CC BY
50
1. При обследовании пациента утром, натощак, измеряют параметры артериального давления, в мм рт. ст.:
- уровень систолического АД на левой руке - А1;
- уровень диастолического АД на левой руке -
уровень систолического АД на правой руке -уровень диастолического АД на правой руке -
А2; А3; А4.
2. Сравнивают показатели А1 и А3, выбирают наибольшее - Р^шах = р . Сравнивают показатели А2 и
А4, выбирают наименьшее - РДшт = р .
3. Регистрируют отношение п максимального систолического давления р к минимальному диастоли-
ческому давлению Рв на левой и правой руках
п = Р, / р
(1)
4. Определяют содержание Р глюкозы в крови по калибровочной характеристике, ммоль/л:
дельное содержание глюкозы в крови и п - предельное отношение давлений Р; / Рв .
5. Калибровку проводят априори на границах адаптивного диапазона для пациентов с известным содержанием р, Р2 глюкозы в крови, для которых регистрируют отношения п и п систолического давления к диастолическому давлению. По двум регистрируемым и известным значениям п1, Р1 и п2, р находят
предельное отношение п0 систолического давления к диастолическому давлению и предельное содержание глюкозы р в крови (рис. 1).
Информативный параметр п0 находят из системы уравнений
\Р = Ро • е^"0
|р2 = Р0 • еП2/По
(3)
Поделим второе уравнение системы (3) на первое
Р = Р • ехрП
(2)
через отношение п максимального систолического и минимального диастолического давления (рис. 1 кривая 2), с учетом информативных параметров: Ро - пре-
Р2/ Р1 = е По
и после логарифмирования находим информативный параметр по предельного отношения систолического Р к диастолическому Р давлению:
По = (П2 - П1)/1П(Р2/ Р1) .
(4)
1.2 1.4
Рис. 1. Калибровка глюкозы от давления
2322
П-п
2 "1
П
0
Рис. 2. Оценка концентрации глюкозы по отношению давлений
Отсюда находим второй информативный параметр
Рис. 3. Погрешность достоверности калибровки
Предельное содержание Р0 глюкозы крови определяют из инверсной относительно (3) системы уравнений
«1 =«о • ВД/ Ро)
«2 = «0 • 1П(Р2/ Ро)
(5)
после деления второго уравнения системы (5) на первое
«2 /«1 = ВД/Р))/1П(Р/Ро) .
Принимая отношение щ / и2 = к , получим соотношение
к • 1п(Р>/ Ро) = 1п(Р, / Ро) ,
что соответствует после экспоненцирования выражению
(Р/ Ро )к = Р2/ Ро .
Р
о - предельное содержание глюкозы крови
Р — Ро =
/ Р
(6)
К преимуществам предлагаемого способа диагностики по сравнению с прототипом относится повышение точности способа за счет исключения методической погрешности посредством калибровки в адаптивном диапазоне, регламентируемым нормируемыми значениями на его границах.
Предлагаемый способ диагностики сахарного диабета может быть использован в качестве экспресс-метода при проведении массовых профилактических обследований населения.
Докажем метрологическую эффективность предлагаемого способа относительно прототипа по достоверности измерений в адаптивном диапазоне для исследуемой зависимости Рг (рис. 1 кривая 1).
Например, найдем для известных значений Р = 4, Р = 1о и регистрируемым отношениям
= 1,469, и2 = 1,956 по алгоритмам (4) и (6) информативные параметры щ = о,526, Ро = о,245.
По найденным параметрам « и Р находим из (2) калибровочную характеристику Р (рис. 1 кривая 2):
Р = Ро • е
« / и.
о = о,245 • ехр(яг /о,526) .
Оценим достоверность (рис. 3) калибровочной характеристики Рг (рис. 2 кривая 2) относительно исследуемой р (рис. 2 кривая 1) по относительной погрешности е; :
Р - Р
Р
•1оо
(7)
2323
е =
Рис. 4. Качественный анализ методической погрешности калибровки
Из графика (рис. 3) видно, что относительная погрешность достоверности не превышает 1,4 % за счет использования калибровочной характеристики в адаптивном диапазоне с нормированными значениями на границах, что на порядок ниже прототипа (+10-15 %) [2, с. 18].
Оценим методическую погрешность 8 (рис. 4) исследуемой характеристики р (рис. 4 кривая 1) от калибровочной Р (рис. 4 кривая 2) при параметрическом дрейфе АР и Ап по формуле:
8 = еп/п^(АР)2 + (Р,/ по -Ап)2 . (8)
Результаты оценки методической погрешности по формуле (8) представлены на рис. 5. Из графика (рис. 5) видно, что методическая погрешность при изменении входных характеристик на 1 % изменяется на 100150 %, т. е. на два порядка в заданном диапазоне.
