автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.09, диссертация на тему:Разработка алгоритмов и моделей управления уровнем артериального давления на основе рефлекторного массажа

РГ5 ОД ■ ,

На прапах рукописи

' йг Г»*'

.'Л

КОРОТКОВ Борис Николаевич

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ РЕФЛЕКТОРНОГО МАССАЖА

Специальность 05.13 09- "Управление в биологических и медицинских системах (включая применение вычислительной техники)"

АВТОРЕФЕРАТ

дмссертации'на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Воронеж 1997

Работа выполнена на межв\зовской цинские и гуманитарные системы" О"

кафедре"Меди-.Воронеж)

Научный руководитель: академик МАИ, доктор мед.наук, профессор К.М Резников

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН, д-р тех. наук, профессор В.Н Фролов

Официальные оппоненты д-р мед наук, проф.Минаков Э В к.т.н.. доц ФедорковКД.

Ведущая организация: Смоленская государственная

медицинская академия (г. Смоленск)

Защита состоится "25 "декабря 1997г. в 14 часов на заседании диссертационно!о совета Д063.81.04 при Воронежском государственном техническом университете по адресу 394026 Воронеж, Московский проспект, 14, конференц-зал Воронежского государственного технического университета.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан "__" ноября I1?1)? г

Общий характеристика работы

Актуальность: Болезни сердца и сосудов продолжают оставаться наиболее распространенными в структуре заболеваемости и смертности населения. Артериальная гипертензия, как свидетельствуют эпидемиологические исследования выявляется у 14-28% населения стран мира и имеет постоянную тенденцию к увеличению.

Лекарственная терапия гипертонической болезни несмотря на появление эффективных кардиоваскулярных средств с различными механизмами действия имеет ряд ограничений и вызывает разногласия у клиницистов в отношении ее целесообразности. Антигипертензивная фармакотерапия препаратами различных групп вызывает нежелательные метаболические сдвиги в организме, нивелирующие благоприятные гипотензивные эффекты. В связи с этим весьма актуальной становится проблема поиска альтернативных медикаментозным средств и способов купирования обострений и лечения различных форм гипертонической болезни.

На современном этапе комплексное решение обозначенных выше проблем невозможно без учета новейших достижений в области информатики, в частности теории управления сложными процессами, новых принципов сбора, хранения и обработки информации.

Доля ручного труда в процессе постановки диагноза, выборе тактики лечения и отслеживании эффекта выбранного комплекса лечебных мероприятий индивидуально для каждого больного остается несоизмеримо большой. Получившие широкое распространение промышленно выпускаемые системы на базе персональных компьютеров имеют весьма ограниченную область применения. Создаваемые с их использованием автоматизированные рабочие места врачей способны решить комплекс задач от сбора анамнеза до получения и обработки характеристик аналоговых сигналов. Разработка новых аппаратно-программных комплексов, использующих методологические основы диагностики и терапии, учитывающих современные тенденции восстановления и развития приемов и методов традиционной медицины, в частности массажа способны дагь большой эффект. В условиях современной России дефицит лекарственных средств с одной стороны и более физиологичное, не предусматривающее внешних (лекарственных) вмешательств, управление функциями организма с дру-

гой. делает наиболее привлекательным использование"

массажа в терапии заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Таким образом, проблема создания автоматизированных рабочих мест врача, на основе использования комплекса современных технических средств и методов традиционной медицины весьма актуальна.

Работа выполнена в соответствии с планом НИР Воронежской государственной медицинской академии им.Н.Н.Бурденко по проблеме "Разработка и апробация средств и способов повышения эффективности терапии сердечно-сосудистых заболеваний" в рамках региональной программы "Черноземье'" раздел "Здравоохранение и медицина".

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы - разработка алгоритмов контроля и управления уровнем артериального давления на основе методов рефлекторного массажа.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Проанализировать данные об изменении артериального давления у больных с различными формами гипертонической болезни, получавших лечение массажем, и выявить наиболее информативные потоки.

2. Исследовать возможные механизмы действия массажа, в качестве управляющего фактора, на регуляцию системного артериального давления, как управляемую величину.

3. Создать алгоритм управления параметрами работы сердечнососудистой системы на основе рефлекторного массажа

4. Разработать практические рекомендации и создать действующий макет автоматизированного рабочего места врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов.

