Автореферат (1025341)
Текст из файла
На правах рукописиКоннова Наталья СергеевнаМЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ, АНАЛИЗА И ВИЗУАЛИЗАЦИИДАННЫХ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДОПЛЕРОВСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯСКОРОСТИ КРОВОТОКАСпециальность05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(в технических системах)05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначенияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2017Работавыполненаобразовательномвфедеральномучреждениигосударственномвысшегообразованиябюджетном«Московскийгосударственный технический университет им.
Н.Э. Баумана (национальныйисследовательский университет)» – МГТУ им. Н.Э. Баумана.НаучныйБасараб Михаил Алексеевич, д.ф.-м.н., профессорруководитель:МГТУ им. Н.Э. БауманаОфициальныеБольшаковоппоненты:профессор, профессор кафедры «Телематика», Санкт-АлександрАфанасьевич,д.т.н.,Петербургский политехнический университет ПетраВеликогоБалякин Артем Александрович, к.ф.-м.н., начальникотдела научно-технических программ и проектовуправления научно-аналитической информации,НИЦ «Курчатовский институт»Ведущая организация:АО НПФ «БИОСС», г.
Москва, ЗеленоградЗащита диссертации состоится «20» июня 2017 г. в 1430 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.02 при «Московском государственномтехническом университете им. Н.Э. Баумана» в ауд. 613м по адресу: 105005,г. Москва, Госпитальный переулок, д. 10.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана ина сайте: http://bmstu.ru/.Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенныепечатью, просьба высылать по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5,стр.
1, на имя ученого секретаря диссертационного совета.Автореферат разослан «»_____________2017 г.Ученый секретарь диссертационного совета,к.т.н., доц.Муратов И.В.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияПроблема исследования кровообращения человека как сложной биомеханической системы до конца не решена. В первую очередь, это связано с отсутствием качественных моделей для прогнозирования заболеваний сердечнососудистой системы (ССС) и наличием ряда сложностей и ограничений при диагностике болезней сердца и сосудов. Кроме того, специфика соответствующейаппаратуры не позволяет адекватно оценить особенности кровообращения вхирургии открытого сердца. Создание миниатюрных ультразвуковых (УЗ) измерителей скорости кровотока (СК), а также оптимизация электронных системдетектирования, расшифровки и обработки сигнала прибора обеспечивают возможность выявить особенности центральной и регионарной гемодинамики, вт.
ч. интраоперационно осуществлять поддержку принятия решений в кардиохирургии. Исследование и применение новых математических методов и алгоритмов оценки основных количественных и качественных показателей такихфизиологических сигналов (флоуметрия), анализ их внутренней организации иструктуры имеют большой практический и теоретический интерес. В связи сэтим становятся актуальными задачи анализа рассматриваемых сложных биологических систем с учетом особенностей, обусловленных, в т. ч., наличиемнелинейных компонент и множества циклов в динамике их флуктуаций.Степень разработанности темыФундаментальные исследования коронарного кровообращения привели ксозданию ультразвуковой аппаратуры для регистрации кровотока в сосудахсердца, а также линейной и объемной СК по коронарным шунтам и триплексного сканирования поверхностных артерий сердца (фирмы Transonic, США;Medistim, Норвегия, и др.).
В РФ с целью создания аппаратуры такого уровняведутся активные разработки фирмами Минимакс (г. Санкт-Петербург) и НПФБИОСС (г. Москва, Зеленоград). Несмотря на решение ряда вопросов исследования коронарного кровотока в эксперименте и первые успешные шаги в клинике, проблема теоретического исследования патофизиологии коронарногокровообращения остается открытой: требуется построение моделей болезнейССС, выявление закономерностей влияния заболеваний на различные показатели кровотока и последующее существенное развитие доступной аппаратуры. Всвязи с этим необходим системный подход при исследовании сигнала СК человека, основанный на применении как традиционных для данной сферы методови средств цифровой обработки сигнала (ЦОС), так и новых методов нелинейной динамики, фрактального анализа, вейвлет-анализа и др.
Все это даст возможность количественно выразить системные свойства физиологических систем, визуализировать эти данные, оценить их соответствие теоретическим положениям о нормальном кровообращении и найти общие закономерности. Этопозволит предложить более широкие возможности для специалистов при диагностике патологий у пациентов, а также выработать рекомендации по оптимизации элементов конструкции приборов, используемых в ультразвуковой доп1леровской флоуметрии. Изложенное образует идеи, составляющие основупредмета и цели настоящего исследования.Постановка задачиОбъект исследования – сердечно-сосудистая система, состоящая из сердца – бионасоса и кровеносных сосудов – полых трубок различного калибра.
