CC BY
4
УДК 621.39
V о • • •
лмарнии сервю в1зуального мошторингу
• -и • •
динам1ки функционального стану пащента за параметрами електричного бю1мпедансу
Мостчук В. С., Шарпан О. Б.
Нацншалышй тохшчшш ушворситот Укра'ши "Ки'шський иолггохшчшш шетитут ¡Moiii 1горя СЛкорського"
E-mail: в harpan&tor. kpi.ua
Представлено результата розроблешш власпого хмарпого cepBicy i гпучкого веб-штерфейсу систоми електрпчпо! бю1мпедапсометрп. яка впкорнстовуеться в задачах д1агпостнки складу т!ла i його 6iori-дратпоста. Система може бути використапа як окремо. папрнклад у раз! впрйпеппя пнтапь контролю складу т!ла в гераптологп. кардюлогп. пефоролц-п. д1етологп. спортпвпш медицин! тощо. так i як вбудованнй додаток для шших медико-техшчпих засоб!в. папрнклад для гемод!ал1зу. Bona забезпечуе оргашзацио i зручппй оперативпий контроль протшаппя д1агпостичпо! або лшувалыю! процедури. що пов'язапа з пеобх!дшстю впзпачешш i дипамши складу т!ла людшш па основ! безпосередпього впзпачешш i дипамши складових параметр!в електрпчпого бю!мпедапсу (модуля, фазового кута, активной i реактивно! складових) в розширешй смуз! частот. Особливост! i умови реал!зацп тако! системи розгляпуто па приклад! задач! д1агпостики дипамши водного статусу людипи безпосередпьо протягом сеансу ультрафгльтрацп шд час процедурп гемод!ал1зу. У цьому раз! структура об'едпуе в едипу систему апарат "штучно! пирки", бю!мпедапсометр та хмарпий cepBic i здшешое обробку вх!дпих дапих. Вим1рюваш1я параметр!в електрпчпого бю!мпедапсу здшсшоються па трьох ф1ксовапих частотах 20 кГц. 100 кГц i 500 кГц в автоматичному режим! протягом всього сеансу ультрафгльтрацп. Отримаш даш шд час вим1рювапь в!дображаеться у веб-штерфейо. Як д1агпостичш показпики за-стосовуються зазпачеш параметри 1мпедапсу. а також положешш вектор!в 1мпедапсу па комилекешй илощиш в1дноспо "елшов толераптпостГ'. Ор1ептуючись па дипам1чш змши параметр!в бю1мпедапсу. можпа об'ективпо оциповати дипам1чпий фупкцюпалышй стаи пац!епта та корегувати проходжеппя будь-яко! лшувалыго! процедурп.
Клюноаг слова: електричпий бю1мпедапс. мошторипг. фупкцюпалышй стап. контроль складу т!ла, елшеп толерантность гемод1ал1з, ультраф1льтрац1я. веб-штерфейс
DOI: 10.20535/RAD АР. 2021.84.57-65
Постановка задач1
В ряду завдань визначення функционального стану людшш застосовують мотоди кшьшенем оцш-кн складу тша ноирямими методами !iri vivo". За ocTanni три досятшпття ця область бюмодичних достджонь швидко розвиваеться i видшилася в окромий науковий напрям. який одержав назву науки про склад тша. Сучасний етаи його розвитку характеризуешься збшыненням pcuii нових техноло-rifi i методов доелвдження та ввдповцщем апаратури. Сформувалося i стало загалыгоприйнятим суджон-ня про склад тша но лише за антропометричними шдексам. а на ociiobí аиаратних методов, яш ви-користовують бихрзичш властивосп pÍ3iiiix тканин оргашзму. Поряд з традидойними методами антро-пометрп'. калшерометрп' i шдводного зважування, отримали розвиток iumi бихрзичш мотоди Í30-Tonni. рентгешвсько! абсорбцюметрп', ядерного ма-
гштного резонансу та електричного биямпсдансу (дат биямпедансу).
У бшыносп ентуацш визначоння складу тша но-обхвдно проводити в реальному масштаб! часу, причешу ие обов'язково в стадоонарних умовах клпики. Тому bcí до мотоди по завжди можуть бути вико-piiCTani або через особлив1 умови застосуваиня, або складшсть i дороговизну втпрювань. Само тому методолопя биямиедасного анатзу, яка найбшын просто роатзуема "iri vivo" i доступна для широких ворств населения. Бкямпсдансомотрш мае практично застосуваиня в швидкш доагностищ функдоону-вання оргашзму та виявленш патологш, а об'сктами досшджонь можуть бути як увесь оргашзм людшш в цшому, так i його окрохп сегмоити [1 21].
Методики б1о1мпеда11сомотрп' дозволяють визна-чати стан р1зноман1тних coktopíb т1ла людшш (боз-жирову i жирову масу. д1елоктричн1 властивосп бютканин, загалышй об'см i сшвввдношення внутрь
шньоклишшого i зовшшньоклтиигого об'ехйв р1ди-ни. тощо). 1х розультати достатньо строго корелю-ють з i30T0niiiiMii i ininiiMii методиками, яш Bii3iiani «золотим стандартом» визначення сектор1в тша лю-дини [1. 5 8. 11]. Вони активно впроваджуються в багато сфер медицини: бкхрзику [9.10]. визначення дклектричних i функцюналышх характеристик бюлопчних тканин [1. 2. 11 17] i трансплантоло-riio [14. 16]. кардюлогпо [18]. нефролоию [1 4. 17]. дктолоию [6.8.19.20]. спортивну медицину [8.12.21] та iiinii. 1мпсдансометр1я також використовусться для визначення стану рослинно! продукцп [22].
