ВІННИЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МОХАМЕД АХМЕД МУХТАР АЛІ ЕЛЬХАТІБ

УДК 615.471.03:616.073

ІНФОРМАЦІЙНО-ВИМІРЮВАЛЬНА СИСТЕМА АНАЛІЗУ ІНТЕГРОВАНИХ ГЕМОДИНАМІЧНИХ МІКРОЦИРКУЛЯТОРНИХ ПОКАЗНИКІВ

Спеціальність: 05.11.16 – Інформаційно-вимірювальні системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Вінниця - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Вінницькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Кожем'яко Володимир Прокопович,

Вінницький державний технічний університет, завідувач кафедри лазерної та оптоелектронної техніки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Ціделко Владислав Дмитрович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри інформаційно-вимірювальних систем

кандидат технічних наук

Власюк Анатолій Іванович,

Вінницький державний технічний університет, директор комп’ютерного інформаційно-видавничого центру

Провідна установа: Національний університет "Львівська політехніка", кафедра інформаційно-вимірювальної техніки, Міністерства освіти і науки України, м. Львів

Захист відбудеться 5 липня 2002 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 05.052.02 у Вінницькому державному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького державного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий " 4 " червня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Павлов С.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У пошуках оптимального рішення за останні кілька років широкого розвитку придбали неінвазивні методи діагностики з оптичною реєстрацією і перетворенням біомедичної інформації, особливо у випадках їхній безальтернативності.

Інтенсивні дослідження в області “відбиваючої” пульсометрії дозволяють зробити висновок про появу у найближчому майбутньому серійних приладів з універсальними оптичними датчиками. Головна перевага цього методу - можливість проводити вимірювання практично у будь-якій точці поверхні тіла, що дозволяє використовувати різні модифікації оптичних приладів для рішення цілого ряду спеціальних задач, зв'язаних з дослідженням показників локального кровотоку (визначення гемодинамічних показників кровотоку, діагностики порушень мікроциркуляції в хребетно-рухомих сегментах, визначення порушень рівня мікроциркуляції в щелепно-лицьовій області і т.і.). Крім того, у залежності від особливостей методу виміру, що реалізується, можуть бути оцінені такі біомедичні показники як загальна концентрація гемоглобіну, відносне кровонаповнення тканини, що досліджується, загальна сатурація крові (ступінь насичення крові киснем), загальна концентрація білірубіна.

Таким чином, очевидно, що найбільш перспективним напрямком реєстрації фізіологічних параметрів є використання неінвазивних методів діагностики, серед яких широкого розвитку отримали оптичні методи реєстрації і перетворення біомедичної інформації.

У цьому аспекті перспективними є роботи, що проводяться на кафедрі лазерної й оптоелектронної техніки (ЛОТ) ВДТУ під керівництвом Кожем’яко В.П. і Павлова С.В. по створенню біомедичної оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи "око-процесорного" типу як ефективного універсального засобу експрес-діагностики серцево-судинної системи (ССС), що дозволяє проводити моніторинг за станом ССС і окремих органів, видавати оперативну інформацію про їх функціональний стан.

Зв’язок роботи з науковими планами. Основний зміст роботи складають результати досліджень, які проводились протягом 1998 – 2002 років. Вибраний напрямок дисертаційної роботи співпадає з дослідженнями за держбюджетними науково-дослідними роботами 50-Д-180 (№ держ. реєстрації 0197U012663) ""Розробка оптоелектронних комп'ютерних технологій для аналізу стану серцево-судинної системи", 57-Д-226 (№ держ. реєстрації 0100U002933) “Розробка оптико-електронних перетворювачів для формування статичних та динамічних еталонів-образів патології мікроциркуляції в щелепно-лицьовій області”, а також 57-Д-248 (№ держ. реєстрації 0102U002272) “Лазерні та оптико-електронні технології в діагностиці, терапії та прогнозуванні стану серцево-судинної системи”.

Мета та задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення точності, достовірності та інформативності при експрес-діагностуванні гемодинамічних мікроциркуляторних показників стану серцево-судинної системи за допомогою інформаційно-вимірювальної оптико-електронної системи “око-процесорного” типу.

Об’єкт дослідження – процес визначення інтегрованих гемодинамічних показників стану серцево-судинної системи

Предмет дослідження – інформаційно-вимірювальна оптико-електронна система “око-процесорного” типу.

