Зорова системи людини займає провідне місце серед інших сенсорних си
стем людини, забезпечуючи сприймання біля 80% ынформацыъ з навколишнього
середовища
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Мацюк Олександр Васильович
УДК 681.518.3+617.7-07
система для діагностики захворювань
зорового аналізатора
05.11.16 – Інформаційно-вимірювальні системи
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2001
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в | Тернопільському державному технічному університеті
Імені Івана Пулюя, Міністерство освіти і науки України.
Науковий керівник: | доктор фізико-математичних наук, професор
Марченко Борис Григорович,
Інститут електродинаміки НАН України, провідний науковий співробітник
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Іщенко Сергій Олександрович
Національний авіаційний університет,
професор кафедри,
кандидат технічних наук, старший науковий співробітник
Федорів Роман Федорович
Фізико-механічний інститут імені Карпенка
НАН України
Провідна установа | Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, кафедра автоматизації експериментальних досліджень, Міністерство освіти і науки України, м.Київ
Захист відбудеться “14“ червня 2001 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.062.01 при Національному авіаційному університеті за адресою 03058, м.Київ-58, пр.Космонавта Комарова,1.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного авіаційного університету за адресою 03058, м.Київ-58, пр.Космонавта Комарова,1.
Автореферат розісланий “11“ травня 2001 р
Вчений серетар
спеціалізованої вченої ради Гузій М.М.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. Основою діагностики захворювань зорового аналізатора є комплексне дослідження на ранніх стадіях патології з використанням найновіших лікарських методик, сучасного діагностичного обладнання з метою достовірного прогнозу та своєчасного лікування.
Незважаючи на досить велику кількість методів обстеження, діагностики, лікування зорової системи, питання встановлення точного діагнозу захворювання залишається актуальним. Серед відомих методів діагностики особливу увагу в останній час привертає метод викликаних потенціалів. Його суть полягає в встановленні діагнозу захворювання шляхом аналізу електроретинограм (ЕРГ), кожна з яких являє собою відгук сітківки ока на подразнення у вигляді короткочасного імпульсу світла певної інтенсивності, тривалості і довжини хвилі.
В практиці медичних досліджень ока основною і актуальною є проблема забезпечення відбору та відповідна статистична обробка біомедичної інформації, розпізнавання та оцінювання інформативних діагностичних параметрів, які дозволили б проводити реєстрацію змін в організмі людини. Використання комп’ютерної техніки дало можливість систематизувати існуючі статистичні дані, але до сьогоднішнього дня питання ранньої діагностики та лікування до кінця не вирішені. Залишаються не вирішеними ряд проблем вимірювання та автоматизованого аналізу досліджуваних сигналів (електроретинограм). Вирішенню окремих з цих питань присвячена дисертаційна робота.
Закордонні зразки медичної радіоелектронної апаратури – системи NEUROPTA (Medelec, Англія), AMPLAID MK-15 (Італія), BASIS EPM (ОТЕ BIOMEDICA, Італія) та інші аналоги, які використовуються в Україні, не дозволяють проводити повне дослідження зорової системи, автоматизувати аналіз електрофізіологічних сигналів. Високу вартість перерахованих діагностичних систем, необхідність сервісного обслуговування робить їх недоступними для українських медичних закладів.
Тому є необхідність в розробці, виробництві і впровадженні в медичну практику діагностичних інформаційно-вимірювальних систем (ІВС) вітчизняного виробництва для оцінювання функціонального стану та контролю реакції зорового аналізатора, які оперативно аналізуватимуть характер відгуків на подразнення сітківки світлом різної інтенсивності, частоти повторень, довжини хвилі, а також зберігатимуть необхідну інформацію.
Для висвітлення актуальності дисертаційного дослідження наводиться порівняльна таблиця 1 основних відомих результатів у області офтальмодіагностики по ЕРГ із результатами дисертаційного дослідження.
