СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ДВИГАТЕЛЬНЫХ РАССТРОЙСТВ
DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR LOCOMOTOR DISORDERS

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для дифференциальной диагностики расстройств равновесия человека, прогнозирования динамики их протекания, назначения адекватной терапии и своевременной коррекции тактики лечения.
λn
Из существующего уровня техники известен «Способ качественной оценки функционального равновесия» (RU 2175851 С2, 20.11.2001 г.). Согласно этому способу проводят тестирование обследуемого пациента на стабилографической платформе и осуществляют векторный анализ статокинезиограммы. Полученное облако значений векторов разделяется концентрическими кругами равной площади на несколько зон. Производится подсчет количества вершин векторов, попавших в каждую зону, и относительной частоты вершин векторов в зоне. Затем строят график накопительной зависимости относительной частоты вершин векторов в зоне от порядкового номера зоны. Эта зависимость носит экспоненциальный характер и может быть аппроксимирована по закону f(n)=1-e, при этом коэффициент λ принимают за показатель, характеризующий качество функции равновесия. Способ позволяет получить достаточно разностороннюю информацию о характере движения тела человека при поддержании им статического равновесия.
Известен «Способ оценки общего функционального состояния человека» (RU 2165733 С2, 27.04.2001 г.). Способ основан на проведении многократного тестирования человека на стабилометрической платформе, с разной степенью сложности заданий по поддержанию вертикальной позы. На каждом этапе также измеряют и анализируют с помощью векторного анализа траекторию движения центра давления человека на горизонтальную плоскость. По результатам векторного анализа также рассчитывается экспоненциальный интегральный стабилографический показатель качества функции равновесия. Вывод об общем функциональном состоянии человека делается по результатам сравнения полученных значений с эталонными значениями.
Недостатком обоих способов является субъективность получаемых результатов, существенно снижающая их практическую ценность для медицины. Неопределенность и абстрактность понятия «общее функциональное состояние человека» практически полностью исключает возможность верификации результатов обследований и оценки степени их достоверности.
Наиболее близким к заявленному способу является «Способ дифференциальной диагностики атаксии» (RU 2257845 С2, 10.08.2005), согласно которому проводят тестирование на стабилографической платформе при выполнении обследуемым заданий по поддержанию вертикальной позы. При выполнении каждого задания фиксируют и измеряют траекторию движения центра давления тела на платформу. Затем полученную кривую анализируют с помощью векторного анализа, вычисляют нормированную площадь статокинезиограммы, средний радиус отклонения тела, экспоненциальный показатель качества функции равновесия λ, относительные частоты векторов в равных по площадям концентрических зонах статокинезиограммы, нарастающую площадь вектора, коэффициент резкого изменения направления движения, средние линейные и угловые скорости и ускорения, а также коэффициенты асимметрии угловой скорости и ускорения. Затем, используя статистический метод деревьев классификации, диагностируют вид атаксии.
Благодаря конкретизации объекта исследования (двигательные нарушения - атаксии) в данном случае появляется возможность верификации и оценки достоверности результатов обследований путем их сравнения с диагнозами, полученными на основании других методов исследований. Увеличение числа расчетных параметров позволяет увеличить объем полезной информации, получаемой в ходе обследования. Все это существенно повышает практическую ценность способа по сравнению с предыдущими.
Недостатком способа-прототипа является низкая достоверность результатов обследований, обусловленная слишком опосредованной взаимосвязью регистрируемых стабилометрических параметров с особенностями функционирования системы равновесия человека. Возможность увеличения количества получаемой информации за счет увеличения числа регистрируемых стабилометрических признаков в данном случае объективно ограничена количеством информации, содержащейся в исходной стабилограмме.
Общим признаком заявляемого способа и способа прототипа является тестирование человека на стабилографической платформе при выполнении обследуемым различных заданий по поддержанию вертикальной позы с измерением траектории движения центра давления тела на платформу.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении достоверности результатов диагностики двигательных расстройств человека по результатам стабилографических исследований.
Данная задача решается за счет использования для диагностики авторегрессионных признаков стабилографического сигнала; использования дополнительной информации, получаемой с помощью электромиографии, электрокардиографии и электроэнцефалографии; использования статистического метода линейного дискриминантного анализа.
Техническим результатом предлагаемого изобретения, обеспечиваемым приведенной выше совокупностью признаков, является увеличение объема полезной информации о системе равновесия человека, получаемой в ходе стабилографических исследований, и повышение качества ее интерпретации.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Проводят тестирование на стабилографической платформе при выполнении обследуемым различных заданий по поддержанию вертикальной позы. При выполнении каждого задания измеряют сигналы колебаний проекции центра давления в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Затем из полученных сигналов устраняется аддитивный тренд, и выделяются малые стационарные колебания проекции центра давления x(t) и y(t). По выделенным сигналам оцениваются параметры их дискретной двухканальной авторегрессионной модели второго порядка, которая описывается следующей системой уравнений
a
а
а
а
1
2
3
4
1
2
3
4
х
y
где n - дискрет времени, , , , , b, b, b, b - оцениваемые авторегрессионные параметры, е и e - случайные остатки.
Одновременно с измерением стабилографического сигнала способ включает измерение электромиограмм икроножных мышц с последующим вычислением амплитудных, средних и медианных значений мощности этих сигналов; измерение электрокардиограммы с последующим вычислением по ней частоты сердечных сокращений и интервалов PQ, QS, QT и измерение сигналов электроэнцефалограммы с последующим вычислением максимальной мощности их спектра и соответствующей этой мощности частоты.
