способ обработки сигналов пульсовой волны для диагностики состояния организма человека

Формула изобретения

1. Способ обработки сигналов пульсовой волны для диагностики состояния организма человека, согласно которому синусоидальный сигнал пульсовой волны, измеренный и преобразованный в цифровую форму, разлагают на четную и нечетную синусоидальные составляющие, после чего осуществляют сравнительный анализ для постановки диагноза путем сравнения параметров полученных синусоидальных составляющих между собой или с соответствующими эталонными параметрами, отличающийся тем, что разложение на синусоидальные составляющие осуществляют последовательно в три этапа, разлагая на первом этапе на четную и нечетную составляющие синусоидальный сигнал пульсовой волны, а на втором и третьем этапе - каждую из синусоидальных составляющих разложения предыдущего этапа, при этом для сравнительного анализа используют параметры синусоидальных составляющих, полученных разложением на третьем этапе.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при разложении на четную и нечетную составляющие используют сигнал предписанной формы, состоящий из двух равных по длительности полупериодов измеренной пульсовой волны, причем во второй полупериод измеренной пульсовой волны включают группу из последовательных затухающих синусоидальных полуволн, амплитуда каждой из которых меньше амплитуды любой из синусоидальных полуволн первого полупериода.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что разложение на четную и нечетную синусоидальные составляющие на каждом этапе осуществляют так, что каждая из синусоидальных составляющих состоит из группы последовательных полуволн, причем сумма ординат четной и нечетной синусоидальных составляющих с одинаковой абсциссой равна ординате синусоидального сигнала предписанной формы с той же абсциссой.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сравнительном анализе в качестве параметров синусоидальных составляющих и эталонных параметров используют соответственно энергии сигналов синусоидальных составляющих, полученных разложением на третьем этапе, и энергии составляющих эталонной пульсовой волны, соответствующей нормальному состоянию организма человека.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицины, а именно к измерению пульсовой волны для целей диагностики.

Известны способы и устройства измерения пульсовой волны, в которых анализ пульсовой волны производится по ее амплитудно-частотным характеристикам, когда для целей постановки диагноза такие амплитудно-частотные характеристики сравнивают с соответствующими характеристиками, принятыми за норму [например: полезная модель RU 9577, опубл. 16.04.1999; патенты США: US 5381797, опубл. 17.01.1995; US 5961467, опубл. 05.10.1999; US 6767329, опубл. 27.07.2004]. Однако при таком подходе интерпретация сравниваемых характеристик носит в большей степени эмпирический характер, что затрудняет установить реальную связь параметров пульса с состоянием человека, например как это установлено в китайской традиционной медицине.

Известны способы и устройства измерения пульсовой волны для целей постановки диагноза, в которых анализ измеренной пульсовой волны производят путем ее разложения на составляющие.

Известен способ дифференциальной диагностики заболеваний легких путем регистрации и записи сфигмографического сигнала с лучевой артерии пациента [патент RU 2100009, опубл. 27.12.1997]. В сигнале выделяют характерные точки единичных колебаний, определяют амплитудные и временные параметры этих точек пульсовой волны, формируют динамические ряды, отражающие зависимость найденных параметров от номера периода, проводят спектральный анализ сформированных рядов, вычисляют критерий, по значению которого производят диагностику. Известный способ является узкоспециализированным.

Известны способ и аппарат для диагностики и мониторинга циркуляции крови [патент US 5730138, опубл. 24.03.1998], согласно которым измеряют форму волны кровяного давления (пульсовая волна) в артерии пациента, анализируют частотные составляющие пульсовой волны и сравнивают образцы каждой резонансной составляющей пульсовой волны с образцом нормальной пульсовой волны для определения возможного дисбаланса распределения крови пациента. В соответствии с этим дисбалансом может быть проведен диагноз на основе принципов китайской традиционной медицины, согласно которому каждая гармоника в пульсовой волне соответствует определенному меридиану, включающему определенные органы. Аппарат включает устройство анализа амплитуды и фазы резонансных частот на базе компьютера и датчик, прикладываемый к артерии. Однако понятие «нормальной» пульсовой волны является относительным, поэтому поставленный диагноз является малодостоверным. Также в данном техническом решении не проработан способ корректного выделения составляющих пульсовой волны.

