Способ диагностики патологических состояний у человека

012029 Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для диагностики патологических изменений организма человека. Способ позволяют объективно, неинвазивно, без негативного воздействия на организм исследовать состояние его органов за счет измерения их электромагнитного излучения, выявить характер и степень патологии, а также определить причинно-следственные связи развития патологии за одно измерение. Результаты исследований позволяют выработать оптимальную тактику лечения и методы коррекции состояния биообъекта. Это наиболее актуально при исследовании процессов развития опухолевых процессов, вирусных и иных инфекционных заболеваний, а также ряда других изменений, включая и воспалительные. Исследование электромагнитного излучения биологических объектов в радиодиапазоне дает возможность получать обширную информацию об этих объектах. Хорошо известны и показали свою эффективность многие методы медицинской диагностики, основанные на использовании радиодиапазона. Это,в первую очередь, методы ядерного и парамагнитного резонанса, методы тепловидения в инфракрасном диапазоне, метод глубинной радиометрии в дециметровом диапазоне и информационно-волновые методы в миллиметровом диапазоне длин волн. В последнем направлении принято разделять две компоненты электромагнитного излучения биообъекта - тепловую, которая характеризуется уровнем мощности сигналов с радиояркостной температурой от 0,1 до 45C, и нетепловую или информационную, которая характеризуется уровнем мощности сигналов с радиояркостной температурой от 0,000001 до 0,1C. Естественно, эти приведенные выше границы являются условными и зависят от конкретных решаемых задач и разработанных регламентирующих документов. Как известно, тепловые процессы в организме играют огромную роль при метаболизме и их регистрация позволяет эффективно выявлять патологические процессы на ранних стадиях их проявления, что во многих случаях на несколько лет опережает результаты диагностических исследований, основанных на контроле морфологических изменений тканей. Особую роль при этом играют динамические параметры тепловых процессов в организме. Достаточно новым направлением в методах исследования биообъектов является регистрация электромагнитных полей нетеплового или информационного уровня. Получение этих данных позволяет намного глубже взглянуть на процессы, протекающие не только в органе в целом, но и на клеточном уровне, а в перспективе вплоть до процессов, протекающих в ядре клетки. Однако регистрация сигналов нижней границы как теплового уровня, так и нетеплового наталкивается на ряд сложностей, которые существенно затрудняют получение достоверных и воспроизводимых результатов. Это обусловлено квазишумовым характером наблюдаемых сигналов, фоновых помех и внутренних шумов приемника. Поэтому, в основном, радиометрические задачи обнаружения и измерения решаются статистическими методами. Обе эти задачи осложнены априорной неопределенностью, связанной с неизвестными характеристиками фона и нестабильностью параметров аппаратуры. Несмотря на использование квазиоптимальных, с точки зрения некоторых критериев, способов решения этих задач на сегодня разработка теории оптимального радиометрического приема с учетом априорной неопределенности остается незавершенной. Предлагаемый способ исследования организма человека является первым приближением к решению указанной проблемы и позволяет добиваться некоторых частных результатов в диагностике заболеваний. Наиболее близкими к заявляемому способу исследований состояния организма человека являются два способа. Известен способ информационно-волновой диагностики и терапии, где используют информационные сигналы, которые получают с помощью измерения радиосигналов и спектров инфранизких частот информационных сигналов, присущих органам и системам организма пациента, анализа и сопоставления этих спектров со спектрами заведомо здоровых органов (патент КИ 2141785 С 1, 1998.07.24). Данный способ является аналогом. Данный способ обладает рядом недостатков и, кроме того, в нем спектры полезных сигналов сравниваются только со спектрами заведомо здоровых органов, что фиксирует отклонение, но не позволяет идентифицировать