Новый медицинский КВЧ-диагностический комплекс

Новый медицинский КВЧ-диагностический комплекс

Разработчик: Московский институт кибернетической медицины (МИКМ), Россия, Москва.

Понятие кибернетической медицины

Кибернетическая медицина – это новый раздел медицины, в основу которой положены три принципа:

Комплексный (системный) подход к организму человека. Применение к организму человека теории управления (выделение главных систем, второстепенных (подчиненных), анализ механизмов взаимодействия между ними). Целенаправленное влияние на интегральную (обобщенную) информацию генома человека.

Золотой стандарт диагностики

Золотой стандарт диагностики включает в себя 12 составляющих: Врачебный осмотр. УЗИ «проблемных» органов. Классическая электрокардиография. Кардиовизор, ЭКГ высокого разрешения. Общий анализ крови. Общий анализ мочи. Биохимический анализ крови. Выявление инфекционных агентов (бактерий и/или вирусов). Анализ крови на гормоны. Анализ крови на гепатиты. Микроэлементный анализ волос и/или ногтей. Диагностика клеточного метаболизма, позволяющая оценить функциональный статус организма; реализуется с помощью медицинского КВЧ-диагностического комплекса.

Общий вид комплекса

Структура комплекса

Комплекс включает в себя:

Антенно-измерительный блок; Интерфейсный узел; Персональный компьютер с необходимым программно-алгоритмическим обеспечением, реализующим функции:

Обработки измерительной информации; Накопления и систематизация данных; Представления информации.

Назначение комплекса

Проведение диагностики функционального состояния органов, тканей и систем организма человека на основе анализа их КВЧ-излучения (излучения в мм- диапазоне радиоволн). Мониторинг динамики эффективности проводимого лечения. Выявление органо-тканевой рецепции при введении фармацевтических препаратов в организм биообъекта.

Органо-тканевая рецепция это новый критерий, предложенный МИКМ для выявления соотношения рецепции органов и тканей организма биообъекта при введении любого фармацевтического препарата. Данный критерий позволяет получить принципиально новую информацию и является прекрасным дополнением к результатам стандартных биохимических исследований, проводимыми фармацевтическими компаниями по исследованию свойств препаратов.

Основные технические характеристики комплекса

Длина волны принимаемого излучения, мм 8 Чувствительность приемника, не хуже, К 0.2 Динамический диапазон, Дб 30 Эффективная полоса пропускания низкочастотного тракта, Гц не более 100

Особенности комплекса

Комплекс относится к категории неинвазивных диагностических средств. Комплекс позволяет оперативно (в течение 1-2 часов) диагностировать функциональное состояние и активность всех основных органов и систем человека и получить обобщенное представление о его здоровье. При построении комплекса использованы достижения современной техники радиоприема и электроники сверхвысоких частот с последующей компьютерной обработкой результатов измерений с использованием оригинальных алгоритмов обработки.

Теоретическое обоснование КВЧ-диагностики

Диагностика базируются на исследованиях, проведенных в Российской Академии Наук, начиная с 1980 г., по выявлению роли миллиметровых волн в процессах жизнедеятельности и исследованию механизма генерации клетками организма и их агломераций КВЧ сигналов, в ходе которых установлено:

Первичный источник диагностической информации: низкочастотные электромагнитные процессы, продуцируемые в процессе функционирования тканей и органов, модулирующие КВЧ-излучения клеток поверхности тела. Спектр электромагнитных колебаний во всем возможном частотном диапазоне изменяется в зависимости от функционального состояния органа. Патологически измененные клетки, ткани или органы будут продуцировать дисгармоничные электромагнитные колебания. Возможные изменения спектров электромагнитных колебаний могут использоваться для целей диагностики.

Создание комплекса

Работы по созданию комплекса проводились в МИКМ, начиная с 1998 года. Основные трудности, преодоленные при создании комплекса:

исключительно малая мощность генерируемых организмом электромагнитных полей, что требует использования сверхвысокочувствительных приемных антенн КВЧ-диапазона. стохастический характер сигнала, что диктует необходимость проведения трудоемких научных работ с целью выделения конкретных информативных характеристик и создания эффективных алгоритмов обработки данных.

Программно-алгоритмическое обеспечение комплекса

Базовое программное обеспечение: Общесистемные программные средства; Программу управления съемом и накоплением исходных данных, поступающих через интерфейсный узел от антенно-измерительного блока; Программу реализации взаимодействия с медицинским персоналом, визуализации информации и управления комплексом; Систему управления базой данных.

Содержит две компоненты: Базовое программное обеспечение Специализированное прикладное программное обеспечение

Специализированное прикладное программное обеспечение

Программные средства предварительной цифровой обработки данных (предварительная фильтрация, удаление аномальных наблюдений, обнаружение систематических трендов); Программу первичной обработки (определение спектральных характеристик сигнала с различными спектральными окнами, выделение систематических и разностных компонент, вычисление нормированной автокорреляционной функции); Программу выделения и анализа диагностических признаков с использованием одномерного статистического классификатора; Многомерный нейросетевой классификатор, реализующий автоматизированную диагностическую процедуру с использованием элементов искусственного интеллекта.