В качестве прототипа выбран известный способ обработки сигналов пульсовой волны [патент RU 2234241, опубл. 20.08.2004]. Согласно способу измеренный сигнал пульсовой волны, представляющий собой группу последовательных синусоидальных полуволн, разлагают на четную и нечетную составляющие, определяют энергию измеренного сигнала или его составляющих и осуществляют сравнительный анализ для постановки диагноза путем сравнения энергий составляющих с энергиями составляющих эталонного сигнала пульсовой волны, соответствующей нормальному состоянию органов или систем организма. Также может производиться сравнение между собой энергий составляющих сигнала измеренной пульсовой волны. Однако известное техническое решение позволяет ставить диагноз в соответствии с распределением энергий только по шести стихиям и двенадцати соответствующим им меридианам, между тем из традиционной китайской медицины известны еще два меридиана - Жень-Май и Ду-Май, анализ распределения энергий по которым мог бы повысить точность постановки диагноза.

Решаемая техническая задача - повышение точности диагностики состояния организма по измеряемой пульсовой волне на основе оптимизации обработки результатов измерения пульсовой волны.

Предлагается способ обработки сигналов пульсовой волны для диагностики состояния организма человека, согласно которому синусоидальный сигнал пульсовой волны, измеренный и преобразованный в цифровую форму, разлагают на четную и нечетную синусоидальные составляющие, после чего осуществляют сравнительный анализ для постановки диагноза путем сравнения параметров полученных синусоидальных составляющих между собой или с соответствующими эталонными параметрами. Новым является то, что разложение на синусоидальные составляющие осуществляют последовательно в три этапа, разлагая на первом этапе на четную и нечетную составляющие синусоидальный сигнал пульсовой волны, а на втором и третьем этапе - каждую из синусоидальных составляющих разложения предыдущего этапа, при этом для сравнительного анализа используют параметры синусоидальных составляющих, полученных разложением на третьем этапе. Как показали экспериментальные исследования, восемь полученных синусоидальных составляющих пульсовой волны соответствуют шести известным стихиям и соответствующим меридианам традиционной китайской медицины, что неизвестно из предшествующего уровня техники.

При разложении на четную и нечетную составляющие лучше использовать сигнал предписанной формы, состоящий из двух равных по длительности полупериодов измеренной пульсовой волны, причем во второй полупериод измеренной пульсовой волны включают группу из последовательных затухающих синусоидальных полуволн, амплитуда каждой из которых меньше амплитуды любой из синусоидальных полуволн первого полупериода.

При этом разложение на четную и нечетную синусоидальные составляющие на каждом этапе лучше осуществлять так, чтобы каждая из синусоидальных составляющих состояла из группы последовательных полуволн, причем сумма ординат четной и нечетной синусоидальных составляющих с одинаковой абсциссой должна равняться ординате синусоидального сигнала предписанной формы с той же абсциссой.

При сравнительном анализе в качестве параметров синусоидальных составляющих и эталонных параметров лучше использовать соответственно энергии сигналов синусоидальных составляющих, полученных разложением на третьем этапе, и энергии составляющих эталонной пульсовой волны, соответствующей нормальному состоянию организма человека.

Изобретение поясняется графическими материалами. На фиг.1 представлена блок-схема «Компьютерной пульсовой аналитической системы». На фиг.2 представлена форма эталонной пульсовой волны. На фиг.3 представлен пример измеренной пульсовой волны предписанной формы, разложенной на четную и нечетную составляющие. На фиг.4 поясняется процесс разложения пульсовой волны, стрелками показана последовательность действий разложения. На фиг.5 представлен алгоритм измерения и обработки пульсовой волны. На фиг.6 представлено эталонное распределение и порядок следования отдельных видов энергии такой пульсовой волны (СИН-порядок) и использованы следующие обозначения стихий в соответствие с названиями, используемыми в китайской медицине: Д - стихия Дерево; О - стихия Огонь; З - стихия Земля; М - стихия Металл; В - стихия Вода; О' - стихия Огонь-Министр; нижние индексы соответствуют: i - Инь составлюящая Ци энергии (четные качества, отражающие потенциальное состояние); у - Янь составляющая Ци энергии (нечетные качества, отражающие реализационное состояние).

Изобретение поясняется на примере осуществления заявляемого способа с помощью «Компьютерной пульсовой аналитической системы» (далее - ПАС), подобной раскрытой в прототипе [патент RU 2234241, опубл. 20.08.2004] за рядом отличий, приведенных ниже.

