Применение ОНФ к клиническим данным: HRV, восстановление и человеческая адаптация

 В последних заметках я рассматривал, как концепция Области Нормального Функционирования — ОНФ — может применяться не только к компьютерным системам.

Сначала я попробовал этот подход на спортивных данных: SoccerMon и данных тренировок бегунов. Эти примеры показали, что ОНФ может описывать нормальный диапазон тренировочной нагрузки спортсмена, выявлять необычные периоды, находить сдвиги нормального режима и даже показывать возможные тренировочные циклы.

На этот раз я решил проверить ОНФ на другом типе данных о человеке: не на соревновательном спорте, а на клиническом мониторинге упражнений и восстановления.

Для этого эксперимента я использовал набор данных ATOPE+Breast, который содержит ежедневные записи мониторинга пациенток с раком молочной железы во время терапевтической программы физических упражнений. Файл records.csv включает ежедневные данные: идентификатор пациента, день исследования, информацию о тренировочных сессиях, показатели HRV, самооценку самочувствия, сон и физическую активность/шаги. Среди полей есть lnrmssd, recovery, fatigue, distress, sleep_satisfaction, sleep_time, показатели сна Fitbit и метрики активности.

Это делает набор данных особенно интересным для ОНФ. Цель здесь — не спортивный результат. Цель — более безопасная человеческая адаптация: как пациент реагирует на упражнения, восстановление, сон, усталость и общий контекст лечения во времени.

Почему этот набор данных отличается

В данных бегунов или футболистов главный вопрос часто связан с результативностью:

- Тренируется ли спортсмен в пределах своего нормального диапазона нагрузки?

В клинических данных вопрос другой:

- Восстанавливается ли пациент и адаптируется ли он в пределах своего индивидуального нормального функционального диапазона?

Поэтому ОНФ здесь может быть полезна как пациент-специфический слой мониторинга. Она не ставит медицинский диагноз и не заменяет клиническое решение врача. Но она может помочь заметить, когда ежедневное восстановление или физиологическое состояние пациента отклоняется от его недавней нормальной картины.

Для первого proof-of-concept я выбрал одного пациента с относительно длинной ежедневной историей и построил графики ОНФ на основе скользящих процентильных границ.

Модель использовала:

• скользящую базу по недавним наблюдениям,
• CL = P50,
• UCL = P95,
• LCL = P05,
• серую область = ОНФ,
• оранжевые точки = значения вне ОНФ,
• вертикальные маркеры = дни тренировочных сессий.

График 1 — ОНФ для LnRMSSD / HRV

Рисунок 1. Индивидуальная ОНФ для LnRMSSD — показателя HRV, связанного с физиологическим восстановлением. Серая область показывает недавний нормальный диапазон; точки вне области указывают на дни, выходящие за пределы недавнего физиологического паттерна восстановления пациента.

Первый график использует LnRMSSD.

LnRMSSD означает натуральный логарифм RMSSD — одного из распространенных показателей вариабельности сердечного ритма, или HRV. В практическом смысле этот показатель часто используется как индикатор автономного восстановления или физиологической готовности.

Для ОНФ это важно, потому что LnRMSSD дает более объективный физиологический сигнал, чем только самооценка самочувствия.

На графике область ОНФ представляет недавний нормальный диапазон HRV-восстановления данного пациента. День ниже нижней границы может указывать на то, что физиологическое восстановление ниже обычного. Устойчивое движение вниз может быть связано со стрессом, усталостью, нагрузкой лечения, плохим сном или другим контекстным фактором.

Конечно, одну дневную точку не следует переинтерпретировать. Физиология человека шумная. Ценность ОНФ не в том, чтобы рассматривать одно дневное значение как диагноз, а в том, чтобы видеть, как восстановление пациента ведет себя относительно его собственной недавней базы.

График 2 — ОНФ для индекса риска восстановления

Рисунок 2. Индивидуальная ОНФ для индекса риска восстановления, основанного на субъективных показателях восстановления и самочувствия. Более высокие значения означают худшее состояние восстановления по совокупности субъективных индикаторов.

Второй график использует комбинированный индекс риска восстановления.

Этот индекс суммирует субъективную сторону восстановления: ощущение восстановления, усталость, эмоциональный дистресс и состояние, связанное со сном. В наборе данных есть ежедневные самооценки, такие как recovery, fatigue, distress, sleep_satisfaction и sleep_time.

Этот график интересен потому, что отражает “человеческое ощущение” того же процесса. HRV может показывать физиологическое восстановление, но субъективные показатели показывают, как пациент реально себя чувствует.

В терминах ОНФ график риска восстановления задает вопрос:

Остается ли воспринимаемое состояние восстановления пациента в пределах его недавнего нормального диапазона?

Дни выше верхней границы могут указывать на необычно повышенный риск восстановления — например, более высокую усталость, худшее ощущение восстановления, худший сон или более высокий дистресс. И снова: ОНФ сама по себе не объясняет причину. Она показывает отклонение от недавнего нормального состояния данного пациента.

Почему важна комбинация показателей

Самое интересное здесь — не каждый график по отдельности, а возможность сравнивать их вместе.

У пациента может быть:

• нормальный HRV, но плохое субъективное восстановление,
• низкий HRV, но нормальная самооценка восстановления,
• оба сигнала внутри ОНФ,
• или оба сигнала вне ОНФ.

Такая комбинация может быть полезнее, чем один показатель.

Например, если HRV падает ниже нормы, а индекс риска восстановления поднимается выше нормы, это может быть более сильным сигналом, что пациент находится в необычном состоянии напряжения. Если меняется только один сигнал, интерпретация требует большего контекста.

Это похоже на то, как я раньше связывал бизнес-драйверы с метриками компьютерных систем. Один сигнал полезен, но две связанные ОНФ могут дать более информативную диагностическую картину.

От спортивной производительности к человеческому восстановлению

Этот пример расширяет идею ОНФ.

В данных бегунов ОНФ описывала нормальную недельную тренировочную нагрузку.
В SoccerMon ОНФ описывала нагрузку спортсмена и показатели wellness/readiness.
В ATOPE+Breast ОНФ описывает индивидуальное восстановление и адаптацию пациента во время терапевтических упражнений.

Это важный шаг.

Он показывает, что ОНФ может применяться не только к компьютерным системам и спортсменам, но и к более широкому контексту человеческого восстановления и реабилитации.

Главный вопрос остается тем же:

Что является нормальным для этой системы в данный момент, и когда это нормальное состояние изменилось?

Первый вывод

Это пока исследовательский proof-of-concept, но он полезен.

ATOPE+Breast показывает, что ОНФ можно применять к ежедневным данным о восстановлении человека, объединяя физиологические, субъективные, сонные, активностные и тренировочные показатели.

Для меня главный вывод такой:

ОНФ может помочь описывать индивидуальную область нормального восстановления и адаптации пациента.

Это не следует трактовать как медицинский диагноз. Скорее, это framework для мониторинга и интерпретации, который может помочь врачам, тренерам, исследователям или самим пациентам заметить, когда ежедневные паттерны восстановления выходят за пределы недавней нормы.

В более широком направлении исследований ОНФ этот набор данных дает важный мост:

• от технических систем,
• к спортивным системам,
• и далее к клинической человеческой адаптации и восстановлению.

Поэтому ATOPE+Breast становится ценным дополнением к будущей работе по ОНФ.