Способ количественной оценки активности акупунктурных каналов, система и модуль для его осуществления
METHOD FOR QUANTITATIVE ASSESSMENT OF ACUPUNCTURE CHANNEL ACTIVITY, SYSTEM AND MODULE FOR ITS IMPLEMENTATION

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к медицине, в частности, к акупунктурной диагностике и позволяет отслеживать состояние акупунктурных каналов, в том числе, в режиме постоянного мониторинга через анализ фазовых и спектральных составляющих пульсовой волны.
В современной рефлексотерапии для мониторинга состояния организма широко используют термодиагностический тест Акабане, который признан современной наукой и основан на тепловом воздействии на симметричные концевые AT (акупунктурные точки) входа/выхода основных каналов (меридианов), с целью измерения их порогов температурной болевой чувствительности и дальнейшей оценке полученных данных (Портнов Ф.Г. Электропунктурная рефлексотерапия. - Рига.: Зинанте, 1998. - С. 103. Мужиков В.Г. Теория и практика термопунктурной канальной диагностики и лечения. - СПб.: ООО «Петровский фонд», 2000. - С. 27-37).
Однако проведение теста Акабане требует специальных знаний, продолжительно по времени и связано с болевыми ощущениями при оценке порогов температурной болевой чувствительности.
Известно, что с древности в Китае целители определяли активность АК (акупунктурных каналов), а через них и состояние человека посредством «пульсовой диагностики». Для этого на обоих руках пациента на запястье в области радиальной артерии устанавливались по 3 пальца целителя и оценивались ритмика и напряженность пульсовой волны. На основании этого строилась оценка активности основных 12 каналов и через них проводилась общая диагностика состояния организма. Однако, этот метод субъективен и требует многолетнего обучения и практики, что доступно не каждому.
Предметом предлагаемого изобретения является способ для количественной оценки активности АК через оценку фазовых и спектральных показателей пульсовой волны и ЭКГ.
Другим объектом предлагаемого изобретения является прибор, позволяющий проводить такую оценку.
Уровень техники.
Известен « Способ компьютерной экспресс-диагностики состояния организма человека по канону тибетской медицины» (патент РФ 2264161, дата начала отсчета срока действия патента: 08.09.2003, опубликовано: 20.11.2005, Бюл. №32).
В известном патенте анамнез состояния внутренних органов пациента вводят в компьютер с учетом канона тибетской медицины по состоянию трех начал, трактуемых как "ветер", "желчь" и "слизь". В процессе обработки каждой группы характеристик выбирают наибольший балл, кодируют по трехбалльной системе. Осуществляют исследование пульса в шести точках лучевой артерии: левый "цон", "кан", "чаг" и правый "цон", "кан", "чаг". Вычисляют значение коэффициента пульсового сигнала в условных единицах, сравнивают полученные данные анамнеза с учетом трех начал с полученным значением коэффициента пульсового сигнала в обследуемых точках. По полученным данным судят о состоянии организма пациента. Способ сокращает время обследования.
Однако, для реализации известного способа оператору нужно оценивать анамнестические данные при каждом исследовании в баллах, что не позволяет оценивать активность АК с помощью индивидуального устройства.
В настоящее время регистрация и обработка биосигналов пульсовой волны находит широкое применение в системах кардиологической диагностики для мониторинга частоты сердечных сокращений и гемодинамических процессов в артериальном русле человека. Одним из наиболее эффективных методов регистрации пульсовой волны является плетизмография (ПТГ). Эволюционным развитием метода фотоплетизмографии является акселерационная плетизмография (АПГ), позволяющая помимо измерения частоты сердечных сокращений, оценивать фазовые характеристики пульсовой волны с расчетом таких общепринятых их характеристик как SDNN, DEI, TP, Etc, EEI, DDI), на основе оценки амплитуд и продолжительности отдельных волн, а также и их соотношений. Кроме того оценивается спектральные составляющие вариабельности сердечного ритма с расчетом спектров LF, HF, VLF и их соотношений [12]
Известен «Способ пульсовой диагностики сердечной деятельности», патент РФ №2296501, дата начала отсчета срока действия патента: 09.03.2005, опубликовано: 10.04.2007 Бюл. №10.
Изобретение относится к медицине и может быть использовано главным образом для получения экспресс-информации о состоянии сердечной деятельности. Способ заключается в выполнении следующих операций: 1) приложение к лучевой артерии датчика преобразования пульса, 2) преобразование пульса в электрический импульс, 3) подача импульса в автокоррелятор с оценкой времени автокорреляции импульса, 4) определение амплитудно-временных характеристик пульсовой волны, 5) разложение импульса на гармонические составляющие с определением значений амплитуд каждой гармонической составляющей, 6) разложение импульса на гармонические составляющие с определением значений фазы каждой гармонической составляющей, 7) вычисление отношений амплитуды первой гармонической составляющей импульса к отдельным амплитудам гармонических составляющих, 8) определение отношения числа положительных фаз гармонических составляющих к числу отрицательных фаз гармонических составляющих, 9) установление соответствия состояния сердечной деятельности по измеренной величине линии задержки в автокорреляторе, 10) установление соответствия состояния сердечной деятельности по параметрам амплитудно-временных характеристик пульсовой волны, 11) установление соответствия состояния сердечной деятельности по результатам вычисления отношений амплитуды первой гармонической составляющей импульса к отдельным амплитудам гармонических составляющих, 12) установление соответствия состояния сердечной деятельности по вычислению отношения числа положительных фаз гармонических составляющих к числу отрицательных фаз гармонических составляющих, 13) установление соответствия состояния сердечной деятельности по совместному сочетанию величин времени автокорреляции импульса, отношению амплитуды первой гармонической составляющей импульса к отдельным амплитудам гармонических составляющих, отношению числа положительных фаз гармонических составляющих к числу отрицательных фаз гармонических составляющих. Изобретение позволяет расширить область применения способа пульсовой диагностики, однако оно не предназначено для оценки активности АС и его сложно реализовать для индивидуальной оценки АК в виде носимого удобного устройства.