Для досягнення поставленої мети досліджень необхідно розв’язати такі задачі:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Методи досліджень – при розв’язанні поставлених задач використовувались методи теорій вимірювань, похибок, теорії планування експерименту, переносу випромінювання, нечітких множин, математичної статистики і математичного моделювання, а також оптики світлорозсіювання.

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі отримала подальший розвиток методологія створення оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи “око-процесорного” типу аналізу гемодинамічних мікроциркуляторних показників для підвищення точності, достовірності та інформативності при проведенні біомедичних досліджень. Нові результати, на яких ґрунтується розвинута методологія, такі:

1.

2.

3.

4.

5.

Новизна викладених в роботі наукових результатів підтверджується виданими статтями у фахових журналах та патентом України на винахід.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає в тому, що запропоновано технічні рішення реалізації оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи “око-процесорного типу” обробки біомедичної інформації для аналізу гемодинамічних мікроциркуляторних показників стану серцево-судинної системи.

Для практичної мети характерним є те, що запропоновані в роботі технічні рішення з оптико-електронним перетворенням біомедичної інформації при діагнозі стану серцево-судинної системи є комфортними та орієнтовані на модифікацію найбільш ефективних сучасних програмно-апаратних засобів.

Практичні дослідження, викладені у дисертаційній роботі, дозволили:

·

·

·

·

·

Основний зміст роботи складають результати досліджень на кафедрі лазерної та оптоелектронної техніки за період з 1998 року по даний час. За безпосередньою участю автора розроблені і впроваджені окремі результати дисертаційної роботи: в Українському науково-дослідному інституті реабілітації інвалідів; у науково-виробничому підприємстві "Стандарт-сервіс", м. Івано-Франківськ.

Також теоретичні результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі лазерної та оптоелектронної техніки у рамках спеціалізації "Лазерна та оптоелектронна техніка в біомедичних системах і апаратах" при викладанні таких дисциплін, як: “Лазерна медична технологія”, "Схемотехніка біомедичних оптико-електронних апаратів", "Системотехніка оптико-електронних і лазерних систем", "Методи обробки і розпізнавання біомедичних зображень", "Обробка біомедичних зображень".

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. Дисертантом у [1,12] - проаналізовано оптико-електронні та лазерні інструментальні методи діагностики стану серцево-судинної системи; у [10,17,20,21] - розроблено дубль-паралельну багатоканальну оптико-електронну систему обробки зображень; у [2,3,11] - розроблено структуру інформаційно-вимірювальної системи для аналізу мікроциркуляторних порушень; у [4,9,14] - розглянуто і проаналізовані основні методи взаємодії оптичного випромінювання з биотканинами; у [5,17] - приведено класифікацію оптико-електронних і лазерних систем для біомедичних досліджень; у [7] - запропоновано основні підходи при метрологічному аналізі інформаційно-вимірювального каналу оптико-електронної системи для дослідження мікроциркуляції; у [8] - запропоновано спосіб визначення структурних змін на очному дні в зоні запального процесу.

Апробація результатів роботи. Основні положення та результати, виконаних в дисертаційній роботі досліджень доповідались та обговорювались на міжнародних та регіональних конференціях, а саме: Міжнародна науково-технічна конференція "Приладобудування - 98", (м. Євпаторія); МНТК “Optoelectronic and Hybrid Optical/Digital Systems for Image and Signal Processing ODS-99”, (м. Львів); МНТК “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- та приладобудуванні” (м. Тернопіль); II міжнародний Смакуловський симпозіум “Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики” (м. Терно-піль); МНТК з оптоелектронних інформаційних технологій “Photonics-ODS - 2000” (м. Вінниця);. МНТК студентів, аспірантів та молодих вчених “Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології – 2001” (м. Вінниця), МНТК “TEXNOUS - 2001” (м. Сучава, Румунія), МНТК по контролю та управлінню в складних системах (КУСС-2001), (м. Вінниця), XXVII, XXVIII науково-технічні конференції професорсько-викладацького складу співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області” (ВДТУ, м. Вінниця, 2000, 2001).

Публікації. Основний зміст роботи висвітлені у 21 науковій публікації, у тому числі 7 статтях у наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 4 статтях у збірниках наукових праць науково-технічних конференцій, 1 патенту України на винахід, 9 тезах доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, основних висновків по роботі, списку використаних джерел (160 бібліографічних посилань, 15 сторінок) та 4 додатків (27 сторінок). Загальний обсяг дисертації, в якому викладено основний зміст, складається з 142 сторінок і містить 36 рисунків, 14 таблиць. Повний обсяг дисертації – 193 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність проблеми досліджень, вказаний зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами наукового напрямку "Оптико-електронні методи і засоби обробки та передачі інформації". Вказані мета і задачі досліджень. Приведена характеристика наукової новизни і практичного значення отриманих результатів, а також їх впровадження і апробації.