Таблиця 1
Порівняння існуючих результатів, які лежать в основі побудови ІВС для діагностики захворювань зорового аналізатора з отриманими
в дисертаційному дослідженні |
Результати по відомих ІВС | Результати, отримані
при розробці ІВС
Моделі ЕРГ | Фізико-хімічні моделі, детерміновані моделі | Лінійний випадковий процес
Інформативні параметри | Амплітудно-часові характеристики екстремумів | Коефіцієнти ортогонального розкладу в базисі ортонормо-ваних поліномів Чебишева, Кравчука, Лагера
Критерії та правила прийняття рішень | Рішення приймає лікар-оператор, проводячи порівняння інформативних параметрів з “нормою”. Ймовірнісні характеристики діагностичних рішень не враховуються. | Статистична теорія
прийняття рішень
(критерій Неймана-Пірсона, критерій Баєса)
Економічні характеристики | Вартість системи NEJROPTA (фірма Medelec) – 20000 фунт. стерлінгів | Вартість розробленої ІВС – не перевищує 5 000 $ США.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок дисертаційного дослідження тісно пов’язаний із загальним напрямом наукової роботи кафедри Комп’ютерних наук і відділу медичного приладобудування науково-дослідного сектору Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. Роботи, пов’язані зі створенням інформаційно-вимірювальної системи, проводились згідно з науковими темами: Д19-92 (д.р. №0193U039364) “Дослідження методів реєстрації біопотенціалів зорового аналізатора та створення комп’ютерної системи ранньої діагностики захворювань ока”; Д24-239 “Розробка методики, програми та проведення клінічної апробації електронної системи реєстрації загальної і локальної електроретинограми”; ДІ55-94 (д.р. №0194U030623) “Створення комп’ютерної системи експрес-діагностики захворювань ока на основі аналізу електроретинограми”; 247-94 (д.р. №0194U035756) “Розробка програмного забезпечення по обробці біоінформації при діагностиці захворювань ока по ретинограмі”.
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є розробка статистичного методу обробки електроретинограм і створення діагностичної системи для його реалізації на базі лінійної стохастичної моделі.
Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати наступні задачі:
1.
Обґрунтувати математичну модель викликаних потенціалів сітківки ока.
2.
Розробити методики знаходження інформативних діагностичних ознак електроретинограми на базі створеної моделі.
3.
Виявити і використати інформативні ознаки для розв’язання задачі діагностики зорового аналізатора на основі статистичної теорії прийняття рішень (критерій Неймана-Пірсона, критерій Баєса).
4.
Апроксимувати реалізації ЕРГ ортогональними поліномами.
5.
Розробити інформаційно-вимірювальну систему для діагностики захворювань зорового аналізатора.
6.
Оцінити точність роботи інформаційно-вимірювальної системи, виявити та дослідити джерела похибок і напрями зменшення їх впливу.
7.
Створити бази даних зареєстрованих сигналів.
Об’єкт дослідження. Процеси і явища, які відбуваються в зоровій системі людини і характеризуються певними станами (патології, норма).
Предметом дослідження є електрофізіологічний сигнал (електроретино-грама), який відображає патологічний чи нормальний стани зорової системи.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження грунтувалися на методах теорії ймовірностей, теорії випадкових процесів, функціонального аналізу. Експериментальні дослідження проводилися з використанням теорії побудови інформаційно-вимірювальних систем та аналізу їх метрологічних характеристик, математичного планування експерименту і статистичного аналізу.
Наукова новизна одержаних результатів
1.
Вперше обґрунтована математична модель викликаних потенціалів сітківки ока у вигляді лінійного випадкового процесу та запропоновано методи її дослідження.
2.
Запропоновано нові методики виділення інформативних ознак викликаних потенціалів сітківки ока та обґрунтовано їх застосування.
3.
Визначено статистичні методи аналізу та обробки інформативних ознак викликаних потенціалів сітківки ока.
4.
Створена нова інформаційно-вимірювальна система для діагностики захворювання зорового аналізатора та проведена її медична апробація.
5.
Вдосконалено методику метрологічної атестації інформаційно-вимірювальної діагностичної системи.
Практичне значення одержаних результатів.