ПАС предназначена для получения объективной оценки энергетического состояния человека по параметрам пульсовых волн, полученных датчиком пульсовой волны в биологически активных точках, в частности расположенных на руках человека: Цунь, Гуань и Чи. ПАС построена на основе основных законов восточной философии, используемых в традиционной китайской медицине. Здесь реализованы фундаментальные подходы и представления, отраженные в этих учениях (закон сохранения энергии, принцип наименьшего действия и т.д.), а также учтен почти 15-летний исследовательский и практический опыт диагностики, накопленный заявителями при использовании ПАС, функционирующей в соответствии с предыдущими изобретениями [патенты: US 5381797, опубл. 17.01.1995; RU 2234241, опубл. 20.08.2004].

ПАС в общем виде содержит (см. фиг.1) электрически соединенные блок датчика 1, обрабатывающий модуль 2 и регистратор 3.

В рассматриваемом примере в блоке датчика 1 использован акустический датчик, однако в ПАС может быть использован любой известный датчик, например фотоэлектрический и т.п., известный из предшествующего уровня техники, позволяющий регистрировать достоверный сигнал пульсовой волны, имеющий форму, подобную форме эталонной пульсовой волны, соответствующей нормальному состоянию организма (см. фиг.2), например представленную на фиг.3 как поз.8. Т.о. непосредственно блок датчика 1 и сам датчик должны выдавать на выходе сигнал предписанной формы, состоящий из двух равных по длительности полупериодов измеренной пульсовой волны, причем во второй полупериод измеренной пульсовой волны включена группа из последовательных затухающих синусоидальных полуволн, амплитуда каждой из которых меньше амплитуды любой из синусоидальных полуволн первого полупериода.

Обрабатывающий модуль 2 включает усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь 5, делитель 6 и анализатор 7. Обрабатывающий модуль 2 и его составные части выполнены на аппаратно-программных средствах персонального компьютера (ПК). Функцию регистратора 3 выполняет монитор ПК.

Измерение и обработка пульсовой волны с использованием ПАС происходит следующим образом.

Акустический сигнал пульсовой волны пациента преобразуют в блоке датчика 1 в электрический сигнал, который усиливают (до 1000 раз) в усилителе 4, затем преобразуют в цифровую форму в преобразователе 5, трижды разлагают на составляющие (см. фиг.3 и фиг.4) в делителе 6, которые обрабатывают в анализаторе 13, при этом как саму форму измеренной пульсовой волны 8, так и результаты ее обработки отражают на интерфейсе регистратора 3.

Более подробно обработка сигнала пульсовой волны продемонстрирована с помощью алгоритма основных действий, приведенного на фиг.5.

После начала работы (поз.13) ПАС с помощью усилителя 4 и преобразователя 5 осуществляет следующие действия:

14 - приемка, усиление и оцифровка сигнала пульсовой волны;

15 - коррекция амплитудных фазно-частотных характеристик сигнала пульсовой волны;

16 - выделение периодов сигнала пульсовой волны;

17 - контроль качества сигнала пульсовой волны;

18 - выделение достоверного сигнала пульсовой волны предписанной формы 8 (см. фиг.3).

Далее достоверный сигнал пульсовой волны предписанной формы 8 обрабатывают в делителе 6 с помощью следующих действий:

19 - выделение четных 11 и нечетных 12 гармоник из достоверного сигнала пульсовой волны; данное выделение осуществляют, как в прототипе, как поясняется на фиг.4;

20 и 21 - свертка четных и нечетных гармоник соответственно в четную 9 и нечетную 10 составляющие (см. фиг.3 и 4), в частности решением системы уравнений по Лагранжу:

где I_n(t)+Y_n(t)=Ypls _n(t),

где I_n - нечетная функция пульсовой волны,

Y_n - четная функция пульсовой волны,

D - вариация действия I_n(t)-Y_n(t),

С - первый интеграл пульсовой волны,

Ypls_n - пульсовая волна;

t₀, t₁ и t ₂ - начало, середина и конец периода пульсовой волны соответственно;

22 и 23 - получение четной 9 и нечетной 10 составляющих первого разложения, схематически обозначенных 24 и 25 соответственно;

26 и 27 - выделение четных и нечетных гармоник из каждой из двух составляющих первого разложения соответственно; осуществляют подобно, как в действии 19;

28-31 - свертка четных и нечетных гармоник с получением двух четных и двух нечетных составляющих второго разложения, схематически обозначенных 32-35 соответственно; осуществляют подобно, как в действиях 20, 22 и 21, 23 соответственно;

36-39 - выделение четных и нечетных гармоник из каждой из четырех составляющих второго разложения соответственно; осуществляют подобно, как в действии 19;

40-47 - свертка четных и нечетных гармоник с получением четырех четных и четырех нечетных составляющих второго разложения, схематически обозначенных 48-55 соответственно; осуществляют подобно, как в действиях 20, 22 и 21, 23 соответственно.

