования уровня сигналов с выхода датчиков давления, их усиления и предварительной фильтрации;
блок оптической капилляроскопии, выполненный с возможностью определения размера периваскулярной зоны, диаметров венозных и артериальных отделов капилляров эпонихия пальца руки в условиях реактивной гиперемии и в ее отсутствии;
блок регистрации электрокардиограммы, выполненный с возможностью формирования импульсного сигнала синхронизации по R зубцу электрокардиограммы;
блок амплитудно-цифрового преобразования, цифровой обработки сигналов и управления, вход которого связан с выходом упомянутого входного блока и выходом синхронизации упомянутого блока регистрации электрокардиограммы, выполненный с возможностью осреднения и накопления сигналов за заданный временной интервал измерений и определения их амплитудно-временных параметров;
блок коммутации, вход которого связан с выходом упомянутого блока амплитудно-цифрового преобразования, цифровой обработки сигналов и управления, а выход - с управляющими входами упомянутых электропневматических клапанов и компрессора;
блок связи с компьютером, входы-выходы которого связаны с блоком амплитудно-цифрового преобразования, цифровой обработки сигналов и управления, и с компьютером, а входы - с выходами блоков регистрации электрокардиограммы и оптической капилляроскопии, вход синхронизации которого соединен с выходом синхронизации упомянутого блока регистрации электрокардиограммы.
Отличие от устройства - ближайшего аналога состоит в наличии блока капилляроскопии, выполнении системы управления тремя (а не одной) манжетами, что дает возможность измерить СРПВ и показатель эндотелиальной функции в процессе одного этапа исследований. Применен иной алгоритм функционирования блока амплитудно-цифрового преобразования, цифровой обработки сигналов и управления.
Устройство может характеризоваться тем, что входной блок содержит четыре цифровых потенциометра, сигнальные входы которых являются входами блока, и пять усилителей сигналов, снабженных полосовыми фильтрами, выходы которых являются выходами блока. Выходы цифровых потенциометров соединены с входами четырех усилителей последовательно, а вход пятого усилителя соединен непосредственно с входом одного из цифровых потенциометров.
Устройство может характеризоваться и тем, что блок оптической капилляроскопии содержит ложемент для кисти верхней конечности, выполненный из теплопроводного материала, связанные с ложементом средства для подсветки зоны ногтевой пластинки пальца конечности, окклюзионная манжета на палец, средства поддержания температуры подогрева ложемента, оптический датчик на основе микроскопа с видеокамерой, микроконтроллер, связанный с видеокамерой, являющийся выходом блока оптической капилляроскопии, система трехкоординатного позиционирования ложемента относительно оптического датчика, выполненная с возможностью настройки изображения на зону ногтевой пластинки.
Устройство может характеризоваться также тем, что ложемент выполняет функцию одного из электродов блока регистрации ЭКГ.
Устройство может характеризоваться, кроме того, тем, что микроконтроллер содержит счетчик кадров изображения с присвоением кадрам порядкового номера, выполненный с возможностью обнуления счетчика сигналом синхронизации по R зубцу электрокардиограммы.
Технический результат способа состоит в повышении достоверности и объективизации оценки риска сердечно-сосудистых осложнений посредством одного этапа исследования с использованием нового показателя. Технический результат устройства состоит в обеспечении совместного измерения СРПВ и эндотелиальной функции артерий, а также состояния капилляров, включая диагностику их ремоделирования в ходе патологического процесса.
В основе настоящего изобретения лежат теоретические и экспериментальные исследования авторов, которые показали возможность объективизации оценки искомой патологии за счет учета дополнительных параметров сердечно-сосудистой системы. К ним относится изменение состояния капилляров, их ремоделирование в случае патологии, как это наблюдается уже на ранних стадиях артериальной гипертензии (см. Гурфинкель Ю.И., Макеева О.В., Острожинский В.А. Особенности микроциркуляции, эндотелиальной функции и скорости распространения пульсовой волны у пациентов с начальными стадиями артериальной гипертензии // Функциональная диагностика. 2010. №2, с.18-25). Кроме того, количественная оценка степени отечности перикапиллярных тканей также характерна для проявлений хронической сердечной недостаточности (см. Гурфинкель Ю.И., Каце Н.В., Парфенова Л.М., Иванова И.Ю., Орлов В.А. Сравнительное исследование скорости распространения пульсовой волны и эндотелиальной функции у здоровых и пациентов с сердечно-сосудистой патологией /Российский кардиологический журнал. 2009, №2, с.38-43; Гурфинкель Ю.И. Кудуткина М.И., Парфенова Л.М., Орлов В.А. Особенности микроциркуляции у больных с хронической сердечной недостаточностью на фоне лечения ингибиторами АПФ и диуретиками/ Российский кардиологический журнал. 2011, №2, с.43-48).