характер патологического процесса. Сущность настоящего изобретения заключается в способе исследования состояния организма человека, при котором регистрируют собственное спонтанное излучение электромагнитных волн от участка поверхности тела человека в проекции выбранного органа. Регистрируют две компоненты - тепловую и нетепловую. Обработку осуществляют путем калибровки приемника по тепловой и нетепловой компонентам. Калибровочные сигналы представляют собой амплитудные огибающие элементарных электромагнитных процессов, соответствующих основным процессам биохимических реакций, нервной деятельности, электрохимических процессов и других энергетических и информационных процессов, протекающих в биообъекте. При этом калибровочные сигналы, сформированные предварительно в соответствии с ожидаемыми параметрами структуры излучаемого электромагнитного поля и хранящиеся в памяти PC, подаются через ЦАП на вход приемника. Затем, сравнивая калибровочные сигналы, хранящиеся в памяти PC с калибровочными сигналами, прошедшими приемный тракт, определяют параметры внутренних шумов приемника, искажающих параметры структуры ЭМИ участка поверхности тела. После этого параметры внутренних шумов используют для оптимальной обработки входящего полезного сигнала.-1 012029 В качестве прототипа выбран следующий способ. Известен способ диагностики патологических состояний у человека путем измерения его электромагнитного излучения с использованием высокочувствительного приемника, последующей обработки путем детектирования высокочастотного шумового сигнала и выделения низкочастотной модулирующей составляющей и анализа результатов измерений (патент RU2144786, 1999.05.28) - прототип. Недостатками известного способа являются следующие: отсутствие разделения принимаемого сигнала на тепловой и нетепловой или информационный уровни; синхронное детектирование высокочастотного шумового сигнала однозначно искажает или уничтожает нетепловую или информационную компоненту полезного сигнала; отсутствие калибровки приемного тракта как по тепловой, так и по нетепловой или информационной компонентам не позволяет вести оптимальный прием полезных сигналов; обработка сигнала осуществляется только путем спектрального анализа; определяют состояние биообъекта только на основе информации от органов и систем. Технической задачей предполагаемого изобретения является исследование состояния организма человека с возможностью обеспечения регистрации собственного спонтанного излучения электромагнитных волн от участка поверхности тела человека в проекции выбранного органа. Технический результат достигается тем, что в способе диагностики патологических состояний у человека путем измерения электромагнитного излучения организма человека с использованием высокочувствительного приемника, последующей обработки посредством детектирования высокочастотного шумового сигнала и выделения низкочастотной модулирующей составляющей и анализа результатов измерений измерения проводят в инфракрасном, субмиллиметровом и радиодиапазонах тепловой компоненты с радиояркостной температурой от 0,1 до 45C и нетепловой или информационной компоненты с радиояркостной температурой от 0,000001 до 0,1C излучаемого сигнала приемником прямого усиления, обработку осуществляют путем сравнения базовых калибровочных сигналов и калибровочных сигналов, прошедших приемный тракт методом последовательного послойного анализа временного ряда, определяют структурные параметры внутренних шумов приемного тракта, реконструируют структуру полезного сигнала с компенсацией внутренних шумов приемного тракта методом пошагового нелинейного регрессионного анализа с использованием участков гармонических колебаний и скользящего центрирования,проводят оптимальную корреляционную обработку реконструированного полезного сигнала теплового и нетеплового уровней с использованием калибровочных сигналов, анализируют волновые структуры на ограниченных центрированных скользящих с минимальным сдвигом интервалах наблюдения вдоль анализируемого процесса, проводят многомасштабную фильтрацию с использованием симметричных нерекурсивных фильтров, рассчитывают динамические параметры тепловой и нетепловой компонент, сравнивают с базовыми параметрами и оценивают степени патологии