Отзыв_оппонента__Большакова_А.А (Методы и алгоритмы обработки, анализа и визуализации данных ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока)

отзыв официального оппонента. доктора технических наук, профессора, профессора кафедры «Телематика 1при ЦНИИ РТК)» Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Санкт- Петербургский политехнический университет Петра Великого» Большакова Александра Афанасьевича на диссертацию Концовой Натальи Сергеевны «Методы и алгоритмы обработки, анализа и визуализации данных ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока» по специальностям 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации 1в технических системах) и 05.11.17 — Приборы.

системы и изделия медицинского назначения 1. Актуальность темы Актуальность диссертационного исследования обусловлена важностью развития методов системного анализа и математических моделей и алгоритмов для выявления закономерностей влияния заболеваний на показатели кровотока. Ключевой проблемой работы является создание и применение методов системного анализа с целью повышения эффективности диагностики патологий пациентов при заболеваниях сердечно сосудистой системы 1ССС). 2. Степень обоснованности научных положений и рекомендаций является достаточно высокой и подтверждается корректностью применения апробированного аппарата методов системного анализа. математического моделирования„теории экспертных систем, нелинейной хаотической динамики, вейвлет-анализа, математического анализа, дифференциального исчисления.

вычислительной томографии, математической статистики и вычислительной математики. Сформулированные научные положения подтверждаются также результатами исследования существующих подходов к анализу и построению методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов кровотока. Результаты диссертационной работы используются в исследованиях в НИИ общей патологии и патофизиологии (г.Москва), в Центре сердечно-сосудистой хирургии ГУЗ «Белгородская областная клиническая больница Св.

Иоасафа», НПФ «БИОСС» (г. Зеленоград). Кроме этого, теоретические и практические результаты диссертационного использованы прн выполнении: НИР «Моделирование и цифровая обработка сигнала ультразвукового датчика кровотока с использованием методов нелинейной динамики и вейвлет-анализа» 1РФФИ, № 13-08-12023): «Математические методы фазового анализа коронарного кровотока» 1РФФИ, № 15-18-20059): по созданию экспериментального программно-аппаратного обеспечения в НПФ «БИОСС».

г, Зеленоград. Онн обсуждались на различных международных и российских научных конференциях; опубликованы в 3-х статьях, включенных в Перечень ВАК, в одной в зарубежном издании, входящем в базы данных Бсорцз и %'08, в которых должны быль опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук. Рекомендации по использованию предлагаемых научных положений основываются на результатах проведенных исследований. в частности.

использование разработанных и модифицированных методов, алгоритмов и методик ЦОС в ультразвуковой доплеровской флоуметрнн представляет существенный теоретический и практический интерес при анализе данных после оперирования пациента для подтверждения положительной динамики лечения, а также интраоперационно н дооперационно для поддержки принятия решения о необходимости оперирования. 3. Достоверность и новизна научных положений и рекомендаций. Достоверность научных положений и рекомендаций определяется соответствием результатов, полученных традиционными методами, и с использованием предлагаемых методов и алгоритмов цифровой обработки сигналов кровотока, в т,ч. с применением способов нелинейной динамики и вейвлет-анализа при диагностике состояния ССС.

Новизна научных положений, значимость для науки и практики результатов диссертационного исследования заключается в разработке комплексной методики исследования флуктуирующего кровотока на основе методов нелинейной динамики, модификации и адаптации алгоритма вычисления показателя Ляпунова для исследуемых данных, в использовании метода вариации Аллана при определении шумовых характеристик сигнала ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока (СК); в модификации вейвлетов Котельникова-Шеннона на основе атомарных функций; в разработке алгоритма фазового анализа кривых кровотока с использованием кластерного анализа и автокорреляционного метода; в модификации алгоритмов определения скоростных характеристик потока, уровней периферического сопротивления и показателей кинематики, в разработке алгоритма восстановления двумерной картины поля СК в сечении сосуда по измеренным профилям максимального кровотока в направлении ультразвукового сигнала, излучаемого одноэлементным доплеровским измерителем с узким лучом; в построении методики комплексирования разработанных и модифицированных алгоритмов цифровой обработки кривых СК.

Результаты диссертационной работы целесообразно использовать в медицинских учреждениях для диагностики патологий пациентов, для формирования рекомендаций по созданию приборов, которые используют ультразвуковую доплеровскую флоуметрию; в учреждениях высшего профессионального и дополнительного образования, в которых изучаются дисциплины, связанные с использованием системного анализа и информационных технологий для биомедицинских исследований.