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на:
фиг.1 представлена блок-схема устройства;
фиг.2 - блок-схема блока капилляроскопии;
фиг.3 - результаты функционирования блока капилляроскопии: (а) выделение размера периваскулярной зоны на изображениях сосудов; (b) изображения капилляров пациента с артериальной гипертензией;
фиг.4 - блок-схема входного блока;
фиг.5 представлен алгоритм функционирования устройства;
фиг.6-9 - алгоритмы функционирования отдельных модулей в процессе измерений и вычислений искомых величин.
Устройство (см. фиг.1) содержит входной блок 10, предназначенный для приема, регулировки уровня сигналов, усиления и предварительной фильтрации входных сигналов, блок 20 капилляроскопии, блок 40 ЭКГ, блок 50 амплитудно-цифрового преобразования и цифровой обработки сигналов, блок 60 коммутации, блок 70 связи с компьютером 80. Компьютер 80 обеспечивает синхронизацию работы всех блоков, вычисление искомых параметров, а также ведение базы данных.
Пневматическая часть обеспечивает наполнение и сброс давления в окклюзионных манжетах по командам, формируемым блоком 60 коммутации. Компрессор 90 через электропневматические клапаны 91, 92, 93 наполнения и электропневматический клапан 94 стравливания связан пневмомагистралями с окклюзионными манжетами 95, 96, 97 (манжета 95 наибольшей ширины, 96 - меньшей ширины, 97 - наименьшей ширины (мини), на палец. Управляющие входы клапанов 91-94 и управляющий вход компрессора 90 подключены к управляющим выходам блока 60. В пневмомагистралях окклюзионных манжет 95, 96, 97 установлены датчики 11, 12, 13 давления, подключенные к сигнальным входам блока 10.
Блок 20 капилляроскопии предназначен для определения параметров кровотока; конструкция и структура блока рассмотрена ниже.
Блок 40 ЭКГ обеспечивает стандартными методами съем сигналов посредством электродов 41,42 и референсного электрода 43, формирование сигналов ЭКГ и передачу их по шине 44 USB в блок 70. Блок 40 также формирует импульсный сигнал синхронизации, привязанный к R зубцу ЭКГ, который по шине 45 подается на входы синхронизации блока 10 и блока 20 капилляроскопии, и по шине 14 на вход блока 50 для обозначения момента отсчета времени задержки в капиллярах относительно этого сигнала.
Блок 50 преобразует все входные аналоговые сигналы в код, осуществляет цифровую обработку сигналов, выполняет вычисление необходимых параметров, управление через блок 70 всеми процессами измерения по командам компьютера 80.
Блок 60 коммутации осуществляет подачу рабочего напряжения на компрессор 90 и клапаны 91-93, обеспечивающие накачку манжет 95, 96, 97 в соответствии с командами управления блока 50. Кроме того, блок 60 выполняет преобразование сигналов широтно-импульсной модуляция (ШИМ), поступающих из блока 50, в постоянное напряжение питания для клапана 94, обеспечивающего плавное стравливание воздуха из манжет.
Блок 70 связи с компьютером объединяет информационные потоки из блоков 20, 40, 60 и обеспечивает двухстороннюю связь с компьютером 80.
Блок-схема блока 20 капилляроскопии показана на фиг.2. Назначение блока 20 капилляроскопии: совместно с программным обеспечением компьютера 80 - определение размера PZ периваскулярной зоны и вычисление коэффициента R ремоделирования капилляров на основе измеренных величин. Кроме того, по результатам анализа сигналов в блоке 20 вычисляются значения СРПВ и параметры эндотелиальной функции.
Блок 20 включает оптический датчик 21 на основе микроскопа 22 с видеокамерой 23. Ложемент 24 для кисти выполнен из теплопроводного материала, имеет светодиодные средства 25 для «холодной» подсветки зоны ногтевой пластинки 26 (эпонихия) пальца и средства 27 поддержания температуры подогрева ложемента 24, например, с использованием элемента Пельтье. Конструктивное выполнение может быть аналогично капилляроскопу, описанному в вышеуказанном патенте RU 2294689.