Известно устройство для акселерационной фотоплетизмографии по патенту РФ №168518, дата начала отсчета срока действия патента: 13.04.2016, публиковано: 07.02.2017, Бюл. №4.
Известное устройство содержит генератор импульсов, источник света, фотоприемник, преобразователь ток/напряжение, усилитель переменного напряжения, синхронный детектор, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, блок двойного дифференцирования, детектор максимума, детектор минимума, блок деления. Устройство позволяет определить показатель функционального состояния артериальных сосудов человека и осуществлять неинвазивную оценку показателя эластичности артериальных сосудов на основе вычисления отношения амплитуды первого минимума сигнала акселерационной фотоплетизмограммы к амплитуде первого максимума сигнала акселерационной фотоплетизмограммы.
Недостатком устройства по патенту РФ168518, является то, что оно предназначено только для определения показателя функционального состояния артериальных сосудов человека и осуществлять общую неинвазивную оценку состояния организма оно не может.
Известно устройство для рефлекторной коррекции функциональных нарушений организма, патент РФ №86870, дата начала отсчета срока действия патента: 28.05.2009, опубликовано: 20.09.2009, Бюл. №26, взятое в качестве прототипа, которое реализует тест Акабане и предназначено для мониторинга и коррекции функционального состояния организма человека на основе измерения порогов температурной болевой чувствительности (ПЧ) акупунктурных точек (AT) входа/выхода основных каналов. Устройство содержит модуль 1 диагностики и лечения, блок 2 управления и связи и сервер 3, связанные двунаправленными каналами связи 12 и 13. Модуль 1 выполнен в виде ручки 32 с автономным блоком питания 10 и блоком приема/передачи 11. Модуль 1 снабжен элементом теплового воздействия на AT в виде ИК светодиода 4, подключенного к управляемому генератору тока 6, индикатором 5 излучения, выключателем 7 старт/стоп, блоком 8 ввода/вывода и микроконтроллером 9. В качестве блока 2 управления и связи используют мобильный телефон или компьютер пациента с возложением на него функций по приему/передаче данных, отображению данных и управлению модулем 1, путем ввода резидентной программы. Ручка 32 служит как периферический датчик состояния и устройство воздействия с низкой ценой для пациента, а вся обработка адресной индивидуальной информации каждого пациента возложена на сервер 3.
Однако проведение теста Акабане требует специальных знаний, сложно в исполнении и продолжительно по времени, а также связано с болевыми ощущениями при оценке порогов температурной болевой чувствительности, что ограничивает его применение не специалистами в этой области.
Авторами было установлено [1], что показатели активности АК по тесту Акабане имеют высокую корреляцию с различными электрофизиологическими параметрами (ТВ-точка Венкенбаха Wenkenbach point (Wp), АРП-абсолютный и эффективный рефрактерный период effective refractory period (AVcERP), время восстановления функции синусового узла-абсолютное и коррегированное time necessary for sinus node function recovery (TSKFR) and the corrected time necessary for sinus node function recovery (CTSKFR)) и гемодинамическими показателями (фракция выброса ejection fraction (EF), скорость циркуляторного сокращения миокарда myocardial circulatory contractility rate (Ее), размер левого предсердия и т.д. в работе сердца. Таким образом, была выявлена принципиальная связь, позволяющая из ряда показателей работы сердца, полученных из пульсовой волны, формировать показатели активности АК.
В ходе проведенных авторами дополнительных исследований, включающих запись пульсовой волны с пальца руки с оценкой фазовых и спектральных характеристик ПТГ и АПГ, а также синхронной записи ЭКГ в сопоставлении с данными по тесту Акабане у 325 испытуемых, с помощью регрессионного анализа было установлено, что такие стандартные известные показатели ПТГ, как SDNN, DEI, TP, EI,ETC, EI, EEI, DDI и т.д., а также ряд дополнительных интервалов во времени из АПГ и ЭКГ при синхронной их записи имеют высокие корреляционные связи (p<0,05) с значениями активности АК, полученные по тесту Акабане. Эти результаты с представлением только наиболее значимых связей каналов при (p<0,05) с фазовыми и спектральными показателями АПГ представлены в Табл. 1 (Приложение 1), где даны следующие обозначения основных каналов и диагностических точек на них, которые используются в этой таблице и данном описании изобретения: LU11 - легкое; LI1 - толстый кишечник; НС9 - перикард; ТН1 - тройной обогреватель; Ht9 - сердце; SI1 - тонкий кишечник; SP1 - селезенка; Fiv1 - печень; St45 - желудок; GB44 - желчный пузырь; Ki1 - почка; BI67 - мочевой пузырь. Правую и левую ветвь (сторону) канала обозначают индексами г и 1, соответственно. В дальнейшем, в описании используются только названия AT, а номера точек опущены.
Технической проблемой, существующей в настоящее время является отсутствие способов и устройств, удобных в эксплуатации и позволяющих точно провести индивидуальную оценки активности акупунктурных каналов на основе классического теста Акакбане и «пульсовой диагностики». Предлагаемое изобретение направлено на решение данной технической проблемы, а именно, на создание модуля, системы и способа для индивидуальной оценки активности акупунктурных каналов на основе классического теста Акакбане и «пульсовой диагностики» посредством анализа фазовых и спектральных составляющих пульсовой волны и ряда параметров ЭКГ, что позволяет получать уже индивидуальные коэффициенты взаимосвязи в одном масштабе измерения. При этом тест Акабане используется как эталонный общепризнанный метод для калибровки результатов. Такое сочетание этих методик повышает точность оценки и улучшает потребительские качества системы в целом, т.к. позволяет использовать единую метрическую шкалу и правила оценки показателей теста.