4 6 t
Рис. 5. Методическая погрешность прототипа
Таким образом, измерение глюкозы крови по калибровочной характеристике, регламентируемой нормируемыми значениями на границах адаптивного диапазона, в отличие от прототипа, повышает достоверность на порядок и на два порядка снижает методическую погрешность, что в итоге повышает метрологическую эффективность оценки концентрации глюкозы по давлению.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Камышева Е.М., Покалев Г.М. Сахарный диабет: современное представление, клинические симптомы, синдромы, врачебная практика. Н. Новгород: Нижегор. гос. мед. акад., 1999. С. 71-73.
2. Эльбаев А.Д., Курданов Х.А., Эльбаева А.Д.Диагностические аспекты взаимосвязи параметров гемодинамики и уровня глюкозы в крови // Клиническая физиология кровообращения. 2006. № 3. С. 15-20.
3. Патент № 2198586 РФ, МКИ А64В5/022. Способ определения концентрации глюкозы в крови / Д.А. Эльбаев, С.А. Акаева, Х.А. Курданов // Изобретения. Полезные модели. 2003. № 5. С. 280-281.
4. Патент № 2444279 (РФ), МКИ А 61 5/022. Способ определения концентрации глюкозы в крови / И.В. Русавская, Е.В. Бирюкова, Е.И. Глинкин // Изобретения. Полезные модели. 2012. № 7. 8 с.
Поступила в редакцию 24 апреля 2016 г.
Власова Елена Викторовна, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, аспирант, кафедра биомедицинской техники, e-mail: [email protected]
Глинкин Евгений Иванович, Тамбовский государственный технический университет, г. Тамбов, Российская Федерация, доктор технических наук, профессор кафедры биомедицинской техники, заслуженный изобретатель Российской Федерации, e-mail: [email protected]; [email protected]
2324
UDC 681.335 (07)
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2321 -2325
THE METHOD OF BLOOD GLUCOSE CONCENTRATION ASSESSMENT
© E.V. Vlasova, E.I. Glinkin
Tambov State Technical University 106 Sovetskaya St., Tambov, Russian Federation, 392000 E-mail: [email protected]
The method of concentration of glucose in blood assessment belongs to the field of medicine, in particular to endocrinology, and can be used for preliminary diagnosis of diabetes of the II type at preventive inspections of the population.
Key words: informative parameters; concentration of glucose of blood; optimization; modeling; systolic and diastolic arterial pressure; calibration characteristic
REFERENCES
1. Kamysheva E.M., Pokalev G.M. Sakharnyy diabet: sovremennoe predstavlenie, klinicheskie simptomy, sindromy, vrachebnaya praktika [Diabetes mellitus: modern idea, clinical symptoms, syndromes, medical practice]. Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod State Medical Academy, 1999. pp. 71-73. (In Russian).
2. El'baev A.D., Kurdanov Kh.A., El'baeva A.D. Diagnosticheskie aspekty vzaimosvyazi parametrov gemodinamiki i urovnya glyukozy v krovi [Diagnostic aspects of parameters of hemodynamics and blood glucose level connection]. Klinicheskaya fiziologiya krovoobrashcheniya — Clinical Physiology of Circulation, 2006, no. 3, pp. 15-20. (In Russian).
3. El'baev D.A., Akaeva S.A., Kurdanov Kh.A. Sposob opredeleniya kontsentratsii glyukozy v krovi [The way of defining blood glucose concentration]. Patent no. 2198586 RF, MKI A64V5/022. Izobreteniya. Poleznye modeli [Inventions. Useful Models], 2003, no. 5, pp. 280-281. (In Russian).
4. Rusavskaya I.V., Biryukova E.V., Glinkin E.I. Sposob opredeleniya kontsentratsii glyukozy v krovi [The way of defining blood glucose concentration]. Patent no. 2444279 (RF), MKI A 61 5/022. Izobreteniya. Poleznye modeli [Inventions. Useful Models], 2012, no. 7. 8 p. (In Russian).
Received 24 April 2016
Vlasova Elena Viktorovna, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Post-graduate Student, Biomedical Engineering Department, e-mail: [email protected]
Glinkin Evgeniy Ivanovich, Tambov State Technical University, Tambov, Russian Federation, Doctor of Technics, Professor of Biomedical Engineering Department, Honored Inventor of Russian Federation, e-mail: [email protected]; [email protected]
Информация для цитирования:
Власова Е.В., Глинкин Е.И. Метод оценки концентрации глюкозы крови // Вестник Тамбовского университета. Серия Естественные и технические науки. Тамбов, 2016. Т. 21. Вып. 6. С. 2321-2325. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2321-2325
Vlasova E.V., Glinkin E.I. Metod otsenki kontsentratsii glyukozy krovi [The method of blood glucose concentration assessment].