Регулирование кровообращения в ССС имеет сложный характер, а поведениеданной системы плохо поддается формализации. Тем не менее, требуется осуществлять идентификацию состояний ССС по доступным исследователю параметрам системы. С этой целью в настоящей работе предлагается использованиедля представления ССС модели временных рядов (ВР), построенных по даннымУЗ доплеровских датчиков скорости кровотока различной природы (периферического кровотока, коронарного кровотока и т.д.).В настоящее время признанным является наличие нелинейной компонентыи множества циклов в динамике исследуемой сложной системы, вызванных изгибами и ветвлениями сосудов, колебаниями кровяного давления, флуктуациями диаметров сосудов, набеганием потока крови на вогнутые части сосудов свозникновением тенденций к винтообразному течению массы крови, а такжедр.
факторами.Предмет исследования – выявление целесообразности применения цифровой обработки сигналов кровотока, включая методы нелинейной динамики ивейвлет-анализа, при диагностике состояния ССС.Цель и задачи диссертацииЦелью диссертационной работы является создание методики и алгоритмовдля идентификации состояний сложной физиологической системы с нелинейной динамикой на примере обработки данных УЗ доплеровских измерителейСК с использованием методов нелинейной ЦОС и вейвлет-анализа.
Осуществлять идентификацию состояний системы для диагностики патологий предполагается по количественным показателям (скоростных характеристик потока,уровней периферического сопротивления и кинематики и др.), для которых существуют экспертные оценки референсных интервалов и качественным показателям (waveform analysis – анализ формы волны результатов обработки ВР,представляющих исследуемую систему).Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:1) Разработка, модификация и сравнительный анализ методов первичной и вторичной обработки сигналов СК с учетом их особенностей и физической природы: фильтрация, сглаживание, определение шумовых компонент и параметров нелинейной динамики, спектральный анализ, анализ квазипериодической природы сигналов, пространственно-временной (вейвлет-) анализ и др.2) Разработка методики и алгоритмов фазового анализа, качественного анализаформы кривой СК и определения количественных параметров кровотока поданным УЗ (8 и 16 МГц) доплеровских датчиков линейной СК в условиях отсутствия дополнительных синхронизирующих данных.3) Разработка алгоритмов визуализации кривой СК и поля скоростей внутри со2суда по данным одноэлементных УЗ датчиков скорости кровотока с узкимлучом.4) Полунатурное моделирование и реализация разработанных алгоритмов дляустановления возможности их использования в процессе работы прибора врежиме реального времени.
Разработка программно-математического обеспечения для расчета диагностических показателей и параметров кровотока.Работа соответствует паспортам научных специальностей:05.13.01 «Системный анализ, управление и обработка информации (в технических системах)»: пункт 4 «Разработка методов и алгоритмов решения задачсистемного анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработкиинформации»; пункт 5 «Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятиярешений и обработки информации»; пункт 12 «Визуализация, трансформация ианализ информации на основе компьютерных методов обработки информации».05.11.17 «Приборы, системы и изделия медицинского назначения»: пункты1 и 2 (см.
паспорт).Методология и методы исследованияВ работе использованы теоретические и экспериментальные методы математического моделирования, нелинейной (хаотической) динамики, фрактального анализа, вейвлет-анализа, математического анализа, вычислительной томографии, математической статистики и вычислительной математики.Достоверность и обоснованность результатов обусловлены корректнымиспользованием существующего и разработанного математического аппарата,обеспечиваются апробацией результатов исследований на российских и международных научных конференциях, публикацией в печати и подтверждаются соответствием полученных в диссертационной работе результатов экспериментальных исследований теоретическим положениям.Научная новизна результатов1) Предложена новая методика обобщения информации о результатах, полученных при помощи разработанных и модифицированных алгоритмов цифровой обработки ВР, представляющих сигналы СК (первичная обработка, исследование внутренней организации рядов, спектральных и частотновременных характеристик сигналов, фазовые портреты по Паккарду–Такенсу), расчета скоростных характеристик потока, уровней периферического сопротивления и показателей кинематики, для идентификации состояний системы и выявления направления формирования системы поддержкипринятия решений в диагностике патологий ССС и кардиохирургии.2) Для идентификации шумовой и хаотической составляющих системы предложена комплексная методика исследования флуктуирующего кровотока методами нелинейной динамики, включающая модификацию и адаптацию алгоритма вычисления показателя Ляпунова для исследуемых данных.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