исследуемого органа или железы биообъекта и характер патологии, затем проводят комбинированный анализ для выявления причинно-следственных связей возникновения и распространения патологического процесса. Таким образом, в предлагаемом способе регистрируют две компоненты - тепловую и нетепловую. Обработку осуществляют путем калибровки приемника по тепловой и нетепловой компонентам. Калибровочные сигналы представляют собой амплитудные огибающие элементарных электромагнитных процессов, соответствующих основным процессам биохимических реакций, нервной деятельности, электрохимических процессов и других энергетических и информационных процессов, протекающих в биообъекте. При этом калибровочные сигналы, сформированные предварительно в соответствии с ожидаемыми параметрами структуры излучаемого электромагнитного поля и хранящиеся в памяти PC, подаются через ЦАП на вход приемника. Затем, сравнивая калибровочные сигналы, хранящиеся в памяти PC, с калибровочными сигналами, прошедшими приемный тракт, определяют параметры внутренних шумов приемника, искажающих параметры структуры ЭМИ участка поверхности тела. После этого параметры внутренних шумов используют для оптимальной обработки входящего полезного сигнала. Заявленный способ исследований организма человека позволяет обеспечить повышение достоверности и воспроизводимости результатов измерений и, в конечном итоге, повышение эффективности диагностики организма биообъекта путем измерения двух компонент электромагнитного излучения - тепловой и нетепловой или информационной, проведения калибровки приемного тракта, проведения оптимальной обработки и идентификации характера патологического процесса. Заявляемый технический результат достигается тем, что измерение проводят в инфракрасном и/или субмиллиметровом и радиодиапазонах приемником прямого усиления с калибровочными сигналами теплового и нетеплового уровня интенсивности. Далее, используя резонансно-поисковые методы анализа волновых структур, базирующиеся на теории атомарных функций, на ограниченных центрированных скользящих с минимальным сдвигом интервалах наблюдения вдоль анализируемого процесса реконструируют квазигармонические компоненты и непериодические волновые структуры за счет избыточного объема информации и адаптивной фильтрации. Рассчитанные динамические параметры тепловой и нетепловой компонент сравнивают с парамет-2 012029 рами калибровочных сигналов и оценивают степень их подобия и, как следствие, состояние исследуемого органа и характер их патологии. После исследования состояния выбранных органов проводят комбинированный анализ по всем проведенным измерениям для выявления причинно-следственных связей возникновения и распространения патологического процесса. Способ исследований состояния биообъекта реализуют в соответствии со структурной схемой,представленной на фиг. 7, следующим образом. Пациент располагается в кресле в безэховом экранированном помещении. Приемная антенна приемника прямого усиления выбранного диапазона длин волн располагается на расстоянии от 5 до 300 см от поверхности тела пациента, в зависимости от типа антенны - зеркальной или рупорной. Продольная ось антенны ориентирована перпендикулярно поверхности тела в проекции выбранного органа или железы. Энергия излучения исследуемой зоны биообъекта, по мощности пропорциональная в каждый момент времени его термодинамической температуре, поступает на приемную антенну. Часть энергии отражается от антенны и затухает в окружающем пространстве, а остальная часть проходит в антенную систему 1 радиометра и поступает на циркулятор 2, предназначенный для введения в основной тракт калибровочных сигналов теплового и нетеплового уровней посредством управляемых из персонального компьютера блоков хранения калибровочных сигналов тепловых 24 и нетепловых 25 процессов, соответственно, через ЦАП 26 или сигналов от биообъекта через антенну 1. При этом структура калибровочных сигналов задается исходя из задач исследования и, в общем случае, может иметь п-типов сигналов для тепловых процессов и т-типов для нетепловых процессов. Далее калибровочные или полезный сигналы проходят по каналам приемника прямого усиления 3. После этого сигналы поступают на аналоговые входы АЦП 4 и далее в систему