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

отзыв официального оппонента на диссертацию Конновой Натальи Сергеевны «Методы и алгоритмы обработки, анализа и визуализации данных ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальностям 05.! 3.01— «Системный анализ, управление и обработка информации (в технических системах)» и 05.11.17 — «Приборы, системы и изделия медицинского назначения» Диссертационная работа Н.

С. Конновой посвящена исследованию режимов работы сердечно-сосудистой системы (ССС) и идентификации ее состояний на примере данных доплеровских измерителей скорости кровотока. Актуальность темы определяется отсутствием качественных моделей для прогнозирования заболеваний ССС и наличием ряда сложностей и ограничений при диагностике болезней сердца и сосудов.

Также требуется выработать рекомендации по оптимизации конструкций биосенсоров, в т.ч. используемых в ультразвуковой доплеровской флоуметрии. Кроме того, требуется разработка импортозамещающих технологий в связи с высокой стоимостью и труднодоступностью для отечественных учреждений медицинского профиля зарубежных аналогов комплексов детектирования, расшифровки и обработки данных о ССС. Важно также отметить разобщенность усилий медиков и физиков, врачей-практиков и экспериментаторов. Обработка данных, их анализ существуют отдельно от прикладных задач медицины, многие устройства реализованы в единичных экземплярах и вопрос о выпуске серийного оборудования остается открытым, В этой связи попытка закрыть данную лакуну — построить мостик между методами нелинейной динамики и снимаемыми данных живых систем представляется важной задачей как для фундаментальной, так и для прикладной науки.

В связи с чем тема диссертационного исследования Конновой Н.С. представляется весьма актуальной. Диссертация изложена на 203 страницах, состоит из введения, пяти глав, заключения, словаря терминов и сокращений. Список использованной литературы включает 120 наименований и представляется достаточным.

Работа написана литературно-техническим языком, снабжена необходимым количеством поясняющих рисунков и таблиц. Материалы работы изложены последовательно и логично, а основные положения диссертации аргументированы и раскрыты. К несомненному плюсу работы относится неоднократно повторяемая автором идея необходимости последовательных шагов: снятие информации — ее первичная обработка — вторичная обработка, причем по каждому пункту описаны основные сложности и способы их преодоления.

Соискатель делает, по сути, первый шаг по решению «...задачи описания человеко-машинного интерфейса и разработки программно-математического обеспечения, в частности, позволяющего автоматизировать процесс обработки данных и провести апробацию и выбор методов нелинейной динамики для исследований в области биомедицины» (глава 1, с. 52).

В этом аспекте диссертационная работа Н. С. Конновой представляется хорошим заделом дальнейших исследований. В первой главе диссертационной работы Конновой Н.С. рассмотрено состояние разработок в области исследований ССС, описаны достижения в сфере конструирования оборудования и создания методик регистрации показаний деятельности ССС, сформулированы существующие проблемы использования имеющихся техник исследования. Во второй главе описываются исходные обрабатываемые в работе данные, методика по снятию и обработке сигналов, приведены характерные особенности исследуемых показателей ССС. В третьей главе подробно излагаются основные используемые в работе методы обработки информации, использующиеся для идентификации состояний сложной системы и накопления знаний о режимах ее функционирования.

Выявлен ряд закономерностей и взаимосвязей между различными показателями системы, как количественными, так и качественными. Проводится сравнительный анализ различных методов и алгоритмов ЦОС, предлагаются их модификации и адаптации, учитывающие особенности анализируемых сигналов ССС. К новым полученным научным результатам здесь можно отнести следующие: ° предложенную методику обобщения информации о результатах, полученных при помощи разработанных и модифицированных алгоритмов цифровой обработки ВР, представляющих сигналы СК; ° исследование флуктуирующего кровотока методами нелинейной динамики, включающая модификацию обобщенного алгоритма Бенетгина, позволившую вычислить показатель Ляпунова для исследуемых данных; ° исследование шумовых характеристик сигнала УЗ доплеровского измерителя СК при помощи вариаций Аллана; ° разработанную модификацию вейвлетов Котельникова-Шеннона на основе атомарных функций для вейвлет-анализа сигналов биомедицинских приборов; ° разработанный алгоритм разбиения кривых кровотока на фазы при отсутствии синхронизирующих данных электрокардиограммы, фонокардиограммы и артериального давления.