Оптическая система микроскопа 22 имеет две степени увеличения: х150 и х300-400. Цифровая видеокамера 23 должна обеспечивать возможность оценки скорости кровотока в диапазоне от 0 до 4000 мкм/с. Для точной настройки на зону ногтевой пластинки 26 использована система 28 трехкоординатного позиционирования, которая может размещаться под ложем для ладони. Ложемент 24 для кисти одновременно может являться одним из электродов 41(42) для съема ЭКГ сигнала.
Цифровая видеокамера 23 содержит микроконтроллер 231, обеспечивающий съем сигналов с ПЗС матрицы видеокамеры, передачу через блок 70 в компьютер 80. Дополнительная функция микроконтроллера 231: программным путем введен счетчик 232 кадров, который обнуляется при поступлении импульса от блока 40 по шине 45. Кадры изображения сопровождаются номером, присваиваемым этим счетчиком 232. Это необходимо для последующей оценки в компьютере задержки кадров изображения относительно импульса из блока 40, что позволяет вычислить СРПВ на выбранном участке. Программа компьютера оценивает скорость кровотока в выбранном оператором капилляре, определяет номер кадра N, соответствующий максимуму этой скорости. Учитывая период кадров видеокамеры и номер кадра N, вычисляется задержка сигналов в капилляре относительно синхроимпульса из блока 40 ЭКГ.
На фиг.3 представлены фрагменты типичных изображений, полученных с использованием описанного блока 2 капилляроскопии. На фиг.3,а показано определяемое расстояние PZ в мкм, между максимально удаленной точкой периваскулярной зоны до ближайшей точки переходного отдела капилляра. На фиг.3,b видны узкие артериальные отделы капилляров и относительно широкие венозные отделы капилляров, диаметры которых определяются. Распознавание изображений и выделение информативных признаков проводится по известным морфометрическим методикам. При этом диаметры отделов капилляров измеряются как минимум в трех точках для каждого отдела, а затем усредняются. Стрелками показаны примерные точки измерения диаметров dv венозных (сплошные линии) и da артериальных (пунктирные линии) отделов капилляров, в мкм, которые используются при последующем расчете величины R ремоделирования капилляров по формуле R=dv/da.
На фиг.4 показана блок-схема входного блока 10, который выполняет следующие функции: (1) - регулирование уровня сигналов от датчиков 11-13 давления под управлением сигналов управления от блока 50, инициируемых программой компьютера 80; (2) - усиление сигналов и их предварительную фильтрацию.
Блок 10 содержит линейку из четырех цифровых потенциометров ЦП 101-104, связанных по шине 14 управления с блоком 50 и пяти усилителей (УФ) 105-109 сигналов, снабженных полосовыми фильтрами, предназначенными для подавления помех. Сигнал с выхода датчика 11 давления проходит по двум цепям: с регулятором уровня (цепь элементов 103 и 108) и непосредственно - на вход усилителя 107. Выходы всех усилителей 105-109 подключены к входам блока 50 амплитудно-цифрового преобразования и цифровой обработки сигналов.
В соответствии с патентуемым способом, оценку риска проводят по формуле
<mrow><mi>К</mi><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>P</mi><mi>Z</mi><mo>+</mo><mi>R</mi><mo>+</mo><mi>P</mi><mi>W</mi><mi>V</mi><mo>+</mo><mi>E</mi><mo>+</mo><mi>B</mi><mi>R</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>⋅</mo><mn>100</mn><mtext>                                              (1)</mtext></mrow>
,
где PZ=(PZ*-PZm)/PZσ; где PZ*, PZm, PZσ - текущее значение (в мкм), среднее и стандартное отклонение размера периваскулярной зоны, соответственно;
R=(R*-Rm)/Rσ, где R*, Rm, Rσ - текущее значение, среднее и стандартное отклонение коэффициента ремоделирования, соответственно, равное отношению (в мкм) диаметров dv венозных отделов капилляров к их артериальным отделам da;
PWV=(PWV*-PWVm)/PWVσ, где PWV*, PWVm, PWVσ - текущее значение (в м/сек), среднее и стандартное отклонение скорости распространения пульсовой волны,
соответственно;
Е=(Ем-Е*)/Еσ, где Е*, Ем, Еσ - текущее значение, среднее и стандартное отклонение эндотелиальной функции, соответственно;
BP=(ВР*-ВРм)/ВРσ, где BP*, ВРм, ВРσ - текущее значение (в мм рт.ст.), среднее и стандартное отклонение величины среднего артериального давления, которое вычисляется как полусумма систолического и диастолического давления.
