Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма

Название	Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма
Разработчик (Авторы)	Рустембекова Сауле Абсаттаровна, Тулемисов Хасан Муратбекович, Горшков Владимир Владимирович, Шарипова Майсият Магомедовна, Хазова Алла Сергеевна
Вид объекта патентного права	Полезная модель
Регистрационный номер	175241
Дата регистрации	18.04.2017
Правообладатель	Общество с ограниченной ответственностью "Научно-медицинский центр "Микроэлемент", Рустембекова Сауле Абсаттаровна, Тулемисов Хасан Муратбекович
Область применения (класс МПК)	A61B 5/04, G06F 17/40

Описание изобретения

Настоящая полезная модель относится к специализированным устройствам вычислительной техники и может быть использована в медицине для определения макро- и микроэлементного баланса в организме человека и диагностики заболеваний по результатам исследования биосубстрата, в частности ногтей и волос.

Известно автоматизированное устройство для диагностики [RU 134412, U1, A61B 1/04, 20.11.2013], содержащее конструктивно объединенные канал освещения с окуляром и объективом и инструментальный канал эзофагогастродуоденоскопа, две группы оптических волокон, группу управляемых источников оптических воздействий, персональную ЭВМ, информационный выход которой является информационным выходом устройства, цветную видеокамеру, информационными выходами соединенную с информационными входами персональной ЭВМ, спектрометр, имитатор патологии и имитатор нормы, первый управляющий выход персональной ЭВМ подключен к входу запуска группы управляемых источников оптических воздействий, выходы которой оптически связаны с входами первой группы оптических волокон, выходы которых являются оптическими выходами устройства, входы второй группы оптических волокон являются оптическими входами устройства, причем имитатор патологии и имитатор нормы выполнены с возможностью показаний имитации соответственно различного вторичного флуоресцентного свечения от видов патологии и не инфицированной NDM-1 слизистой при подаче на них зондирующего излучения от источника излучения, а также с возможностью поочередного оптического подключения их к выходам оптических волокон первой группы и входам оптических волокон второй группы, выходы оптических волокон второй группы подключены к оптическому входу спектрометра, информационные выходы которого через USB-порт подключены к информационным входам персональной ЭВМ, второй и третий управляющие выходы которой подключены соответственно к входу запуска спектрометра и к входу запуска цветной видеокамеры, а на внешней боковой поверхности волокон второй группы нанесены металлизированные нанопокрытия.

Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно предназначено для диагностики пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки, инфицированных генами бактерии NDM-1 и их мутациями, но не может быть использовано для сопоставления результатов определения содержания макро- и микроэлементов в различных биосубстратах с целью выявления выхода каких-либо из них за пределы допустимых норм.

Известна также система [RU 18206, U1, G06F 17/40, 27.05.2001], представляющая собой автоматизированное рабочее место (АРМ), состоящее из комплекта персональной компьютерной техники в составе соединенных интерфейсом системного блока со встроенным накопителем для введения базы данных, клавиатуры, монитора, принтера и модема, причем, в состав накопителя включены база данных медицинских специалистов, база данных пациентов, база данных историй болезни, база критериальных диагностических показателей, база данных о рекомендуемых средствах и методах лечения, база видео- и графических данных, а в состав АРМ дополнительно включены инструментальные диагностические средства для получения первичных параметров состояния организма пациента, интерфейсные устройства для подключения инструментальных диагностических средств и цифровая видеокамера, причем выходы инструментальных диагностических средств и цифровой видеокамеры подсоединены через соответствующие интерфейсные устройства к системному блоку, а входы и выходы базы данных пациентов, базы данных историй болезни, базы критериальных диагностических показателей, базы данных о рекомендуемых средствах и методах лечения и базы видео- и графических данных подключены к соответствующим выходам и входам системного блока через внутрисистемную шину АРМ.

Недостатком этого технического решения также является относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно не может быть использовано для сопоставления результатов определения содержания макро- и микроэлементов в различных биосубстратах с целью выявления выхода каких-либо из них за пределы допустимых норм.

