Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Метод анализа результатов диагностических ультразвуковых исследований почечных артерий человека на основе математической модели сосудистой сети

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Метод анализа результатов диагностических ультразвуковых исследований почечных артерий человека на основе математической модели сосудистой сети"

НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КЛИНИЧЕСКОЙ КАРДИОЛОГИИ им. А Л. Мясником КНЦ РАМН ‘

па правах рукг чей

РГО сл .

лиснил .

Констаипт Валентинович

МЕТОД АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЧЕЧНЫХ АРТЕРИЙ ЧЕЛОВЕКА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СОСУмИСТОЙ СЕТИ

03.00.02 - Г ЧОФИЗИКА

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации т сонскште ученой сгепсн» каилилатл физико- математических наук

МОСКВА - 1993

Работа выполнена в Институте клинической кардиологии имени А.Л.Мясинкона Кардиологического научного центра РАМН.

Научный руководитель: Научный консультант:

доктор фімнко- математических наук Регирср С.Д.

кандидат биологических наук Рогоза Л.II.

Офоинальные оппоненты:

доктор фнзико- математических наук Шарнкоо А Н.

кандидат биологических наук .Валашоа С.А.

Ведущая организации:

РоссиПскиб государственный медицинский унииерапвг РАМН.

Зашита диссертации состоится •/у декабря 1993 г. в 14^® часов на заседании специализированного ученого сонета (К.С63.9ІІ0) при Московском фиаихо- техническом институте (141700, г. Долгопрудный, Московский области. Институтский пер., д. 9).

С диссертацией можно оэнакомиткя ь библиотеке МФТИ.

Автореферат разослан “ /2г ноября 19ЭЗ г.

Ученый секретарь снеаналиэиропанного совета кандидат фи.'кко- матемагнчсския нДук

ІСіїрсс1» В.В.

Общая харякггеристнка работы, '

Актуальность исследования, Одной из проблем сопрс,ч"чной кардиологии и ангиохирургии яплястся диагностика заболеваний, протекающих со структурными изменениями сосудистого бассейна чело не ка. П этой сняли, чрезвычайно важными считаются псслс," пання состояния почечных артерий (МЛ), даже сравнительно слабые изменения гидравлической проводимости которых способны вызывать целую гамму неблагоприятных г«|ч|>сктсч1, включая развитие гнпертеилинных состояний.

Для исследования состояния почечных артерии успешно исиодьлуюгся такие методы как рситгенохоитрастная ангиография, реитгепо-комныотериля томография и МР- томография, ноэноляющне с достаточной точностью выявлять локализацию и оценивать степень поражений сое,доп. Наряду с этим, не пыль . лет сомнения значимость более доступных для практической медицины и белпнлет.. . ультралвуковых донлерографическнх (УЗДГ) методом нсслсдонания. Однако, даже самые сложные из

разработанных до настоящего пременп методов иитер ,¡стации спектра доилеропскот сдвига частот (СДСЧ), возникающего при рассеянии ультразвукового (УЛ) луча на движущихся форменных элементах кропи, не позволяют уверено распознавать слабые и умеренные стспозпругащис поражения почечных артерии (перекрывающие менее 50% ¡наметрл

пнтактной яртерни). Разработка метода анализа ]>сзультагол УЗДГ исследований. чувствительного к нал* ты гемодинамическн малозначимых стснознрующих поражений п МЛ, позволило бы существенно расширять Л1 нпгеппе'ч'ле "’озчожпости «.ущестпухлцнх ультразвуковых систем.

Цг-ль >гпс.'"'’!опрпир. Разработать углубленны!" метод

чаче*. гичег'"-':? ли ■ нпл р-мудьтат«п ультразвуков»Iх дпп:’ср<нрл ''.пческнх

!><;,-Ле;:ор.Л!-||"|. НО т VI " Й р’СНОЛЧЛВЛГЬ НЛЧ.ТЛЬНЫС СТ.ТЛИ!! 'ГГСНОЗИруПЩНХ (г;---<'‘г'п.гу ЛргерНМ.

Зад-ти'.

!) Рл-!(../->тагь к •••'рифшшропать матсмлтнчгскуго модель

артериального гуелл почек человека, учитывающую геометрические г, механические характеристики отображаемых участков сосудистого русла.

2) 1’алра/мглг-- меюд решения обратной задачи математического м<>делн|юплнил, нолнодлющин выделять диагностические предикторы наличия стенолнрующих поражении п почечной рртерип.

3) Создать технологию псрпнчпоіо аигомлгнзиропанного П[мніосгішгл

УЗД Г информации на бале комньютсрн.інроплниото комплекса,

включающего УЗ днаї носгнческую систему, накопитель іниеопні|юмлиш( м ПЭВМ класса ІІ1М РС ЛТ.

4) Решить проблему классификации стснолнрутщих поражений почечных артерий на основе ноною подхода.

