Отзыв__Веснина_С.Г. (Многоканальный радиофизический комплекс для функциональных исследований головного мозга)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА О ДИССЕРТАЦИИ Борисова Василия Ильича «Многоканальныйрадиофизическийкомплексдля функциональных исследований головного мозга»э представленнуюна соисканиеученойстепепи кандидата техническихнаукпоспециальности 05.11.17 — Приборы, системы и изделиямедицинского назначения Диссертация В.И, Борисова посвящена решению актуальной задачи приборостроения и медицинского здравоохранения созданиюмногоканального радиофизического комплекса для неинвазивных функциональных исследований головного мозга. Действительно, в работе приведены данные ВОЗ и Минздрава России, которые подтверждают, что одной из самых распространенных причин смертности среди неинфекционных заболеваний являются сердечно-сосудистые патологии.

Причем в последние годы возросла заболеваемость сердечно-сосудистыми расстройствами среди мужчин трудоспособного возраста, а недостаиок средств ранней диианотткии отсутствие профилактических мер по борьбе с этими заболеваниями не позволяет существующей системе здравоохранения справляться с этой проблемой. К перспективным направлениям раннего выявления признаков заболеваний головного мозга относятся технологии и методы динамической оценки функциональных процессов в тканях головного мозга. В первую очередь это относится к неинвазивным системам и, в частности, к системам измерения собственного электромагнитного поля, которые достаточно успешно развиваются В.С, Кублановым и его учениками. Особенностью подхода, реализованного в диссертационной работе В.И, Борисова, является исследование возможностей комплексирования биомедицинских сигналов, отражаюгцих изменения активности вегетативной и центральной нервных систем в режиме реального времени.

Такой режим предусматривает непрерывную регистрацию биомедицинских сигналов на интервале наблюдения 1мониторирования) и потребовал пересмотра некоторых теоретических постулатов, которых придерживались разработчики контактных СВЧ радиометров со времен К.М. Еис1е1е.В контексте этого особая роль при таких исследованиях принадлежит функционально-нагрузочным пробам, которые в той или иной степени могут воздействовать на процессы гемо- и ликвородинамики в тканях головного мозга и провоцировать физиологические изменения, являющиеся предметом исследования. Исходя из выше изложенного, несомненно создание многоканального радиофизического комплекса для функциональных исследований головного мозга является актуальной задачей.Эта задача,посуществу, является и цельюдиссертационнойработы, для реализации которой определен перечень задач, которые потребовалось решить соискателю для ее достижения: 1.

Провести анализ схемно-технических решений СВЧ радиотермографов, обеспечивающих регистрацию собственного электромагнитного излучения глубинных структур головного мозга в режиме мопиторирования и определить те характеристики, которые являются проблемными для реализации этого режима. Определить состав радиофизического комплекса для функциональных исследований принципы головного мозга, реализующего комплексирования в режиме реального времени биомедицинских сигналов, характеристики которых определяются собственным электромагнитным излучением головного мозга и изменениями вегетативной и центральной нервных систем.

3. Разработать схемно-технические и программно-алгоритмические решения СВЧ радиотермографа, обеспечивающие обнаружение и количественные оценки информационных паттернов сигналов при мониторировании функциональных изменений в тканях головного мозга. 4. Исследовать мультифрактальностькратковременных временных рядов (ВР) выходных сигналов СВЧ радиотермографа при их минимальной длительности 5 минут.

5. Разработать алгоритм и программное обеспечение для получения комплексных оценок мультифрактального формализма при совокупной обработке биомедицинских сигналов радиофизического комплекса. 6. Исследовать совокупные оценки мультифрактального формализма собственного электромагнитного излучения головного мозга и характеристик вариабельности сердечного ритма (ВСР) при клинической апробации радиофизического комплекса. Материалы с результатами решения этих задач представлены для оппонирования и будут рассмотрены ниже.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, заключения, списка литературы из 220 наименований. Основное содержание работы изложено на 172 страницах, содержит 41 рисунок и 27 таблиц. Во введенгш обоснована актуальность работы и дана ее общая характеристика. аналитического обзора В первой главе приведены материалы современного состояния диагностических изделий медицинского назначения, использующих в качестве носителя информации собственное электромагнитное излучение (ЭМИ) головного мозга.

Проведен анализ схемно-технических решений СВЧ радиотермографов мониторирования собственного электромагнитного излучения глубинных структур головного мозга и современных методов получения данных о функциональном состоянии вегетативной нервной системы человека. Определены актуальные проблемы, решение которых позволяет выполнить задачи, поставленные в данной работе. Отмечено, что на сегодняшний день наиболее перспективным для решения задач функциональной диагностики является метод исследования флуктуаций радиояркостной температуры в биологических тканях. Во второй главе приведены результаты анализа известных схемнотехнических решений СВЧ радиометров и определены проблемные вопросы, возникающие при контактных исследованиях собственного ЗМИ головного мозга.