·
Створено і впроваджено в медичну практику дослідні зразки інформаційно-вимірювальної системи для діагностики захворювань зорового аналізатора. Дана система входить як складова частина в діагностичний комплекс, що дозволяє проводити лікарські дослідження в офтальмодіагностиці (ЕРГ, електрокардіограма (ЕКГ), електроенцефалограма (ЕЕГ), зорові викликані потенціали (ЗВП), реоофтальмограма);
·
Створено бази даних зареєстрованих сигналів, на основі їх проведено статистичний аналіз, визначено інформативні ознаки, по яких приймається діагностичне рішення;
·
Розроблені в дисертації методи можуть бути використані в областях науки і техніки, які пов’язані з аналізом випадкових сигналів і прийнятті діагностичних рішень.
За результатами роботи виготовлено дослідні зразки системи і впроваджено з метою клінічних випробувань в таких медичних установах: Тернопільська обласна клінічна лікарня, очний відділ, Тернопільська міська дитяча лікарня, очний відділ, Рівненський діагностичний центр, Чернівецький діагностичний центр, Миколаївська обласна очна лікарня, Одеський інститут очних хвороб ім.Філатова.
Дослідні зразки аналого-цифрової діагностичної системи демонструвалися на міжнародних виставках з медичного обладнання: “Здоров’я-96” (Тернопіль 1996 р.), Інмед-96 (Київ, 96), Interhospital – 95 (Гановер, 1995), СЕВІТ-97 (Гановер, 1997 р.), на 9-му з’їзді офтальмологів України (Одеса, 1996 р.).
Особистий внесок здобувача. У наукових працях, опублікованих із співавторами, автору дисертації належать: обгрунтування використання спектрального аналізу з допомогою рядів Фур’є для електрофізіологічних сигналів [1]; розробка методик знаходження інформативних (діагностичних) ознак електроретинограм з використанням коефіцієнтів узагальненого ряду Фур’є в системі ортогональних базисних функцій [2]; обгрунтування структурної схеми ІВС та опис її основних вузлів [5]; розрахунок критеріїв беззбійного функціонування системи для конкретного випадку параметрів вхідного сигналу та характеристик системи [7], а також розділи “Діагностична процедура” та “Приклад проведення діагностики” в роботі [6].
Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідались на третій науково-технічній конференції Тернопільського державного технічного університету ім.Івана Пулюя “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні” (Тернопіль, 1998) і четвертій науково-технічній конференції Тернопільського державного технічного університету ім.Івана Пулюя “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні” (Тернопіль, 2000), наукових семінарах кафедри “Комп’ютерних наук”, а також на семінарах відділу медичного приладобудування науково-дослідного сектору Тернопільського державного технічного університету ім.Івана Пулюя.
Публікації. Отримані в дисертації результати опубліковані у дев’яти роботах, сім з яких – статті у фахових наукових журналах (дві без співавторів), дві – тези науково-технічної конференції.
Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 80 найменувань, містить 41 рисунок, 7 таблиць, 5 додатків. Повний обсяг дисертації складає 168 сторінки, основний зміст викладено на 120 сторінках.
Основний Зміст
У вступі обгрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету і задачі дослідження, відмічено зв’язок роботи з науковими темами, показано наукову новизну отриманих результатів, їх практичне значення, а також розкрито питання апробації результатів дисертації та їх висвітлення у друкованих працях.
У першому розділі розглянуто сучасний стан досліджень електрофізіологічних сигналів в офтальмології. Здійснено огляд основних методів дослідження в офтальмології. Детально розглянуто методи і системи реєстрації електроретинограм. Проведено порівняльний аналіз технічних характеристик, функціональних можливостей існуючих інформаційно-вимірювальних систем для реєстрації і обробки ЕРГ, а також звернено увагу на їх недоліки. Виділено проблеми, які існують при реєстрації і аналізі ЕРГ і запропоновано шляхи їх вирішення. Сформульовано завдання для дисертаційного дослідження.