Недостатком подобных систем являются относительно низкая точность определения содержания химических элементов и ограниченные функциональные возможности, что не позволяет производить сопоставление результатов определения содержания макро- и микроэлементов в различных биосубстратах.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, представляющее собой дифференциально-диагностическую матрицу, предназначенную для интеграции в автоматизированные медицинские и иные информационные системы [RU 106013, U1, G06Q 50/00, 27.06.2011], характеризующуюся тем, что представляет собой процессорный узел, связанный с общей шиной, используемой для подключения базы данных диагнозов, справочной системы из структурированной базы данных с подсистемами данных клинических характеристик симптомов, анатомических объектов, сведений о расположении анатомических объектов и клинических показателей выраженности, и системы ввода и регистрации результатов клинических исследований, при этом этот узел в данном варианте исполнения выполнен с функцией отбора из каждой подсистемы сведений, совпадающих со сведениями по результатам клинических исследований на основании использования критерия точности совпадения, критерия достоверности совпадения, критерия вероятности совпадения и критерия отрицания, и с функцией отбора из базы данных диагнозов (справочник диагнозов) сведений, соответствующих по крайней мере одному диагнозу, клинические показатели которого совпадают с логически отобранными сведениями из структурированной базы данных.

Такая система обладает относительно узкими функциональными возможностями, что не позволяет, в частности производить сопоставление результатов определения содержания макро- и микроэлементов в различных биосубстратах с целью выявления выхода каких-либо из них за пределы допустимых норм. Это определяется тем, что система не строит минералограмму организма и не определяет, содержание каких химических элементов выходит за пределы нормальных значений в явном или скрытом виде. Это снижает точность и чувствительность системы для последующего использования этой информации для диагностики заболеваний.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение точности и чувствительности системы путем расширения ее функциональных возможностей с целью обеспечения возможности по результатам измерений строить минералограмму организма и определять, содержание каких химических элементов выходит за пределы нормальных значений в явном или скрытом виде.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение точности и чувствительности системы при определении отклонения содержания химических элементов в биосубстратах человеческого организма (прежде всего, в волосах и ногтях) для последующего использования этой информации для диагностики заболеваний.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее блок памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, согласно полезной модели, введены блок задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, блок центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, первый вход которого соединен с выходом блока задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, а второй вход соединен с выходом блока памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, блок памяти результатов исследований, блок дешифровки для индивидуальных элементов, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, а выход соединен с первым входом блока памяти результатов исследований, блок вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для индивидуальных элементов и со вторым входом блока памяти результатов исследований, блок формирования отношений содержаний элементов в паре, вход которого соединен с выходом блока памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, блок задания параметров референсных интервалов для отношений пар, блок центрирования и нормирования для отношений пар, первый вход соединен с выходом блока задания параметров референсных интервалов для отношений пар, а второй вход соединен с выходом блока формирования отношений содержаний элементов в паре, блок дешифровки отношений пар, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для отношений пар и с третьим входом блока памяти результатов исследований, и блок выявления скрытых отклонений, первый вход которого соединен с выходом блока дешифровки отношений пар, второй вход соединен с выходом блока вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, третий вход соединен с выходом блока дешифровки для индивидуальных элементов, а выход соединен с четвертым входом блока памяти результатов исследований.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлены:

на фиг. 1 - структурная схема автоматизированного устройства для исследования минералограммы организма;

на фиг. 2 - иллюстрация к определению границ интервалов для элементов, которые имеют верхнюю и нижнюю границу нормального содержания (так называемые эссенциальные и условно-эссенциальные элементы);

на фиг. 3 - иллюстрация к определению границ интервалов для элементов, нижняя граница нормального содержания у которых совпадает с 0 (так называемые условно-токсичные элементы).

Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма содержит блок 1 памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, блок 2 задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, блок 3 центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, первый вход которого соединен с выходом блока 2 задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, а второй вход соединен с выходом блока 1 памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате.