Разложение на четную и нечетную синусоидальные составляющие путем вышеописанных выделений и сверток гармоник на этапах 19-47 осуществляют так, что каждая из синусоидальных составляющих состоит из группы последовательных полуволн, причем сумма ординат четной и нечетной синусоидальных составляющих с одинаковой абсциссой равна ординате синусоидального сигнала предписанной формы с той же абсциссой, как, например, показано на фиг.4.

Как показали экспериментальные исследования, восемь полученных составляющих в виде пульсовых волн соответствуют 8 триграммам, описывающим в двоичном виде порядок разложения каждой составляющей, и характеризуют 6 известных стихий и соответствующие им меридианы традиционной китайской медицины [см., например, Богуш Д.А., Каппо. Японская техника реанимации в практике боевых искусств. М.: Институт общегуманитарных исследований, - 2000. - С.56], а именно: четная составляющая 48 - меридиан Жень-Май; нечетная составляющая 49 - стихия Земля, четная составляющая 50 - стихия Вода, нечетная составляющая 51 - стихия Дерево, четная составляющая 52 - стихия Огонь-Министр, нечетная составляющая 53 - стихия Огонь, четная составляющая 54 - стихия Металл и нечетная составляющая 55 - меридиан Ду-Май, что соответствует триграммам Земля, Гора, Вода, Дерево, Гром, Огонь, Озеро и Небо соответственно.

Т.о. дальнейшая обработка сигнала пульсовой волны в анализаторе 7 (на фиг.5 не показано) производится подобно тому, как в прототипе, а именно следующим образом. В памяти обрабатывающего модуля 2 хранится информация об эталонном распределении составляющих энергии ЦИ, названных СИН-порядок (см. фиг.6), соответствующем распределению составляющих энергии эталонной пульсовой волны (см. фиг.2), определенной по результатам многолетних исследований, соответствующей нормальному состоянию организма человека. На основании данных четной и нечетной составляющих 48-55 определяется реальное распределение энергии по 6 стихиям (реальный СИН-порядок), причем энергии пяти стихий выделяются из пяти фаз первого полупериода составляющих пульсовой волны, а энергия шестой стихии - из второго полупериода. Такое распределение сравнивается с распределением по эталонному СИН-порядку и заносится в Матрицы Состояния Инь и Янь размерностью 6×6. Полученные Матрицы Состояния в виде таблиц отражаются на интерфейсе регистратора 3 и используются для постановки диагноза. При этом важно, чтобы в качестве эталонной пульсовой волны (см. фиг.2) использовалась пульсовая волна, энергия сигнала за период которой равна энергии сигнала предписанной формы измеряемой пульсовой волны за период. Т.о. отклонения (или разбаланс) энергий сопоставимы и могут быть определены в процентах.

Следует отметить, что в ранее известных технических решениях постановку диагноза осуществляли не более чем по шести стихиям (соответствующим составляющим пульсовой волны 49-54 по вышеприведенному примеру). Появление возможности исследования циркуляции энергии по двум дополнительным меридианам Жень-Май и Ду-Май в соответствии с настоящим изобретением увеличивает возможности отражения реального состояния организма, что повышает точность постановки диагноза.

Более того, использование одной пульсовой волны для диагностики по шести стихиям и четырнадцати меридианам позволяет сократить время исследования и использовать практически любое доступное место на теле человека для регистрации пульсовой волны, например щеки, уши, ладони, ноги (бедро), горло, без снижения точности постановки диагноза, что является дополнительным преимуществом настоящего изобретения по сравнению с известными техническими решениями.

Также следует отметить, что осуществление настоящего изобретения возможно и при предварительном измерении, преобразовании и записи пульсовой волны на материальный носитель (например, FD, CD, флэш-память и т.п.) с помощью отдельного устройства. Затем записанная информации может быть введена, например, в вышеописанную ПАС для обработки с целью постановки диагноза, причем в этом случае обработку начинают с действия 18. Ввод такой информации в ПАС может происходить и дистанционно, например через Интернет.

Приведенный выше пример использован только для целей иллюстрации возможности осуществления изобретения и ни в коей мере не ограничивает объем правовой охраны, представленный в формуле изобретения, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления изобретения, помимо вышеописанных.