5) Очешіть чувствительность н специфичность подложенного диагностического подхода по результатам клинических нгс.'.сдоплний.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Па оспопс подели русла почечных артерий создан полый истод

углубленного млісмлгнчс-екого андлилл СЛСЧ. попышлющнн диагностическую .шлчнмость УЗЛГ нсс.кдонлний

Рллрлботан и внедрен в практику Отдела нових методов лнлпкчтпкн н псследовлний П нети г; та * чшической клрдно.топш метод УЗ диагностической оценки состояния почечных артерий, котрий отличается от существующих более высокой чупстшітсльиостью к стабым сгсікоируюіцим пораженням.

Апробация работы. Основные положения диссертации

диюлдыпллись па мсжиїдеденчсскоіі кож|>ер<!іщни Инсгиіута клинической кардиологии ч.м. Л.Л. Мь. ннконд К)1Ц РАМН (28 ошн^ря Г.К'Ч)

Публикации. По теме днсссртлцнн омублнкоиню Д п-ч.чюл-

работы, коюрые отражают сс ссноннме положения.

Структура диссертации. Работа состоит ил иг-еденпч, і-.і < глап и ллктючеиня. Изложена па 110 страницах млншччпнепо'и тл.сіл Содержит 21 рисунок и 8 таблиц. Список нитруемой литературы г.: іюч.чі ЮЗ нлнмсног,лішй.

Содержание работы.

Ндше исследование основано нл традиционном длч .і.илі ікчпгичкой практики ндученни "махенмплыюй" огибающей СДСЧ. :ч:лчеция К'оорїй на каждом отсчете времени ранни і>5 процент.™ сис>пр.иыи>й мощности Максимальную огиблюшую также называют кривом скорости к|х’пнокл (КСК), потому что она отражает динамику движения элементов кр-чщ в сосуде.

Формирование наксимллмюГі огибающей СДСЧ.

Основная мр*>лсмл лн’-'чза максимальной огибающей обусловлена п.-.ч, что мри локации глубоко залегающих сос)дои шумовые помехи

з

вуалируют си структуру. Крипе того, исследовать изучал, как правило, сегмент Kptiuofi, соопкпстиующнЛ одному сердечному сокращению, субьсктшшо избираемый из ряда рсалнлацнП. в то время как форма волны K¡K~.buto¡o ЗЛ1ІІСІІТ стг ссгестиешюЛ иарпабслынхпн сердечного ритма, ударного объема сердца и подннхености артерий. И. наконец, некоторые УЗ системы иообще не имеют эффективны к систем построения огибающих спектра.

Поиски достаточно универсальною метида 6е'ре/>іч с этими трудностями привели пас к солддн.ио специального компьютеризированного кошілі-ііса для анализа получаемою при УЗ донле(кшскоЛ локации счсудои СДСЧ. Анапа проводится в режиме off- line по .записям инфорушиш о СДСЧ, которые в lyiH'.'Cniytüiimx УЗ приборах отражаются и.» дненленх с

I OJ.IMOMI аЛІЛІОІІ BpeMCHÜOÍl раЗРерТКОЙ И "яркое ГНОЙ КПДНрТШКОЙ .Ч'.ЛЦМОСІ II

cneürjo, и архивируются a і[>орматс видеоизображения нз индеок^еге-гзх с 'ó,(,4ct>Manmr;x¡»i!ioii. В аппаратную часи, кпмиїексл kmi.vu1 111 j л у 111 >*)-1 л'■'ноналіїний к.ідеомаї 'ннгофен ”l‘an.L«onic Л(>- Г>200" формата VIIS, котрий ¡Wlli'J.lík'! ДЄЛЛП. i'Ct !p.¡il.!t><\l''!l¡‘t:, Ґ И.’.!'Mil!) | .-.:iy Л ііру' Ч'1 iki,| ,11, и г t жим ¡'.ui'o» »плоть д.) их ксчііиялср üíM ГС

Л'^ІПХ en ... rp.4-in;.oíi шагом ".i.m ia r..e¡p.>", ,4011o noi xv n í;!Л■! тел; “o¡nir¡ p. Ovu.i иіяіі.юс.і ирі'дпамлеіи м.' ріісушч‘ I

Рисунок І. См-па >éohii•¡i.-.r.i ,ti'í оЛг-'і^тК'.! іінді-4iii-i<'6jia:*;eiiiiíl.

I - компьютер с встроенной платой .’.,:\uara кадра:

'I - іі:ід-.’<>,мзпімгофоі;;

3 - дспо.иппельнмГт телемонитор.

Попек и </рр./и)тю шпгеретгутэдх nao фрагментчы записи релультатон УЛ/1 Г нссл.-дг.иднин г-сушестчія.-"--» следующим г.йрз.чо.‘( П;ід;:0іізсбра:кеіпіі: СДСЧ и ,-ріерміі іі|ич-иаір!>8:п'.о на тг.чо>!і.іторе- ц р^міміт замедленного і'<к-и;».п <еед< .нм с вкдтзгстсіїм. Піисресушшіїіі шілсофрагмеаг фіна нруегеч я реоклне сгон- г-.адрд. По команд-.- іп кл.чныогера фраг.'-опт

запоминается в ОЗУ млаты "захвата кадра' н пи шине данных в цифровой форме пересылается и видеопамять компьютера.