У другому розділі сформульовано основну ідею дисертаційного дослідження – розробку ІВС для діагностики захворювання зорового аналізатора за ЕРГ-сигналами.
Розглядаються теоретичні основи для розробки ІВС для діагностики захворювань зорового аналізатора по ЕРГ-сигналах. Розглядається питання вибору і обгрунтування моделі ЕРГ.
ЕРГ являє собою вихідний сигнал зорової системи, на вхід якої подаються світлові сигнали (різної інтенсивності, частоти, тривалості). Механізм утворення ЕРГ дозволяє розглядати зорову систему лінійною і описати ЕРГ з допомогою випадкового процесу
, | (1)
де - імпульсна реакція зорової системи,
- моменти виникнення елементарних імпульсів,
- випадкові величини, що характеризують амплітуди імпульсів.
Узагальненням моделі (1) є лінійний випадковий процес
, | (2)
де - випадковий процес з незалежними приростами, точки росту якого співпадають з моментами в (1), а величини стрибків рівні .
Якщо вважати, що зорова система інваріантна в часі, тобто для її імпульсної реакції , то моделлю ЕРГ буде стаціонарний лінійний випадковий процес
. | (3)
В загальному випадку імпульсна реакція залежить не тільки від зміних часу і , але і від просторових координат. З врахуванням сказаного, модель ЕРГ обгрунтовується у вигляді лінійного випадкового поля |
(4)
де - параметри часу, розглянуті в моделях (1) – (3);
- точка в просторі , де розміщений вхід зорової системи,
- точка розміщення виходу, тобто точка, в якій спостерігається ЕРГ;
- імпульсна просторово-часова перехідна функція;
- неоднорідне поле з незалежними приростами, як по часу, так і по простору, що характеризує інтенсивність вхідного сигналу.
У випадку, коли зорова система є інваріантною в часі, її моделлю є лінійне однорідне за просторовими змінними і стаціонарне по часу поле |
(5)
За умови, що в (4) або (5) просторові координати і - фіксовані, отримаємо частинний випадок цих моделей, а саме лінійний стаціонарний процес (3) чи відповідно лінійний процес (2).
При відсутності фотостимуляції, сигнал, який поступає на давач можна зобразити у вигляді (3). Вважаємо, що ядро має скінченну тривалість, яку позначимо через . Коли на зорову систему подавати короткочасні фотостимули з періодом , то досліджуваний процес можна зобразити у вигляді |
(6)
де - потужність одного стимулу (причому ),
- функція Хевісайда,
- період подачі стимулів,
- кількість стимулів, в одному сеансі.
Інакше (6) можна ще представити, як |
(7)
де другий доданок в (7) являє собою послідовність відгуків стаціонарної лінійної системи з імпульсною реакцією на вплив послідовності -імпульсів, що подаються на її вхід.
В той же час є ядром лінійного випадкового процесу (3), яке нам необхідно оцінити.
Очевидно, що |
(8)
де ,
- кумулянт випадкової величини .
Рис.1.
Враховуючи те, що при синтезі системи реєстрації досліджуваних сигналів можливо розробити фільтр, який буде відфільтровувати “постійну складову” вхідного сигналу, приймемо в (8) . На рис.1 наведено ілюстрацію вищесказаного.
Таким чином, для того щоб оцінити ядро процесу (3) достатньо оцінити математичне сподівання процесу (7) на інтервалі .
В якості такої оцінки можна запропонувати наступну
. | (9)
Таким чином, статистичною оцінкою ядра процесу (3) буде
. | (10)
Із використанням методу статистичної лінеаризації, досліджено методичні похибки аналого-цифрового перетворення вхідного випадкового процесу від квантування і від обмеженості робочого діапазону АЦП, а також інструментальні похибки системи.
У дисертації розглядаються основні вимоги, які ставляться до ІВС для відбору, реєстрації, аналізу і діагностування електрофізіологічних сигналів (конкретно ЕРГ) і наведено технічні параметри системи.
У третьому розділі з використанням статистичного підходу (рис.2) на базі моделі ЕРГ розроблено структурну схему блоку діагностики (рис.3).