Технический результат, достигаемый при использовании данного способа, системы и модуля заключается в значительном упрощении методики, поскольку отсутствуют постоянные активные замеры порогов температурной болевой чувствительности АК по тесту Акабане. При этом для оценки активности АК после набора «обучающих замеров» достаточно приложить палец к датчику пульса. Для пациентов с проблемами сердечнососудистой системы возможно также в некоторых вариантах исполнения системы снятие ЭКГ при одновременном касании пальцами двух рук раздельно 2-х электродов на корпусе прибора. Технический результат также состоит в повышении эффективности использования вычислительных ресурсов, снижении стоимости аппаратуры пациента и расширении функциональных возможностей устройства, например, возможно использовать этот способ, систему и модуль также для оценки, кроме активности АК, еще основных параметров гемодинамики расчетным способом.
Технический результат достигается за счет того, что в способе количественной оценки активности акупунктурных каналов (АК) на основе термопунктурного теста Акабане, предлагается у испытуемого методом фотоплетизмографии проводить запись пульсовой волны, затем синхронно с каждой записью измерять пороги его температурной болевой чувствительности на диагностических точках акупунктурных каналов в ходе термопунктурного теста Акабане, формировать из первичной пульсовой волны ее вторую акселерационную производную с выделением стандартных волн а, b, с, d, е, f с расчетом их временных и амплитудных характеристик и их соотношений, на основе которых рассчитывать стандартные фазовые показатели пульсовой волны SDNN, DEI, TP, Etc, EEI, DDI, а также спектральные составляющие вариабельности сердечного ритма с расчетом спектров LF, HF, VLF и их соотношений, создавать для конкретного испытуемого из ряда парных выборок показателей пульсовой волны и термопунктурного теста методами математического анализа модель их взаимосвязи с созданием матриц пересчета из показателей пульса в значения активности АК. В дальнейшем производить количественную оценку активности АК по результатам измерений показателей только пульсовой волны.
Дополнительными отличиями способа являются:
- для испытуемых, имеющих проблемы с сердечно-сосудистой системой, дополнительно записывают показатели ЭКГ, формируют временные отрезки между Р, Q, R зубцами ЭКГ и волной а на акселерационной фотоплетизмограмме, данные о которых в дальнейшем учитывают в расчетах при создании матриц пересчета из показателей пульса и ЭКГ в значения активности АК,
- спектральные показатели пульсовой волны рассчитывают по зубцам R на ЭКГ, путем кластерного и факторного анализа обработки больших баз данных собранной статистики на различных испытуемых, выявляют типовые однородные по структуре и коэффициентам трансформации модели связи показателей пульса и ЭКГ и значений активности АК для снижения количества индивидуальных выборок в ходе тестовых замеров с целью повышения эффективности метода,
- в качестве методов математического анализу применяют метод регрессии, или метод самообучающихся нейронных сетей,
- поскольку коэффициенты матриц пересчета со временем под действием различных новых внешних и внутренних факторов на организм могут стать не адекватными, то для их динамической трансформации с условиями жизнедеятельности организма периодически, 1-3 раза в неделю проводятся дополнительные парные замеры для коррекции матриц пересчета с учетом новых данных,
- запись пульсовой волны проводится с подушечки концевых фаланг пальцев или с мягких тканей в области, например, лучезапястного сустава.
Технический результат также достигается за счет того, что в системе количественной оценки активности акупунктурных каналов (АК) на основе термопунктурного теста Акабане, содержащей модуль сбора и обработки данных, который выполнен с возможностью измерения порогов температурной болевой чувствительности (ПЧ) акупунктурных точек (AT) входа/выхода АК, сервер и модуль управления и связи, который связан двунаправленными каналами передачи данных с модулем сбора и обработки данных и с сервером,
модуль сбора и обработки данных выполнен с возможностью регистрации параметров пульсовой волны, при этом сервер выполнен с возможностью создания модели взаимосвязи полученных показателей пульсовой волны и значений порогов температурной болевой чувствительности АК по тесту Акабане с созданием матриц пересчета из показателей пульса в значения активности АК, тогда как модуль управления и связи выполнен с возможностью осуществления функции по приему/передачи данных с сервера и модуля сбора и обработки данных, а также обработке, отображению информации и управлению модулем сбора и обработки данных и обработкой данных на сервере.
Дополнительными отличиями системы являются:
- что модуль сбора и обработки данных выполнен с дополнительной возможностью регистрации параметров ЭКГ, при этом сервер выполнен с возможностью создания модели дополнительной взаимосвязи полученных показателей пульсовой волны и ЭКГ и значений порогов температурной болевой чувствительности АК по тесту Акабане с созданием матриц пересчета из показателей пульса и ЭКГ в значения активности АК,
- модуль сбора и обработки данных содержит 2 электрода для снятия показателей ЭКГ с пальцев двух рук и блок регистрации ЭКГ,
- дополнительный датчик пульсовой волны выполнен в виде автономного модуля, связанного двусторонней связью с модулем управления и связи и через него с сервером и может быть встроен, например, в конструкцию часов или браслета с системой передачи на модуль управления и связи графика первичной пульсовой волны.
- в качестве модуля управления и связи используют мобильный телефон, или планшет, или персональный компьютер,
- модуль сбора и обработки данных выполнен в виде автономного устройства, на поверхности которого размещены ИК-излучатель для оценки порогов чувствительности по тесту Акабане, датчик пульсовой волны экран дисплея, разъем USB для заряда аккумуляторов и дополнительно - 2 электрода для снятия ЭКГ,
- модуль сбора и обработки содержит дополнительно 2 электрода для снятия ЭКГ.
Технический результат достигается также за счет того, что в базовый модуль сбора и обработки данных, включающий элемент теплового воздействия на акупунктурные точки (AT) в виде инфракрасного ИК-светодиода, подключенного к блоку питания с выключателем старт/стоп через управляемый генератор тока, который через микроконтроллер подсоединен к блоку приема/передачи, выполненному с возможностью подключения к модулю управления и связи, при этом к микроконтроллеру присоединены контакты выключателя старт/стоп ИК-светодиода теплового воздействия, который, так же как и генератор тока, катод светодиода, выключатель старт/стоп ИК-светодиода теплового воздействия и блок приема/передачи подключены к общей шине «земля», введены экран для отображения графической информации, датчик пульсовой волны, выход которого соединен последовательно с преобразователем тока, усилителем, синхронным детектором и полосовым фильтром, выход усилителя и выход полосового фильтра соединены с микроконтроллером, первый контакт тумблера старт/стоп датчика пульсовой волны подключен к общей шине «земля», а второй контакт связан с входом/выходом микроконтроллера.