Одномерный статистический классификатор

Осуществляет классификацию каждого выделенного диагностического признака на 4 класса: «норма», «удовлетворительно», «невыраженная патология», «выраженная патология». Количество используемых диагностических признаков – 22. Определение диагностических признаков и границ между классами осуществлялось с помощью методов математической статистики при первоначальной настройке алгоритмов комплекса. Маркировка классов – с помощью цвета.

Результаты классификации

Многомерный нейросетевой классификатор

Нейросетевой классификатор предназначен для выработки интегральной диагностической информации в виде указания о возможной принадлежности состояния исследуемого органа к одному из четырех классов: 1 - «норма», 2 - «слабая патология», 3 -«ярко выраженная патология», 4 - «сильная патология».

Примеры результатов классификации нейросетевым классификатором

Усредненный «портрет» здорового пациента

Тяжелая патология (пациент N., 42 лет с циррозом печени)

Относительно слабая патология (пациент B., 33 лет с хроническим пиелонефритом)

Патология средней тяжести (пациент А., 38 лет с диффузно-токсическим зобом)

Процедура обследования

Пациент располагается лежа на кушетке. Приемная антенна с помощью штатива подводится к поверхности тела пациента на расстояние примерно 5 мм в точке, ближайшей к исследуемому органу или ткани, располагая продольную ось антенны перпендикулярно поверхности тела. Производится съем измерительной информации (длительность 1 – 3 мин при стандартном обследования; при необходимости длительность процедуры может быть увеличена. Результаты обработки предъявляются врачу. Данные и результаты обработки заносятся в банк данных.

Процедура обследования

Режимы работы комплекса

Режим первоначального обучения (настройки алгоритмов): осуществлялся по более, чем 700 верифицированным случаям при обследовании пациентов с различными заболеваниями; дополнялся данными обследования 350 мужчин (волонтеров) в возрасте от 26 до 42 лет, признанных практически здоровыми. проверялся на 300 тестовых верифицированных случаях. Основной рабочий режим - диагностика Дополнительный режим для верифицированных случаев –дообучение Мониторинг.

Визуализация диагностической информации

Используется комплексное представление диагностической информации. После проведения измерений данного органа на экран монитора врача выводятся: Исходный спектр низкочастотной модулирующей составляющей КВЧ-сигнала, принимаемого антенной; Сглаженная оценка спектра с использованием заданного спектрального окна и выделенная из нее систематическая компонента; Оценка спектра с использованием медианного (робастного) спектрального окна и выделенная из нее систематическая компонента; Разностные кривые между соответствующими оценками спектра и их систематическими компонентами; Нормированная автокорреляционная функция; Данные от одномерных статистических классификаторов по 22 позициям; Столбчатые диаграммы - результаты автоматизированной классификации функционального состояния исследуемого органа с помощью нейросетевого классификатора (советчика) по градациям «норма», «удовлетворительно», «невыраженная патология», «выраженная патология».

Визуализация диагностической информации

Мониторинг

Режим мониторинга позволяет отслеживать состояния того или иного органа в течение заданного интервала времени. Целями проведения мониторинга могут быть:

Оперативное наблюдение за динамикой изменения состояния пациента при терапевтических воздействиях; анализ эффективности различных лекарственных препаратов при лечении пациентов; анализ возможных побочных эффектов приема лекарственных препаратов; анализ динамики воздействия лекарственных препаратов.

Пример оперативного мониторинга

Пример оперативного мониторинга при введении лекарственного препарата

Мониторинг 1 – воздействие лекарственного препарата при острой инфекции; Мониторинг 2 – эффект «плацебо»; Мониторинг 3 - воздействие лекарственного препарата при хроническом заболевании

Дополнительные возможности использования диагностической информации,

получаемой с помощью комплекса

Определение обобщенного показателя состояния организма человека («индекса здоровья») – например, в интересах системы страхования; формирование диаграммы состояния организма при той или иной патологии, наглядно демонстрирующей долю «вины» каждого органа в развитии болезни; исследование органо-тканевой рецепции.

Сферы применения комплекса

Медицинский КВЧ-диагностический комплекс может успешно применяться:

В целях предварительного всестороннего анализа состояния пациента; для мониторинга состояния организма, контроля за ходом лечения; для мониторинга за воздействием лекарственных средств и физиотерапевтических процедур; для проведения диагностических и мониторинговых исследований в лечебно-профилактических учреждениях, диагностических центрах, клиниках; при скриннинговых исследованиях; в сфере медицинского обеспечения спорта высших достижений; для массового профилактического осмотра населения.