Рис.2. Схема статистичного підходу до діагностики
Перший етап схеми (рис.2) – побудова моделі ЕРГ, - був реалізований в другому розділі.
Рис.3. Структурна схема блоку діагностики
В наступному кроці, на базі моделі ЕРГ вперше визначені нові діагностичні ознаки, які дозволяють характеризувати стан пацієнта. В якості першої діагностичної ознаки пропонується використовувати кут між ядром , методику оцінювання якого наведено вище та деякою функцією , яка відповідає ядру ЛВП для умовно здорового пацієнта. А саме:
, | (11)
де - скалярний добуток функцій і (вважаємо, що ці функції є елементами гільбертового простору);
- оператор норми.
Кут використовується також для виявлення і врахування похибок реєстрації типу “грубих промахів”.
Крім кута (11), в якості діагностичних ознак ЕРГ запропоновано використовувати коефіцієнти розкладів оцінок математичного сподіваня (10) в узагальнений ряд Фур’є в системі базисних функцій Чебишева, Лагера, Кравчука (рис.4, 5, 6). (Хі,1 – реалізація ЕРГ, ff(і) – апроксимуюча функція).
а) | б)
Рис.4.а)спектр коефіцієнтів розкладу в системі базисних функцій Чебишева;
б) реалізація ЕРГ і апроксимуюча функція
а) | б)
Рис.5.а)спектр коефіцієнтів розкладу в системі базисних функцій Кравчука; б) реалізація ЕРГ і апроксимуюча функція
а) | б)
Рис.6.а)спектр коефіцієнтів розкладу в системі базисних функцій Лагера; б) реалізація ЕРГ і апроксимуюча функція
Згідно з нерівністю Беселя для коефіцієнтів ряду Фур’є
, | (12)
де - коефіцієнти розкладу в ряд ЕРГ-сигналу,
- реалізація ЕРГ-сигналу,
тобто, сума квадратів коефіцієнтів розкладу в ряд не перевищує енергії сигналу. Отже, при , коефіцієнти розкладу (див. рис.4,а, рис.5,а, рис.6,а) і тому основну інформацію про сигнал містять тільки перші коефіцієнти ряду.
Введемо функцію
, |
(13)
, що характеризує долю енергії, яку несуть коефіцієнти , узагальненого ряду Фур’є по відношенню до загальної енергії сигналу.
Встановлено, що для того щоб коефіцієнти ортогонального розкладу несли не менше ніж 99% енергії (рис.7,а), достатньо взяти 8-10 коефіцієнтів розкладу в ряд Фур’є, використовуючи систему функцій Чебишева; для функцій Лагерра необхідно 35-40 коефіцієнтів і для функцій Кравчука 45-50. Кількість коефіцієнтів ортогонального розкладу в системі базисних функцій Чебишева виявилась менша, ніж в інших системах базисних функцій (використовуваними в дослідженні), які вносять найбільший вклад у повну енергію (рис.7,б). Тому вони вибрані в якості діагностичних ознак для здійснення діагностування зорового аналізатора.
а) б)
Рис.7. Графіки залежності функції :
1- система базисних функцій Чебишева;
2- система базисних функцій Лагера;
3- система базисних функцій Кравчука.
Слід зауважити, що в процесі досліджень вивчались і інші ортонормовані базиси, але вони показали ще гірші результати ніж функції Кравчука, зокрема базис def.
Отримані результати використовуються при проведені діагностики захворювань зорової системи.
Обґрунтовано використання критерію Неймана-Пірсона для діагностування в однопороговому випадку, критерію Баєса в багатоальтернативному випадку
Суть обох критеріїв полягає в аналізі відношення правдоподібності, яке несе всю статистичну інформацію про гіпотези (що перевіряються), яка міститься у вибірці.
Зазначимо, що розглянутий підхід до вирішення проблем, пов’язаних із синтезом математичної моделі досліджуваних сигналів з параметрами, які можна використовувати як діагностичні ознаки, методами визначення цих параметрів, побудовою діагностичних критеріїв, реалізовано у вигляді програмного пакету, що входить до розробленої інформаційно-вимірювальної системи для офтальмодіагностики по електроретинограмах.