4. Заключение 4.1. Оценка как квалификационной работы В работе впервые приведены результаты„позволяющие квалифицировать их как решение актуальной научно-технической задачи разработки специального математического, алгоритмического и программного обеспечения для цифровой обработки сигналов кровотока, в т.ч. с применением методов нелинейной динамики и вейвлет-анализа с целью повышения эффективности диагностических заключений различных патологических состояний сердечно-сосудистой системы человека. т.е. работа соответствует пункту 9 Положения о порядке присуждения ученых степеней. 4.2. Оценка содержания и авторского вклада. Соответствие работы паспорту специальности Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.13.01: и.

4 «Разработка методов и алгоритмов решения задач системного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»: разработаны модифицированный алгоритм расчета старшего показателя Ляпунова для ВР на основе алгоритма Бенеттина и новый метод идентификации шумовых характеристик сигналов на основе вариации Аллана, применительно к сигналу скорости кровотока, измеренного УЗ доплеровским измерителем СК.

а также алгоритмы дискретного и непрерывного вейвлетанализа с применением модифицированных вейвлетов Котельникова-Шеннона на основе АФ; построена методика экспериментального исследования периферического и коронарного кровотока по данным только доплеровского измерителя, использующая кластерный алгоритм автоматизированного фазового анализа кривых СК и автокорреляционный метод. п. 5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации»: разработано программно-математическое обеспечение с человеко-машинным интерфейсом. реализующее предложенные и модифицированные алгоритмы цифровой обработки сигнала и обеспечивающее накопление базы данных и базы знаний, выявление направления формирования системы поддержки принятия решений в диагностике состояния ССС и кардиохирургии.

и. 12 «Визуализация, трансформация и анализ информации на основе компьютерных методов обработки информации»: разработан алгоритм визуализации сигнала доплеровского датчика СК с восстановлением двумерной картины поля СК в сечении сосуда по измеренным профилям максимального кровотока в направлении УЗ сигнала, излучаемого прибором. Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.11.17: п. 1. Исследование, разработка и создание ... методов и способов диа~ностики и лечения человека, ... представление которой возмолсно математической ...

моделью ... п. 2.... решения научных технических, медико-биологических проблем и развития современных медицинских технологий и информационного их обеспечения ... в создании высокоэффективных инструментов, приборов. систем, комплектов, технического и программного обеспечения принципиально новых высокоэффективных средств и методов воздействия на человека и в оценке влияния на человека лечебного ... фактора ....

создании новых средств передачи и отображения медико-биологической информации. Общая характеристика работы Диссертация общим объемом 203 страницы состоит из введения, пяти глав, заключения. использованных источников из 120 наименования, б1 рисунок. В первой главе показана актуальность темы диссертационного исследования, описано историческое развитие ультразвуковых методик. приведен обзор существующих техник исследования сердечно-сосудистой системы, выполнен анализ литературы и различных научных публикаций. рассмотрены предложенные зарубежными и российскими исследователями методы обработки данных сигналов кровотока. На основе информации о состоянии разработок в области исследования кровотока, а также задач по анализу данных о кровотоке, сформулированы основные цели и задачи диссертационной работы. Во второй главе приводится описание методики исследования, в т.ч.

схемы проведения эксперимента по снятию показаний, их расшифровке, оцифровке и обработке, используемого оборудования и принципов его работы. Для изучаемых сигналов выделена и исследована структура сердечного цикла, влияющая выбор и использование методик при анализе исследуемых данных.

Проанализированы существующие методики снятия показаний кровотока. их использование при обработке данных и расчете показателей. используемых в диагностике. Описаны проблемы и недостатки. обусловленные особенностями использования существующих алгоритмов вычисления значений параметров и методик регистрации кровотока. В третьей главе описаны используемые методы цифровой обработки сигналов, в т.ч. первичной, а также исследования частотно-временных и спектральных характеристик. внутренней организации сигналов., представленных временными рядами, математической статистики и моделирования и др.

По результатам обзора и их апробации для анализа изучаемых исходных данных кровотока сделаны выводы о степени их применимости, имеющихся недостатках и т.п. Приведен обзор и результаты апробации различных видов вейвлетов, предложены модифицированные с использованием атомарных функций. Рассмотрено применение методов нелинейной динамики к исследованию изучаемых данных, обусловленное наличием нелинейной компоненты и множества циклов в динамике флуктуаций давления и кровотока. С учетом особенностей входных данных проведена модификация обобщенного алгоритма Бенеттина для вычисления значений показателя Ляпунова для детектирования хаотических и шумовых нерегулярностей сигналов. Предложены новые алгоритмы фазового анализа кривой кровотока на основе кластерного анализа и автокорреляционного метода. В четвери1ой главе приведена характеристика разработанной методики исследования флуктуирующего кровоток, которая включает комплексирование разработанных и модифицированных алгоритмов цифровой обработки кривых СК.