Затем, на основании полученных признаков, используя статистический аппарат линейного дискриминантного анализа, диагностируют отсутствие или наличие расстройства равновесия, а также его разновидность.
Для разделения полезной и мешающей информации, содержащейся в стабилографическом сигнале, согласно заявленному изобретению стабилографический сигнал представляется как аддитивная смесь детерминированного тренда и стационарных остатков. Тренд стабилографического сигнала связан преимущественно с целенаправленным перемещением положения равновесия, установлением реакции на смену позы, которая может продолжаться до 20 секунд, а также с переступаниями на платформе и сменой тактики поддержания равновесия. Так как форма тренда определяется в основном посторонними факторами и мало зависит от состояния системы равновесия, то чаще всего тренд рассматривается как мешающий артефакт. Поэтому устранение тренда позволяет сосредоточить полезную информацию в стационарных остатках. Учитывая что размах тренда стабилографического сигнала значительно превышает амплитуду стационарных остатков, то эффект от его устранения оказывается весьма значительным.
Кроме этого декомпозиция системы равновесия на линейную динамическую и нелинейную статическую подсистемы существенно упрощает ее дальнейший анализ. Адекватность такой декомпозиции подтверждается экспериментальными данными (Гаже П. - М., Вебер Б. Постурология. Регуляция и нарушения равновесия тела человека / П. - М. Гаже, Б. Вебер и др.: пер. с французского под ред. Б.И. Усачева - СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2008. - 316 с.), свидетельствующими о наличии разных механизмов для управления значительных и тонких движений. Случайные стационарные колебания наряду с действием множества факторов обусловлены особенностями рецепторных и эффекторных подсистем системы равновесия. Каждая из рецепторных подсистем (зрительная система, плантарная барорецепторная система стопы и вестибулярная система внутреннего уха) имеет определенный порог чувствительности, что обуславливает различие регистрируемого и действительного положения проекции центра масс.
х
y
Наиболее адекватной моделью случайных стационарных колебаний является двухканальная авторегрессионная модель второго порядка (1). Согласно этой модели стационарные колебания могут быть описаны с помощью восьми авторегрессионных параметров. При этом сигналы остатков е и e близки по форме к белому шуму Гаусса и из них практически невозможно выделить никакой полезной информации. Следовательно, в авторегрессионных параметрах сосредоточена практически вся полезная информация о системе равновесия человека, содержащаяся в стабилографическом сигнале.
Дальнейшее увеличение объема полезной информации, получаемой о системе равновесия человека, становится возможным только при использовании других источников, не зависящих от колебаний центра давления. В заявленном изобретении в качестве таких источников дополнительной информации предусмотрена возможность использования электромиографических, электрокардиографических и электроэнцефалографических сигналов, которые непосредственно не связаны с колебаниями центра давлений тела но, безусловно, отражают определенные аспекты функционирования системы равновесия. Для выделения полезной информации по каждому типу дополнительно измеряемых сигналов также вычисляются свои информативные признаки, содержащие в себе значительную часть информации о состоянии системы равновесия.
Окончательная обработка множества информативных признаков, полученных при обработке измеренных сигналов, производится с помощью статистического метода дискриминантного анализа, которые эффективнее деревьев классификации, применяемых в способе-прототипе и при равных условиях обеспечивают повышенную достоверность классификации. Это связано с тем, что в случае деревьев классификации в роли дискриминантных поверхностей неявно выступают плоскости, ориентированные нормально к координатным осям, образованным информативными признаками классифицируемых наблюдений. Такие жесткие ограничения, накладываемые на форму и ориентацию разделяющих поверхностей, обуславливают малую эффективность метода, редко дающего оптимальные результаты. Методы линейного дискриминантного анализа используют разделяющие плоскости с произвольной ориентацией в многомерном признаковом пространстве, за счет чего и достигается их повышенная эффективность.
Совокупность отличительных признаков заявляемого способа на момент подачи заявки в научно-технической и патентной литературе, а также в других открытых информационных источниках не обнаружена.
На практике заявленный способ реализован с помощью стабилометрического тренажера (RU 122009 U1, 20.11.2012 г.), содержащего стабилометрическую платформу, электромиографический модуль, электрокардиографический модуль, электроэнцефалографическим модуль и монитор визуальных сигналов, соединенные с ПЭВМ общего назначения.
В процессе обследования пациент встает на стабилоплатформу и выполняет задания по поддержанию вертикальной позы в соответствии с методикой теста Ромберга. Все это время ведется синхронная запись стабилографических, электромиографических, электрокардиографических и электроэнцефалографических сигналов. После завершения обследования запись сигналов прекращается и выполняется их обработка посредством оригинальной компьютерной программы, реализующей алгоритмы заявленного способа.
По результатам клинических испытаний, проведенных на 282 пациентах, установлено, что заявленный способ позволяет классифицировать такие патологии системы равновесия человека как вестибулярная, мозжечковая, корковая и сенситивная атаксия с достоверностью до 82%.
Источники информации
1. RU 2175851 С2, 20.11.2001 г.
2. RU 2165733 С2, 27.04.2001 г.
3. RU 2257845 С2, 10.08.2005 г.
4. Гаже П. - М., Вебер Б. Постурология. Регуляция и нарушения равновесия тела человека / П. - М. Гаже, Б. Вебер и др.: пер. с французского под ред. Б.И. Усачева - СПб.: Издательский дом СПбМАПО, 2008. - 316 с.
5. RU 122009 U1, 20.11.2012 г.