У четвертому розділі наводяться результати експериментальних досліджень технічних, метрологічних характеристик системи і діагностичних параметрів.
Проаналізовано технічні характеристики основних функціональних вузлів системи:
·
діапазон вимірювання напруги
500 мкВ з роздільною здатністю 1.5 мкВ;
·
частотний діапазон підсилювача 0.3…100 Гц;
·
коефіцієнт подавлення синфазної завади більший або рівний 100 дБ;
·
вхідний імпеданс підсилювача більше 1МОм;
·
опір контакту електрод – рогівка не перевищував 10 кОм;
·
час перетворення аналогового сигналу в код 2 мкс;
·
діапазон регулювання енергії світлового стимулу, для загальної ЕРГ (0.03…1) Дж з похибкою
0.01 Дж;
·
регулювання частоти подачі стимулів загальної ЕРГ від 0.1 до 100 Гц, з кроком 0.1 Гц;
·
тілесний кут локального стимулу до 10 0;
·
довжина хвилі локальних стимулів
=0.63 нм і
=0.52 нм;
·
діапазон задання і контролю розрідження до 100 мм.вод.ст.
Проведено порівняльний аналіз характеристик розробленої ІВС для діагностики захворювань зорового аналізатора та існуючих, які використовуються в медичній практиці.
Наведено результати експериментальних досліджень метрологічних характеристик системи і проаналізовано впливу зовнішніх факторів на результат досліджень.
На рис.8 наведено структурну схему розробленої ІВС.
Рис.8. Структурна схема ІВС для діагностики захворювань за ЕРГ-сигналами:
ПБП–підсилювач біопотенціалів;
ФСЛ – фотостимулятор локальний;
ФС-03 – фотостимулятор загальний;
МВ – мікровідсмоктувач;
СКР – система контролю розрідження;
АЦП–аналого-цифровий перетворювач;
БЖ–блок живлення;
БРР – блок реєстрації реалізацій;
БОДП – блок оцінки діагностичних параметрів;
БФДП – блок формування діагностичних просторів;
БПР – блок прийняття рішення;
ПЕОМ–персональна електронно-обчислювальна машина.
Використовуючи критерій згоди Пірсона, здійснено гістограмний аналіз і встановлено, що отримані діагностичні ознаки не суперечать гіпотезі про нормальність їх розподілу ймовірності.
Висвітлено питання впровадження і аналізу функціонування інформаційно-вимірювальної системи.
ВИСНОВКИ
1.
На основі проведеного огляду літературних джерел, існуючих інформаційно-вимірювальних систем для відбору, реєстрації, аналізу електрофізіологічних сигналів, існуючих методів обробки і знаходження інформативних ознак ЕРГ-сигналів сформульовано науково-технічну проблему дослідження ЕРГ в офтальмології.
2.
Розглянуто фізико-хімічні процеси, які відбуваються в зоровій системі, механізм породження біопотенціалів сітківки ока і на їх основі обгрунтовано математичну модель у вигляді лінійного випадкового процесу.
3.
Запропоновано підхід і розроблено метод оцінювання ядра лінійного випадкового процесу, як моделі електроретинограми.
4.
Вперше запропоновано використовувати в якості діагностичних ознак коефіцієнти ортогонального розкладу реалізацій ЕРГ в системі базисних функцій дискретного аргументу (Чебишева, Кравчука, Лагера).
5.
Вперше запропоновано метод порівняльного аналізу кутових коефіцієнтів електроретинограм, як векторів у лінійному просторі. Метод дозволяє проводити попередню відбраковку реалізацій ЕРГ перед проведенням діагностики, а також використовувати кутові коефіцієнти в якості інформативних ознак.
6.
Запропоновано для проведення діагностування захворюваня зорового аналізатора використовувати статистичну теорію прийняття рішень. Вибрано критерії прийняття рішення по інформативних ознаках реалізацій ЕРГ (Неймана-Пірсона, Баєса), що істотно підвищило достовірність діагностики.