Среднее значение и стандартное отклонение всех входящих в формулу параметров определены в процессе экспериментальных исследований на группе здоровых пациентов и далее используются как константы.
Устройство предназначено для определения величин, входящих в формулу (1), и вычисления конечного искомого показателя К риска.
Устройство функционирует следующим образом.
Перед началом работы манжеты 95-97, электроды 41-43 размещают на теле пациента предпочтительно в соответствии с нижеследующей схемой.
Наименование блока, в составе которого функционируют элементы
№ позиции элемента
Место размещения (или наведения) на теле пациента
Компрессор 90,
Манжета 95 (большей ширины)
Плечо левой руки
клапаны 91-93
Манжета 96 (меньшей ширины)
Запястье левой руки
Манжета 97 (мини)
Фаланга 4-го пальца левой руки
Блок 2 капилляроскопии
ложемент 24/ микроскоп 22
Эпонихий 4-го пальца левой руки
Блок 4 ЭКГ
Электрод 41
Запястье левой руки
Электрод 42
Запястье правой руки/лодыжка
Электрод 43
Лодыжка
После включения устройства на монитор компьютера 80 выводится изображение сигналов ЭКГ из блока 40. Далее настраивают изображение в блоке 20 капилляроскопии. Все измерения осуществляются под управлением компьютера 80, программа которого реагирует на команды оператора. Перед проведением измерений данные о пациенте заносят в базу данных компьютера. Измеряют и заносят в базу данных также используемые при последующих расчетах расстояния между центрами манжет 15, 16, 17, а также расстояния от сердца до манжет.
Алгоритм функционирования устройства в целом представлен на фиг.5. Устройство предусматривает ввод данных о пациенте, выбор режима измерений, обеспечение функционирования измерительных модулей (I-IV) и модуля V вычисления К риска.
Измерение значения PWV (скорости распространения пульсовой волны) (Модуль I, фиг.6). Измерение может проводиться на участках плечо - запястье, а также сердце - капилляры пальца и определяется местом размещения манжет 95-97 и соответствующих датчиков 11-13 давления.
При инициировании режима измерения СРПВ (фиг.6) с помощью клавиатуры компьютера 80 и регуляторов на оконном интерфейсе программы задают параметры -уровень накачки манжет 95-97 и длительность измерений (п.I-01). Далее запускают режим измерения СРПВ с помощью кнопки Старт (п.I-02) программы. При этом открываются клапаны 91-93, клапан 94 плавного стравливания - закрыт. Накачиваются все манжеты 15-17 до заданного уровня (п.I-03) и все клапаны (91, 92, 93) закрываются. Далее осуществляется (п.I-04) собственно процесс измерения: программа вычисляет амплитуды поступающих из датчиков 11, 12, 13 давления сигналов и, регулируя затухание в цифровых потенциометрах 102, 103 и 104 блока 10, устанавливает номинальный уровень сигналов и производит отображение сигналов на экранный интерфейс компьютера 80.
После этого, в течение заданной оператором длительности (см. п.I-01) определяется время прихода сигналов, вычисляются относительные задержки сигналов в описанных ранее парах сигналов: плечо - запястье, сердце - капилляры пальца, и проводится фиксация результатов. Полученные результаты запоминаются (п.I-05).
По истечении заданной оператором длительности накопления сигналов с датчиков 11-13 все клапаны (91, 92, 93) открываются и производится сброс давления из манжет (п.I-07). Полученные значения задержки между сигналами усредняются, вычисляются значения СРПВ (PWV) для разных участков по формуле: PWV=L/ЛТ, где L - расстояние, ДТ - задержка сигналов, соответственно, между соответствующей парой датчиков, состоящей из датчиков 11-13, и ЭКГ (R-зубец ЭКГ соотносится известным образом с фазой раскрытия полулунных клапанов сердца) (п.1-07). Зафиксированные данные и величины PWV передаются для вычисления показателя К в модуль V.