Видеоизображение каждого фрагмента анализировалось как яркостная матрица, номер строки которой соотисгстиуст определенному значению доилсропского сд ига частоты (ДСЧ) С, номер столбца - отсчету времени I, а яркость точки с кос.дннатамн ((о,1о> - спектральной мощности А((оД ) СДСЧ на частоте (о и момент времени ю. Для построении максимальной огибающей СДСЧ, в каждый момент времени І находился номер сгроки матрицы (95(1). соответствующий 95 процентной распределении спектральной мощности СДСЧ.

Опишем основные апшы анализа.

1) Фрагмент н 'обращения СДСЧ, кодируемого серой шкалой, имеет некоюрую постоянную составляющую, г.с. с]шно..ис значение- яркости, которую необходимо учитывать "ри операциях с се абсолютными ве. ічннамн. Это значение автоматически вычисляется на основе разработанного алюригма анализа пістоіра.чми яркости кадра.

2) Примерно в трсті»ей част случаен фрагмент изображения, содержащий СДСЧ, включает темные юиксообразиые ниша, обусловленные случайными помехами, создающими логхные всплески мощности СДСЧ. Оператор при необ.ч.іднмостн помечает границы области арггфакта для коррекции кадра изображения.

3) Зі)х}>екти возникновения "ложных" зеркальных спектров, случайные шумовые помехи, наложение сигнала от друтх анатомических структур, а также возможное появление обратного кровотока в артерии часто ставят задачу выявления нспнного направлення смещения частоты отраженного УЗ сигнала. Практика и теория дают доводы за признание истинным сигнала, коюрый об.-адае! бозее высокой ишегралыюй мощностью.

Таким образом, определив для каждого отсчета врим-ии показатель (95(1), мы формируем массив длины к искомой максималыг 1 огибающей. Послед )вагельнпя обработка всех фрагментов видеозаписи приводит к формированию крив ¡1 скорост" кровотока включающей 1020 сердечных циклов.

На следующем шаге для: повышения качества информации и увеличения соотношения сигнал - шум мы применили метод Групповою (когерентного) накопления сигнала. Для атого получайся сигнальная реализация разбивалась на участки, чы ветствующис одному

сердечному циклу. Алгоритм определения границ никла основан ил автоматическом расиоліаиашін точки, сс«ігі>егсіпукііде|і началу систолического подммл волны хропоіока.

Разработанной нами алгоритм расмолнаялння точкіі осиогшн на многоуропнево.ч адантнппом амплитудном анализе крнпон па участках монотонности со статистической оценкой алекпат послі опрелелеиия границ. Он угтончипо работает и при високочастотних шууоних помехах, п при уходах изолинии КСК.

Дискретизацию полученных сегментов кршюГі изменяли таким (Градом. чтоЛіл мл кажлыП цикл сердечного сокращения приходилось олинакопос количество отечетоп. Ннчис.ігнне амплитуд крпплй п промежуточных точках осуществляется М'-тодоч кубического сплайна.

Злін-ршлющен стадией исчислении яплістся, как такопал. процедура гоїерентноіо накоплении- і|«рмиро«ат!е усредненной крітоП скорости кроьогокл сочпм тстнумпнй одному сердечному ііііклу Ее лиачстсі п каждой точке смиїїеіспіуюг среднетнешсипин значениям пгсх анализируемых комплексен в :>гоП точке.

Молельный подход к анализу КСК.

Для анализа пплч'чсішсй КСК кы иснользоилли метод определения параметров г.ргернн на «снопе ее мліеч.ническон модели. При разработке модели мы учи гм ¡¡ал и геометрические характеристики почечной артерии. Относительно Небольшам протяженность К практически пеилменяюшинея г Юль продольно*! оси грт'-рин іміугрсішмії радиус сечами. и толщина сгенки нр-мполлллч і-оз.чмжчоегь применения молелн со сосредоточенными параметрами. Потому, за оснозу модели почсчін.чі артерии челегекл, н11 прт.пли плрн.знт яддгенч'-гп'ч модели Ноордері ралфл, тк^юемпой їм лдппг'*- п!,'рчі-л"чге*о"< нгілопні. т. г. знл.ісччн унроп>?мні•>> ;п:;'лрім;.ч-ч:!п.’Х урлнченю: По-м-с- Стоксл, оптгсі-’П':>'е;кх іки.ир.'стрзг''!:!!'. є яз -гл'і я.і'дкіхтн и эластичной трубге, и уравнении,

і!:!'гмг.'ї)':;'П т; нч.чн--с:ч’ікгл'л.ія п гмечгтрнчсской цепи. Схема молеїн ; -і.{

ліатемлінческог- списание моделі! ми будем прополи гь п тотіміїнах пасемчнкх :>л*-.чечтоіі пени переменного гокл.

Пусть їм п «ід чсгы)|':хнпд«псиика подастся поздеГістпие її виде периодической функции кол.'Ламия длплення Р(0. В качестис отклика системи на пходное «олдсїісгмгг, определим спектральную характеристику гока, текущего через цеп,’. г2-1. схемы.