Дополнительными отличиями предлагаемого модуля являются:
- он содержит 2 электрода для снятия показателей ЭКГ и блок регистрации ЭКГ, подключенные к микроконтроллеру и блоку питания,
- датчик пульсовой волны выполнен в виде автономного модуля, связанного двусторонней связью с модулем управления и связи, и сервером и встроен например, в конструкцию часов или браслета с системой его обработки для получения и передачи на модуль управления и связи графика первичной пульсовой волны или волны АПГ с значениями показателей волн а, b, с, d, е, f,
- модуль сбора и обработки данных выполнен в виде автономного устройства, на поверхности которого размещены ПК-излучатель для оценки порогов чувствительности по тесту Акабане, датчик пульсовой волны экран дисплея, разъем USB для заряда аккумуляторов и дополнительно - 2 электрода для снятия ЭКГ,
- модуль сбора и обработки данных содержит дополнительно 2 электрода для снятия ЭКГ.
Сущность изобретения
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующим графическим материалом.
Фиг. 1, на которой изображен один из вариантов структурной схемы предлагаемой системы (с блоком ЭКГ и электродами)
Фиг. 2, на которой изображен вариант структурной схемы системы без электродов и блока ЭКГ.
Фиг. 3, на которой изображен модуль сбора и обработки информации.
Фиг. 4, на которой приведена диаграмма записи первичной пульсовой волны полученной методом фото плетизмографии (PTG), ее второй математической производной поученной методом акселерационной плетизмографии (APG) с выделением волн а, b, с, d, е, f, и записи ЭКГ (ECG) с выделением зубцов Р, Q R,S и выделением временных интервалов между ними.
На фигурах использованы следующие обозначения:
1. Модуль сбора и обработки данных
2. Модуль управления и связи
3. Сервер
4. Генератор тока
5. Микроконтроллер
6. Блок питания,
7. Экран дисплея,
8. Блок ЭКГ
9. Датчик пульсовой волны
10. Фотоприемник
11. Преобразователь сигнала
12. Усилитель
13 Синхронный детектор
14. Полосовой фильтр
15. Электроды блока ЭКГ
16. Блок приема/передачи
17. ПК светодиод элемента теплового воздействия на акупунктурные точки
18. ПК светодиод подсветки датчика пульсовой волны
19. Тумблер старт/стоп записи пульсовой волны
20. Выключатель старт/стоп элемента теплового воздействия на акупунктурные точки
21. Выключатель старт/стоп блока питания
22. USB разъем для зарядки аккумуляторов
23. Корпус модуля сбора и обработки данных
Автором установлено, что система АК объединяет отдельные органы и физиологические системы человека в единое целое. При этом тот или иной показатель работы сердца, как правило, связан не с одним каналом, а с несколькими. Поэтому для определения значений конкретного АК на индивидуальном уровне, например, методом пошаговой регрессии выявляют наиболее достоверные связи нескольких показателей работы сердца, отраженных в показателях пульсовой волны и ЭКГ, чтобы получить наиболее эффективную для расчетов модель.
Кроме регрессионного анализа для этой цели подходит также метод «самообучающихся нейронных сетей».
2
Оценку энергетической активности акупунктурного канала можно проводить по тесту Акабане, для чего на точку «входа-выхода» канала посылаются тепловые импульсы инфракрасного излучения (ИК-излучение) с длиной волны 780-1400 нм, с частотой 1 Гц прямоугольными импульсами со скважностью  и плотностью мощности излучения 50-400 мВт/см, при этом о величине энергетической активности канала судят по числу импульсов, произведенных от начала воздействия до момента первых болевых ощущений [1-7].
Для оценки активности АК по пульсовой диагностике используется система индивидуальных расчетов на основе «обучающих замеров» в ходе набора статистики. Для этого первоначально записывается пульсовая волна (в некоторых вариантах исполнения еще и ЭКГ) в течение 2-5 минут с расчетом основных показателей, после чего проводится тест Акабане и результаты замеров отправляются на сервер. Таких парных индивидуальных записей должно быть не менее 10-15. Они обрабатываются методом корреляционного и регрессионного анализа на сервере с расчетом коэффициентов взаимосвязи между отдельными показателями АРГ (акселерационной плетизмографии) и связанными с ними АК. В результате формируется матрица с индивидуальными коэффициентами пересчета. Точность расчета можно контролировать путем проведения контрольных тестов Акабане, сопоставляя расчетные данные по АПГ с классическими. Тогда на экране смартфона для сравнения формируется 2 таблица оценки по пульсу и по тесту Акабане. В целом, чем больше обучающих наблюдений, тем точнее расчеты по пульсу.
Для оценки спектральных показателей с помощью FFT преобразования по АПГ по выборке в 3-5 минут оценивается показатели спектров в диапазонах FF, VFF, HF, что по данным корреляционного анализа (Табл. 1, Приложение 1) позволяет оценивать преимущественно каналы FU, PC, ТЕ, SP, ST, КГ По динамике изменений вариабельности сердечного ритма с оценкой временных промежутков между вершинами волны а с оценкой средней девиации в мс, можно рассчитать показатель SDNN, который имеет высокие коэффициенты корреляции с каналами LU, PC, SI, ST, KI, HT, SP.