Незважаючи на достатньо тривалу icTopiio роз-витку бкямпедансометрп. сучасш вимоги медико-бкшоично! д1агностики обумовлюють завдання подалыного вщлшення ряду методолоичних i тех-шчних питань. Актуалышми с задач1 розвитку методик д1агностики за визначенням Bcix складових [1.12 14] 1мпедансу. причому не лише на фшеова-nifi частот. як це використовуеться. наприклад в [15 18]. а й в розширешй смуз1 частот [1.2.12.19.21. 22]. Для розвитку нових можливостей д1агностики необхцщим с подальший розвиток методики i апа-ратури д1агностики на ocuoBi визначення фазового кута [2. 8. 16. 19. 23 26] та векторного анал1зу [3. 4. 10. 18. 19. 21] бкямпедансу. Вимоги шдвищення onepaTiiBiiocTi отримання та штерпретацп д1агно-стичних результате. зручност роботи i доступно-CTi д1агностичних процедур, можливост оброблення втирювалыго! шформацп не лише на мкщ проведения втпрювань. а й з використаиням в1ддалсних сервер1в i «хмарних технолоий» передач! шформацп обумовлюють необхцщкть створення апаратури. методик i технологи! д1агностики i3 застосуванням сучасних цифрових технолопй охорони здоров'я ("Digital Health arid Big Data").
Одною з сучасних проблем контролю складу тша i стану бюидратност на ociiobI результате б1о1мпедансних вим1рювань як тд час процедури ге-мод1ал1зу. так i в iiimux ситуащях. с те. гцо результа-ти вим1рювань потребують обробки для отримання д1агностичних показнишв. гцо характеризують па-раметри складу тша. наприклад бюидратшть. Сам1 показники. гцо фшсуються за допомогою бкямпе-дансометра. опосередковано несуть д1агностичну in-формащю. а отже потребують попередньо! обробки для анал1зу. Як правило це вже ввдбуваеться пкля завершения процедури. гцо обмежус оператившеть д1агностики i не в noBiiifi Mipi задоволыгае вимоги контролю бюидратност. Ьшедансометри. що вбу-доваш до iiiiHiix медичних апаратв. якгцо вони с. наприклад до апаратв "штучно! нирки". не завжди мають протокол передач! даних до хмарних сервк ciB. а лише фшеування поточних результатв. що с малошформативним. Також не Bci Ti ж гемод1ал1зш апарати мають нав1ть таш опцюнальш додатки у вигляд1 бкямпсдансометр1в.
Проблеми з вщеутшетю 1нтегрованих 1мпедансо-mctpíb або з лише ввдображенням результатв ви-м1рювання складових 1мпедансу на штегрованих у iumi медичш д1агностичш або лшувалыи апарати вщлшуються за допомогою шдключення зовшшньо-го пристрою, як це описано, наприклад. в [27]. Для мпим1зацп ручно! рутинно! обробки можна удоско-налювати бкямпедансометри. вбудовуючи в нього спещал1зоване програмне забезпечення для Biipiine-ння noTpi6iio'í задачь Це ускладшос його викори-стання в iiimiix задачах д1агностики. 1нший шдх1д полягас у створенш спещал1зованой або ушверсаль-iio'í шформащйно! системи. в якШ обробка пара-метр1в бкямпедансу виконусться або безпосередньо на мкщ виконання втпрювань. або вцщалено на CToponi сервера. В останньому pa3Í вщомий стандарт DICÜM разом з PACS нараз1 не може бути застосований через передачу бкямпедансометром не зображення. а потоку даних.
Метою статт с опис розробленого хмарного сер-вку та гнучкого веб-штерфейсу системи бкямпедансометрп в задачах д1агностики складу тша i його бюидратност. що здатний забезпечити оргашзащю i зручний оперативний контроль проткання тк! чи iiimo'í д1агностично1 або лшувально! процедури.
1 Реал1защя системи
Особливост i умови реал1зацп тако! системи розглянемо на приклад1 задач1 д1агностики дина-míkii водного статусу людини безпосередньо про-тягом сеансу ультрафшьтрацп тд час процедури гемод1ал1зу з використаиням результатв втпрю-вань параметр1в 1мпедансу. отриманих в [27]. Задача розвитку технологп' 1мпедансомстрп i BapiaiiTÍB i"í апаратурно! реал1зацп для визначення "iri vivo" i об'сктивного контролю динам1ки б1ог1дратност1 ор-ган1зму людини в процей гсмод1ал1зно! ультрафшьтрацп с актуальною [1 4]. Такий контроль надзви-чайно важливий з точки зору вчасного припинення процедури ультрафшьтрацп i досягнення piBira "сухо! ваги", оскшьки як недостатня депдратащя. так i г1перг1дратащя супроводжуються важкими наслщ-ками [2.3].
1нтерфейс контролю динамши г1дратност1 пщ час д1ал1зу за допомогою б1о1мпедансних параметр1в може бути реал1зовано через адапний веб-штерфейс як для стащонарних. так i мобшышх комп'ютер1в. Структура об'бднус в едину систему апарат "штучно! нирки". бкямпедансометр та хмарний сервк. що зд1йснюс отримання. збер1гання. оброблення та вщображення даних.
Для створення хмарного сервку використа-но об'ектно-оркнтований компонентний фреймворк Yii. який використовуе найб1льш популярний серед фреймворк1в архиектурний патерн ^ÍVC (^íodel-View-Controller) для оргашзацп коду. Арх1тектура ^ÍVC дшить дан1 програми i керуючо! лопки на
окрем1 компонента, що дозволяе модифжувати кожного окремо i незалежно. Тобто модель надае дат предметно! областа виду i реагуе на коман-ди контролера, змтюючи свт стан. Вид вщповщае за воображения даних предметно! облает (модел1) користувачев1, реагуючи на змши модел1. Контролер штерпретуе дп користувача, сповщаючи модель про необхщтсть змш.
KpiM MV С, Yii-додатки також мають таю сутно-CTi: вхщт скрипти — це PHP скрипти, яю доступш юицевому користувачев1 програми; додатки, яю е глобально доступними об'ектами, що здшснюють коректиу роботу р1зних компоненте програми та Тх коордииащю для обробки запиту; компоненти програми - об'екти, зареестроват в додатку i иадають pi3Hi можливоста для обробки поточного запиту; модул! - самодостатт пакети, яю включають в себе повтстю Bei засоби для MVC.
Додаток може бути оргашзовано за допомогою деюлькох модутпв: фшьтри - це код, який повинен бути виконаний до i теля обробки запиту контролерами; вщжети - це об'екти, яю можуть включати в себе представления. Вони можуть м1стити р1зну логгку i бути використат в р1зних м1сцях. Bei за-пити, оброблюват Yii додатком1, ироходять шлях, наведений в cxeMi системи на рис. 1. Дат заванта-жуються з бази даних MySQL.