У першому розділі проаналізовано сучасний стан питання аналізу задач обробки біомедичних сигналів і запропоновано системне обґрунтування функціональних особливостей оптико-електронної схемотехніки. Приведені огляд і аналіз оптико-електронних інформаційно-вимірювальних систем для обробки біомедичних зображень і сигналів. Сформульовано вимоги щодо створення концепції біомедичної оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи “око-процесорного” типу, задач розпізнавання біомедичних зображень образів і запропоновано системне обґрунтування функціональних особливостей оптико-електронної схемотехніки. Наведено огляд і аналіз оптико-електронних елементів та засобів для обробки сигналів як моделей нейротехнічних систем.

На основі аналізу можливостей оптоелектронної схемотехніки запропоновано методи побудови оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи обробки біомедичної інформації.

Показана висока ефективність елементів, пристроїв і засобів управління перетворення і представлення інформації, які базуються на принципі часової дискретизації і математичному апараті ЛЧФ за рахунок багатофункціональності, паралельності і самоуправління.

Проведений аналіз оптико-електронної елементної бази показує її високу ефективність при побудові засобів перетворення й обробки біомедичних сигналів за рахунок багатофункціональності, паралельного процесу обробки біомедичної інформації..

У другому розділі розглянуті принципи побудови логіко-часових оптико-електронних процесорів для обробки біомедичних сигналів.

Запропоновано структуру біомедичної оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи “око-процесорного” типу як базисної моделі комплексного неінвазивного діагностування, яка сприймає інформацію, яка подається у вигляді зорового середовища довільної форми, виділяє визначені ознаки біооб'єкту, обробляє виділені ознаки і приймає рішення автоматично або з участю оператора.

Дана оптико-електронна ІВС “око-процесорного” типу виконує такі опе---рації: а) попередня фільтрація (усунення шумових точок і слабозв'язаних точок зображень, а також виділення початко---вого зображення з шумового); б) виділення із множини можли---вих образів F(ij) у фрагментах Ф (t) найбільш близьких еталонним зразкам Fе(ij) на заданій множині ознак. Особли---вістю даної системи є можливість прийнят---тя рішень на основі інформації з блока сенсорів. До око-про---цесора входять блок сенсорів 1, модулі попередньої обробки 2, модулі - кореля---тори 3, модулі еталонів-фрагментів 4, модулі прийняття рішень 5 і узагальнений модуль адаптивного прийняття рішень 6 (рис. 1).

Особливістю даної системи є його здатність самостійно вирішувати, що зумовлено: різноманітністю простору ознак; наявністю функцій прийняття рішень, що містять вагові коефіцієнти; наявністю ситуацій із граничним прийняттям рішень.

При цьому застосування оптоелектронних принципів, методів і засобів, поєднують у собі одночасно пристрій введення, збереження і паралельної обробки інформації.

Рис. 1. Структурна схема біомедичної оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи “око-процесорного” типу

На основі оптико-електронної ІВС “око-процесорного” типу запропоновано спосіб визначення структурних змін на очному дні в зоні запального процесу при ранній артеріальній та ранній артеріовенозній фазах заповнення судин сітківки, що характерні для конкретного патолого-морфологічного субстрату кожної стадії патологічного процесу, що дозволяє здійснювати більш повну та достовірну диференціальну діагностику ступеню патології.

Рис. 2. Результати обробки при визначення структурних змін на очному дні при запальному процесі

Запропоновано алгоритм аналізу стану серця на основі фотоплетизмографічних даних шляхом застосування математичного апарату нечіткої логіки.

Викладено алгоритм обробки в часовій області біосигналів, який має таку структуру: фільтрація кускова апроксимація сегментація за часовими властивостями сигналів виділення характерних точок сигналу (екстремумів, точок перегину, точок перетину базової лінії та ін.) обчислення за характерними точками різноманітних похідних параметрів, в тому числі й ознак форми статистичний аналіз послідовності класифікованих фрагментів структурний аналіз

При розгляді етапів обробки біосигналу будемо дотримуватись схеми послідовного поєднання (конвеєру), що зображена на рис. 3.

Рис. 3. Оперативна обробка біологічних сигналів а)загальна схема; б) конвеєр для розпізнавання одиночної хвилі; в) блок-схема попередньої обробки біосигналу.