5. Апробировать в клинической практике ЛРМ врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов, рекомендовать его применение практикующим специалистам.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в работе применялись методы массажа, регистрации артериального давления, электрофизиологические методы, методы математической статистики, вычислительной математики и математического моделирования, теории построения алгоритмов и программ

Научная новизна результатов пссчсдонання Предложена

модифицированная схема рефлекторного массажа, отличающаяся возможностью управлять системным артериальным давлением.

Разработан алгоритм лечебных мероприятий, позволяющий купировать призовые состояния при артериальной гипертензии без использования медикаментозных средств в максимально сжатие сроки.

На основе анализа стереотипов распределения во времени количественных параметров гемодинамики, получены оценки лечебного эффекта, позволяющие учитывать класс заболевания и продолжительность курса лечения.

Предложен алгоритм принятия решений для врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов, обеспечивающий возможность коррекции в реальном масштабе времени интенсивности и продолжительности воздействия массажа для максимально эффективного управления уровнем артериального давления пациента.

Практическая значимость и реализация результатов работы. В результате работы создана схема рефлекторного массажа для управления параметрами гемодинамики без использовании фармакотерапии.

Получены клинические результаты, показавшие значительное повышение лечебного эффекта при использовании предложенных в работе алгоритмов в сравнении с классическими схемами лечения гипертонической болезни. Интеграция компьютерных технологий позволяет врачам выбирать более эффективные схемы лечения, согласно индивидуальным особенностям пациента.

Предложенные схемы лечения и алгоритмы построения АРМ внедрены в клинической и научно-педагогической практике кафедры физической культуры, врачебного контроля и лечебной физкультуры Воронежской государственной медицинской академии, кафедры физической культуры, врачебного контроля и лечебной физкультуры Смоленской медицинской академии, кафедр медико-биологических дисциплин Воронежского государственного института физической культуры, отделение реабилитации Воронежского областного врачебно-физкультурного диспансера.

Внедрение результатов позволяет получить медицинский эффект за счет недопущения осложнений присущих лекарственной терапии, экономический эффект за счет исключения из схемы лечения дорогостоящих медикаментов и сокращения продолжительности лечения. Экономический эффект от внедрения результатов работы составляет сокра-

щение затрат на лечение одного пациента от 50% до 70% от"* сложившихся на сегодняшний день объемов финансирования.

Апробации работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на 111 Всесоюзном съезде лечебной физкультуры и спортивной медицины (Ростов-на-Дону, 1987 г.), Республиканской конференции "Роль физической культуры и спорта в формировании здорового образа жизни" (Барнаул, 1989 г.), Всесоюзной научно-практической конференции "Медицинская реабилитация при хронических болезнях детей и детей-инвалидов" (Саратов, 1991 г.), областных и межкафедральных конференциях и семинарах, проводимых Воронежской Медицинской Академией 1975 по 1996 г .г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цель работы, объект и предмет исследования. Сформулированы основные научные результаты, выносимые на защиту, определена их научная новизна, практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении работы.

• В первой главе проанализированы взгляды разных авторов на этиологию и патогенез гипертонической болезни сердца. По мнению одних авторов, ведущим патогенетическим фактором гипертонической болезни является усиление тонического сокращения артериол всего организма. Согласно другим взглядам ведущее место в развитии стойкой ги-пертензии может принадлежать только нарушению объемных соотношений кровотока. Анализ проблемы с позиций теории функциональных систем Анохина позволяет предположить, что в патогенезе гипертонической болезни могут принимать участие все составные компоненты МОК, а следовательно успех терапии будет зависеть от правильного определения причин, приведших к развитию болезни, выбора тактики купирования кризов и лечения ГБ. Отмечено, что при рассмот-рении этих проблем с позиции теории управления следует отдать приоритет-авторам, обращающим внимание на механизмы взаимодействия положительных и отрицательных обратных функциональных связей в процессе поддержания нормального уровня артериального давления.

Рассмотрен арсенал современных технических средств, позволяющий регистрировать, обрабатывать, анализировать самые топкие нюансы физиологических процессов в живом организме. Перспективным является направление создания вычислительных комплексов, работающих с аналоговой информацией, получаемой со стандартных медицинских

<

приборов. Перечислен ряд технических и организационных трудностей, сдерживающих развитие таких комплексов.