Рис. 1. Структурна схема обробки заштв додатком на основ1 УП2 фреймворком
У результат! маемо веб-ттерфейс для користу-вания, який передбачае авторизащю у особистий кабтет, а сам особистий кабтет мае вигляд рис. 2.
Оператор мае змогу додати пристро! обстежеиня з перелжом вим1рювальних параметр1в до кожного (рис. 3). У оператора е база пащентав, яку вш ство-рюе, вносячи кожного пащента окремо в картотеку. Починаючи вим1рювання, оператор розпочинае старт нового сеансу, заповнюючи вщповщт вщомо-ст1 про нього. Це можна зробити як перед початком сеансу дослщжень 1 контролю, так 1 в ироцес1 цього.
Рис. 2. Граф1чний ттерфейс особистого кабтету оператора тформащйно! системи
б)
Рис. 3. Перелж зареестроваиих пристроТв-постачальииюв даних та визначення параметр1в пристрою оператором тформащйно! системи
На даному еташ оператор мае можливкть обрати пащента, зазначити хто саме проводить дослщ-жеиня, який пристрт використовуеться, початок та юиець сеансу. Тому необхщио створити таблицю, котра буде зв'язана з перел1ченими елементами, та зберн?ати вказаний пром1жок часу. Дана таблиця зв'язуе таю дат: який пристрт використовуеться в данш сесп; пащеит, який бере участь в дослщжент; мета дослщження, вщповщно до яко! проводиться даиий сеанс; тформащю про оператора, хто саме проводив сеанс вим1рювання; опис ф1зичного стану пащента за його зовтштми ознаками; час початку сеансу; час завершения вим1рювання. У будь-який час оператору доступный реестр вс1х попередтх дослщжень. Веб-стортка поточного дослщження, збереженого в баз1 даних, мае вигляд, що наведений на рис. 4.
Lhttps ://www.vüframework. com/doc/suide/2 .0
Рис. 4. Загальний вигляд штерфейсу моштора сеансу гемсццал1зу з граф1чним вщображенням динамь ки змш параметр1в 1мпедансу у 4aci з наближенням до елшав толерантноста
2 Опис приклад1в проведения експеримент1в та накопичен-ня кл1шчних даних
Для демонстрацп прикладу розроблення веб-технологи 1мпедансометрп використано результати вим1рювання параметр1в бю1мпедансу в Харывсько-му обласиому юпшчному центр1 урологи та нефрологи iM. B.I. Шаиовала шд час процедури гемо-д1ал1зу. Опис методики i результатав виьпрювань параметр1в бю1миедансу представлен! в [27]. Як 6io-1миедансометр, був обраний трпчастотнпй прилад ТОР М-1, розроблений на кафедр1 ТОР КП1 i\Kuii 1горя СЬсорського, якпй забезпечував вим1рювання параметр1в бю1миедансу на трьох фшеованих частотах 20 кГц, 100 кГц i 500 кГц. Як апарат "штучно!" нирки" — Fresenius Medical Саге 5008S з можливь стю змши швидкоста ультрафшьтраци в ручному та автоматичному режимах. Тривалкть процедур ста-новила до 4 години. Ультрафшьтращя проводилася в обся'й, необхщному для досягнення стану "cyxoi ваги".
3 Анал1з результат1в експери-менив на основ1 розроблено1 шформащйно1 технологи
1нтерфейс системи д1агностики розроблявся ви-ходячи з того, що сучасною тенденщею розвитку методу бю1мпедансного анал1зу складу тша в ешде-мюлопчних 1 юпшчних дослщженнях е ощика мо-жливоста безпосереднього використання первпннпх параметр1в 1мпедансу без додаткового перетворения 1х у д1апюстичш показникп. В цьому раз1 ви-корпстовуються безпосередньо параметри 1мпедан-су (модуль, активна, реактивна складов]., фазовий кут). Також, одним 1з способ1в иодання результатав вим1рювань для визначення параметр1в складу тша е векторний ана.л1з бю1мпедансу [3,4,10,18,19,21].
1итерфейс моштору ПК, якпй характерпзуе основш мож.ливост1 1нформативност1 розроблено! технологи, наданий на рис. 4. Вш складаеться з таких структурних елементав. Зверху надана таблиця протоколу з бази пащента, нпжче палаш графжи динамши зиачень модуля 1 фазового кута 1мпедансу, вим1ряних на трьох частотах, внизу - графши дина-мши вектор1в 1миедансу на цих частотах (червоний, сишй, оранжевий) вщносно "елшав толерантностГ', побудованих для кожного пащента персонально.
У раз1 векторного анал1зу результати вим1рю-вань зображаються граф1чно у вигляд1 точки Z-площини в прямокутнш систем! координат по осях активного водно-електрол^тного опору Я/ДТ 1 реактивного (емшеного) опору ХС/ДТ, нормованих вщносно довжини тша ДТ. Вони зштавляються з областю референтнпх значень параметр1в 1мпедан-су (активно! 1 реактивно! складових), отриманих шляхом чисельних вим1рювань на частот! 50 кГц в загальнш популяци. Щ облает! значень форму-ють так зваш елшеп толерантноста (синш, чорнпй 1 зелений е.йпеи на рис. 5 ) з областями вщхилення вщ референтного (для даного в1ку 1 стат1) значения в 50, 75 1 95% зони розподшу точок [4,18]. Щшь-шеть розподшу мае максимум, що е центром елшав, 1 дв1 перпендикулярш оа. симетри, яш проходять через точку максимуму. Система вкладених елшав будуеться на осях симетри.
Рис. 5. Е. йиси толерантноста
Положения точки Ъ щодо елшав толерантноста дозволяе судити про спрямовашсть 1 вираженоста вщмшностей параметр1в пащента вщ середшх зна-чень для дано! популяцп.