Представлены результаты математического моделирования исследования характеристик штыревых вибраторных антенн-аппликаторов ~АЛ), предназначенных для длительного мониторинга функциональных процессов головного мозга. Предложена новая конструкция вибраторной АА с контактными штырями. Методами математического моделирования исследованы характеристики этой АА и показано, что такая АА может применятся для длительного мониторирования функциональных процессов в тканях головного мозга. Результаты исследований подтверждены лабораторными испытаниями. Предложена структурная схема модернизированного СВЧ- радиометра и исследованы оценки влияния на ошибку измерения радиояркостной температуры потерь в СВЧ элементах схемы термобаланса и коэффициента отражения антенны с телом с помощью программы реализованной в среде МАТ).АВ. Показано, что для предложенных схемотехнических решений конструкции СВЧ-радиометра существуют уровни коэффициента отражения и потерь в фидере при которых определены минимальные значения ошибки измерения СВЧ-радиометра (т -т,) <о,о5 к.

В жрв~льей главеприведены результаты исследований условий (ограничений) применения методов мультифрактального анализа для кратковременных временных рядов (ВР) модельных сигналов фрактального броуновского движения длительностью от 5 до 30 мин. Исследована точность мультифрактальных методов МГВГЛ и МЕССА с использованием модельных ВР сигналов броуновского движения разных типов генерации, усредненных для трехсот реализаций каждого задаваемого значения задаваемеога показателя Херста0.1<6<0.9 и усредненных для длительностей ! 024,2048,4096, соответствующей кратковременным ВР биомедицинских сигналов.

Проведен анализ, показавший, что из известных методов мульти- и монофрактального формализма для оценки кратковременных ВР для решения поставленной задачи наибольший интерес представляют методы мультифрактального флуктуационного (МГРГА) и кросскорреляционного (МГССА) анализа. Получены оценки интегрированных и зашумленных сигналов фрактального броуновского движения с помощью методов МГРГА и МГССА. Анализ модельных сигналов с применением методов МГРГА и МГССА показал, что эти методы могут быть использованы для оценки кратковременных биомедицинских сигналов многоканальною радиофизического комплекса.

В четвертой главе представлены результаты применения МГРГА и МГССА при функциональных исследованиях собственного электромагнитного излучения головного мозга и вариабельности сердечного ритма. При помощи метода получены статистически значимые доказательства самоподобия изменений собственного электромагнитного излучения головного мозга и некоторых параметров сигналов вариабельности сердечного ритма. Сигнал вариабельности сердечного ритма является примером использования в радиофизическом комплексе одного из информационных каналов, формируемых стандартными приборами функциональной диагностики. Мультифрактальный анализ при совокупных исследованиях ВСР и собственного ЭМИ головного мозга показал, что: процессы, характеризующие активность симпатического отдела ВНС с периодами флуктуаций в диапазоне от 6.5 до 25 с и динамики транспорта жидкости в межклеточных и внутриклеточных пространствах тканей головного мозга с периодами флуктуаций в диапазоне от 20 до 40 с, которые определяются при анализе флуктуаций собственного электромагнитного излучения головного мозга, подобны.

Показано, что процессы, характеризуюшие активность центральных эрготропных и гуморально-метаболических механизмов регуляции сердечного ритма, определяемых очень низкочастотными флуктуациями ВСР в диапазоне от 25 до 300 с, и процессов термодинамической регуляции в тканях головного мозга с периодами флуктуаций от 50 до 70 с, которые определяются при анализе флуктуаций собственного электромагнитного излучения головного мозга, также подобны. Определены значения уровней систематического расхождения мультифрактальных оценок сигналов ВСР и собственного ЭМИ головного мозга при их совокупных исследованиях в диапазонах, которые указаны выше, не превышают 0.04 для ширины мультифрактального спектра и 0.05 для показателя Херста.

В пятой главе приведены результаты применения методов МГОГА и МГССА для совместной обработки кратковременных биомедицинских сигналов радиофизического комплекса по данным клинических исследований. Представлены данные мультифрактального анализа с флуктуаций собственного ЭМИ головного мозга и сигналов ВСР, полученные с использованием метода МГССА для третьей группы пациентов после прохождения реабилитационного курса с использованием методики динамической коррекции активности симпатической нервной системы. Анализ оценок группы пациентов показал, что динамика расхождения кросскорреляционного показателя Херста совпадает с клиническими данными при лечении больных, отражает особенности разных клинических случаев, и может являться основанием для прогнозирования и возможной коррекции лечебного курса пациентов. Для «временных окон» 20-40 с и 50-70 с в функциональном покое и при выполнении пассивной антиортостатической пробы систематическое расхождение разности показателей Херста этих биомедицинских сигналов минимально для здоровых в неврологическом плане добровольцев- испытуемых.

Для больных, страдающих ишемическим инсультом, эти показатели имеют существенно большие значения до реабилитационного курса лечения, После реабилитационного курса лечения у пациентов из этой группы, у которых наблюдается клинически доказанное улучшение, систематическое расхождение разности показателей Херста этих биомедицинских сигналов уменьшается, Применение мультифрактального формализма в оценках показало, что при минимальном значении уровня систематического расхождения сигналов ВСР и собственного ЗМИ головного мозга динамические изменения в этих сигналах происходят подобно.