Приведены современные представления о типах потоков клинических данных, проанализированы отличия между ними во временной организации. Перечислены основные статистические методы обработки, призванные составить ядро математического обеспечения автоматизированных медико-биологичсских комплексов. Приведены конкретные примеры удачного использования названных методов для решения задач диагностики, прогнозирования и оценки результатов лечения больных с сердечно-сосудистой патологией. Особо подчеркиваются положительные моменты создания комплексных систем обработки с солидным математическим аппаратом и разработанной системой физиологической интерпретации получаемых при обработке статистических параметров.

Во шпорой главе изложены некоторые принципы управляющего действия массажа на функции человеческого организма. Изложены правила оценки эффективности лечебных воздействий, которым должен следовать врач, использующий рефлекторный массаж. Предложена оригинальная схема воздействия массажем с целью снижения артериального давления. Практический опыт применения схемы показал, что ее использование вызывает управляемую ответную реакцию со стороны сердечно-сосудистой системы, выражающуюся в изменении уровня системного АД

Описан набор технических средств, использованных на разных этапах исследования. Проведен анализ использования современных информационных технологий в процессе построения автоматизированных систем для медико-биологических исследований. Предложен набор оборудования для автоматизированного рабочего места врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов (рис. 1).

Представлена структура распределения контингента больных по нозологическому и возрастному признакам (табл. I). Показано, что статистической обработке в нашем исследовании подвергалась та часть контингента, которая получала лечение только массажем. Обосновано проведение исследований по нашей методике в группе практически здоровых людей. Описана техника проведения исследований, методические принципы, лежащие в основе эксперимента.

Рис. 1.Схема организации аппаратных средств автоматизированного рабочего места врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов.

Табл. 1 Распределение больных по возрастному и нозологическому признакам.

Возраст Диагноз до 30 лет до 40 лет до 50 лет до 60 лет 70 лет и более Итого по диагнозу

Практически здоровы 3 5 8

Нсйроциркл. Дистопия 2 2 12 9 1 26

ГБ 1-стадии 2 6 9 3 1 21

ГБ П-стадии 5 9 18 5 4 41

ГБ Ш-стадии 0 1 2 3 0 (,

Итого по возрастам 12 23 41 20 6 104

¡'рстья глава посвящена анализу результатов

исследований изменения уровня системного артериального давления при действии рефлекторного массажа. При помощи графического метода, заключающегося в построении наложенных друг на друга кривых, вычерченных по нормированным относительно исходного состояния результатам измерения систолического или диастолического артериального давления до и после проведения процедуры массажа, сделан ряд предложений но оптимизации схемы лечения. Показано, что независимо от диагноза и возрастной группы пациентов, снижение уровня артериального давления на 12-17% от исходной величины отмечено на протяжении первых трех - пяти сеансов массажа, последующие процедуры либо не вызывают значительных изменений уровня АД, либо приводят к возврату показателя к исходным величинам и даже могут спровоцировать новый гипертонический криз.

Статистическая обработка результатов исследований той части контингента пациентов, которая получала лечение только массажем, на фоне полной отмены фармакологических средств, подтвердила выводы о нецелесообразности проведения более пяти процедур массажа подряд для пациентов любых возрастных групп и при различных стадиях гипертонической болезни. Сравнительный анализ изменений систолического и диастолического АД при воздействии рефлекторного массажа в зависимости от диагноза представлены на рис.2-3.

Приведена схема взаимодействия эндогенного и экзогенного контуров управления параметрами артериального давления. Показано, что возможной точкой приложения массажа, как компонента экзогенного контура управления, является усиление отрицательной обратной связи, между такими компонентами эндогенного контура, как напряжение сдвига на эндотелии сосуда и его внутренним радиусом. Предположительно, утрата именно этого функционального компонента (отрицательной обратной связи) приводит к развитию гипертонической болезни (рис.4). Результаты изменений параметров гемодинамики у практически здоровых лиц при действии рефлекторного массажа, полученные при использовании тонких инструментов анализа, показали, что исследование динамического ряда некоторых не традиционных показателей уровня функционирования сердечно сосудистой системы, в частности, количество экстремумов функции, построенной по соотношению тангенсов фронтов зубца-Я ЭКГ, позволяют выявить реакцию на воздействие тогда, когда классические параметры еще не изменены (рис.5).