Кроме того, автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма содержит блок 4 памяти результатов исследований, блок 5 дешифровки для индивидуальных элементов, вход которого соединен с выходом блока 3 центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, а выход соединен с первым входом блока 4 памяти результатов исследований, блок 6 вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, вход которого соединен с выходом блока 8 центрирования и нормирования для индивидуальных элементов и со вторым входом блока 4 памяти результатов исследований, блок 7 формирования отношений содержаний элементов в паре, вход которого соединен с выходом блока 1 памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате.

Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма содержит также блок 8 задания параметров референсных интервалов для отношений пар, блок 9 центрирования и нормирования для отношений пар, первый вход соединен с выходом блока 8 задания параметров референсных интервалов для отношений пар, а второй вход соединен с выходом блока 7 формирования отношений содержаний элементов в паре.

Помимо отмеченного выше, автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма содержит также блок 10 дешифровки отношений пар, вход которого соединен с выходом блока 9 центрирования и нормирования для отношений пар и с третьим входом блока 4 памяти результатов исследований, и блок 11 выявления скрытых отклонений, первый вход которого соединен с выходом блока 10 дешифровки отношений пар, второй вход соединен с выходом блока 6 вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, третий вход соединен с выходом блока 5 дешифровки для индивидуальных элементов, а выход соединен с четвертым входом блока 4 памяти результатов исследований.

На фиг. 2 и 3 используются следующие обозначения:

х - измеренное абсолютное значение содержания элемента, мкг/г;

x _ср=(х_в-х_н)/2 - среднее значение (середина) референсного интервала (РИ), при этом x_в - верхняя граница референсного интервала, а х_н - нижняя граница референсного интервала;

l - половина ширины референсного интервала (y условно-токсичных элементов нижняя граница референсного интервала совпадает с 0, в отличие от эссенциальных и условно-эссенциальных элементов, для которых это не соблюдается);

y=(x-х_ср)/l - нормированное и центрированное значение содержания элемента;

L - биодопустимый уровень;

а - ширина зоны верхней границы нормы (ВГН), а в случае эссенциальных и условно-эссенциальных элементов - и нижней границы нормы (НГН);

d - величина «перехлеста» (то, насколько верхняя и нижняя границы нормы заходят за пределы референсного интервала; размер этой величины может быть установлен на основе анализа погрешности измерения - например, единицы процентов - или положен равным нулю).

В Табл. 1 и 2 даны пояснения к фиг. 2 и 3, соответственно.

Отметим, что под макроэлементами понимаются Са, Cl, F, K, Na, Mg, Р, S, а под микроэлементами - остальные стабильные химические элементы, за исключением O, Н, С, N, которые являются основными, при этом к эссенциальным элементам относят макроэлементы и Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn, к условно-эссенциальным относят микроэлементы Ag, Al, Au, В, Со, Ge, Li, Si, V, к условно-токсичным - остальные микроэлементы, а именно As, Ва, Be, Bi, Cd, Се, Cs, Dy, Er, Eu, Ga, Gd, Hf, Hg, Ho, In, Ir, La, Lu, Nb, Nd, Os, Pb, Pd, Pr, Pt, Rb, Re, Rh, Ru, Sb, Sc, Sm, Sn, Sr, Та, Tb, Те, Th, Ti, Tl, Tm, U, W, Y, Yb, Zr. Под выбранными отношениями содержания макро- и микроэлементов понимают отношения Са/Р, Ca/K, Na/K, Na/Mg. Ca/Mg, Fe/Cu, Zn/Cu, Pb/S, Pb/Fe, Pb/Ca, Cd/Zn, Cd/S, Hg/Z, Hg/Se, Hg/S.

Работает автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма следующим образом.

Предварительно проводится спектрометрическое исследование биосубстрата, в частности ногтей и волос пациента, что позволяет определить, какие элементы содержатся в исследуемом биосубстрате и каково содержание каждого элемента. Результаты исследований заносятся в блок 1 памяти. Эта информация, представленная в машиночитаемой форме в виде цифрового сигнала x, содержащего информацию о содержании каждого элемента, подается для дальнейших расчетов в блок 3 центрирования и нормирования для индивидуальных элементов и в блок 9 формирования отношений содержаний элементов в паре.