Рисунок 2. Схгма модели it< шоЛ артерии, rl - сопротивление нрокгимальной части артерии,

г 2 - сопротивление дистальной члгтн артерии.

R -• сонротивлснне іісріи}»-рнчеі i.nx сосудов,

L • шириночные сиойстмл крови,

CI, С2- податливость артериальной стейки в нрокепчачыкш н дистальной частих сосуда cool ктствснно.

Нпедо.м оГхиначепне: .

s-l*w ( 1) .

где W- круговая частите, і-Л.

Для упрошеним написания формул будем обозначать Фурьс-

образ любой функции за’шгяшен от іі|>смсніі 'nina F(t) через F(s). Ниеде.м

функцию Il(s), которая' будет являться передаточной функцией,

преобразующей пхидпос воздействие P(s) и отклик l(s):

II(s)= KsVp(s) ( 2)

Зависимость функции ll(s) от параметров четырехнолженика, при упрощающих предположениях г1=г2=г; С1=С2=С имеет вид

ад=------------------4---------------- (з)

r+(r + j» [. +------УО + ^г'С)

v 1 + уЯ‘С

Таким образом, мы получили передаточную функцию зависящую от четырех параметроп, характеризующих состояние артгрнатыюге русла.

Все дальнейшие вычисления сопряжены с Фурье- образами экспериментальных, имеющих дт крстизопапнос цифровое представление, кривых кровотока и давления. Дискретный Фурье- образ вычислялся но

• •у

алгоритму быстрого пі>собразоваішя использующею набор гг симметричных относительно 0 точек. Наиболее оптимальной оказалась дискретизация по

128 точкам, при которой граничная частота спектра М/Тсус1е сост. лист порядка 40- 100 Гп, что .гін кривых даплеинн и кровотока заведомо превышает максимальную физиологически информативную частоту, ив превышающую 15 Гп '

В качестве входного иолдейстния мы использовали запись представительной, по заключению специалистов, кривой давления в брюшной аорте на уровне бифуркации почечной apvepmi ¿їли практически здорового человека, полученной методом каптерналцнн специалистами отдела анпшфафнчсскнх исследований КІІЦ н нро.часштабнроианную на индивидуальные значення систолического н диастолического давления и плечевой артерии обследуемого пациента.

Для loro, чтобы оценить адекватность модели, необходимо провести модельный эксперимент и срашпт ее отклик и отклик оригинального обілкта на одинаково« тестовое входное волдеПствне. Значения парамстроя модели рассчитывали по формулам:

„Це! • t.e£ с. « <„,«

где її - внутренний радиус сі уда ( 0.26 см):

h - толщина стенки < 0.053 см);

'

4

F. - модул*» Юнга стенки артерии г/(см Vok^));

I • длина моделируемого сегмента аргеринОю.шац длина 3,2 см); р - плотность кроьи <1.05 Г/см^);

r¡ - ііяжость крови <0.04 г*см/сск).

Численная r.iteiwa сопротивления перін|>ері!че>'кпго бассейна R a ¡ г.г!<••-• •! -і»«’’! •'гемі рнментальних данных Ы\ относительно Гіч!!і!Оч зил«, «ні Рд m дисталі.чоч гони« почечных артгрнй,

•: ■ .'j'.'KVt'ihtu д.1.4 :0 фуіІКІІНОнрір.чіаі'ІІ". IfOOKK, ДАННЫХ О

Cf е.!!іе'шг<тр-іп<ком .чи-ич::чі дг-в-.снім Pe а усімі ПА ir вычисленном

WJVeHI'H ҐИЛП.НиіГ'ІГГКІҐО <*П||р»7ТІ(ЯЛСІІНЯ r ПЛ, T.<!.

R-'- і’,ч'2г / I Pe - Рд) ( 7)

lia рііс.З отряжен ]x- іультат прслстаигітелмюги модельного

:-ч>.і.еі'нче,пг!. Точками ггпиеч'чк) облако последовательности пятнадцати

оригинальных кривых скорости кровотока. зарегистрированных у адодюиоги добровольца. Пунктирной лішнєЛ изображено срсднее колебание. Сплошной линией показано имитационное колебание с корост И орнпшальмыс н имнтешюннан кривые нормированы на спои среднешггегральные значення. Ср<днсквадратичнос отклонение .среднего экспериментального колебания скорости or имитационного, раиннютесся 0.0069, не прешли.«! сікдиеггапігшчсское лначенне отклонения отдельных оршннальних крнних <и е. днегг пкспррнмопаиною колебании по данной реализации, юторие ссомнн.ю 0.1X171. ¿ho поліюляст считать модель адекналю адантирои.-ншой к орш нналу.

Рисунок 3. Результат n¡.¿v<¡~iamtTe.ibnoru ноделыпяо жеж рюкны.

(-----) - нмптаиионпое колебание kjajwhoK''' П\:

(•■•)- облако нос іедгніатсльчоеіи оршнна.’ иіьь колеб.шіш ьриа.-іи'’\і. (---)- усредненное КОЛсбэМНе ЦЮКСПОХа.