Vestnik Tambovskogo universiteta. Seriya Estestvennye i tekhnicheskie nauki — Tambov University Review. Series: Natural and Technical Sciences, 2016, vol. 21, no. 6, pp. 2321-2325. DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-6-2321-2325 (In Russian).
2325
УДК 620.179.16
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21 -6-2326-2329
ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЖИРОВОЙ ТКАНИ
© А.Ю. Куликов, Е.В. Стрыгина
Тамбовский государственный технический университет 392000, Российская Федерация, г. Тамбов, ул. Советская, 106 E-mail: [email protected]
Проанализировано влияние подкожной неоднородной жировой ткани пациента на качество полученного ультразвукового изображения, сформированного пьезоэлементом ультразвукового преобразователя. Рассмотрены два направления цифровой обработки сигналов, связанные с повышением разрешающей способности систем визуализации. Разработан теоретический подход оценки степени затухания ультразвуковых волн при прохождении жировой ткани и предложена модель влияния жировой ткани на эхограмму обследуемого органа. Ключевые слова: толстая жировая прослойка; тучность; ультразвуковая диагностика; контрастность; разрешающая способность
В современной ультразвуковой диагностике для постановки правильного диагноза крайне важно иметь качественное изображение. При обследовании тучных пациентов толстая жировая прослойка ухудшает качество изображения, что делает затруднительным или невозможным получение адекватных для клинической интерпретации изображений.
Цель статьи - разработка теоретического подхода оценки степени затухания ультразвуковых волн при прохождении жировой ткани.
Ультразвуковые изображения зависят от жировой ткани в большей степени, чем любой другой метод визуализации.
В толстой подкожной неоднородной жировой ткани пациента происходит наибольшее поглощение сигнала. Она часто дает позади себя акустическую тень - область с низким уровнем отраженных сигналов, что обусловлено малым уровнем энергии, прошедшей через данную структуру ультразвуковой волны [1].
Более высокий коэффициент отражения на границе жировых тканей с другими мягкими тканями иллюстрирует известный специалистам факт, что наблюдение структур, расположенных за многочисленными жировыми прослойками, сопряжено с определенными трудностями. Энергия ультразвуковой волны, прошедшей границу жир - мягкие ткани, меньше, чем после прохождения границы других мягких тканей, и наряду с расфокусировкой ультразвукового луча в жире это приводит к уменьшению уровня сигнала от структур, расположенных на больших глубинах.
Уменьшение уровня сигнала на выходе пьезоэле-мента приводит к уменьшению контрастности изображения.
Контрастность - способность прибора или экрана передавать различия в яркости поступающих на них сигналов; контрастность тем выше, чем больше различие между самым ярким и самым темным участками изображения.
Контрастность является одной из характеристик, определяющих качество ультразвукового изображения. Контрастность изображения связана с контрастной разрешающей способностью прибора ультразвуковой диагностики.
Контрастная разрешающая способность - способность прибора различать биологические ткани по уровню отраженных от них эхо-сигналов. Чем выше эта способность, тем лучше можно передать различие в уровне сигналов на экране прибора.
Контрастная разрешающая способность определяет качество полученного ультразвукового изображения. Приборы с высокой контрастной разрешающей способностью имеют изображение с «мягкой» картиной, передающей легкие полутоновые различия яркостных отметок.
Разрешающая способность - способность прибора различать малые объекты и структуры, близко расположенные друг к другу; в качестве меры разрешающей способности принимается минимальное расстояние между малыми объектам, при котором их можно видеть раздельно на изображении. Разрешающая способность диагностической аппаратуры пропорциональна частоте ультразвука. При более высоких частотах поглощение ультразвука значительно увеличивается [2, с. 20].
В современной цифровой обработке сигналов существуют два направления, связанных с повышением разрешающей способности систем визуализации. В основе первой группы методов лежит спектральное оценивание коротких последовательностей данных. К таким последовательностям могут относиться как временные ряды, так и сигналы элементов фазированной решетки. Возможность улучшения разрешения в этих методах - авторегрессивное спектральное оценивание, метод максимума энтропии, метод минимума дисперсии.
Вторая группа методов основывается на аппроксимации сигналов линейными комбинациями собствен-
2326