В результаті обстеження великої кількості пацієнтів було знайдено десять еталонів. Процес обробки ФП із метою одержання еталонів доцільно представити в такий спосіб(рис.4). З набору вихідних ФП вибирається перша крива, що послідовно порівнюється з всіма іншими шляхом обчислення взаємо-кореляційної функції і визначення коефіцієнта кореляції. Після порівняння першої кривої з іншими, знаходиться сума цих коефіцієнтів. Описані дії повторюються для усіх вихідних ФП. Потім з масиву отриманих сум, кожна з який відповідає сумі кореляцій даної фотоплетизмографічної кривої з іншими, вибираються десять найбільших значень. Відповідні ним ФП є знайденими еталонами.

Аналіз методів ідентифікації біомедичних даних показує, що більшість їх орієнтована на використання в кращому випадку декількох характеристичних параметрів. Сукупність таких характеристичних параметрів, різних по фізіологічній природі біомедичних даних, утворить свого роду інформаційний зліпок функціонування того чи іншого людського органу.

У третьому розділі проведений системний аналіз задач обробки сигналів при створенні проблемно-орієнтованих оптико-електронних інформаційно-вимірювальних структур "око-процесорного" типу для обробки біомедичної інформації..

Для одержання точної інформації з біомедичного сигналу завжди необхідна його обробка, тому що він є спотвореним різноманітними шумами. Можна сказати, що чим прогресивнішою буде технологія обробки сигналу, тим коректніше буде отримана від нього корисна інформація.

Насамперед повинні бути вивчені особливості біомедичних сигналів. Вибір, перетворення й удосконалення методів обробки біосигналів повинні проводитися з урахуванням особливостей останніх.

Основними особливостями біомедичних сигналів є: велика випадковість і нестаціонарність; сильні супровідні шуми й артефакти; інваріантість; неінвазивність дослідження - завдяки виникненню нових технологій можна одержати інформацію за допомогою побічних методів; проведення моніторингу.

У розділі здійснено метрологічний аналіз оптико-електронної ІВС для дослідження фотоплетизмографічних показників.

У біомедичних інформаційно-вимірювальних системах сумарна похибка дорівнює:

(1)

де - динамічна похибка, що викликана зміною вхідної величини за час перетворення; - методична похибка квантування (шуми квантування). До методичних похибок відносяться: похибка просторової дискретизації (похибки відповідно по осі Х і по осі В), похибка часової дискретизації і похибка квантування ; - інструментальна похибка, що виникає через багато випадкових факторів, які пов’язані з фізичною природою і технічною реалізацією компонентів системи і залежить від неідеальності їхніх характеристик (технологічного розкиду).

Похибка - похибка наведення. Співвідношення сигнал-шум визначається таким виразом

. (2)

У випадку високого рівня фону можна записати

(3)

де - число носіїв заряду сигналу , що виникає в приймачі за 1 с; - число носіїв заряду, що обумовлене дією фонового випромінювання в приймачі за 1 с.

Для збільшення точності при створенні медичних інформаційно-вимірювальних систем повинні бути враховані такі умови: зміна в широких межах рівнів коливальних складових і співвідношень корисний сигнал/шум; варіація форми і частоти корисного сигналу (пульсових коливань) від пацієнта до пацієнта і для того самого пацієнта в часі; наявність нерівномірностей у корисному сигналі типу аритмій і інших порушень періодичності; можлива модуляція пульсових коливань зовнішніми впливами; наявність в виміряних сигналах високочастотних перешкод (типу наводок від мережі, освітлювальних приладів і включеної електроапаратури) і низькочастотних перешкод (типу рухового артефакту), спектр яких може частково перекривати частотний діапазон пульсових коливань.

При обробці фотоплетизмографічних сигналів виконувалась фільтрування за рахунок використання набли-ження по методу найменших квадратів. Цей алгоритм реалізує нерекурсивний фільтр нижніх частот шляхом апроксимації зна-чень відліків у вхідній послідовності за допомогою параболічного степеневого ряду. Для кожної точки будемо використовувати апрок-симацію до цієї точки з урахуванням попередніх 2-х то-чок і наступних 2-х точок (тому першою точкою обробки є 3-тя точка). У ви-падку параболічної апроксимації маємо поліном виду:

, (4)

де p (nT + kT) - значення параболи для кожного з п`яти значень k (-2,-1,0,1,2).

Амплітудна характеристика для 5-ти точкового параболістичного фільтру, а також характеристики для фільтрів, побудованих на згладжуванні за допомогою груп з 7, 9 та 11 точок для кожного значення параболи, приведені на рис.5.