Для измерения СРПВ с помощью блока 20 капилляроскопии программа компьютера оценивает скорость кровотока в выбранном оператором капилляре, определяет номер кадра N, соответствующий максимуму этой скорости. Учитывая период кадров видеокамеры и номер кадра N вычисляется задержка сигналов в капилляре относительно синхроимпульса из блока 40 ЭКГ. Это необходимо для последующей оценки в компьютере задержки кадров изображения относительно импульса из блока 40, что позволяет вычислить СРПВ на выбранном участке.
Определение значения Е эндотелиальной функции (ЭФ) (Модуль II, фиг.7).
ЭФ может измеряться на трех участках: плечо - запястье, запястье - фаланга пальца, фаланга пальца - капилляры, однако для практических целей достаточно показателя Е, полученного для участка плечо - запястье. На шаге (п.II-01) вводят параметры: уровень накачки манжет 95, 96 или 97 для выбранного участка (например, на плече или на пальце) для режима измерения СРПВ и для пережатия, длительность измерений. Подают команды на клапаны: 91, 92, 93 - открыты, 94 - закрыт (п.II-02). Далее запускают режим измерения ЭФ с помощью кнопки Старт (п.II-03) программы. Производится накачка манжет (п.II-04).
Включается режим измерения СРПВ. Устройство производит измерение задержек и амплитуды U1 сигналов с датчиков давления, отображение графиков сигналов, автоматическое регулирование уровней сигналов (п.II-05). Проводится фиксация данных (п.II-06) на время измерения СРПВ. По результатам измерений проводится расчет задержки и амплитуды Umax1 (п.II-07), затем сброс давления (п.II-08).
Открывается клапан, подключенный к выбранной манжете (например, манжета 95, клапан 93), остальные клапаны (91,92) закрываются (п.II-09). Выбранная манжета накачивается до заданного уровня пережатия кровотока (п.II-10). Закрываются все клапаны (п.II-11). Программа выдерживает заданное время пережатия - достаточно трех минут, периодически подкачивая манжету до заданного уровня (п.II-12), компенсируя травление в пневмосистеме, если это необходимо. Проводится отображение всех графиков сигналов на экране компьютера (п.II-13) и фиксация данных (п.II-14). Затем открываются все клапаны, давление в выбранной манжете спадает почти до нуля, далее выдерживается некоторая пауза, заданная для этого состояния.
Повторно включается режим измерения СРПВ - производится измерение амплитуды сигналов U2 с датчиков давления и расчет максимального значения амплитуды Umax2 (п.II-15). При повторном измерении алгоритмы подстройки амплитуды сигнала не реализуются. Далее производится сброс давления (п.II-16) и вычисление показателя Е как отношения измеренных сигналов в результате пережатия кровотока и без него по формуле Е=Umax2/Umax1 (п.II-17).
Изображение из видеокамеры 23, сигналы датчиков 11-13 и все результаты измерений отображаются на экране монитора компьютера. Полученные данные заносятся в базу данных.
Измерение показателя артериального давления (BP). Измерения проводятся в блоке 10 с помощью плечевой манжеты 95 и датчика 11 давления. Включают режим измерения АД, осуществляют ввод параметров (п.III-01) задают уровень накачки манжеты для режима измерения АД, время измерений, формируют команды на клапаны (п.III-02). Запускают режим измерения АД с помощью кнопки Старт (п.III-03) программы.
Программа компьютера реализует следующий алгоритм. Открывается клапан 93, подключенный к манжете 95, остальные клапаны перекрываются. Манжета 95 накачивается до заданного уровня (п.III-04). Закрываются все клапаны. Производится отображение графиков (п.III-05). Открывается клапан 94 плавного стравливания. Блок 60 управляет клапаном 94 таким образом, чтобы обеспечивалось линейное снижение давления в манжете 95 с заданной скоростью (п.III-06). Одновременно в компьютере фиксируются сигналы пульсаций из датчика 11 давления, подключенного к манжете 95 (п.III-07). По окончании стравливания запомненные сигналы (п.III-08) анализируются программой компьютера по алгоритмам, принятым для осциллометрического метода измерения АД (см., например, RU 2343826). Затем осуществляется сброс давления (п.III-9). Вычисляются параметры АД: систолическое, диастолическое давление. Измерение производится 3 раза с заданным интервалом. Изображение сигналов с датчика 11 и все результаты измерений отображаются на мониторе (п.III-10) и заносятся в базу данных.