7.
Виходячи з критичного аналізу відомих інформаційно-вимірювальних систем, проведено обгрунтування ІВС для діагностики зорового аналізатора і розроблено структурну схему ІВС. Враховано особливості анатомічної будови сітківки при розробці пристроїв для відбору біопотенціалів сітківки ока.
8.
Досліджено метрологічні характеристики ІВС з використанням методу статистичної лінеаризації, який має переваги перед раніше використовуваними методами.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1.
Мацюк О.В., Паламар М.І. Статистична обробка і гармонійний аналіз електроретинограм // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя.- 1997.-№4.- С.25- 29.
2.
Мацюк О.В., Мацюк Л.В., Приймак М.В., Апроксимація ймовірнісних характеристик лінійних нестаціонарних процесів з використанням ортогональних многочленів//Наукові записки Ніжинського державного педагогічного університету імені Миколи Гоголя. Природничі та фізико-математичні науки. – 1998. - С.170-174.
3.
Мацюк О.В. Оцінка параметрів електроретинограм поліноміальними сплайнами // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя.-1998.- Т.3.- Число 1.- С.90-94.
4.
Мацюк О.В. Діагностика зорової системи на основі електроретинограм з допомогою критерію Неймана-Пірсона // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя.-1998.- Т.3.- Число 1.- С.94-100.
5.
Мацюк О.В., Ткачук Р.А., Фриз М.Є. Автоматизована система для дослідження біомедичних сигналів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький: Вид.-во Технологічного ун.-ту Поділля.-1999. - №2. - С.129-131.
6.
Мацюк О.В., Приймак М.В., Фриз М.Є. Математичне моделювання та застосування теорії критеріїв Неймана-Пірсона в задачах діагностики // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. – Хмельницький: Вид.-во Технологічного ун.-ту Поділля. - 1999. - №1. - С. 12 - 17.
7.
Марченко Б.Г., Мацюк О.В., Ткачук Р.А., Фриз М.Є. Дослідження деяких динамічних характеристик ІВС для офтальмодіагностики за електрофізіологічними сигналами // Вісник Тернопільського державного технічного університету ім. І.Пулюя.-1999. – Т.4, Число 4.- С.112-118.
АНОТАЦІЇ
Мацюк О.В. Система для діагностики захворювань зорового аналізатора.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 – інформаційно-вимірювальні системи. – Національний авіаційний університет.- Київ, 2001.
Дисертація присвячена проблемам побудови діагностичної інформаційно-вимірювальної системи (ІВС) для офтальмодіагностики за електроретинограмами (ЕРГ). У дисертації побудовано математичну модель ЕРГ у вигляді лінійного випадкового процесу (ЛВП). Запропоновано метод порівняльного аналізу кутових коефіцієнтів ЕРГ, як векторів у лінійному просторі, який дозволяє проводити відбраковку реалізацій ЕРГ перед проведенням діагностування. В якості діагностичних ознак пропонується використовувати кутові коефіцієнти і коефіцієнти ортогональних розкладів сигналу в системі базисних функцій Чебишева, Кравчука, Лагера. Для прийняття діагностичного рішення у ІВС використовується статистичний метод перевірки гіпотез, побудований на основі аналізу логарифма відношення правдоподібності (критерій Неймана-Пірсона, критерій Баєса). Проведена оцінка точності роботи ІВС, виявленні та досліджені джерела похибок і запропоновано напрями зменшення їх впливу.
Ключові слова: зоровий аналізатор, електроретинограма, лінійний випадковий процес, діагностична ознака, статистична гіпотеза, метрологічні характеристики.
Мацюк А.В. Система для диагностики заболеваний зрительного анализатора. – Рукопись.
Дисертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 – информационно-измерительные системы. – Национальный авиационный университет, Киев, 2001.