Виразшсть вщмшностей характеризуетьея вщ-станню м1ж точками Ъ 1 центром елшса. Напрямок вщмшноста точки Ъ вказуе на характер змш гщра-тацп, а також р1вшв величин жироиоТ 1 худо! маси. Повтори! вим1рювання дають можливкть за положениям точки Ъ вщстежувати дпнамшу змш на яшсному 1 кшьшсному р1внях. П1д час процедури гемод1ал1зно! ультрафшьтрацп ступшь наближен-ня стану пащента до потр1бного р1вня "сухо! ваги" ощиюеться по ступеию наближення динамши векто-р1в 1мпедансу до елшав толерантноста1 попаданию 1х в илощини цих елшав. Використання тако! ш-формацшно! технологи дае можлпвшть в реальному масштаб! часу вщстежувати хщ процедури ультрафшьтрацп I вчасно за об'ективними показниками зупиняти 11.
4 Обговорення результатов
Вщмшшсть заиропоновано! 1нформацшно! технологи вщ традицшних така. Традицшно, у раз1 контролю функщонального стану за показниками векторного 1мпедансного анал1зу, вим1рювання па-раметр1в 1мпедансу прпйнято виконувати на фшсо-ванш частота 50 кГц [4,17]. В цьому ра'й значения параметр1в 1мпедансу (модуля, активно!, реактивно! складових 1 фазового кута) обумовлюються активною м1жкл1тинною провщшстю I частково реактивною внутршньоклтаиниою провщшстю, внаслщок того, що на частота 50 кГц струм змщення частково проходить через д1електричш структури, на-самперед клгтипш мембраии. Можливо з точки зору ощики функщонального стану шд час гемод1ал1зно! ультрафшьтрацп це прппустпмо, так як у цьому р;гй, по-перше, впдалення рщини вщбуваеться на-самперед з позаюптинного басейну 1 вщносно достатньо швидко для вщиовления водного балансу зовшшньоюптинного 1 внутршньоюптиниого сере-довища, по-друге, иротягом тривалого часу нако-пичений практпчнпй досвщ використання такого шдходу, який дае задовшьш результати не лише у раз1 гемод1ал1зу [4], але й у шших ситуащях [17]. Зокрема, про те, що протягом сеансу гемод1аль зу впдалення рщини вщбуваеться насамперед 1з зовшшньоклтаиниого середовпща свщчать графпш для модуля 1 фазового кута 1мпедансу на рис. 4. Видно, що мають м1сце помггш. змши модуля 1м-иедансу, особливо на частотах 20 кГц 1 100 кГц (рис. 6), в той час як протягом основио! частини тривалоста процедури фазов1 кути 1мпедаису змшю-вались мало. Лише на початковому еташ процедури змши фазового кута бшын помггш, при мало! змшюваноста модул1в, що свщчить про те, що на початковому еташ вщбуваеться швпдка дииамша
балансу ипутршшьок.йтиппоТ 1 зовшшньоюптинио! рщини (в першу чергу вщбуваеться ультрафшьтра-щя вмкту внутрппньоклггинного середовпща). Але в ряд1 шших ситуащй зокрема при ощнщ структури 1 компонентного складу тша та !х дииамши у д1етологп [10,11,14,17,20], рииологп [28], рослпнно! продукцп [22] 1 ш. на думку автор1в бшын впсока чутливкть забезпечуеться у раз1 впм1рювання пара-метр1в 1мпедансу, 1 насамперед реактивно! складово! 1 фазового кута, в розширенш смуз1 частот. Тому в нашому раз1 впм1рювання вах параметр1в 1мпедан-су здшснюеться в широкш смуз1 частот на трьох суттево рознесених частотах.
Зазвичай у пащентав перед процедурою гемодь ал1зу вим1рювяш значения на вах трьох частотах знаходяться у сектор1 збшынено! юптиино! маси (рис. 7) та мають тенденщю виродовж процедури ультрафшьтрацп пересуватися до сектору дегщра-тацп, що е цшком лопчиою дииамшою.
220 -*-2М)0 2500
И
ЧТО г_ 1 гп
л 0. л 1 л 1. л 2 л 2.5 л Зл
Об'см ультрафшьтраци (л)
Рис. 6. Динамша змши первинних параметр1в з вщ-ображенням у веб-штерфейа
♦ 95% ♦ 7596 50% 1120 ' КЮО • 11500
100
I
I 75
0
200 250 300 350 400
Активна складова ¡мпедансу К/Н, (Ом/м) 95% ♦ 75% 50% 1(20 т R100 • 1(500
1 00
о
200 250 300 350 400
Активна складова ¡мпедансу К/Н, (Ом/м)
Рис. 7. Сшвставлення динамши змши параметр1в 1мпедансу до персонал1зованих (\ iincii; толерантно-
ста
Отже, ор1ентуючись на змши вектор1в бю-1мпедаису ввдносно елшав толераитпосп, можна об'ективно оцшювати функцюнальний стан пащен-та та корегувати проходження процедури ультра-фшьтращ! чи шших лшувальних процедур.
Висновки
Контроль динамики идратносп, як складово1 структури тша людини, показаний на прикла-д1 процедури д1ал1зу, реал1зовано на основ1 ви-кпрювання иараметр1в бю1мпедансу шформацшно-викпрювальною системою, яка структурно об'еднуе в едпну систему широкосмуговий тричастотпий ви-м1рювач иараметр1в 1мпедансу i комп'ютериий веб-штерфейс для оброблення вгопрювально! шформа-Щ1 та в1зуатзащ1 динампси змш параметр1в. Остан-нш являе собою сукуишсть веб-сторшок, що надае зручний штерфейс для взаемода з сервшом та ири-строями i забезпечуе в реальному масштаб! часу керування вгопрювальною i лшувальною процедурами в ручному чи автоматизованому режимах. У результат! маемо можлившть шдивщуально! авто-ризащ! у особистий кабшет та перегляд попередшх чи поточиих результате вгопрювань з прив'язкою до кожного пащента окремо.
