Устройство экспресс-диагностики заболеваний внутренних органов и онкопатологии
Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам анализа электрофизиологических сигналов, в частности электрокардиосигнала, и экспресс-диагностики на основе этого анализа онкологических заболеваний и заболеваний внутренних органов человека. Изобретение может быть использовано в функциональной диагностике, скрининг-диагностике заболеваний внутренних органов и онкопатологии, в том числе и на начальном, доклиническом этапе развития. Технический результат - повышение точности устройства, расширение области его использования за счет возможности диагностики различных заболеваний внутренних органов и онкопатологии с указанием наиболее вероятной ее локализации на любой стадии их развития. Устройство содержит датчики (электроды ЭКГ), управляемый коммутатор, предварительный усилитель, блок масштабного усиления, аналого-цифровой преобразователь, преобразователь кода с гальванической развязкой, блоки первичной обработки сигнала, выделения основных информационных признаков, отображения информации и регистрации, шифратор и дешифратор команд, пульт оператора, генератор калибровочного сигнала и вычислительный блок. Последний выполнен на блоках формирования информационного массива, сравнения, хранения эталонов и формирования диагноза. Приведены алгоритмы работы указанных основных его блоков. 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 ил.
Изобретение относится к медицине и медицинской технике, а именно к устройствам диагностики заболеваний внутренних органов и онкопатологии на основе анализа электрофизиологических сигналов, в частности электрокардиосигнала. Устройство может использоваться в скрининг-диагностике заболеваний внутренних органов неинфекционной этиологии, в том числе на начальном, доклиническом этапе развития, проводимой в условиях поликлиники, лечебно-диагностического центра, при диспансеризации населения и профессиональном отборе.
Известно устройство для экспресс-диагностики злокачественных новообразований, содержащее средства измерения кардиосигнала, его цифрового преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя и блок регистрации измеренных параметров и их обработки на базе персонального компьютера [1]. Установление диагноза осуществляется путем формирования кода ритмограммы обследуемого, сравнения его с кодами ритмограмм групп здоровых людей и имеющих злокачественную опухоль. Кластерный анализ кодов ритмограмм и вывод об отсутствии у обследуемого злокачественного новообразования, наличии онкозаболевания или отнесения обследуемого к группе риска опухолевого роста, делающийся на основе сравнения с вычисляемой распознающей функцией, осуществляется с помощью разработанного пакета программ "Онкомаркер". Недостатком данного устройства является невысокая достоверность полученных данных, т.к. используемый в нем алгоритм предполагает применение стандартных статистических характеристик для анализа ритмограмм и не учитывает специфических информативных признаков, содержащихся в последовательности параметров исследуемых биоритмических сигналов. Устройство не позволяет также осуществлять диагностику других заболеваний. Известно устройство, предназначенное для выявления и анализа специфических информативных признаков функционального состояния, в частности онкологических заболеваний и патологических состояний, вызванных воздействием токсических средств, по кардиоритмограмме [2]. Устройство содержит средства измерения электрокардиосигнала, включающие датчики (электроды, накладываемые на тело пациента по стандартной схеме отведений), управляемый коммутатор, предварительный усилитель, блок масштабного усиления и фильтрации сигнала, аналого-цифровой преобразователь, а также средства обработки полученных цифровых параметров сигнала, содержащие блок выделения переключений, во входной регистр которого осуществляется запись последовательного ряда значений R-R - интервалов, полученного из кардиосигнала, блок выделения специфических информативных признаков, подсчитывающий количество интервалов от локального минимума до следующего локального минимума и выделяющий последовательности из двух- и трехинтервальных волн, длину последовательности и их массив, информация с которого поступает в вычислительный блок, связанный с блоком отображения информации (дисплеем) и клавиатурой, являющейся пультом врача-исследователя. Устройство позволяет выявлять асимптоматичных больных независимо от нозологической формы онкологического заболевания, в том числе на ранней стадии, а также определять признаки токсического воздействия различных средств, вызывающие патологические состояния. Однако данное