Рис.2 Динамика изменений артериального давления у пациентов разных возрастных групп с диагнозом НЦД получавших лечение массажем.

л

САД до САД после

ДАД до ДАД после

; диагнозом „еироциркулнторная оис

тония (фрагмент "А ")

ШП'Нтии и (уци< ............... ■ • - - « I? " I

гипертоническая болезнь 1 стадии (фрагмент В )

Рис.-i. Алгоритм управления параметрами АД с использованием усиления влияния отрицательной обратной связи.

% о ы ДО 44 Е после Ь 3.3

I

% ош АО 48,3>

1 • М^гъ^Щг^^

% о ш л о О п о с п е О

№ 1

Рис.5 Кривые, построенные по соотношениям тангенса угла восхо-дя1Ц'>го фронта к тангенсу угла нисходтцего фронта Р-зубца ЭК! для пациенток ЛЫ -ЛЬ 4

В чсткернип! г шве обобщены рекомендации по построению алю-ритма автоматизированного рабочего места врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов. Подчеркивается, чю использованная нами схема аппаратно-программного обеспечения позволяет врачу в реальном масштабе времени вести двойной - визуальный и автоматизированный контроль за уровнем параметров сердечно-сосудистой системы, чю повышаем уровень доверия врачей и качество обработки

Рис.6. Алгоритм этапа "Прием пациента" АРМ врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов

информации. Предложен алгоритм сравнения параметров АД на входе и выходе системы, использующий в качестве базового метода предложенную нами схему рефлекторного массажа

Принедсны результаты конкретных клинических исследований, подтверждающие стойкий положительный эффект использования рефлекторного массажа у больных с артериальной гипертензией. Предложено разделять ргакции больных па пройденный курс лечения по разработанной методике на четыре класса, с учетом объективных и субъективных параметров. Признано, что массаж, как средство управления уровнем системного АД, является мягким и эффективным средством терапии. Алгоритм этапа "Прием пациента" АРМ врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов, схема которого представлена на рис.6, функционирует следующим образом.

В автоматизированном режиме регистрируются показатели гемодинамики пациента, уровень систолического и диастолического давления, количество инверсных зубцов и экстремумов функции, построенной по динамике соотношения в исходном состоянии и запоминаются системой как уровень контроля (¡:~0) индивидуально для каждого пациента. Затем врач осуществляет лечебные манипуляции, по предложенной нами или собственной оригинальной схеме. После сеанса массажа повторно измеряются все, зафиксированные до начала курса параметры и вычисляется величина и знак их изменений в сравнении с исходным уровнем (¡:~ ¡+1). Далее следует цикл сравнения, работающий по следующим решающим правилам:

•если систолическое давление снизилось не более чем на 7% от исходной величины;

• если диастолическое давление снизилось не более чем на 7% от исходной величины;

• если абсолютное значение количества экстремумов функции, построенной по динамике соотношения изменилось не более чем на 10% ог исходной величины;

• если количество инверсных зубцов возросло не более чем на 10% от исходной величины:

•то продолжить курс массажа, если нет, то изменить методику процедуры или прекратить курс

• если все показатели находятся в пределах нормы, го завершить курс лечения.

При использовании предложенных схем лечении и

алгоритмов контроля их эффективности пациент находится под дзойным контролем. Врач визуально следит за динамикой изменения показателей, выводимых на дисплей в режиме пссвдоосцилографа, алгоритм сравнения в автоматизированном режиме отслеживав г динамику параметров работы сердечно-сосудистой системы. Таким образом, предложенная и реализованная система двойного контроля за состоянием пациента, позволяет оперативно оценивать наличие и знак эффекта от проводимы* лечебных мероприятий, максимально индивидуализировать схему лечения для конкретного больного.

Основные результаты работы

1 .Разработана схема рефлекторного массажа, использование которой в клинической практике позволяет эффективно управлять уровнем системного артериального давления при купировании гипертонических кризов и лечении ГБ различных стадий.