обработки и анализа, где производят разделение сигнала на тепловую и нетепловую компоненты 5, далее, после переключения режима работы калибровка или работа в тепловом 6 и нетепловом 7 каналах, осуществляется непосредственно математическая обработка полезного и калибровочных сигналов в следующей последовательности: сравнение базовых калибровочных сигналов из блоков 24 и 25 и калибровочных сигналов, прошедших приемный тракт от блоков 6 и 7, методом оптимальной обработки временного ряда блоков 8 и 11; определение структурных параметров внутренних шумов приемного тракта при прохождении рабочих сигналов теплового 12 и нетеплового 15 каналов; с учетом информации, полученной в блоках 12 и 15, реконструкция структуры полезного сигнала с компенсацией внутренних шумов приемного тракта методом пошагового нелинейного регрессионного анализа с использованием участков гармонических колебаний и скользящего центрирования для теплового 9 и нетеплового 10 каналов; оптимальная корреляционная обработка реконструированного полезного сигнала теплового 13 и нетеплового 14 уровней с использованием опорных калибровочных сигналов 24 и 25; резонансно-поисковый метод атомарных функций анализа волновых структур на ограниченных центрированных скользящих с минимальным сдвигом интервалах наблюдения вдоль анализируемого процесса с целью реконструкции квазиимпульсных, непериодических процессов сигналов как теплового 16, так и нетеплового 18 уровней; многомасштабная фильтрация с использованием симметричных нерекурсивных фильтров и расчет динамических параметров тепловой 17 и нетепловой 19 компонент с целью выделения квазигармонических компонент и времени их существования; сравнение с базовыми калибровочными параметрами и определение матрицы параметров исследуемого биообъекта по тепловому 20 и нетепловому 21 каналам; совместный анализ параметров теплового и нетеплового каналов и оценка степени патологии исследуемого органа и характера патологии 22; комбинированный анализ для выявления причинно-следственных связей возникновения и распространения патологического процесса 23. Приняты следующие диагностические параметры: норма; инфекционные заболевания; воспалительные процессы; признаки онкологических процессов. Предлагаемый способ исследований показал высокую степень достоверности при постановке диагноза и воспроизводимость результатов при проведении специального тестирования. Предлагаемый способ поясняется следующими примерами. Ниже приведены примеры обследования пациентов с целью определения их состояния по критериям: норма; инфекционные заболевания; воспалительные процессы; признаки онкологических процессов. Пример 1. Пациент Н. 58 лет. Поступил для профилактического исследования. Жалоб нет. Обследование про-3 012029 ведено по всем основным органам и железам. При обследовании области проекции печени было получено значение критериального параметра Инфекционные заболевания=8,3 (пороговое значение 6,5). Проведение лабораторного анализа крови выявило инфекционное заболевание Гепатит В. Пример 2. Пациентка А. 66 лет. Поступила для проведения исследований с жалобами на общую слабость. Диагнозы в медицинской карте - атрофический гастрит, ишемическая болезнь сердца H1, асцит неясного генеза. По результатам исследований, в проекции левой части желудочно-кишечного тракта получено высокое (9,5) значение критериального параметра Признаки онкологических процессов. Проведение МРТ выявило наличие объемного образования головки поджелудочной железы. Проведенный в последствии гистологический анализ показал злокачественность образования. Пример 3. Пациент К. 56 лет. Поступил для профилактического исследования. Жалоб нет. Обследование проведено по всем органам и железам. По результатам обследования, получено по всем измеряемым зонам значение параметра Норма в диапазоне 7,6-9,2. Пример реализации Способа исследований биообъектов. Исследование электромагнитных свойств биообъекта с целью выявления процесса онкогенеза. В качестве калибровочных сигналов используются сигналы, записанные от биообъектов, имеющих злокачественные опухоли, наличие которых подтверждено гистологическими исследованиями. Эти сигналы прошли многоступенчатую обработку с целью выявления компонент, присущих всем видам