Рис. 5. Амплітудна характеристика у випадку наближення по 5, 7, 9 або 11 точкам.

Результат використання нерекурсивного фільтру нижніх частот шляхом апроксимації зна-чень відліків у вхідній послідовності за допомогою параболічного степеневого ряду по методу найменших квадратів представлено на рис.6, де а) ФПГ до обробки; б) ФПГ після обробки.

а) б)

Рис.6 Приклад ФПГ сигналу до і після обробки 5-ти точковим фільтром.
а) ФПГ до обробки; б) ФПГ після обробки.

Для зменшення похибки при реалізації інформаційно-вимірювальних систем з оптичним перетворенням біосигналів (фотоплетизмограм) з метою більш повного використання апріорної інформації о характері вимірювальних сигналів використовувався метод фільтрації із застосуванням таких виразів:

(5)

(6)

Форма фотоплетизмографічних сигналів після обробки представлена рис.8

Проведено алгоритмічне моделювання методу розпізнавання зображень на основі виділення ознак, що є найбільш перспективним при обробці оптичної інформації і дозволяє не тільки максимально підвищити швидкодію засобів, але також за рахунок можливості резервного дублювання знизити імовірність помилки під час обробки біомедичних сигналів.

У четвертому розділі приведені практичні реалізації оптико-електронних засобів для обробки біомедичних зображень і сигналів. Розроблений спосіб око-процесорної обробки може використовуватися як у біомедичних системах, так і в системах технічного зору для розпізнавання образів (зображень). Оптико-електронна інформаційно-вимірювальна система з око-процесорним виділенням ознак представлений на рис. 7. У даному пристрої за рахунок введення нових блоків аналізатора, синтезатора-генератора ознак а також нових зв'язків у блоках аналізатора і синтезатора-генератора досягається паралельна обробка всієї вхідної інформації й оцінка неявно виявлених ознак зображень різних типів.

На рис. 7 представлена структурна схема приладу визначення ступеня насичення крові киснем. Прилад складається з генератора імпульсів 1, лічильника 2, два лазерних світлодіода 3, фотоприймача 4, що реагує на червоне й інфрачервоне випромінювання, підсилювач 5, фільтр 6, аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 7, інтерфейс 8, процесорний елемент 9, екран 10 і принтер 11. Лічильник призначений для керування випромінюючими світло-діодами. Фотоприймач 4 призначений для реєстрації інтенсивності світлового потоку і може бути виготовлений на фотодіоді ФД 256.

Рис. 7. Структурна схема оптико-електронного інформаційно-вимірюваль-ного каналу

Генератор 1 керує роботою лічильника, що працює в режимі перемикача. По низькому рівні сигналу працює перший світлодіод, по високому - другий. Проходячи через тканину і кров світловий потік змінює свою інтенсивність, що реєструється на фотоприймачі 4, що перетворить її в електричні сигнали, що потім підсилюються підсилювачем 5 і фільтруються від шумів фільтром 6. Потім аналогові сигнали попадають на АЦП 8, де перетворюються в цифрову форму. Оцифровані дані попадають в інтерфейс, через який відбувається їхня передача для розрахунку на процесорі і виведення результатів на екран комп'ютера 10 чи на принтер 11.

Для оцінювання локальної мікроциркуляції судин по показниках фотоплетизмографічних сигналів розроблений і впроваджений на базі ВГМУ оптико-електронна інформаційно-вимірювальна система для аналізу стану серцево-судинної системи. В результаті реєстрації пульсової хвилі оптичним методом отримані фотоплетизмограми, що характеризуються амплітудними і часовими характеристиками (рис. 8)

Рис. 8. Фотоплетизмографічні сигнали, що були зареєстровані з дистальних відділів кінчиків пальців верхніх кінцівок до і після одержання препарату ірбесартан.

Розроблений оптико-електронний пристрій дозволяє аналізувати гемодинамічні показники стану ССС, прогнозувати хід патологічного процесу а також визначати рівень сатурації крові.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі обґрунтовано і теоретично проаналізовано принципи реалізації оптико-електронних інформаційно-вимірювальних структур "око-процесорного" типу для обробки біомедичних сигналів.

У результаті виконання дисертаційної роботи

1. Удосконалено архітектуру і введені показники теоретичної оцінки оптико-електронних інформаційно-вимірювальний структури "око-процесорного" типу для аналізу мікроциркуляції ССС, при цьому підвищується точність, вірогідність і функціональні можливості інформаційно-вимірювальних систем експрес-діагностування серцево-судинної системи.