В блоке 3 сигнал x, характеризующий содержание определенного элемента, сравнивается с параметрами референсного интервала для этого элемента из блока 2 и производится формирование сигнала y=(х-x_cp)/l, который представляет собой отклонение измеренного содержания этого элемента от середины референсного интервала, нормированное на половину ширины этого интервала.

Для дальнейшего описания работы устройства понадобятся следующие обозначения для отношений содержания элементов в выбранной паре элементов:

х _ч - содержание элемента, стоящего в числителе отношения для пары элементов;

х _з - содержание элемента, стоящего в знаменателе отношения для пары элементов;

u=х_ч/х_з - отношение содержания элементов (такое отношение корректно, поскольку нижняя граница референсного интервала для эссенциальных элементов всегда больше нуля);

u _в - верхняя граница референсного интервала для отношения содержания элементов;

u _н - нижняя граница референсного интервала для отношения содержания элементов;

l=(u_в-u_н)/2 - половина ширины референсного интервала для отношения элементов (у отношения условно-токсичного и эссенциального элементов нижняя граница референсного интервала u_н=0);

u _cр=(u_в+u_н)/2 - среднее значение (середина) референсного интервала;

v=(u-u_cр)/l - нормированное (на половину ширины референсного интервала) центрированное (относительно середины референсного интервала) значение отношения содержания элементов, называемое также (нормированным) отклонением (относительно середины референсного интервала);

а _отн - ширина зоны верхней и нижней границы нормы (у отношения условно-токсичного и эссенциального элементов зоны нижней границы нормы нет);

d _отн - величина «перехлеста» (то, насколько верхняя и нижняя границы нормы заходят за пределы референсного интервала; размер этой величины может быть установлен на основе анализа погрешности измерения - например, единицы процентов - или положен равным нулю).

Сигнал v из блока 3 поступает на вход блока 4 памяти результатов исследований и на входы блока 5 дешифровки для индивидуальных элементов и блока 6 вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ. В блоке 5 дешифровки для индивидуальных элементов на основании сигнала у выносится решение о том, в какую из зон попадает значение содержание этого элемента - в зону ниже нижней границы нормы (НГН), в зону НГН, зону гарантированного нормального содержания, зону верхней границы нормы (ВГН) или зону выше ВГН (1 из 5 вариантов - соответственно «Дефицит», «НГН», «Норма», «ВГН», «Избыток»). Информация о зоне попадания для индивидуальных элементов поступает на первый вход блока 4 памяти результатов исследований.

Сигнал х поступает также на вход блока 7 формирования отношений содержаний элементов в паре канала, который из всех элементов выбирает для дальнейшего использования только те, которые заранее были определены для формирования отношений в паре (преимущественно эссенциальный/эссенциальный и условно-токсичный/эссенциальный элементы). На выходе блока 7 формирования отношений содержаний элементов в паре формируется сигнал и, характеризующий отношение содержаний элементов в паре, который подается на вход блока 9 центрирования и нормирования для отношений пар, на другой вход которого поступают данные u_н, u_в, и u_cp из блока 8. В блоке 9 сигнал u, характеризующий отношение содержаний элементов пары, сравнивается с параметрами референсного интервала для этой пары и производится формирование сигнала v, который представляет собой отклонение отношения содержаний элементов пары от середины референсного интервала, нормированное на половину ширины этого интервала. Сигнал v поступает на вход блока 4 памяти результатов исследований и на вход блока 10 дешифровки отношений пар, в котором выносится решение о том, в какую из зон попадает отношение содержаний элементов пары - зону ниже нижней границы нормы (НГН), в зону НГН, зону гарантированного нормального содержания, зону верхней границы нормы (ВГН) или зону выше ВГН (1 из 5 вариантов - соответственно «Дефицит», «НГН», «норма», «ВГН», «Избыток», как и в случае индивидуальных элементов). Информация о зоне попадания для пары элементов поступает на первый вход блока 11 выявления скрытых отклонений, на другие два входа которого поступают сигналы о близости к границам (1 из 2 вариантов - «да» (РВГЧ>РНГЗ), «нет» (РВГЧ<РНГЗ) с выхода блока 6 и с выхода блока 5.