Показатель TP характеризует состояние автономной нервной системы и имеет значимые корреляции с каналами LU, ТЕ, SI, ST, KI. Показатель ЕТс отражает время изгнания крови и он преимущественно коррелирует с каналами LU, LI, ТЕ, HT,SI, SP, LR, ST, GB, KI, BL. Расчет одних и тех же АК по нескольким показателям путем их усреднения также повышает точность и стабильность оценки. Через сравнения волн АПГ и ЭКГ дополнительно отслеживаются временные интервалы Р-а, Q-a, R-a. S-a, которые существенно улучшают качество моделей расчета при различных заболеваниях сердца.
В Табл. 1: столбец АС - обозначение акупунктурных каналов; r - правая ветвь каналов; 1 - левая ветвь каналов; р - значимость корреляции при р менее 0,05 (ошибка менее 5%); r - коэффициент корреляции; число наблюдений - 325 человек.
В отличие от корреляционных зависимостей применение регрессии позволяет строить эффективные комплексные модели расчетов за счет вовлечения показателей с низким уровнем взаимосвязей. Но с использованием для расчетов нескольких таких показателей точность оценки дополнительно существенно повышается.
Из Табл. 1 ((Приложение 1) видно, что не все каналы имеют высокие корреляции с указанными показателями. В этом случае для расчетов используется регрессионные модели связей между каналами, т.к. все 12 АК в системе 5-ти первоэлементов жестко связаны друг с другом и поэтому изменения активности 1 канала отражается на всех других [5].
Таким образом, если мы знаем активность например 3-4 каналов с высокими коэффициентами корреляции с показателями АРГ, то, используя регрессионную модель межканальных связей с их участием, можно рассчитать значения несколько других АК, с меньшей достоверностью зависимостей от указанных показателей. Такой подход позволяет также дополнительно повысить точность оценки АК этим методом.
Кроме регрессионных моделей можно применять самообучающиеся нейронные сети, что также повышает точность оценки, поскольку таким образом учитывается взаимосвязи между всеми АК.
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью системы количественной оценки активности акупунктурных каналов, содержащей модуль 1 сбора и обработки данных, который выполнен с возможностью измерения порогов температурной болевой чувствительности (ПЧ) акупунктурных точек (AT) входа/выхода АК, сервер 3 и модуль 2 управления и связи, который связан двунаправленными каналами передачи данных с модулем 1 сбора и обработки данных и с сервером 3.
Модуль 1 сбора и обработки данных выполнен с возможностью регистрации параметров пульсовой волны, при этом сервер 3 выполнен с возможностью создания модели взаимосвязи полученных показателей пульсовой волны и значений порогов температурной болевой чувствительности АК по тесту Акабане с созданием матриц пересчета из показателей пульса в значения активности АК, тогда как модуль 2 управления и связи выполнен с возможностью осуществления функции по приему/передачи данных с сервера 3 и модуля 1 сбора и обработки данных и управлению ими.
Модуль 1 сбора и обработки данных в базовом варианте исполнения содержит элемент теплового воздействия на акупунктурные точки (AT) в виде инфракрасного ИК-светодиода 17, подключенного к блоку 6 питания с выключателем 21 старт/стоп через управляемый генератор 4 тока, который через микроконтроллер 5 подсоединен к блоку 16 приема/передачи, выполненному с возможностью подключения к модулю 2 управления и связи, при этом к микроконтроллеру 5 присоединены контакты выключателя 20 старт/стоп ИК-светодиода теплового воздействия, который, так же как и генератор 4 тока, катод светодиода 17, выключатель 20 старт/стоп ИК-светодиода теплового воздействия и блок 16 приема/передачи подключены к общей шине «земля». Модуль включает также экран 7 для отображения графической информации, датчик 9 пульсовой волны, выход которого соединен последовательно с преобразователем 11 тока, усилителем 12, синхронным детектором 13 и полосовым фильтром 14, выход усилителя и выход полосового фильтра соединены с микроконтроллером 5, первый контакт выключателя 19 старт/стоп датчика 9 пульсовой волны подключен к общей шине «земля», а второй контакт связан с входом/выходом микроконтроллера 5.
Дополнительно модуль сбора и обработки данных может содержать 2 электрода 15 для снятия показателей ЭКГ и блок 8 регистрации ЭКГ, подключенные к микроконтроллеру 5 и блоку 6 питания.
Датчик 9 пульсовой волны может содержать управляемый ИК-светодиод 18 световой подсветки, оптически связанный с фото детектором 10, при этом дополнительный выход генератора 4 тока соединен с анодом инфракрасного светодиода 18 подсветки, катод которого соединен с общей шине «земля»,
Также датчик 9 пульсовой волны может быть выполнен в виде автономного модуля, связанного двусторонней связью с модулем 2 управления и связи, сервером 3 и встроен, например, в конструкцию часов или браслета с системой обработки для получения первичной плетизмограммы пульсовой волны и передачи ее на модуль управления и связи для дальнейшего получения там графика волны АПГ с расчетом показателей волн а, b, с, d, е, f,
Модуль 1 выполнен в виде автономного модуля, на поверхности 23 которого размещены датчик 9 пульсовой волны, состоящий из ПК светодиода 18 подсветки и фото детектора 10, разъем USB 22 для заряда аккумуляторов, тумблеры 19, 20 и 21, электроды 15 блока ЭКГ, ПК светодиод 17 теплового воздействия на акупунктурные точки.
В качестве блока 2 управления и связи используют мобильный телефон или компьютер пользователя с возложением на его внутренний микропроцессор, дисплей, органы управления и блоки приема/передачи функций по приему/передачи данных, построение АПГ на основе 2-й акселерационной производной, выделения фазовых составляющих пульсовой волны, отображению данных и управлению модулем 1, а серверная часть 3 служит для построения индивидуальных моделей расчетов.
Модуль 2 управления реализует на программном уровне выделение из первичной пульсовой волны ее второй акселерационной производной в виде волн а, b, с, d, e,f - на основе которой рассчитываются стандартные фазовые показатели пульсовой волны (SDNN, DEI, TP, Etc, EEI, DDI), на основе оценки продолжительности волн и их соотношений. При этом волна initial positive (а) начальная позитивная, early negative (b) - ранняя негативная, re-increasing (с)-повторная возрастающая, late re-decreasing (d)-поздняя повторно убывающая and diastolic positive (е) диастолическая позитивная, (f) - диастолическая негативная From these determinants, the following parameters can be calculated: b/a ratio, c/a ratio, d/a ratio, e/a ratio- на основании их соотношений рассчитываются дополнительные параметры для набора статистики. Методика выделения этих волн подробно изложена [8-9].