2. Проведено параметричний синтез та розроблено оптико-електронну інформаційно-вимірювальну систему “око-процесорного” типу для дослідження гемодинамічних мікроциркуляторних показників стану ССС, що дозволяє проводити вимірювання практично в будь-якій точці поверхні тіла, при цьому є можливість використовувати різні модифікації оптико- електронних сенсорів для рішення цілого ряду спеціальних задач, зв'язаних з дослідженням показників локального кровотоку (визначення гемодинамічних показників кровотоку, оцінювання мікроциркуляції в щелепно-лицьовій області при запалювальних процесах та нижніх кінцівок при захворюванні судин).

3. Запропоновано метод спектрального аналізу при обробці фотоплетизмо-графічних даних, при цьому підвищується достовірність та точність при визначенні інтегрованих гемодинамічних показників.

4. Реалізовано алгоритм визначення ступеню важкості стану серця на основі алгебри нечіткій логіці, що дозволяє робити комплексне діагностування ССС.

5. Проведено метрологічний аналіз оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи для дослідження показників мікроциркуляції ССС, при цьому середньоквадратичне відхилення не перевищує 0.0106 при довірчому інтервалі .

6. Сформульовано вимоги і приведено приклади практичної реалізації оптико-електронної ІВС для аналізу стану ССС.

7. Досліджено методи підвищення техніко-експлуатаційних характеристик розробленої оптико-електронної системи шляхом застосування оптико-електронних сенсорів реєстрації фотоплетизмографічних даних.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Кожем’яко В.П., Павлов С.В., Колісник П.Ф., Тимофіїв І.В. Ель-Хатиб Мохамед. Лазерні методи діагностики стану серцево-судинної системи // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах (Технологічний університет Поділля).–1999.- № 2. – С. 139 - 144.

2. Павлов С.В., Барило О.С, Гальченко Я.О., Мохамед Ельхатиб, Н.В.Кожем’яко. Лазерний діагностичний комплекс аналізу мікроциркуляторних порушень при запальних процесах щелепно-лицьової ділянки // Український журнал медичної техніки та технології. - 2000. - № 1-2. - С. 37-39.

3. Кожемяко В.П., Павлов С.В., Колесник П.Ф., Марков С.М., Мохаммед Ель-Хатиб, Дидык И.Л. Оптоэлектронный метод изучения сосудистых и микроциркуляторных нарушений в позвоночно-двигательных сегментах по коэффициенту асимметрии // Український журнал медичної техніки та технології. - 2001. - № 1-2. - С.27-32.

4. Сєркова В.К., Станіславчук М.А., Павлов С.В., Шевчук С.В., Мохамед Ель-Хатіб, Щевчук О.В. Особливості використання принципу взаємодії лазерного випромінювання з біотканиною при діагностиці уражень судин у хворих на системний червоний вовчак // Український журнал медичної техніки та технології. - 2001. - № 1-2. - С.33-39.

5. Павлов С.В., Мохамед Ель-Хатіб. Аналіз лазерних систем для біомедичних досліджень// Вісник ВПИ. – 2002 . - № 1. – С.65 – 71.

6. Павлов С.В., Станчук К.І., Мохамед Ельхатіб, Семенець О.М. Методи обробки біосигналів із застосуванням фільтрації // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.–2001.- № 2. – С.96-100.

7. Павлов С.В., Мохамед Ельхатіб, Матохнюк М.В., Семенець О.М. Метрологічний аналіз інформаційно-вимірювального каналу оптико-електронної системи для дослідження мікроциркуляції // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.–2001.- № 3. – С.36-39.

8. Патент України № 44403 А 61 F 9/00. Спосіб визначення структурних змін на очному дні в зоні запального процесу // Й.Р.Салдан, В.П.Кожем’яко, С.В.Павлов, Ю.Й. Салдан, Мохамед Ельхатиб, І.В.Тимофеєв – Заявл. 20.04.2000; Опубл. 15.02.2002, Бюл. №2. – 5 с.

9. Кожем'яко В.П., Павлов С.В., Злепко С.М., Тимофіїв І.В., Ельхатиб Мохамед. Оптичні методи визначення ступеню насичення крові киснем // Збірник праць Міжнародної науково-технічної конференції "Приборостроение - 98".– Євпаторія. – 1998. - C. 322-327.