Вгопряш параметри бю1мпедансу (модуль, активна, реактивна складов! i фазовий кут iM-иедансу), що обраш для анатзу, оброблеш та представлен! у впгляд1 графшв. Характерш змши значень параметр1в 1мпедансу, залежпо в1д об'ему видалепого ультрафшьтрату, зазначають правиль-н1сть проходження процедури д1атзу. У процес1 ультрафшьтращ! ввдбуваеться збшынення модуля 1мпедансу на scix вгопрювальнпх частотах — це евщчить про те, що на scix р1внях (клиинна, позаклипнна рвдина) ввдбуваеться поступова де-пдратащя пор1вняно з початковим станом. Змши фазового кута дають уявлення про х1д процейв балансу позаклипнной i внутршньоклипнной pi-дин. Положения точок вшупрювань Z — (X(R)) щодо референтнпх областей елшав толерантносп дозволяв судити про спрямовашсть i впраженосп ввдмшностей параметр1в 1мпедансу пащента в1д середшх значень для дано! популящ!', а напрямок вщмшносп точек Z вказуе на характер бюпдра-тност1 та значения величин жирово! i худо! маси. Рух параметр1в вектр1в 1мпедансу в 6iK елшав толерантносп дае шдставп визначення моменту досгнення пащентом р1вня «сухо! ваги» i зупшення процедури ультрафшьтращ1 у pa3i наближеипя до елшав толерантноста чи попадания у i'x илощини. Повтори! вгопрювання дають можлившть за иоло-Z
якшному piBHi.
3 графтв видно також, що шд час процедури можуть бути артефактш явища. Шд час уль-трафшьтращ! можливе спостереження нелшшного
характеру змши параметр1в 1мпедансу. 6 ймов1р-HicTb артефактав — при проведенш визначення piB-ня пдратацй' оргашзму, пащент не повинен робптп зайвих pyxis шд час процедури. Можлива поява не-коректпих даиих на бю1мпедансограм1, якщо перед процедурою пащент займався ф1зпчною працею, пе-penic ав1аперели або до нього були застосоваш дй' iHTencnBHOi Tepanii. Ця нелшшшеть е шдпввдуаль-ною для кожного пащента.
Для цього потр1бно переконатися у правильное^ проведения вгопрювання та пор1внятп результати з попередшми, щоб визначити шдпвщуальш нель шйность Одним i3 cnocoöiB подання результате вгопрювань бю1мпедансу е векторпий anani3 6ioiM-педапсу.
Hapa3i в кшщ процедури гемод1ал1зу проводиться опитування суб'ективпих ввдчуттав пащента, а також огляд лшарем, з подальшпм висновком стосовно проведено! процедури. За допомогою роз-роблено! шформацшно! технологи, ор1ентуючпсь на змши вектор1в бю1мпедапсу вщносно елшав толе-рантност1 та тенденцй' дииамши модулю та фази бю1мпедапсу вщиоспо вплученого об'ему ультрафшьтрату, характеру дипамши змш параметр1в, можна об'ективно ощнювати функцюнальний стан пащента та конкретно його бюпдратшеть, корегувати шдивщуальш методики i швидшеш параметри ультрафшьтрацй'.
Запропоповаиа техполопя також придатна для використання в шших ситуащях, зокрема в кард1о-лои1, нефрологй', д1етологй', ринологй', сиортивн1й медицин!, оцшщ стану рослинно! продукцй' тощо.
Перелж посилань
1. Рахматуллина Л. Н. Применение биоимиедансного монитора состава тела (ВСМ) в клинической практике у диализных больных (обзор литературы) / Л.Н. Рахматуллина, К.Я. Гуревич // Нефрология. - 2013. -Т. 17, № 4. ■ с. 49-57.
2. Строков А.Г. Персистируюшая и интермиттирующая гипергидратация у пациентов на программном гемодиализе: методы оценки и коррекции / А.Г. Строков, В.А. Терехов, Я.Л. Поз, К.Н. Крышин, Ю.В. Копылова // Вестник трансплантологии и искусственных органов. -2015. - Т. 17, №1. - с. 103-108.
3. Вишневский К.А. Коррекция «сухого веса» у больных, получающих лечение программным гемодиализом, по результатам векторного анализа биоимпеданса / К.А. Вишневский, Р.П. Герасимчук, А.Ю. Земченков // Нефрология. - 2014. - № 2. - С. 61-71.
4. Piccoli A. Bioelectric impedance vector distribution in peritoneal dialysis patients with different hydration status / A. Piccoli // Kidney International - Vol. 65, Iss. 3. - pp. 1050-1063.
5. Grimnes S. Bioimpedance and bioelectricity basics / S. Grimnes, O.G. Martinsen. - Amsterdam: Elsevier, 2008. -471p.
6. Торнуев Ю.В. Диагностические возможности неинва-зивной биоимпедансометрии / Ю.В. Торнуев, Д.Л.
Непомнящих, Д.Б. Никитюк, Г.А. Ланий и др.// Фундаментальные исследования. - 2014. - № 10 (4). - С. 782-788.
7. Kyung-Wan Baek Validation of Dual Energy X-Ray Absorptiometry and Nuclear Magnetic Resonance in the Analysis of Body Composition in Mice / Kyung-Wan Baek, Ji-Seok Kim, Jin Sung Park, So-Jeong Kim, Yong-Chan Ha, Ok-Yi Jeong, Jun-Il Yoo. - 2020. ttps://doi.org/10.11005/jbm.2020.27.4.291
8. Николаев Д.В. Биоимпедансный анализ состава тела человека / Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобрип-ская, С.Г. Руднев. - М. : Наука, 2009. - 392 с.
9. Barni S. Detection of Allergen-IgE interaction in Allergic Children Through Combined Impedance and ROS Measurements / S. Barni, A. Fort, M. Becatti, C. Fiori-llo et al. // IEEE transactions on instrumentation and measurement. - 2017. - Vol. 66, No. 4 - pp. 616-623.
10. Buffa R. Bioelectrical impedance vector analysis (BIVA) for the assessment of two-compartment body composition / Buffa R., Mereu E., Comandini O., Ibanez M.E., Marini E. // Eur J Clin Nutr. - 2014. - Vol. 68, No 11. - pp. 1234-40.
11. Urinary Creatinine Based Equations for Estimation of Fat Free Mass in Patients with Intestinal Insufficiency or Intestinal Failure / Nanna Dyhre-Petersen, Marianne K0hler, Henrik H0jgaard Rasmussen // Clinical Nutrition ESPEN. - 2021. - DOI: https://doi.org/10.1016/jxlnesp.2021.01.040
12. Matias C. N. Fat-free Mass Bioelectrical Impedance Analysis Predictive Equation for Athletes using a 4-Compartment Model / C. N. Matias, F. Campa, D. A. Santos, H. Lukaski, L. B. Sardinha, A. M. Silva / International Journal of Sports Medicine, Georg Thieme Verlag KG. - 2020. - No 1. - c. 27-32.