Решение обратной задачи матсмати-іго-ого ноде.-трпилннй.

Перейдем к решению обратной t.’.v.o; ча.тимического

моделирования. Так как и напоятс? время *<«• суіце-і->>ет способа

достаючмо точного он)>едслсния угла а между н irp.¡r-.енисм

рйсчространснкя УЗ луча И Ш.Праїч’КІІІІоМ le'i-HHH К р-l,Ml il об i’-triu«

артерии. который учктыплстся при расчете айсолютной величины о 'ростн сосуде, то в ура.нн'нне (3) передаточной функции был пнеден нормирующий множитель |'ас(ог, поэнолныщнЛ получить мнпарнлпгнос относительно угла а ргшснис.

о=1'жк'г% тг

, = |

( Я)

Для лкгисрим<маа.’|м1ых крннмх скорости Н Д-шлення это рапнолнлчно нор.чнроиачнк) во иргмешюК оЛлзстн из их средпемптефзл'.иис значения на ннтерндле сгрдсчного цикла. В^'Леи кп:и|х||(!(1и‘|гти К1, К2, КЗ, япляшцисся комбинациями ларамстроо модели:

К1- гС ( У)

К2= 1.С ( 10)

КЗ=г/(2г+К) (II)

Тогда ур-ник-ине функции Н’Ч*) примет ннл

I + У*

1(~(ф --

А'1

-Х)-2—

где

А' - I - Л Зч

А ) л* А 1*( I - 2* А'3)+АГ*(1 5*Л1)

А> А 2 +■ А'1*' : -2> О))*.'* ♦ А'2М1 - 2* А'З)

А'1

( 12)

< «а)

С Т[>СМЛ Ц{* ?.)МНСЛК*;5МП

ИЛ к^к отклик ял

Т.г:сич овраги »*<, получили ур »мпс-нм’-*

иарй.чегр^чн. синсыкиклнс«? кроноток я сег*м«»н<? кол^линл дпплоння и успл ПА.

£с.т итстсы эясиерилеягал' ные, длкгслынктыгу 128 пиок,

НОрМИрОИДНМи'С ПО амгмтпуд^ па Ср- .иИ'ННКЧ рЧЧЬИЫС ГМиЧсЯНЯ крнпис ЛГ|р.5и НЧОС1М ДЛ>!Лс<{«*Я Рг(0 1» усу»« ПО*- -ММсП ЛрГ?:рПМ 55 скорости ¡СргКЮГГГЛ \'<Ч) п с< нром:нм;иьиоч участки, то ми мм.гем (»аамодноегь иич^стгь'

'»\с:ц ¡м*‘» Г1''гнд:!То*, -оу '{•укхчп!» \\'*\*)

си-.-н:;х>;) я д.^лочп*!:

\\Ч<> '."0/рг(*> ( И)

П кгин-'Гг‘-> «ритернч О \\'(&) и

•р-0р'>ь»«?1'<',«0:1 П Гер-еД^^'^М! IX р'«'1НГ.СГИ Л У

мо,чу.чоП ‘!,ч нершде и-гтм гг'рчоиик.ак, т.«\ I р;нпгч»ь?;( ^легигл соишллст гюрндкл 10-15 Гц:

О ~ ,/У]1аЬ^и'(\,углЬ'( //(*,)) )‘

У;П

Учет фазовой характеристики системы в данном случае проблематичен из- за отсутствия информации о временной задержке между волнами скорости кроиогока и давления,

. Итак, обратная задача математического моделирования <}>ормулирустся следующим образом: минимизировать критерий качества Q путем о|гтнмнзацин значений параметров К1, К2, КЗ теоретической передаточной функции H"4s).

Вычисление трехмерного вектора решения производилось с использо1ш...ем процедуры кваэнграднеитного поиска минимума нелинейных функций многих переменных (прикладной пакет 'Matrix

l.alx>rattiry'). Процесс поиска прекращался, когда толерантность матрицы решения становилась меньше 10"3. На рис. 4 отражена передаточная функция, адаптированная для случайно выбранною экспериментального колебания скорости кровотока здоропого добровольца, а нг> рис. 5 показана восстановленная че|>сз нее i]»opMa отклика модели и оригинальное колебание кронотока

Для сценки устойчивости решения, мы непользоиали пра1ЯЖС1шые экспериментальные сигнал ьш >■ ■ реализации, которые содержат компонетгу естественного шума и ироисли расчет параметром модели для каждого из циклон. Спслоненне параметров, определенных но отдельным циклам от их средних пеличнн не превышало 204. .

Анализ результатов моделирования.