10. Кожем’яко В.П, Павлов С.В., Ельхатиб Мохамед, Станчук Е.. Структурна організація дубль-паралельних оптико-електронних багатоканальних систем для біомедичних досліджень // Збірник праць міжнародної науково-технічної конференції “Приладобудування-98”. - Вінниця-Сімферополь. – 1998. - С. 308 - 311.

11. Kozhemiako V., Pavlov S., Kolesnic P., Mohammad El-Khatib, Zabrodskaya S. Optical method for analysis of eye conjuctiva microcirсulation // Proceedings of SPIE “Optoelectronic and Hybrid Optical/Digital Systems for Image and Signal Processing ODS-99”. - Lviv, Ukraine . - 1999. - С 27-33.

12. Павлов С.В., Васюра А., Станчук К., Мохамед Ель-Хатиб. Лазерні системи дослідження стану серцево-судинної системи // Праці четвертої науково-технічної конференції “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- та приладобудуванні”. – Тернопіль. – 2000. – С. 79.

13. Салдан Й.Р., В.П.Кожем’яко, С.В.Павлов, Салдан Ю.Й., Ельхатиб Мохамед. Люмінісцентний аналіз в офтальмології // Збірник тез доповідей 2-го міжнародного Смакулового симпозіуму “Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики”. - Тернопіль. - 2000. - С 260-262.

14. Pavlov S., Kolesnic P., El-Khatib M., Ostrovsky I. Optoelectronic methods and device for diagnosis vascular systems // Збірник Міжнародної конференції з оптоелектронних інформаційних технологій “Photonics-ODS 2000”. – Vinnica. – 2000. – P. 87.

15. Pavlov S., Barilo A., El-Khatib M., Matohnuyk M. Laser systems for diagnosis microcirculation in the jaw-facial region // Збірник Міжнародної конференції з оптоелектронних інформаційних технологій “Photonics-ODS 2000”. – Vinnica. – 2000. – P. 91.

16. Pavlov S., Oshovskaya T., El-Khatib M., Tuzhansky S., Checotun V. Laser method in genecology // Збірник Міжнародної конференції з оптоелектронних інформаційних технологій “Photonics-ODS 2000”. – Vinnica. – 2000. – P. 98.

17. Hamdi R., Bilik N., El-Khatib M., Matohnuyk M. Optic-electronic methods for medical images processing // “Photonics – ODS 2000”.- Vinnytsia.-2000. Р 98.

18. Шевчук С.В., Ель-Хатіб М., Дідик І.Л., Шевчук. С.В. Особливості використання принципу взаємодії лазерного випромінювання з біотканиною при діагностиці уражень судин у хворих на системний червоний вовчак // Збірник праць Міжнародної науково-технічної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених “Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології – 2001”. - Вінниця . - 2001. - С.97.

19. Ельхатиб М., Шевчук С, Чекотун В. Застосування лазерних технологій у медичній практиці // Міжнародна науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології – 2001” . - Вінниця .- 2001.-С.105.

20. Volodymyr Kojemiako, Sergey Pavlov, Maria Matokhnyuk, Mohamed El-Khatib. Мethod for Analysis of Images by Laser Therapy / International conference “TEXNOUS - 2001”. - Romania. - 2001 - P.35-40.

21. В.Кожем’яко, К. Станчук, М. Ель-Хатіб. Перспективність використання оптико-електронної елементарної бази при побудові систем паралельної обробки інформації //Збірник міжнародної конференції з контролю і управління в складних системах (КУСС-2001). – Вінниця . - 2001. - С. 140.

Автор висловлює подяку колективу кафедри ЛОТ і особисто доц. Павлову С.В., а також д.м.н., професору ВДМУ Салдану Й.Р., к.м.н., доценту ВДМУ Коліснику П.Ф. за постійну увагу і допомогу при роботі над кандидатською дисертацією.

АНОТАЦІЇ

Мохамед Ахмед Мухтар Алі Ельхатіб. Інформаційно-вимірювальна система аналізу інтегрованих гемодинамічних мікроциркуляторних показників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - Інформаційно-вимірювальні системи. - Вінницький державний технічний університет, Вінниця, 2002.