13. Kyung-Wan Baek Validation of Dual Energy X-Ray Absorptiometry and Nuclear Magnetic Resonance in the Analysis of Body Composition in Mice / Kyung-Wan Baek, Ji-Seok Kim, Jin Sung Park, So-Jeong Kim, Yong-Chan Ha, Ok-Yi Jeong, Jun-Il Yoo. - 2020.
14. Martine J. Sealy Low muscle mass is associated with early termination of chemotherapy related to toxicity in patients with head and neck cancer / Martine J. Sealy, Tanadech Dechaphunkul, Cees P. van der Schans, John Walker, Harriët Jager-Wittenaar, Vickie E. Baracos // Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, vol. 2019, no. 02, pp. 029-029.
15. Zambone M.A. Anthropometry, bioimpedance and densitometry: Comparative methods for lean mass body analysis in elderly outpatients from a tertiary hospital / M. A. Zambone, L. S. Garcia, M. L. Bueno // Molecular Catalysis, Vol. 490, p. 111020. DOI: 10.1016/j.exger.2020.111020
16. Цейтлин Г.Я. Значение биоимпедансного анализа и антропометрии для прогнозирования осложнений у детей с онкологическими и неонкологическими заболеваниями после трансплантации гемопоэтических стволовых клеток / Г.Я. Цейтлин, А.Ю. Вашура, M.B. Коновалова, Д.Н. Балашов, M.A. Масчан, C.B. Бель-мер // Онкогематология. - 2013. - Том 8, № 3. - с. 48-54.
17. Amaroa Р. Р. Déficit nutricional relacionado con la enfermedad renal Nutritional deficit related to kidney disease / Pilar Peña Amaroa, Pedro Pancorbo Hidalgoa, Victoria Gálvez Gómezb, Juana María Granero Moyac.a Universidad de Jaén, Jaén, España, b Hospital Médico
Quirúrgico Ciudad de Jaén, Jaén, España, с Hospital San Juan de la Cruz // Original Article Journal of Bone Metabolism. - 2020. - Vol. 27, No 4. - pp. 291-299.
18. Walter-Kroker A. A practical guide to bioelectrical impedance analysis using the example of chronic obstructive pulmonary disease / A. Walter-Kroker, A. Kroker, Muriel M. Mattiucci-Guehlke et al. // Nutrition Journal. - 2011. - 10:35.
19. Fassini P.G. Bioelectrical impedance vector analysis as a useful predictor of nutritional status in patients with short bowel syndrome / P.G. Fassini, C.F. Nicoletti, K. Pfrimer, C.B. Nonino, J.S. Marchini, E. Ferriolli // Clin Nutr. -2017. - Vol 36, No 4. - pp. 1117-1121.
20. Шарпан О. Б. Динамжа частотних залежностей па-раметр!в електричного ¡мпедансу людини в процес! сухого голодування / О.Б. Шарпан, B.C. Мосшчук // Bíchhk НТУУ "КП1". Сер1я Радштехшка, Радшапара-тобудування. - 2017. — Вип. 70. — с. 43-48.
21. Carrasco-Marginet M. Bioelectrical impedance vector analysis (BIVA) for measuring the hydration status in young elite synchronized swimmers / Carrasco-Marginet M, Castizo-Olier J, Rodríguez-Zamora L, Iglesias X, Rodríguez FA, Chaverri D, Brotons D, Irurtia A. // PLoS One. - 2017. - Vol. 12, No 6. - e0178819
22. Paterno A. Efficient Computational Techniques in Bioimpedance Spectroscopy / A. Paterno, L. H. Negri, P. Bertemes-Filho // Applied Biological Engineering - Principles and Practice. Edited by Ganesh R. Naik, 674 pages, Publisher: InTech, Chapters published March 23, 2012. pp. 4-28.
23. Colín-Ramírez E. Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic marker in chronic heart failure / E. Colín-Ramírez // Nutrition. - 2012. - Vol. 28, No 9. - pp. 901-5.
24. Santarpia L. Prognostic significance of bioelectrical impedance phase angle in advanced cancer: preliminary observations / L. Santarpia, M. Marra, С. Montagnese et al. // Nutrition. - 2009. - Vol. 25(9). - pp. 930-1.
25. Ярошенко B.T. Вар1анти бш1мнедансометрй при ви-вченш bíkoboí ф!зшлогй людини / В.Т. Ярошенко, О.Б. Шарпан // Науков! bíctí НТУУ "КП1". - 2009. -№1.-С. 26-29.
26. Gupta D. Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic indicator in breast cancer / D. Gupta, C.A. Lammersfeld, P.G. Vashi et al. // BMC Cancer. - 2008. -8. - p. 249.
27. Шарпан О. Б. Динамжа параметр!в тричастотно! 6io-¡мпедапсометри пащент1в тд час гемод1ал1зно! ультрафшьтраци / О.Б. Шарпан, B.C. Мосшчук, M.O. Архипська, Б.В. Ткачук, P.C. Томашевський // В1сник НТУУ "КП1". Сер1я Радштехшка, Радшапаратобуду-вання. - 2018. -Вип. 72. - с. 53-61.
28. Шарпан О. Б. Частотш залежност! ринолопчних пара-метр!в електричного бнммнедансу в облает! навколоно-сових i носових пазух // В1сник НТУУ "КП1". Сер1я Радштехшка, Радшапаратобудування. - 2019. - Вип. 78, pp. 52-59.
References
[1] Rakhmatullina L.N. and Gurevich K.Y. ("2013) Application bioimpodanco body composition monitor (BCm) in clinical practice in dialysis patients (literature review). Nefrologi-ya, Vol. 17, No~4, pp. 49-57.
[2] Strokov A.G., Terekhov V.A., Poz Y.L., Kryshin K.N. and Kopylova Y.V. (2015) Persistent and Intermittent Hyperhydration in Patients on Program Haemodialysis: Methods of Evaluation and Correction. Russian .Journal of 'lYansplantology and Artificial Organs, Vol. 17, No 1, pp. 103-108. (In Russ.) DOl: 10.15825/1995-1191-2015-1103-108
[3] Vishnevskii K.A., Gerasimchuk R.P. and Zemchenkov A.Y. (2014) «Dry weight» correction in hemodialysis patients based on the results of bioimpodanco vector analysis. Nephrology (Saint-Petersburg), Vol. 18, No 2, pp. 61-71. (In Russ.)