На созданном комплексе били ироамалишцюв^чн результаты УЗДГ исследований у трех групп, состоящих hj пациентов и добровольцев. В первую группу входили здоровые добровольцы (n-MG, в возрасте от 25 до 3j лет). Вторая i-руппа- пациенты (с~8) с относительно слабыми стеньзнрухншши поражениями ПА, перекрывающими до ¿0 пропетой днаме~ра шпаклюй почечной артерии. Такие стешвнруыщие поражения артерий в клинической практике счнгйв ire.s [емкдннамичсскн малозначимыми. Треи.я группа- нациейгы с сильчы.чи и-яодтымич ;ии значимыми гтеноаирухшриш поражениями IIЛ (ir~u), |:>..-р»».риьа!;ч:»н.--1 ¿олес .50 npc'iieirroD диаметра шеактой apiepibi. и i в юрой н

третьей групп било пропилено peirrrei'cvuiniwI •«I'-wn >>‘V i <:.•,• лание ПА

н отделе амгнофафических исследований КИЦ Р.'.МН, ¡и ось-п'лним которого ставилось злк печение о тнжестк н,i/и:;;оч.-л

Результаты ксслслоидния папистов мм/.илнрокмнсь но принятий на сегодняшний день схеме, а таюче предлагаемым hjmii методом.

Рисунок 4. Оригинальная (кружочки) и адалтнроиднная (сплошная линия) передаточная функция Н"(5) для случаЛно выбранного экспериментального колебания скорости к ропот ока здорового добровольца.

Рисунок 5. Оригинальная (- - - ) и восстановленная по алаптпросашюй тсотретической гередзточной функции (-------) форма отклика модели.

Традиционная схема ана.чиза.

Наиболее Ч|нк:тоЛ и распространенной п настоящее время милчется НСТ><Л»пЛ юлеенфнклшш КСК па оснопе набора индексов. которое »(х-дстаплнют с<Л>й кочСишлшш характерных аммлнтудио- пргменнмх параметров крипой.

II клинике широко испольлустся индекс пульсацноимости i’l, кпториЛ ОН|ч-ДСЛИСГСЯ как отношение оЛщеП ОСЦНЛ.ШЮрНОИ ЛИСрПЩ 1’ОЛИЫ к.рокоижд К сродней :>ncprmi потока на ннтерплле сердечного цикла. Па практике, дли пи «ненки нсиользуря упрощенную (|>ормулу

PI»(S-D)/M • ( 1Г>)

где S- макенчалыме лчлченне скороети кропотох.1 на шгп^иле сердечного ЦИК.1Л, Л О- МНННмаЛЬНОС ЛНЛЧ>ЧН1>\ Этт индекс рЛГСЧЯТрМ !'Яе1СЯ как ПОКЛЛагеЛ!.. Чу11(Т|!Н1СЛЫ|ЫГ| К ГКЧЮЛПруМЩНЧ обралопанИЮ!, расположенным проксимальное m i та локации сосуда.

Друтм |1.1СП|нх:трл1К11ны.ч индексом является индекс релклшшостн, определчемыП как

KI = (S-Dil)/S ( 17)

где 0(1- конечное диастол ческос значение крошпокл. Он рассчлтршистся, как наиболее чунсгнптельним к дчегально расположенным и^-гигтпшм

KjHlDOTOK'y.

Л ли то!о, чтобы оценить мкчнне на результат ¿шалила фактора СубЪСКТИИИОСТИ нсследокателп при 1р.1Л>ЩИОШ|и>{ ННДСКСНОЧ ЛГТОДГ nilfB'MI КСК ми попросили дпух прачеЛ- диагностов неллшкнчп ощъ-дслеп. энлченнч' индексом пулылиионностн и релмстинчостн но спектрам Л1’’!

,М'!р<)!-ЫХ Добр '110.1 >• Ill’ll. ОкЛЛЛ.ИН ЧТО при OTCVlCTIV.iH 0!Л”'>нГ1 л

значениях показателя П. значетш ноклллт-мя f’l f>»j ти досьнм-рчо ш-нч (р<!1.05) у одного ил спгциалиггог.. Кроче гою. наблюдался бо.тыт;;. разброс (STO(API)=12.5%) при иок. р. ччях нчдетя !'! ')ui цифры гопорчт

об отсутетРин необходимой стлндлршл.щии и aiia.in.ic р-лу.-ц латоп УЛЛГ рутинным методом. В тоже время, ;;с"г.Л!.'Зоалнне предлагаемою начч антомлгнзнрорпнного метода позволило добиться практически НХ>’. восп;юильодчмости результатов при работе дпух нсследоизтелгн.

На оснопе t- критерия мы нропернлн Персию об отличии средних значении нндексон 14 и RI в группах 1 - 2 и 1 - 3. Проперка покапала, что и группах 1-2 и 1- 3 не существует достоперного отличия между средними значениями икдекгоп.

ІЗ

Оценка возможности РаАссоиской классификации ітдиім-.дуучп» на группы с нормальными н пораженными НА ми цокала>сднм НІ II І’І И|>:і услоїшн, что априорные ве(х»ітностн принадлежности іь.блидення к ойомм классам, а также стоимости ошибочных кдассифик/"ііій ранньї мчк.гіа.і.і, чг» при писок'А специфичности ьорядка КО?і • чу истини'лиіисіь метода составляет 5.0%.