2. Проанализирована динамика и получены статистически достоверные результаты изменений АД у больных гипертонической болезнью, прошедших курс массажа, позволяющая признать массаж как мягкое и эффективное средство управления уровнем системного артериального давления.

3. Предложена модель взаимодействия эндогенного и экзогенного контуров управления параметрами гемодинамики, где в качестве точки приложения рефлекторного массажа указаны определенные структуры сосудистого русла, а в качестве механизма действия усиление функциональных отрицательных обратных связей.

4. Реализован и апробирован в клинических условиях программно-технический комплекс для автоматизированного рабочего места врачей лечебной физкультуры и физиотерапевтов, отличительной особенностью которого является система двойного: визуального и автоматизированного контроля в реальном времени изменения уровня функционирования сердечно-сосудистой системы.

5. Разработаны практические рекомендации, по методике проведения и продолжительности курса рефлекторного массажа, позволяющие наиболее оптимально управлять таким параметром гемодинамики, как системное артериальное давление.

6. Приведены клинические данные, подтверждающие целесообразность применения разработанных намн методических рекомендаций и алго-

ритмов и клинической практике врачей лечебной физкультуры и

физио герапев гов.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Короткой Б.П. Изменения ЭКГ под влиянием массажа у больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями //Материалы областной конференции по врачебному контролю и лечебной физкультуре. -Воронеж, 1971. -С. 58-60.

2. Короткое Б.11., Апарин В.Е., Фролова Н.В. Использование массажа реперкусионлых мышечных зон при лечении гипертонической болезни //Двигательная активность в укрепление здоровья, профилактике и лечении заболеваний взрослых и детей. Гез.докл.111 Всес.съезда по ЛФ иВК. Рос-на-Дону, 1987 г.С.25-27.

3. Короткой Б.П., Апарин В.Е., Фролова Н.В., Тимофеев В.К. воспитание здорового образа жизни студентов Воронежского медицинского института// роль физической культуры и спорта в формировании здорового образа жизни студенческой молодежи медвузов. Тез.докл.респуб.конф. Барнаул, 1989. - С.35-36.

4. Короткое Б.11., Апарин В.Е., Корчагин Г.К., Фролова Н.В. Физическая реабилитация при бронхиальной астме// Диагностика, лечение, диспансеризация, реабилитация терапевтических заболеваний. Тез.докл. XIY обл.конф.терапевтов. Воронеж. 1991. - С.54-56.

5. Апарин В Н., , Фролова Н.В., Короткое Б.II., Гриднева С.Б., Харина М.В. Укрепление здоровья и предупреждение заболеваний у студентов на занятиях по лечебной физкультуре и врачебному контролю// Научно-практическая конференция медицинских вузов РФ, Воронеж, 1992 С. 23-25,

6. Корчагин Г.К., Фролова II.В., Короткой Б.П., Апарин В.Е., Попов В.А. Влияние физического воспитания на работоспособность студентов специальной медицинской группы // Тез.докл. Республиканской конф. Воронеж, 1994. -С. 11-13.

7. Корчагин Г.К., Короткое Б.II., Челюбиева О.В., Гриднева С.Б, Пер-сиянова О.И. К методике применения лечебной физкультуры и массажа лечении сколиоза у детей// Тез.докл. YI научн.-практ.конф. ВГИФК МГАФК по итогам научных исследований института за период 1 99 1-1995 г.. Воронеж, 1996. С.32-34

8. Короткой Б.Н., Персиянова О.П., Попов В.А., Варгузина Э.А., Уварова Н.Ю. Аэробика - эффективный метод проведения занятий физическими упражнениями у детей дошкольного позраста// Тез.докл. Y1 научн.-практ.конф. ВГИФК МГАФК но итогам научных исследований инези-ута за период 1991- i995г.. Воронеж. 1996. С.31-32.

9. Короткой Б Н, Корчагин Г.К., Гриднева С.Б, Коротков А.Б Роль лечебной физкультуры и массажа в реабилитации детей, страдающих бропхналыюй астмой// Традиционные и нетрадиционные методы оздоровления детей. Тез.докл.VI Между народной научно-практич. конференции. Смоленск, 1997. - С.82-83.

' J /