[4] Piccoli A. (1998) Identilication of operational clues to dry weight prescription in hemodialysis using bioimpodanco vector analysis. Kidney International, Vol. 53, Iss. 4, pp. 1036-1043. DOl: 10.1111/j.1523-1755.1998.00843.x
[5] Grimnes S. and Martinson O.G. (2008) Bioimpedance and bioelectricity basics. Amsterdam: Elsevier, 471 p.
[6] Tornuev Y.V., Nepomnyaschikh D.L., Nikityuk D.B., Lapiy G.A., Molodykh O.P., Nepomnyaschikh R.D., Koldysheva E.V., Krinitsyna Y.M., Balakhnin S.M.,Manvelidze R.A., Semenov D.E. and Churin B.V. (2014) Diagnostic capability of noninvasive bioimpodanco. Fundamental Research, No. 10, pp. 782-788.
[7] Kyung-Wan Baok, .Ii-Seok Kim, Jin Sung Park, So-.Ieong Kim, Yong-Chan Ha, Ok-Yi .leong and .Iun-11 Yoo (2020) Validation of Dual Energy X-Ray Absorptiometry and Nuclear Magnetic Resonance in the Analysis of Body Composition in Mice, .Journal of Bone Metabolism, vol. 27, no. 4, pp. 291-299. DOl: 10.1100o/jbm.2020.27.4.291
[8] Nikolaev D.V., Smirnov A.V., Bobrinskaya l.G. and Rudnov S.G. (2009) Bioimpedansnyi analiz sostaua tela cheloueka [Bioimpodanco analysis of human body composition], Moskow, Nauka, 392 p.
[9] Barni S., Fort A., Becatti M., Fiorillo C., Mugnaini M., Vignoli V., Addabbo T., Pucci N. and Novembre E. (2017) Detection of Allergen-lgE interaction in Allergic Children Through Combined Impedance and ROS Measurements. IEEE 'transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 66, Iss. 4, pp. 616-623. DOl: 10.1109/tim.2016.2640478
[10] Bulfa R., Mereu E., Comandini O., Ibanez M. E. and Mari-ni E. (2014) Bioelectrical impedance vector analysis (Bl-VA) for the assessment of two-compartment body compositions European .Journal of Clinical Nutrition, vol. 68, no. 11, pp. 1234-1240
[11] Dyhre-Petersen N., K0hler M. and Rasmussen H. H. (2021) Urinary creatinine based equations for estimation of fat free mass in patients with intestinal insufficiency or intestinal failure, Clinical Nutrition ESPEN. DOl: 10.1016/j.clnesp.2021.01.040
[12] Matias C. N.. Campa F., Santos D. A., Lukaski H., Sardi-nha L. B. and Silva A. M. (2021) Fat-free Mass Bioelectrical Impedance Analysis Predictive Equation for Athletes using a 4-Compartment Model, International .Journal of Sports Medicine, vol. 42, no. 01, pp. 27-32. DOl: 10.1055/a-1179-6236
[13] Baok K.-W., Kim .I.-S., Park .1. S„ Kim S.-.I., Ha Y.-C., ■leong O.-Y. and Yoo .1.-1. (2020) Validation of Dual Energy X-Ray Absorptiometry and Nuclear Magnetic Resonance in the Analysis of Body Composition in Mice, .Journal of Bone Metabolism, vol. 27, no. 4, pp. 291-299. DOl: 10.11005/jbm.2020.27.4.291
[14] Sealy M. .1., Dechaphunkul T., Schans C. P., Krijnen W. P., Roodenburg .I.L.N., Walker .1., .lager-Wittonaar H. and Baracos V. E. (2020) Low muscle mass is associated with early termination of chemotherapy related to toxicity in patients with head and neck cancer, Clinical Nutrition, vol. 39, no. 2, pp. 501-509. DOl: 10.1016/j.clnu.2019.02.029
[15] Zambone M.A., Liberman S. and Bueno Garcia M.L. (2020) Anthropometry, bioimpodanco and densitometry: Comparative methods for lean mass body analysis in elderly outpatients from a tertiary hospital, Experimental Gerontology, vol. 138, p. 111020. DOl: 10.1016/j.exgor.2020.111020
[16] Tseytlin G.Ya., Vashura A.Yu., Konovalova M.V., Balashov D.N., Maschan M.A. and Belmer S.V. (2013) Value of bioimpodanco analysis and anthropometry for complication prediction in children with malignant and non-malignant diseases after hematopoietic stem cells transplantation. Oncohematology, Vol. 8, No 3, pp. 48-54. DOl: 10.17650/1818-8346-2013-8-3-48-54
[17] Amaroa P. P., Hidalgoa P. P., Gómezb V. G. and Moyac .I.M.G. (2020) Dóíicit nutricional relacionado con la enfermedad renal Nutritional delicit related to kidney disease Journal of Bone Metabolism, Vol. 27(4), pp. 291299.
[18] Walter-Kroker A., Kroker A., Mattiucci-Guehlke M. and Glaab T. (2011) A practical guide to bioelectrical impedance analysis using the example of chronic obstructive pulmonary disease. Nutrition .Journal, Vol. 10, Iss. 1. DOl: 10.1186/1475-2891-10-35
[19] Fassini P. G., Nicoletti C. F., Pfrimer K., Nonino C. B., Marchini .1. S. and Ferriolli E. (2017) Bioelectrical impedance vector analysis clS el useful predictor of nutritional status in patients with short bowel syndrome, Clinical Nutrition, vol. 36, no. 4, pp. 1117-1121. DOl: 10.1016/j.clnu.2016.07.011
[20] Sharpan O. B., Mosiychuk V. S. (2017) Dynamics of frequency dependences of parameters of electric impedance of a person during dry fasting, Visnyk N'l'UU KP1 Servia -Radiotekhnika Radioaparatobuduuannia, Iss. 70, pp. 43-48. doi: 10.20535/RADAP.2017.70.43-48.