злокачественных опухолей. В результате калибровочные сигналы представляют собой матрицу из 4 элементов: где компоненты матрицы представляют собой временные ряды Aк(t) сигналов вертикальной (верт) и горизонтальной (гор) поляризаций теплового (тепл) и не теплового (не тепл) уровней мощности. Примерный вид калибровочных сигналов представлен на фиг. 1 а-г. Рабочие сигналы Ap(t) после разделения на тепловую Ap(t)верттепл, Ар(t)гортепл и не тепловую Ap(t)вертне тепл,горAp(t) не тепл компоненты имеют вид, представленный на фиг. 2 а-г. На следующем шаге, по результатам прохождения калибровочных сигналов через приемный тракт,определяем параметры внутренних шумов. На фиг. 3 а,б представлены спектральные характеристикиSN(f) внутренних шумов тепловой SN(f)тепл и не тепловой SN(f)не тепл компонент. Далее осуществляется реконструкция рабочего сигнала Ap(t)тепл и Ap(t)не тепл с учетом степени его поляризации на основе базовых калибровочных функций, представлена на фиг. 4 а,б. Следующим шагом выступает обнаружение с использованием симметричных нерекурсивных фильтров квазигармонических компонент F(t)тепл и F(t)не тепл (фиг. 5 а,б). При этом определяют частоты Fi и число компонент i от 1 до Nh. Далее производится реконструкция квазиимпульсных процессов и их количество (Римп) в рабочем сигнале. См. фиг. 6 а,б. Далее определяем матрицу параметров исследуемого биообъекта. Окончательно определяем интегральный параметр - признаки онкологических процессов - Q по десятибалльной шкале. Для нашего примераQ=9,23 При принятом пороговом значении 0,65 данный биообъект имеет признаки онкогенеза. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ выявления патологических состояний человека путем измерения его электромагнитного излучения с использованием высокочувствительного приемника, последующей обработки путем детектирования высокочастотного шумового сигнала и выделения низкочастотной модулирующей составляющей и анализа результатов измерений, отличающийся тем, что измерения проводят в инфракрасном,субмиллиметровом и радиодиапазонах тепловой компоненты с радиояркостной температурой от 0,1 до 45C и нетепловой компоненты или информационной с радиояркостной температурой от 0,000001 до 0,1C излучаемого сигнала приемником прямого усиления, обработку осуществляют путем сравнения базовых калибровочных сигналов и калибровочных сигналов, прошедших приемный тракт методом последовательного послойного анализа временного ряда, определяют структурные параметры внутренних шумов приемного тракта, реконструируют структуру полезного сигнала с компенсацией внутренних шумов приемного тракта методом пошагового нелинейного регрессионного анализа с использованием участков гармонических колебаний и скользящего центрирования, проводят оптимальную корреляцион-4 012029 ную обработку реконструированного полезного сигнала теплового и нетеплового уровней с использованием калибровочных сигналов, анализируют волновые структуры на ограниченных центрированных скользящих с минимальным сдвигом интервалах наблюдения вдоль анализируемого процесса, проводят многомасштабную фильтрацию с использованием симметричных нерекурсивных фильтров, рассчитывают динамические параметры тепловой и нетепловой компонент, сравнивают с базовыми параметрами и оценивают степени патологии исследуемого органа или железы биообъекта и характер патологии, затем проводят комбинированный анализ для выявления причинно-следственных связей возникновения и распространения патологического процесса. Фиг. 1. Примерный вид калибровочных сигналов. Фиг. 1 г. Пример функции Aк(t)горне тепл Фиг. 2. Рабочие сигналы Ар(t) после разделения на тепловую и не тепловую Ар(t)вертне тепл, Ар(t)горне тепл Фиг. 2 г. Ap(t)горне тепл Фиг. 3. Спектральные характеристики SN(f) внутренних шумов тепловой SN(f)тепл и не тепловой SN(f)не тепл Фиг. 3 а. Спектр тепловой компоненты шумов. Фиг. 3 б. Спектр не тепловой компоненты шумов.-6 012029 Фиг. 4. Реконструкция рабочего сигнала с учетом степени его поляризации на основе базовых калибровочных функций. Фиг. 5 б. Наличие в рабочем сигнале F(t)не тепл Фиг. 6. Реконструкция квазиимпульсных процессов и их количество (Римп) в рабочем сигнале.-7 012029 Фиг. 7. Структурная схема регистрации и обработки сигналов.