известное устройство не позволяет осуществлять диагностику других заболеваний внутренних органов и к тому же не является точным, поскольку не обеспечивает возможность учета других, кроме R-R - интервала, информативных признаков кардиосигнала. Технический результат изобретения состоит в повышении точности устройства, расширении области его использования за счет возможности диагностики различных заболеваний внутренних органов и онкопатологии с ее локализацией на любой стадии их развития. Технический результат достигается тем, что в устройство экспресс-диагностики заболеваний внутренних органов и онкопатологии, содержащее датчики, соединенные с управляемым коммутатором, выход которого через предварительный усилитель и блок масштабного усиления соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, пульт оператора и соединенные последовательно блок первичной обработки сигнала, блок выделения основных информативных признаков и вычислительный блок, выходы которого подключены соответственно к блоку отображения информации и блоку регистрации, введены шифратор и дешифратор команд, преобразователь кода с гальванической развязкой, а вычислительный блок выполнен в виде блока формирования информационного массива, вход которого является входом вычислительного блока, а выход подключен к первому входу блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока хранения эталонов, а выход - с входом блока формирования диагноза, выходы которого являются выходами вычислительного блока, при этом вход преобразователя кода с гальванической развязкой соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а его первый выход - с первым входом блока первичной обработки сигнала, второй выход - с входом дешифратора команд, а управляющий вход - с первым выходом шифратора команд, вход которого соединен с пультом оператора, а второй, третий, четвертый, пятый выходы - соответственно с управляющими входами блока первичной обработки сигнала, блока выделения основных информационных признаков, блока формирования информационного массива и блока регистрации, второй вход блока отображения информации подключен к второму выходу блока первичной обработки сигнала, первый, второй и третий выходы дешифратора команд соединены соответственно с входом управления коммутатора и вторым и третьим входами блока масштабного усиления. Кроме того, блок масштабного усиления выполнен на усилителе с полосовым фильтром, вход которого является входом блока, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу формирователя базового уровня, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, а второй вход является третьим входом блока масштабного усиления, вторым входом которого является вход управления управляемого делителя, информационный вход которого соединен с выходом сумматора. Кроме того, устройство снабжено генератором калибровочного сигнала, связанного с управляемым коммутатором. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема заявленного устройства, а на фиг. 2 и фиг. 3 приведены алгоритмы соответственно работы блоков сравнения и формирования диагноза в составе вычислительного блока. Устройство экспресс-диагностики заболевания внутренних органов и онкопатологии содержит (фиг. 1) датчики 1, управляемый коммутатор 2, предварительный усилитель 3, блок 4 масштабного усиления, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, преобразователь 6 кода с гальванической развязкой, блок 7 первичной обработки сигнала, блок 8 выделения основных информативных признаков, вычислительный блок 9, блок 10 отображения информации, блок 11 регистрации, пульт 12 оператора, шифратор команд 13, дешифратор команд 14 и генератор 15 калибровочного сигнала. Вычислительный блок 9 состоит из блока 16 формирования информационного массива, блока 17 сравнения, блока 18 хранения эталонов и блока 19 формирования диагноза. Блок масштабного усиления может быть выполнен на усилителе с полосовым фильтром 20, сумматоре 21, формирователе базового уровня 22 с шиной 23 опорного напряжения и управляемом делителе 24. Работа устройства осуществляется следующим образом. Датчики 1 (в виде электродов) накладываются на тело пациента по стандартной схеме отведений для снятия электрокардиограммы. С датчиков электрокардиосигналы поступают на сигнальные (информационные) входы управляемого коммутатора 2, один из которых предназначен для подачи на него калибровочного сигнала от генератора 15. Коммутатор 2 обеспечивает подключение к входу предварительного усилителя 3 калибровочного сигнала при проверке работоспособности устройства и его калибровке по амплитуде или сигнала одного из отведений электрокардиосигнала, наиболее подходящего для