[21] Marta Carrasco-Marginet, Jorge Castizo-Olier.Lara Rodríguez-Zamora, Xavier Iglesias, Forran A. Rodríguez, Diego Chaverri, Daniel Brotons and Alfredo Irurtia (2017) Bioelectrical impedance vector analysis (B1VA) for measuring the hydration status in young elite synchronized swimmers\ PLCS ONE, vol. 12, no. 6, p. e0178819. DOl: 10.1371/journal. pone.0178819
[22] Paterno A., Hermann L. and Bertemes-Filho P. (2012) Efficient Computational Techniques in Bioimpodanco Spectroscopy. Applied Biological Engineering - Principles and Practice. DOl: 10.5772/36307
[23] Colín-Ramírez E., Castillo-Martínez L., Orea-Tejeda A., Vázquez-Durán M., Rodríguez A.E. and Keirns-Davis C. (2012) Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic marker in chronic heart failure. Nutrition, Vol. 28, Iss. 9, pp. 901-905. DOl: 10.1016/j.nut.2011.11.033
[24] Santarpia L., Marra M., Montagnese C., Alfonsi L., Pasani-si F. and Contaldo F. (2009) Prognostic signilicanco of bioelectrical impedance phase angle in advanced cancer:
Preliminary observations. Nutrition, Vol. '25. Iss. 9. pp. 930-931. DOl: 10.1016/j.nut.2009.01.015
[251 Yaroshenko V.T. and Sharpan O.B. (2009) Bioi-mpedancometry Variants in Studies of Human Age Physiology. Naukovl visti. N'l'UU KP1, No 1. pp. 26-29. "(in Ukrainian)
[26] Gupta D., Lammersfeld С.Л.. Vashi P.G., King .1.. Dahlk S.L., Grutsch .J.F. and Lis G.G. (2008) Bioelectrical impedance phase angle as a prognostic indicator in breast cancer. BMC Cancer.. Vol. 8. Iss. 1. DOl: 10.1186/14712407-8-249
[27] Sharpan. О. В.. Mosiychuk, V. S., Arkhypska, M. O.. Tkachuk, В. V. i Tomashevskyi, R. S. (2018) Dynamics of Bioimpodanco Parameters on Three Frequencies During Ultrafiltration. Visnyk N'l'UU KP1 Servia - tiadi-otekhnika tiadioaparatobuduuannia, Iss. 72. pp. 53-61. DOl: 10.20535/RADAP.2018.72.53-61.
[28] Sharpan O. B. and Mosiychuk V.S. (2019) Frequency Dependences of the Rhinological Parameters of Electrical Bioimpodanco in the Area of the Paranasal and Nasal Sinuses. Visnyk N'l'UU KP1 Servia - tiadiotekhni-ka tiadioaparatobuduuannia, Iss. 78. pp. 52-59. DOl: 10.20535/RADAP.2019.78.52-59.
Облачный сервис визуального мониторинга динамики функционального состояния пациента по параметрам электрического биоимпеданса
Мосийчук В. С., Шарпан О. Б.
Представлены результаты разработки собственного облачного сервиса и гибкого веб-иптерфейса системы электрической биоимпедапсометрии, которая используется в задачах диагностики состава тела и его биоги-дратпости. Система обеспечивает организацию и удобный оперативный контроль протекания диагностической или лечебной процедуры па основе непосредственного определения и динамики составляющих параметров электрического биоимпедапсу (модуля, фазового угла, активной и реактивной составляющих) в расширенной полосе частот. Особенности и условия реализации такой системы рассмотрены па примере задачи диагностики динамики водного статуса человека непосредственно в течение сеанса ультрафильтрации во время процедуры гемодиализа. В этом случае структура объединяет в единую систему аппарат "искусственной почки", биоимпедапсометр и облачный сервис с обработкой и отображением входных данных. Измерение параметров электрического биоимпедапсу осуществляются па трех фиксированных частотах 20 кГц. 100 кГц и 500 кГц в автоматическом режиме в течение всего сеанса ультрафильтрации. Полученные данные во время измерений отображается в веб-иптерфейсе. Как диагностические показатели применяются указанные параметры импеданса, а также положение векторов импеданса
па комплексной плоскости относительно "эллипсов толерантности". Ориентируясь па динамические изменения параметров биоимпедапса можно объективно оценивать динамический функциональное состояние пациента и корректировать прохождения любой лечебной процедуры.
Ключевые слова: электрический биоимпедапс, мониторинг, функциональное состояние, контроль состава тела, эллипсы толерантности, гемодиализ, ультрафильтрация, веб-иптерфейс
Cloud-based service for visual monitoring of the patient's functional state dynamics using the electrical bioi-mpedance parameters
Mosiychuk V. S., Sharpan О. B.
Background/Aim. The results of the development of its own cloud service and a flexible web interlace of the electrical bioimpedance measurement system are presented.
The purpose of this article is to investigate and describe additional cloud service which is posible to use in the problems of diagnosing body composition and its biohydrat.ion. The system provides the organization and convenient operational control of the diagnostic or therapeutic procedure based on the direct determination and dynamics of the constituent parameters of the electrical bioimpedance (module, phase angle, active and reactive components) in an extended frequency band.
System implementation. The features and conditions for the implementation of such a system are considered on the example of the problem of diagnosing the dynamics of the water status of a person directly during an ultrafiltration session of the hemodialysis procedure. In this case, the structure combines an "artificial kidney" apparatus, a bioimpedance meter and a cloud service with processing and display of input data into a single system.
Accumulation and analysis of clinical data. Measurement of electrical bioimpedance parameters is carried out at three fixed frequencies of 20 kHz, 100 kHz and 500 kHz in automatic mode during the entire ultrafiltration session. The data obtained through API during measurements is displayed in the web interface.
Discussion and Conclusion. The indicated impedance parameters are used as diagnostic indicators, as well as the position of the impedance vectors on the complex plane relative to the "tolerance ellipses". Focusing on the dynamic changes in bioimpedance parameters, it is possible to objectively assess the functional state dynamic of the patient and correctness of any treatment procedure.
Key words: electrical bioimpedance, monitoring, functional state, body composition control, tolerance ellipses, hemodialysis, ultrafiltration, web interface