Статистический анализ результатов моделировании,

Оцеп ч теперь возможности классификации нндмнндуу.мип на оспине нарамегрои модели. Причім поставим задачу ощюелнть иг только (|лкі наличия стенознругишто пораження у паписта, по н класснфнціір*>магь СіО ТМЖССГІ» по диум У|К ,ини,

Н предположении о многомерном ь .рмальнох |і.ісі.|и'Л‘‘ іеинн іь'ір;імет|хчі модели К1, К2, КЗ ь каждой группе, длп решения задачи ьожно їх чіоліізопагіїсн байесовской процедурой классификации. І'сли считать, Чго априорные вероятности принадлежности наблюдении к каждом/ на ті*:х классом, з также стоимости ошибочных классификаций равны, то при гаком сніяіЛ- классификации метод оценки состояния ПА имеет следующие характеристики:

специфичность ' • й7..*ь.

чуіют'‘нтольпосгі. к наличии іленоліруищеіо поражений 11А -

чуисмінтелмиюь к наличию силы, го поражения ПА - ІІЗ З"«

чуисгнн.ельніл'ть к наличию слабого поражении ПА • 62.5?«

1>лн пг использовать и|«;дположенне о нормальности распределения наблюдений го иге* т(*.-х группах, то ж<;г.мп воспользоваться неодим классификации со сгоблдным распределением переменных (НЫмЬиНоц- Г(хс ше(Ьо<0. Л-1И )ТІ|<0’Ц..'ННЯ ана^на іг» Трех параметри і ми остапнлн лип- Кі н КЗ. Такой выбор был сделан на основе ранжирования весовых кгпффнциентоо Байесовских дискриминантных функций.

В качестве дискриминантной функции I и 2 клагсоп ни нсподыонали проекцию на плоскость (КЗ,К1) поверхности, которая ограничивает обілм колокола диумерноЙ нормальной функции расирс деления нндивидуумоо из группы здоровых добровольцев, вг-три которого ПрИІШМЛЮі значеі ш 95/і выборки. Такой проекцией яидисгск здліше. Стзжсткчссхи эта граница будет означать, чго точкії находящиеся ьпе эллипса с достоверностью р<0.05 не (гпюеится к популяции 1. После проведения вычислений

координат центра и ьскгоров осей эллипса, мы получили первую дискриминантную.функцию Б2КХ):

популкции I «ли БІ1 (X) > 0 и наеиюденне принадлежит популяции 7 если Б’ЖХ) <-0.

Дискриминантную функцию второго и цхчиг.) классов (¡мло решена искать » виде линейной комбинации параметри, К! и КЗ. Такой иіі'иір был сделан па основании анализа характера р:н'і ірі-дслеінія наблюдении отнгкнпшхея ко второму н третьему классам Кол|іфііцмсі!ти функции 532(Х) получены и результате работм нтгратничою алюрнтма минимизирующего ошибку тарификации:

Таким образом, наблюдение Хо итнь.шга і. клан) 2, пли Й32(Х.>)>0 н наблюдение Хо относится к классу 3, сел,: 23»)(Хо)<-0.

Н общем случав классификации нрнп.и'ч.а. н.:6 ті іде»;«.» Хо |[ тому или пиону классу определяется по с,іслу»чи«»у мраиилу

Хо •> клмс 1 при 521(Х.о)> О

пусть

£ = оЛ*(АҐ - АГ)Г* ^{Кг-йіі19)г^КІ-009І)1

( >8)

( 19)

где а = т*(1 -щп(Ц)УИ

< 20)

,, 1Л7 , . ,ДГЗ-0 1529,

и •» апдЩХ - кГ) • Л- агс% ^^'"ооо'Г

( 21)

гоїда дискриминационную функції») 821(4) можно записать в ти»' . 821(Х)=аЬ$( КГ/Г) >1.

( 22)

Утверждается. что наблюдение X-(КЗ, К1) припал ісжнт

Б32(ХЬ -0.422*КЗ<0.2608 К1

( 23)

Хо -> класс 2 Хо -> к г,асс 3

52!(Хо)<~0 & 0

532(Хо)<-и

( >0

На рис.5 на плоскости (К1, КЗ) помеч-.ни наблюдении обу (¡'іоілей выборки. На фоне наблюдений ьоьалшы лини:! днсі.ричнн.інгмих ірлннц между классами.

о. э О 2S О 2 О 1 г»

О !

О О*

О

о о 05 о I о is о г о ¿'.4i о з о. по о л

Рисунок 5 ОЛллкз ita/SuvKifiift, отноеящтчгя к группам:

+ - лдорппи** добровольцы;

• - мдцнгты со сллГшмм и умеренными ггоражениячн ПД; х - пациенты с гильним поражением ПЛ.