В данном случае речь идет о парах элементов, отношение содержания для которых характеризуется отклонением от нормы, которое было выявлено в блоке 10 дешифровки отношений пар. В блоке 11 выявления скрытых отклонений на основании поступившей на три его входа информации принимается решение о наличии или отсутствии скрытого отклонения для одного из двух элементов пары, о чем соответствующий сигнал (1 из 5 вариантов - отсутствие скрытого отклонения, скрытый избыток числителя (СИЧ), скрытый дефицит числителя (СДЧ), скрытый избыток знаменателя (СИЗ), скрытый дефицит знаменателя (СДЗ)) передается на третий вход блока 4 памяти результатов исследований.

Блок 4 памяти является блоком формирования и хранения минералограммы организма человека по результатам исследований.

Принятие решения об отсутствии или наличии соответствующего скрытого отклонения осуществляется в блоке 11 на основании приведенных ниже таблиц, в которых перечислены все возможные случаи соотношений элементов в выбранной паре (Табл. 3 - эссенциальные элементы, Табл. 4 - условно-токсичный и эссенциальный элементы). Прочерк в последнем столбце соответствует отсутствию скрытых отклонений.

Таблица 4

Возможные соотношения между содержанием элементов в выбранной паре и соответствующие им скрытые отклонения (содержание условно-токсичного элемента - в числителе, а эссенциального - в знаменателе)

Таким образом, в предложенной системе достигается требуемый технический результат, заключающийся в повышении точности и чувствительности устройства путем расширения ее функциональных возможностей с целью обеспечения возможности по результатам измерений строить минералограмму организма и определять, содержание каких химических элементов выходит за пределы нормальных значений в явном или скрытом виде для последующего использования этой информации с целью диагностики заболеваний.

Формула полезной модели

Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма, содержащее блок памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, отличающееся тем, что введены блок задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, блок центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, первый вход которого соединен с выходом блока задания параметров референсных интервалов для индивидуальных элементов, а второй вход соединен с выходом блока памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, блок памяти результатов исследований, блок дешифровки для индивидуальных элементов, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для индивидуальных элементов, а выход соединен с первым входом блока памяти результатов исследований, блок вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для индивидуальных элементов и со вторым входом блока памяти результатов исследований, блок формирования отношений содержаний элементов в паре, вход которого соединен с выходом блока памяти абсолютных значений содержания элементов в биосубстрате, блок задания параметров референсных интервалов для отношений пар, блок центрирования и нормирования для отношений пар, первый вход соединен с выходом блока задания параметров референсных интервалов для отношений пар, а второй вход соединен с выходом блока формирования отношений содержаний элементов в паре, блок дешифровки отношений пар, вход которого соединен с выходом блока центрирования и нормирования для отношений пар и с третьим входом блока памяти результатов исследований, и блок выявления скрытых отклонений, первый вход которого соединен с выходом блока дешифровки отношений пар, второй вход соединен с выходом блока вычисления и сравнения расстояний до верхней и нижней границ, третий вход соединен с выходом блока дешифровки для индивидуальных элементов, а выход соединен с четвертым входом блока памяти результатов исследований.

Изобретение "Автоматизированное устройство для исследования минералограммы организма" (Рустембекова Сауле Абсаттаровна, Тулемисов Хасан Муратбекович, Горшков Владимир Владимирович, Шарипова Майсият Магомедовна, Хазова Алла Сергеевна) отмечено юбилейной наградой (25 лет Российской Академии Естествознания)
Медаль Альфреда Нобеля

Оформление наградных документов и заказ каталога