Четвертая глава работы посвящена рассмотрению нескольких клинических случаев и результатов применения методики исследования ССС для этих случаев. В соответствующих разделах главы приведены примеры рассчитанных количественных показателей и полученных результатов качественного анализа при нормальном функционировании ССС и случаев наличия патологии. Изложенное в данной главе образует основную практическую ценность диссертации.

Приведенные результаты экспериментов на реальных клинических данных в четвертой главе работы демонстрируют работоспособность основной составляющей научной новизны диссертации — предложенной методики и алгоритмов обработки, анализа и визуализации данных ультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотока. В пятой главе приводится решение задачи визуализации поля скорости кровотока внутри сосуда.

По результатам работы над заявленной задачей наблюдается достижение поставленной цели и получение ожидаемого научного результата, а именно ° разработан алгоритм восстановления двумерной картины поля СК в сечении сосуда по измеренным профилям максимального кровотока в направлении УЗ сигнала, излучаемого однозлементным доплеровским измерителем с узким лучом. Главной особенностью предложенного алгоритма является простота его реализации и возможность использования на произвольных, в том числе и нерегулярных, сетках. Он позволяет восстанавливать картину поля скоростей как для симметричного кровотока, так и для несимметричного случая. Таким образом, в диссертации раскрыты все вопросы, связанные с полученными в ходе исследования новыми результатами. Также основное содержание положений, выносимых диссертантом на защиту, отражено в тексте автореферата диссертации.

Польза практической направленности работы очевидна. Использование разработанных и модифицированных методов, алгоритмов и методик ЦОС в ультразвуковой доплеровской флоуметрии представляет большой теоретический и практический интерес при анализе данных как после оперирования пациента для подтверждения положительной динамики лечения, так и интраоперационно и дооперационно для поддержки принятия решения о необходимости оперирования больного. Как видно из автореферата диссертации и подтверждено предоставленными актами, практические результаты работы внедрены в нескольких учреждениях медико-биологического профиля, а теоретические результаты использованы при выполнении ряда НИР по фундаментальным исследованиям основ функционирования ССС и прикладным исследованиям в конструировании биосенсоров и программно-аппаратных комплексов диагностики и регистрации показателей С С С.

Тем самым, достоверность полученных результатов подтверждается успешным прохождением апробации в указанных организациях: НИИ общей патологии и патофизиологии (г. Москва), в Центре сердечно-сосудистой хирургии ГУЗ «Белгородская областная клиническая больница Св.

Иоасафа», а также обсуждением общественности на более чем 15 конференциях российского и международного уровня и публикацией в печати. Таким образом, теоретические и практические результаты работы Конновой Н.С. могут быть интересны как в фундаментально-исследовательском плане ввиду высокой социальной значимости поставленной проблемы, так и в прикладном, в том числе, для оптимизации конструктивных элементов приборов.

Положительным моментом является сотрудничество и выбор в качестве ведущей организации работы Конновой Н.С. одной из главных коммерческих организаций, занимающихся вопросом разработки такого оборудования в РФ вЂ” АО НПФ «БИОСС». По итогам ознакомления с работой соискателя оппонент хотел бы отметить ряд недостатков работы: Во-первых, в работе недостаточно описаны исходные данные, использовавшиеся для анализа: сколько человек, какая длительность временных рядов, какова разрешающая способность приборов и т.п.? Какова зависимость погрешности оценки спектра от длины отрезка сигнала? Есть ли выход на асимптоту при расчете показателя Ляпунова и насколько надежны полученные результаты? Также не детализируются некоторые численные методы, и использовалась ли при этом библиотека Май.аЬ (или иные приложения, возможно, адаптированные соискателем)? Во-вторых, изложение результатов работы построено таким образом, что автор достаточно скромно отмечает свои собственные заслуги.