Дисертація присвячена реалізації оптико-електронних методів і засобів для обробки біомедичних зображень і сигналів. На основі аналізу можливостей оптоелектронної схемотехніки запропоновано методи побудови оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи обробки біомедичної інформації. Реалізовано алгоритм визначення ступеню важкості стану серця на основі алгебри нечіткій логіці, що дозволяє робити комплексне діагностування ССС. Проведено метрологічний аналіз оптико-електронної інформаційно-вимірювальної системи для дослідження показників мікроциркуляції ССС. Сформульовано вимоги і приведено приклади практичної реалізації оптико-електронної ІВС для аналізу стану ССС. Досліджено методи підвищення техніко-експлуатаційних характеристик розробленої оптико-електронної системи шляхом застосування оптико-електронних сенсорів реєстрації фотоплетизмографічних даних. Запропоновано нові схемотехнічні та конструктивно-технічні рішення реалізації оптикоелектронних засобів реєстрації, обробки та відображення біомедичної інформації.

Ключові слова: інформаційно-вимірювальна система, оптикоелектронні структури, логіко-часове перетворення, оптико-електронні засоби "око-процесорного" типу, обробка сигналів, біомедичні зображення.

Мохамед Ахмед Мухтар Али Эльхатиб. Информационно-измерительная система анализа интегральных гемодинамический микроциркуляторных показателей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.16 - информационно-измерительные системы. - Винницкий государственный технический университет, Винница, 2002.

Диссертация посвящена реализации оптико-электронных методов и устройств для обработки биомедицинских изображений и сигналов. В работе усовершенствована архитектура и введены показатели теоретической оценки оптико-электронных информационно-измерительной структуры “глаз-процессорного” типа для анализа микроциркуляции ССС, при этом повышается точность, достоверность и функциональные возможности информационно-измерительных систем экспресс-диагностирования сердечно-сосудистой системы. Усовершенствован метод уменьшения погрешностей первичных преобразователей путем применения оптико-электронных сенсоров. Предложены новые схемотехнические решения реализации оптико-электронных средств регистрации, обработки и отображения биомедицинской информации.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложены технические решения реализации оптико-электронной информационно-измерительной системы обработки биомедицинской информации для оценки состояния сердечно-сосудистой системы.

Теоретические и практические исследования, изложенные в диссертации, позволили: разработать унифицированные оптико-электронные преобразователи световых потоков для параллельной регистрации фотоплетизмографических данных сформулировать требования и привести примеры практической реализации оптико-электронных аппаратно-программных средств для анализа состояния ССС; осуществить аппаратно-программную реализацию метода для распознавания биомедицинских сигналов на основе полученных фотоплетизмограмм.

Отдельные разработки диссертационной работы внедрены на базе Украинского научно-исследовательского института реабилитации инвалидов, научно-производственном предприятии “Стандарт-сервис”, г.Ивано-Франковск.

Также теоретические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре ЛОТ ВГТУ в рамках специализации "Лазерная и оптоэлектронная техника в биомедицинских системах и аппаратах" при изложении таких дисциплин, как: "Схемотехника биомедицинских оптико-электронных аппаратов", "Системотехника оптико-электронных и лазерных систем", "Методы обработки и распознавания биомедицинских изображений", "Обработка биомедицинских изображений".

Ключевые слова: информационно-измерительная система, оптико-электронные структуры, логико-временные преобразования, оптико-электронные устройства "глаз-процессорного" типа, обработка сигналов, биомедицинские изображения и сигналы.

Mоhamed Ahmed Mukhtar Ali Elkhateeb. Information Measurement Systems Analyses Integral Hemodynamic Microcirculation Data. - Manuscript.

Thesis for the Candidate's degree by speciality 05.11.16 –information measurement system.- The Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 2002.

The thesis is devoted to the elaboration of optic-electronic methods and devices for biomedical images and signals processing.

The algorithm of definition of a vascular state is realized on the basis of fussy-logic, which permits to make complex diagnosing vascular systems. Is carried out metrology analysis of optic-electronic information - measuring system for analyses of parameters of vascular microcirculation. Is formulated the requirements and the examples of practical realization information measurement systems analyses integral hemodynamic microcirculation are given. The methods of increase of the technique-operational characteristics of the developed optic-electronic information measurement systems are investigated by application optic-electronic sensor controls of registration of photopletismograph data.

The structure and algorithms of processor timer function by diagnose of vessel systems state is elaborated. The scheme-technical and constructive decision of optoelectronic devices realization for biomedical information registration, processing and indication have been suggested.

Key words: information measurement system, optic-electronic structure, logic-temporary transformation, optical-electronic device of "eye-processor" type, image recognition, signal procession, biomedical image.

Підписано до друку 03.06.2002 р. Формат 29.742 1/4

Наклад 100 прим. Зам. № 2002-145

Надруковано в комп'ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького державного технічного університету.

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95. Тел.: (0432) 44-01-59