Дисертация посвящена проблемам построения диагностической информационо-измерительной системы (ИИС) для офтальмодиагностики за электроретинограмами (ЭРГ). В дисертации построена математическая модель ЕРГ в виде линейного случайного процеса (ЛСП). Предложен метод сравнительного анализа угловых коефициентов ЭРГ, как векторов в линейном пространстве, который позволяет проводить отбраковку реализаций ЭРГ перед проведением диагностирования. В качестве диагностических признаков предлагается использовать угловые коефициенты и коефициенты ортогональных розложений сигнала в системе базисных функций Чебышева, Кравчука, Лагера. Для принятия диагностического решения в ИИС используется статистический метод проверки гипотез, построеный на основе анализа логарифма отношения правдоподобия (критерий Неймана-Пирсона, критерий Баєса). Проведена оценка точности работы ИИС, обнаружены и иследованы источники погрешностей, предложены пути уменьшения их воздействия.
Ключевые слова: зоровой анализатор, электроретинограма, линейный случайный процесс, диагностический признак, статистическая гипотеза, метрологические характеристики.
Matsuk A.V. System for diagnostics of deseases of visual analyzer.-Manuscript.
The thesis are presented for a candidate of technical science degree in speciality 05.11.16 – information-measuring system. – National Aviation University, Kuiv, 2001.
The dissertation is devoted to problems of elaboration of information-measuring system (IMS) for ophtalmodiagnostics, based on the analysis of electroretinograms (ERG).
The contemporary state of the research of electrophysiological signals in ophthalmology has been analysed in thesis. The comparative analysis of the existing IMS for registration and processing of ERG, their functional possibilities and technical characteristics, have been done. The theoretical preconditions for elaboration of IMS have been examined. The mathematical model of ERG as a linear random process (LRP) has been constructed. The using of coefficients of orthogonal decomposition in the basis of orthogonal polynomials of Chebyshev as a features, according to which the diagnostic is held, has been substantiated.
The idea of dissertation research is the elaboration of IMS for diagnostics of deseases of visual analyzer. It has been done on the principles of statistical approach.
First, the diagnostics features that correspond to different states of patient are determined. The using of the angle between vector realizations of ERG, as well as coefficients of decompositions of ERG-realization into generalized Furje series in system of Chebyshev’s, Kravchuk’s basis functions have been proposed.
Histogram analysis of diagnostic features has been held. It has been determined (with using of Pearson’s consent criterion), that available experimental data do not contradict with the hypothesis about normal distribution of their probabilities.
Second, the selection of diagnostic spaces (the state of teaching) has been held and teaching totalities, which correspond to specific diseases have been formed on the fundamentals of experimental data.
Third, the rules of making of a decision, which are realized on the basis of teaching totalities by repeated registration of ERG, have been constructed.
As a diagnostic criterion, the Neumann-Pearson criteria, Bujes criteria (the analysis of logarithm of the ratio of plausibility has been laid into its fundamentals), have been chosen.
The examined approach to solving of problems, connected with synthesis of mathematical model of studied signals with parameters that can be used as a diagnostic features, methods of determining of these parameters, construction of diagnostic criteria, have been realized as a programmer packet, which is a form part of the elaborated IMS.
The errors of method of the IMS have been researched by using of method of statistical linearization.
For estimation of errors, which arise during the process of quantization of studied signals, the polynomial cubic splines have been used.
The methods, elaborated in dissertation, can be used in fields of science and engineering, which are connected with the analysis of random processes and adoption of diagnostic decisions.
On the base of the dissertations results, the experimental samples of the system have been produced. They have been introduced in medical organizations with the aim of testing.
Key words: visual analyzer, electroretinogram, linear random process, diagnostic features, statistical hypothesis, metrological characteristics.
Підписано до друку 26.04.2001. Формат 60х90/16
Папір ксероксний. Гарнітура Times New Roman.
Умовн.–друк. аркуш 1,0.
Тираж 100. Замовл. 78.
Віддруковано на видавничій системі RA4300
В Тернопільському державному технічному університеті
імені Івана Пулюя
46001, м.Тернопіль, вул.Руська,56