Кроме того оцениваются дополнительные интервалы Р-а, Q-a, R-a, S-a при оценке ЭКГ и спектральные составляющие вариабельности сердечного ритма с расчетом мощности спектров LF, HF, VEF и их соотношений. Анализ показателей Р-а, Q-a, R-a, S-a особо эффективен в случаях нарушений в проводящей системе сердца, т.к. они отражают задержку в ответе между электрическими процессами и реальным механическим сокращением миокарда.
Для реализации этих функций устанавливается специальное программное обеспечение.
Блок 8 записи ЭКГ может быть выполнен, например, на основе интегрированного микропроцессорного блока AD8232, который позволяет извлекать, усиливать, фильтровать малые биосигналы при наличии шумов при записи или аналогичной микросхемы МАХ30003
Работа предлагаемой системы осуществляется следующим образом. В модуле сбора и обработки данных 1 заряжают блок питания 6 от внешнего адаптера питания через разъем 22.
Включателем 21 подают энергию от блока 6 питания на модуль. При этом запускается программа связи через Bluetooth с модулем 2 управления. В дальнейшем описании будем полагать, что в качестве модуля 2 используют мобильный телефон пациента. При вступлении в связь запускается экран на приборе с оценкой уровня связи с смартфоном и уровня заряда батареи, а также на экране мобильного телефона отображается главное меню, в котором есть опции: «оценка состояния каналов по тесту Акабане», оценка состояния каналов только по пульсовой волне и совместно с ЭКГ, «передача данных на сервер», «прием данных от сервера». В телефоне по выбору «Тест Акабане» активируется программа, которая позволяет производить измерение активности АК по их ПЧ. На дисплее смартфона поочередно показывается картинка с расположением AT, начиная с первой. Измерение проводит испытуемый самостоятельно с помощью подсказок и картинок с точками для оценки АК. Помещают ИК излучатель прибора с ИК светодиодом 17 для прогревания на первую точку выбранного АК с прямым контактом светодиода 17 с поверхностью кожи. Нажимают кнопку переключателя 20 старт/стоп, которая включает управляемый генератор 6 тока в режим измерения и активирует таймер/счетчик микроконтроллера 5. Мощность ИК импульсов можно менять в меню на экране смартфона.
Обычно в режиме «оценка ПЧ» с управляемого генератора 4 тока на ПК-диод подается, например, последовательность импульсов с периодом повторения 1 сек, длительностью импульса в пределах 0,75 сек при скважности 3/4 и величиной тока, обеспечивающей ИК излучение плотностью мощности в импульсе 200 мВт/см2. При этом подсчитывается число импульсов до достижения порога температурной болевой чувствительности по каждой точке. Другим вариантом выполнения теста является режим постоянного прогревания в неимпульсном режиме с подсчетом времени воздействия в секундах. Источником тепла служит ИК светодиод 17, линза которого представляет собой полусферу с радиусом порядка 1,5 мм, что позволяет измерять ПЧ AT с поверхности кожи, соответствующей по площади морфологическому субстрату AT. Длина излучаемой волны может лежать в диапазоне от 780 до 1600 нм, то есть в «окне передачи воды» и оптимальной проницаемости кожных покровов и тканей (см., например, патент RU N2122208, МПК 6 G01N 33/49, А61В 5/00, оп. 20.11.1998). Предпочтительным является применение в качестве светодиода 17 ИК светодиода типа ЗАЛ107Б с длиной излучаемой волны 920 нм, который показал надежные результаты. Плотность мощности выбирается из условия обеспечения динамического диапазона изменения ПЧ каналов, находящихся в различном состоянии, в пределах от 2 до 100 сек, при средней величине порога от 5 до 10 сек. Этому условию удовлетворяет плотность мощности ИК излучения в импульсе 200 мВт/см2. Воздействие в импульсном режиме с периодом следования 1 сек и скважности  (0,75 сек импульс и 0,25 сек перерыв) выбрано эмпирически на основе множества наблюдений и дает более четкий порог восприятия болевых ощущений (ПЧ).
При появлении у пациента первых болевых ощущений вторично нажимают кнопку 20. Возникающий стоповый строб/импульс выключает управляемый генератор тока 4 и останавливается таймер/счетчик в процессоре 5. Временной интервал в секундах или в количестве импульсов с частотой 1 Гц от начала облучения AT до появления первых болевых ощущений, отсчитанный таймер/счетчиком и соответствует физиологическому порогу температурной болевой чувствительности (ПЧ) конкретного канала. Зная мощность импульса, можно рассчитать ПЧ в Джоулях по сумме потраченной энергии. Количество импульсов в ходе тестирования отображается на экране прибора и на смартфоне с построением общей таблицы на смартфоне распределения ПЧ по обследованным АК. Затем эти данные измерений передаются на сервер 3, где пациент идентифицируется, например, на основе телефонной СИМ - карты или уникального ID при авторизации.
При этом оценка активности каналов по тесту Акабане проводится на основе оценки ПЧ по известным методикам (1-5).