дальнейшей обработки. Выбор канала коммутатора осуществляется с пульта 12. При этом соответствующая команда через шифратор команд 13, преобразователь 6 кода с гальванической развязкой и дешифратор команд 14 поступает на вход управления коммутатора 2. Выбранный измерительный (отведение электрокардиосигнала) или калибровочный сигнал поступает на вход предварительного усилителя 3, где происходит его усиление с фиксированным коэффициентом и согласование с входными параметрами блока масштабного усиления 4. Усилитель с полосовым фильтром 20 блока масштабного усиления 4 осуществляет предварительную фильтрацию входного сигнала с целью подавления шумов и его усиление с коэффициентом, обеспечивающим размах амплитуды не менее входного динамического диапазона аналого-цифрового преобразователя 5. Формирователь базового уровня 22 представляет собой управляемый делитель, на сигнальный вход которого с шины 23 подается опорное напряжение Иопорн., а на вход управления - команда от дешифратора команд 14 в виде параллельного двоичного потенциального кода, задаваемая оператором с пульта и проходящая соответственно через шифратор команд 13 и преобразователь 6 кода с гальванической развязкой. В сумматоре 21 происходит аналоговое сложение усиленного измерительного (или калибровочного) сигнала и сигнала заданного базового уровня. С выхода сумматора 21 сформированный по амплитуде и уровню входной сигнал поступает на сигнальный вход управляемого делителя 24, на вход управления которого подается команда от дешифратора команд 14 на изменение коэффициента передачи сформированного входного сигнала с целью его согласования с динамическим диапазоном АЦП 5. Эта команда поступает также в виде параллельного двоичного потенциального кода. Аналого-цифровой преобразователь 5 преобразует сформированный измерительный (или калибровочный) сигнал в цифровой код для последующей обработки. С выхода АЦП сигнал в цифровой форме поступает на вход преобразователя 6 кода с гальванической развязкой, на управляющий вход которого подается сигнал управления от шифратора команд 13. Преобразователь кода 6 обеспечивает необходимое преобразование структуры информационных и управляющих потоков, а также гальваническую развязку между измерительной и обрабатывающей частями устройства (в соответствии с действующими нормативными требованиями по электробезопасности для медицинских приборов). С первого выхода преобразователя 6 информационный поток поступает на вход блока 7 первичной обработки сигнала, а со второго выхода управляющий поток поступает на вход дешифратора команд 14. Дешифратор команд 14 обеспечивает распознавание и формирование команд управления, подаваемых на входы управления коммутатора 2, формирователя базового уровня 22 и управляемого делителя 24. В блоке 7 первичной обработки сигнала осуществляется фильтрация измерительного сигнала в заданном диапазоне частот и подавление синфазной помехи, а также других узкополосных шумов. Диапазон частот фильтрации задается с пульта оператором и через шифратор команд 13 соответствующий управляющий сигнал подается на управляющий вход блока 7. С выхода блока 7 измерительный сигнал поступает на вход блока 8 выделения информативных признаков. В этом блоке из первичного электрокардиосигнала выделяется набор информативных признаков, необходимых для реализации диагностического алгоритма. В частности, это могут быть амплитуда R-зубцов (ARi), длительность R-R-интервалов (Ti), а также частотные и фазовые характеристики кардиосигнала. Конкретный набор выделяемых информативных признаков определяется по команде, поступающей из шифратора команд 13 и задаваемой оператором с пульта 12. Для выделения информативных признаков могут быть использованы любые широкоизвестные алгоритмы, применяемые в практике автоматической обработки электрокардиограмм. Выделенная последовательность информативных признаков поступает на вход вычислительного блока 9, а именно, на вход блока 16 формирования информационного массива. В этом блоке из групп информативных признаков по определенному алгоритму формируется семантическая последовательность, являющаяся "кодовым портретом" обследуемого пациента. "Алфавит" семантической последовательности может иметь различное количество символов в зависимости от реализуемого в данный момент диагностического алгоритма. Например, семантическая последовательность может формироваться следующим образом (исходя из сочетаний соотношений выбранных параметров кардиосигнала) (см. табл. А). В данном примере "алфавит" содержит 6 символов. В общем случае "алфавит" может содержать любое количество символов от 3 и выше. Элементы "кодового портрета" объединяются в группы по n символов (например, по 2) и из исходного "кодового портрета" формируется последовательность М М= [М1(1)+М1(2)]+[М1(2)+М1(3) +...