Вычисление искомого индекса К риска сердечно-сосудистых осложнений осуществляется в компьютере 80 на основании полученных текущих значений параметров по вышеуказанной формуле (1): К=(PZ+R+PWV+Е+BP)·100. Среднее значение и стандартное отклонение всех параметров определены в процессе экспериментальных исследований на группе здоровых пациентов и далее используются как константы.
Численные значения индекса К лежат в диапазоне от 1 до 1000.
Экспериментальное обоснование. Возможность достижения технического результата - повышение достоверности оценки риска сердечно-сосудистых осложнений подтверждается результатами апробирования способа для пациентов с сахарным диабетом 2-го типа и пациентов с сахарным диабетом 2-го типа, осложненным артериальной гипертензией.
Измерения проведены на группах здоровых добровольцев (от 40 лет и выше, средний возраст 51,6±6,1; n=45), на пациентах с сахарным диабетом 2-го типа (средний возраст 48,9±9,6; n=32) и на пациентах с сахарным диабетом 2-го типа, осложненным артериальной гипертензией (средний возраст 47,4±14,7 n=29). Численные значения сведены в Таблицу.
Группы больных сопоставимы по возрасту с группой здоровых добровольцев.
Результаты численной оценки по формуле (1) дают следующие результаты:
1
K=(110,5-102,2):12,2+(1,53-1,3):0,1+(9,0-7,8):1,0+(73,4-57,9):34,5+ +(94,7-91,3):9,5=4,99·100=499.
2
K=(115,3-102,2):12,2+(1,60-1,35):0,1+(9,2-7,8):1,0+(73,4-40,5):34,5+ +(103,5-91,3):9,5=7,2·100=720.
В результате нижеприведенных клинических исследований определены критерии риска сердечно-сосудистых осложнений для пациентов с сахарным диабетом 2-го типа и пациентов с сахарным диабетом 2-го типа, осложненным артериальной гипертензией.
Установлено, что при значении индекса К в диапазоне от 1 до 249 оценивают риск сердечно-сосудистых осложнений как низкий, в диапазоне от 250 до 499 - как средний риск, от 500-749 - как высокий риск, а при значениях индекса 750-1000 - как очень высокий.
Важно отметить, что в отличие от существующих методов оценки риска сердечно-сосудистых осложнений, основанных на анамнестических, инструментальных и лабораторных данных, патентуемый способ в процессе одного этапа исследований позволяет количественно оценить сложившуюся к моменту исследования степень нарушений функционального состояния всей сердечно-сосудистой системы, начиная от состояния миокарда, магистральных артерий и заканчивая мельчайшими сосудами, к которым относятся капилляры и посредством которых осуществляется обмен между тканями и кровью.
Из данных комплексного исследования для оценки риска сердечно-сосудистых осложнений отбираются только наиболее значимые показатели, которые по существующим в современной медицине представлениям в наибольшей мере отражают наличие патологических изменений и соответственно степень риска сердечно-сосудистых осложнений.
Таким образом, патентуемые способ и устройство позволяют по новому критерию - индексу риска количественно оценить степень риска сердечно-сосудистых осложнений, что дает возможность при повторных обращениях пациента, проведя исследование, оценить эффективность назначенного лечения.
Таблица
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ НА ГРУППАХ ЗДОРОВЫХ ДОБРОВОЛЬЦЕВ И ПАЦИЕНТОВ С САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ
Испытуемые
M, σ
Регистрируемые величины
Характерис-тика
Средний возраст
PZ
R
PWV
Е
BPs
BPd
BPamv
Здоровые добровольцы (от 40 лет и выше)
51,6±6,1 (n=45)
м
102,2
1,3
7,8
73,4
113,0
69,5
91,3
σ
12,2
0,1
1,0
34,5
11,2
7,7
9,5
Пациенты с сахарным диабетом 2-го типа
48,9±9,6 (n=32)
М
110,5
1,53
9,0
57,9
115,3
74,0
94,7
σ
3,7
0,2
1,3
35,2
9,1
7,8
8,5
Пациенты с сахарным диабетом 2-го  типа+артериальная гипертензия
47,4±14,7 (n=29)
М
115,3
1,60
9,2
40,5
129,9
77,0
103,5
σ
4,0
0,3
2,0
0,22
25,7
15,8
20,8