Для оценки активности АК по пульсу после нажатия кнопки 19 запускается генератор 4 тока, который обеспечивает подсветку ПК-диода 18 в оптопаре датчика 9 пульса, к которой прикасается испытуемый подушечкой ногтевой фаланги указательный палец левой или правой руки. В зависимости от пульсового наполнения меняется оптическая проницаемость тканей, в результате чего в фото датчике 10 фиксируется разный уровень засветки, что позволяет подбирать в ходе автоматической подстройки каждый раз оптимальный режим записи. Этот сигнал поступает на вход преобразователя 11 тока, выход которого подключен к входу усилителя 12, которым управляет микропроцессор 5, через регулирование блоком 4 уровня излучения ИК-светодиода 17 до достижения нужной для дальнейшей обработки амплитуды пульсовой волны. Эта волна выделяется синхронным детектором 13, вход которого подключен к выходу усилителя 12, а выход синхронного детектора 13 подключен к полосовому фильтру 14, в котором сигнал очищается от влияния внешних засветок и дребезга, который в свою очередь подключен к входу микроконтроллера 5. Выход микроконтроллера 5 соединен с входом блока 16 приема/передачи, радиосигнал с которого передается на смартфон, где на программном уровне производится его фазовая и спектральная обработка, требующая больших вычислительных ресурсов.
Первоначально в смартфоне выделяется 2-я акселерационная производная РТГ (Фиг 4), затем рассчитываются временные и амплитудные характеристики волн а, b, с, d, e, f. При активизации блока 8 ЭКГ по команде с смартфона в нем при сравнении с волнами АПГ дополнительно отслеживаются временные интервалы Р-а, Q-a, R-a, S-a (Фиг 4.). Эти данные через радиоканал смартфона поступают на сервер в индивидуальную БД. Визуальная оценка качества регистрации первичной пульсовой волны ПТГ осуществляется на экране 7 прибора, вход которого подключен к выходу микроконтроллера 5, что позволяет контролировать качество прижатия пальца к датчику пульса и качество записи ЭКГ- если она записывается одновременно. Кроме того, на экране смартфона дополнительно в виде усредненной картинки по нескольким записям пульсовой волны (например обрабатывается и усредняется 5-10 волн) контролируется выделение акселерационной волны с ее пиками a-f, и пиков P-S на ЭКГ, что также повышает точность выполнения замеров.
Данные измерений ПЧ каналов и пульсовой волны каждого пациента обрабатываются на сервере 3.
Для оценки активности АК по пульсовой диагностике используется система индивидуальных расчетов на основе «обучающих замеров» в ходе набора статистики. Для этого первоначально записывается пульсовая волна или в комбинации с ЭКГ в течение 2-5 минут с расчетом их основных фазовых и спектральных показателей, после чего проводится тест Акабане и результаты замеров отправляются на сервер 3. Таких парных индивидуальных записей для построения эффективных моделей должно быть не менее 10-15. Полученные показатели обрабатываются методом корреляционного и регрессионного анализа на сервере 3 с расчетом коэффициентов взаимосвязи между отдельными показателями АРГ и связанными с ними АК. В результате формируется матрица с индивидуальными коэффициентами пересчета. Точность расчета можно контролировать путем проведения контрольных тестов Акабане, сопоставляя расчетные данные с классическими. Тогда на экране смартфона для сравнения формируется вторая таблица оценки по пульсу и по тесту Акабане. В целом, чем больше «обучающих наблюдений», тем точнее расчеты по пульсу и ЭКГ.
Для постоянного мониторинга активности АК может использоваться дополнительное устройство в виде браслета на запястьи с датчиком пульса или подходящий фитнесс-трекер с записью пульсовой волны, состоящее из ряда блоков модуля 1 с передачей данных через Bluetooth на смартфон, которое может работать согласно изложенным выше принципам Передача и обработка данных с такого устройства может производиться дискретно, например, через каждые 5-10 минут по усредненным данным формируются показатели АРГ на смартфоне, которые передаются на сервер, а с сервера на смартфон поступает уже показатели АК. В результате будет строиться график изменяемой активности АК во времени, что очень важно для пользователя, т.к. эта динамическая картина изменений может быть основой для прогнозирования кризовых ситуаций по отдельным органам и системам организма (патент RU №2198600).
Нижеследующие конкретные практические примеры по оценке показателей АС поясняют предлагаемое изобретение:
Пример 1.
Испытуемый РМ, 32 года, практически здоров. В различное время суток сделано 15 замеров АПГ с расчетом стандартных параметров оценки фазовых и спектральных показателей пульсовой волны, полученных на приборе DPA v-2.0 (фирмы «Meridian СО, BTD», Korea) в сравнении с тестом Акабане.
Для примера приводим его регрессионные модели в формате Statgraf 6/0 по 2 м ветвям (правым и левым) первого канала Легких (LUr, LU1) с помощью пошаговой линейной регрессии (Stepwise regression. Method: backward selection,_F-to-enter: 4,0,_F-to-remove: 4,0)
Табл. 2. Связь показателей пульсовой волны с правой ветвью канала легких.
Multiple Regression - Dependent variable: Lur
Данная пошаговая модель из 4 шагов объясняет 95,23% дисперсии при остатке средней абсолютной ошибке (МАЕ)=0,24, что вполне приемлемо для расчетов. Полигон распределения наблюдаемых и прогнозируемых результатов также имеет хорошее распределение.
Табл. 3. Связь показателей пульсовой волны с левой ветвью канала легких пациента 1.
Данная пошаговая модель из 12 шагов объясняет 92.09% дисперсии при средней абсолютной ошибке остатков (МАЕ)=0,26 что так же вполне приемлемо для расчетов
Предложенная методика на основе оценки только пульсовой волны по ее стандартным параметрам в конечном итоге позволило получить приемлемую точность оценки для 24 основных каналов (Табл. 4), с колебаниями R-squared от 78.74 до 99,35%) при величине стандартная ошибка (SE), от 0,29 до 0,13 от значений показателе теста Акабане, использованном для контроля. Таким образом эти модели можно использовать в дальнейших расчетах по этому человеку. С увеличением количества «обучающих замеров» точность оценки существенно повышается.
В целом, включая малое число проведенных сравнений, получены значимые результаты с высокой степенью объяснения дисперсии (R-squared более 80%).
Табл. 4. Сводная таблица пошаговой линейной регрессии связей акупунктурных каналов с фазовыми и спектральными показателями пульсовой волны пациента 1.
Пример 2.