+[М1(i)+M1(i+1)], где [M1(i) + M1(i+1)] - сочетание символов алфавита для предыдущего и последующего кардиоциклов (например, AE, EC, CB и т.д.). Из этой последовательности, в свою очередь, выбираются одинаковые двухчленные "слова" и ранжируются по частоте повторяемости. Сформированный таким образом информационный массив (кодограмма), содержащий N "слов", поступает на первый вход блока 17 сравнения, на второй вход которого поступают эталонные кодовые комбинации из блока 18 хранения эталонов. Каждому виду заболевания, а также здоровому состоянию соответствует эталонная кодовая комбинация, содержащая К слов (Кзд, К1, Л2,... Кs, где s - количество выявляемых заболеваний). Работа блока сравнения 17 осуществляется согласно алгоритму, приведенному на фиг 2. Сначала в блоке осуществляется сопоставление исходной кодограммы обследуемого с эталонной кодовой комбинацией, соответствующей состоянию здоровья. Для этого каждое "слово" из эталонной кодовой комбинации здорового состояния Эздi (где i от 1 до Кзд) сравниваются с каждым "словом" из исходной кодограммы обследуемого пациента Pj (где j от 1 до N). В случае совпадения "слов" фиксируются порядковый номер j в исходной кодограмме и количество совпадений. Если фиксируемое количество совпадения равно числу "слов" в эталоне (Кзд), т.е. 100% "слов" эталонной кодовой комбинации присутствует в исходной кодограмме обследуемого, то список порядковых номеров, совпавших "слов" исходной кодограммы, подается на вход блока 19 формирования диагноза. Одновременно происходит формирование модифицированной кодограммы обследуемого пациента Рмод, которая отличается от исходной тем, что у нее исключены все "слова", присутствующие в эталонной комбинации здорового состояния. Далее осуществляется последовательное сопоставление модифицированной кодограммы обследуемого пациента Рмод с эталонными кодовыми комбинациями, соответствующими различным заболеваниям (Э1, Э2,...Эs). Аналогично описанной процедуре происходит поэлементное сравнение "слов" эталона и модифицированной кодограммы. В случае совпадения "слов" также фиксируется порядковый номер "слова" в модифицированной кодограмме, совпавшего со "словом" в эталоне. Если все 100% слов эталонной комбинации данного заболевания (Кs) присутствуют в модифицированной кодограмме, то список порядковых номеров, совпавших "слов" модифицированной кодограммы подается на вход блока 19 формирования диагноза. В противном случае считается, что данное заболевание отсутствует. И так - для всех заболеваний, эталонные комбинации которых имеются в базе данных блока 18. На вход блока 19 формирования диагноза поступают эталонная кодовая комбинация здорового состояния, эталонные кодовые комбинации выявленных заболеваний и списки порядковых номеров, совпадающих с эталонами "слов" для здорового состояния и выявленных заболеваний. Алгоритм работы блока 19 формирования диагноза представлен на фиг. 3. Согласно этому алгоритму блок 19 работает следующим образом. Сначала подсчитывается общее количество "слов" в эталонной кодовой комбинации здорового состояния Кзд, далее осуществляется сравнение порядковых номеров, совпавших с эталоном здорового состояния "слов" Рj и количеством "слов" в эталоне Кзд, и подсчитывается количество "слов" Qзд, для которых Pо



2. RU 2128004 C1 (Громов А.И. и др.), 27.03.99
3. RU 99115255 (Успенский В.М.) - заявка от 16.07.99, по которой вынесено решение от 26.11.99 о выдаче патента РФ.
Формула изобретения
обработки сигнала, блока выделения основных информационных признаков, блока формирования информационного массива и блока регистрации, второй вход блока отображения информации подключен к второму выходу блока первичной обработки сигнала, первый, второй и третий выходы дешифратора команд соединены соответственно с входом управления коммутатора и вторым и третьим входами блока масштабного усиления. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок масштабного усиления выполнен на усилителе с полосовым фильтром, вход которого является входом блока, а выход соединен с первым входом сумматора, второй вход которого подключен к выходу формирователя базового уровня, первый вход которого подключен к шине опорного напряжения, а второй вход является третьим входом блока масштабного усиления, вторым входом которого является вход управления делителя, информационный вход которого соединен с выходом сумматора. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено генератором калибровочного сигнала, связанным с управляемым коммутатором.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8