Пр>* СУКЧ'гУк* ПЛЛССНфНКаЦИН ИСТОЛ «Н«*НКН СОСТОЯНИЯ ПА И>!С«:Т

глгдуг'»:;и** «лрдктгрнсгигш:

■ - 93 Т\%

•!у»'-И’!!К',1',!!гтП] *5 ялли ж*) сгснолмрукзгцгго поражения ПА - 92.}*%

fv-fjM г. к ?гл ипи») сильного . поражения ПД • 190 *L

•\мГ7г.-;г *;.'М’ГК Г СЧЛ^ЮГО ПРрЛЭ^ГПН:! НА - 7л %

Г1-.': ! ir-i 'vj >; vru.'¡*ик;ачиониогп анализа нлЛиидсчнй тал

*;4р*-р|'т >*-ч-птм ,'iu li'.'.'t п ЦИП! :!С<Л'ДОГ$,1ТелиГЫХ ОНГраЦНЙ. СОНОКуРНОСТЬ ».ог^рмт г« .•!«{•»$ч*т» •■{ м. ггл 'м оцепкн состояния точечных аргерий челот-ка.

Таюг-« !* данной pafxrrc предложен и обоснован новый

подход к анадту ролудьтагои УЗДГ исследовании- метод углуб еннпго .чатсмлтнчегкого лн^лн.'а на основе компьютерного процессинга f! шперпреглцин СЛГЧ п pnvrcax математической модели сосудистога русла.

Прнм«'н;гтслы!(> к не чечион артерии, он позволяет днагносциропать наличие как (ильчих гемпдннам1гчески значимых поражении, так и слабых

II умеренных стенолнрумщнх поражений, нерскрыплкицнх менее 50 процентом диаметра иптпктной артерии.

Оеног ими доступ нстнпми созданного метода обработки СДСЧ я' тяется ero уытгрсальноеть но отношению к типу исполыонаипото ДЛЯ НССЛСДОНЛИПИ прибор», снижение уроиня шумов и иыяиление топкой структуры огибающей доллср- сигнала, создании предпосылок для проиедепня объекчннют колнчестпенного анализа ш:<|чфмацип.

1) ааклшчеиие . следует заметить, что оценка диагностической •ч|х|и'кттшостп предлагаемого метода не претендует на полную эапершенноегь. Мы отдаем себе отчет н том, что дли этого необходимы дополнительные трнфикацнм на достаточно предсташттельной конт|х>.ты1пП группе больных. Подобная работа педется п отделе !IM/U¡ и настоящее время.

ЛыаоЯы.

1. 11|к-дложсн.пл"| метод сьема п перпичиой обработки мисщтзображсннП результата» ультралпукопоп доплерографии почечных артерий па оаюпе аппаратно- программного комплекса, нолполнет п значительной мере литом;, плироиап. процесс, спилить уропспь шумоп, помыспть поспроилподнмость и уменьшить субы ч.-гнинлм лналила.

2. Моде ь с сосредоточенными параметрами, с G степенями спободы

адекплтпа для предсказания получаемых при у.и.тралиукопых

исслсдоплпнлх нульсоиых крииих ckojiocth криин в почечных артериях.

3. Поклллтсднми модели, наиболее чутлиитсльны.чн к наличию

сгеног.нрующих нлмененнй п почечных лртернях ;шл>ш!ся К!

(нрОНЗЬСДСННС флкюрои подлтлнностн стеикм п дии нилции ?перз ИИ II почечной артерии) п К.' (соотношение пгдрлн.пп'.ч'кнх сопротивлений почечной лрирни и нижележащею госудмскло русла).

•I. Классификационный анализ па леноье определяемых при решышн обратной задачи параметров модели еосуднсюиз русла почки

обе ’дуемых плцпенгои, позполнет пыявлять i.e только сильные стенознрующис поражения (чупствигельность- 100"., спсцнфичносгь-93.8%), но и ранее не иыяпляемие слабые и умеренные нлменення почечной артерии (чупспштсльность- 75"», специфичность- УЛ.8%).

5. Йнсдрсмиии и iipairrmcy попын мен i пналнла спектра доилсроиского едппгл частот ноигчи.ч ^реитчить днлплч'шческум нн(|юрмат||ПИость У.’П.ТрГ-ЗГЛТГП'ЫХ "ДЛНЛСрОГ|. фнЧ'.'екиХ’’ ПССЛСДОИЛИНИ почечных артерии

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Nikolsky V.P., Ujlca K.V., Rugoza A.N. Model of arm circulation predicts Doppler flow patterns In standard cites of ultrasound examination Al«tract book of World Co'ga-я'ип incdicbl physirt and ’ iomedlca! engineering, Kyoto, Japan, 7- 12 July,

2. Лисина К В., Никольский П.П., Скворцов АЛ. Рогоза А.II. Мат» этическая нолель госулиггого бассгЛиа конечностей чело'мгка для кплнчеспнчшош яиа1и.та формы волны скорости кроиотока мри УЗДГ исследованиях. Тезисы домалов 1- ю Съезда ассоциации специалисток ультразвуковой диагностики п медшшие, 22- 25 октября

. 1991 г., Москва.

3 ' Uslca К., Anisimova L., Ifarlap G., Rn;{oza A. Computer proctssin«

of Doppler spectra jiynal from renal arfcri«, Al»tract Ылк of Sixth Eurnfican meeting on hypritension, Italy, Mfhn, 4- 7 June, 1993.

MP/U i2.il cj:Sr~ сих ы 2 rU.^q:^