Пациент ВМ, 69 лет, в момент набора исследований для статистической оценки методом пошаговой линейной регрессии проходил лечение с диагнозом: миокардит, полная блокада левой ножки пучка Гисса, транзиторная A-V блокада 1-2 ст, единичные желудочковые экстрасистолы.
В отличие от предыдущего случая с нормой для получения моделей с высокой степенью объяснения дисперсии (R-squared более 80%) потребовалось большее число наблюдений (26) а так же увеличение числа используемых параметров, полученных с прибора PDA, включая кроме стандартных - различные другие фазовые показатели АРГ продолжительность отрезков a,b,c,d,e и их соотношений. Кроме того, для получения эффективных моделей при наличии патологии сердца использовались ряд показателей при сопоставлении ЭКГ и АРГ (Р-а, Q-a, R-a. S-a).
Для примера приводим (Табл. 5, 6) регрессионные модели в формате Statgraf 6/0 по 2 м ветвям (правым и левым) первого канала Легких (LUr, LU1) с помощью пошаговой линейной регрессии (Stepwise regression. Method: backward selection,_F-to-enter: 4,0,_F-to-remove: 4,0)
Табл. 5 Связь показателей пульсовой волны с правой ветвью канала легких пациента 2.
Multiple Regression - Dependent variable: LUr
Данная пошаговая модель из 6 шагов объясняет 86,36% дисперсии при средней абсолютной ошибке остатков (МАЕ)=0,28, что вполне приемлемо для расчетов
Табл. 6 Связь показателей пульсовой волны с левой ветвью канала легких пациента 2.
Multiple Regression -Dependent variable: Lul
Данная пошаговая модель из 12 шагов объясняет 90,05% дисперсии при средней абсолютной ошибке остатков (МАЕ)=0,22 что также вполне приемлемо для расчетов. Кроме того, для получения эффективных моделей использовались ряд показателей при сопоставлении ЭКГ и АРГ (R-a; Р-а). В результате также получена приемлемая точность для оценки активности акупунктурных каналов, что отражено в сводной Табл. 7
Табл. 7. Сводная таблица пошаговой линейной регрессии связей акупунктурных каналов с фазовыми и спектральными показателями пульсовой волны пациента 2.
Данные примеры показывают, что при применении предлагаемого способа, системы и модуля удается достичь заявленного технического результата. А именно, значительно упрощается методика, поскольку отсутствуют постоянные активные замеры порогов температурной болевой чувствительности АК по тесту Акабане. При этом для оценки активности АК после набора «обучающих замеров» достаточно приложить палец к датчику пульса. Для пациентов с проблемами сердечно-сосудистой системы возможно также в некоторых вариантах исполнения системы снятие ЭКГ при одновременном касании двумя руками 2-х электродов на корпусе прибора. Таким образом, значительно повышается эффективность использования вычислительных ресурсов, снижается стоимость аппаратуры пациента и расширяются функциональные возможности устройств, например, возможно использовать этот способ, систему и модуль также для оценки, кроме активности АК, еще основных параметров гемодинамики расчетным способом.
Список литературы:
1. Muzhikov, V.; Vershinina, E.; Belenky, V.; Muzhikov, R. Comparative Assessment of the Heart's Functioning by Using the Akabane Test and Classical Methods of Instrumental Examination Journal of Acupuncture and Meridian Studies, 10 (2017) pp. 171-179. https://doi.org/10.1016/j.jams.2017.01.005).
2. Mujikov V.G. "Theory and practice thermopunctural channel diagnosis and treatment". St. Petersburg, "Petrovsky Fund", 2000., p. 272.
3. Mujikov V. "Introduction in Energoskopia of man". Gopher Publishers nl. ISBN 90-5179-103-8, 2002, p. 412.
4. Valery Muzhikov, Elena Vershinina, Ruslan Muzhikov. System of Thermopuncture Diagnostics and Monitoring of Patients with Type 1 Diabetes. J Altern Complement Integr Med 2017, 3: pp. 2-7 DOI: 10.24966/ACIM-7562/100036
5. Valery Muzhikov, Elena Vershinina, Ruslan Muzhikov, Kirill Nikitin. Structure of Interchannel and Five Primary Elements Connections According to the Test of Akabane International Journal of Chinese Medicine Volume 2, Issue 3, September 2018, Pages:18-29, Received: Oct. 9, 2018; Accepted: Oct. 30, 2018; Published: Dec. 3, 2018.DOI: 10.11648/j.ijcm.20180203.12 http://www.sciencepublishinggroup.com/journal/paperinfo?iournalid=283&doi=10.11648/i.iicm.20180203.12)
6. Valery Muzhikov, Elena Vershinina, Vadim Belenky, Ruslan Muzhikov.'Assessing the links between anthropometrics data and Akabane test results. Journal of Acupuncture and Meridian Studies. February 2018, Volume 11, Issue 1, Pages 31-38. DOI: https://doi.Org/10.1016/i.iams.2018.01.001
7. Valery Muzhikov, Elena Vershinina and Ruslan Muzhikov. Opportunities of the Akabane Test for Diagnosis and Monitoring of Patients with Type 2 Diabetes. Journal of Diabetes and Metabolism, 2018, 9:2 DOI: 10.4172/2155-6156.1000785
8. Портнов Ф.Г. Электроггунктурная рефлексотерапия. - Рига.: Зинанте, 1998. - С. 103.
9. Мужиков В.Г. Теория и практика термопунктурной канальной диагностики и лечения. - СПб.: ООО «Петровский фонд», 2000. - С. 27-37
10. http://csjournals.com/IJCSC/PDF5-2/1.%20Sakshi.pdf
11. http://tudr.thapar.edu:8080/jspui/bitstream/10266/3182/4/3182.pdf
12. Mandeep Singh [1], Sakshi Bansal [2. Automatic Feature Extraction in Acceleration Plethysmography. IJCSC, Volume 5, N 2, Sept. 2014, pp. 1-9. ISSN-0973-7391 http://csjournals.com/IJCSC/PDF5-2/1.%20Sakshi.pdf