Диссертация (1025342)
Текст из файла
Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаНа правах рукописиКоннова Наталья СергеевнаМетоды и алгоритмы обработки, анализа и визуализации данныхультразвукового доплеровского измерителя скорости кровотокаСпециальность05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации(в технических системах)05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначенияДиссертация на соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:д.ф.-м.н., проф.
М. А. БасарабМосква20172СодержаниеСтр.ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................................... 5ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ СЕРДЕЧНОСОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ...........................................................................................................................111.1. Ультразвуковая доплеровская флоуметрия ..............................................................
111.2. Существующие решения в исследованиях кровотока .......................................... 181.3. Постановка цели и задач исследования ...................................................................... 52Выводы к первой главе .................................................................................................................. 53ГЛАВА 2. ИССЛЕДУЕМЫЕ ДАННЫЕ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА ..542.1.
Методика экспериментального исследования......................................................... 552.2. Методы анализа кривых кровотока .............................................................................. 592.2.1.Анализ структуры сердечного цикла ............................................................................. 592.2.2.Особенности коронарного кровотока ............................................................................
602.2.3.Фазовый анализ на основе различных методов регистрации сердечнойдеятельности ........................................................................................................................................................... 622.3. Расчет количественных показателей кривой кровотока ................................... 65Выводы ко второй главе ...............................................................................................................
68ГЛАВА 3. ОБЗОР ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДОВ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА 703.1. Первичная обработка сигналов скорости кровотока............................................ 713.1.1.Определение шумовых характеристик сигнала ....................................................... 723.1.2.Фильтрация и сглаживание временных рядов скорости кровотока .............
833.1.3.Устранение тренда временного ряда ............................................................................. 873.2. Спектральный анализ данных временных рядов скорости кровотока ........ 883.2.1.Преобразование Фурье ........................................................................................................... 893.2.2.Спектральная плотность мощности сигнала ............................................................. 913Стр.3.3.
Пространственно-временной (вейвлет) анализ ...................................................... 933.3.1.Вейвлет-преобразование ...................................................................................................... 943.3.2.Скалограмма сигнала ...........................................................................................................
1033.3.3.Модифицированные вейвлеты Котельникова-Шеннона на основеатомарных функций ......................................................................................................................................... 1063.4. Методы нелинейной динамики в обработке данных временных рядов .. 1133.4.1.Расчет старшего показателя Ляпунова на основе модифицированногоалгоритма Бенеттина.......................................................................................................................................
1133.4.2.Расчет энтропии динамической системы ................................................................. 1253.4.3.Показатель Херста и R/S-анализ .................................................................................... 1263.4.4.Взаимосвязь вариации Аллана и показателя Херста при идентификациишумовых процессов .......................................................................................................................................... 1323.4.5.Фрактальный анализ временного ряда......................................................................
1353.4.6.Оценка Хилла ............................................................................................................................ 1383.5. Алгоритм фазового анализа кривой линейной скорости кровотока ......... 138Выводы к третьей главе .............................................................................................................
147ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ДИАГНОСТИКЕПАТОЛОГИЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ..................................................................... 1494.1. Пример исследования нормального кровотока.................................................... 1494.2. Пример исследований патологического кровотока ........................................... 156Выводы к четвертой главе ........................................................................................................ 174ГЛАВА 5. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СИГНАЛА ОДНОЭЛЕМЕНТНОГО ДОПЛЕРОВСКОГОДАТЧИКА СКОРОСТИ КРОВОТОКА ....................................................................................................
1765.1. Схема измерений и математическая модель .......................................................... 1765.2. Постановка прямой задачи компьютерной томографии .................................. 1784Стр.5.3. Алгоритм визуализации поля кровотока на основе решения обратнойзадачи компьютерной томографии ................................................................................................ 180Выводы к пятой главе ................................................................................................................. 183ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ ................................................. 185СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ .................................................. 189СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ ....................................................................................................................
190СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................................................. 1915ВведениеИзучение фундаментальных закономерностей функционирования сердечнососудистой системы (далее – ССС) в норме и при патологии является основой дляпоиска средств эффективной профилактики и лечения болезней системыкровообращения человека. Одной из задач в этой области является разработкапрецизионных инвазивных диагностических систем, позволяющих получатьчеткий сигнал высокого качества, с последующим фазовым анализом кровотока вконкретном сосуде. Решение научно-исследовательских задач, связанных ссозданием миниатюрных внутрисосудистых, контактных и бандажных одно- идвухэлементных ультразвуковых датчиков кровотока, а также оптимизациейэлектронныхсистемрадиотелеметрии,детектированияирасшифровкиультразвукового сигнала, дает возможность выявить особенности центральной ирегионарной гемодинамики, обеспечить прецизионную регистрацию кровотока вмикрососудах (объемный кровоток порядка нл/с), регистрацию и сравнительныйанализ коронарного кровотока в хирургии открытого сердца.
Однако для поисказакономерностей в получаемых данных регистрации кровотока необходимопривлечение и соответствующего математического аппарата с целью анализакривых кровотока, в том числе – методов цифровой обработки сигнала,математического моделирования, нелинейной (хаотической) динамики, вейвлетанализа и др. Поэтому исследование и применение новых математическихметодов оценки основных количественных и качественных показателей такихфизиологических сигналов, с анализом их внутренней организации и структуры,имеет большой практический и теоретический интерес.
В связи с этим становятсяактуальными задачи анализа рассматриваемых сложных систем с учетомособенностей, обусловленных, в том числе, наличием нелинейных компонент имножества циклов в динамике их флуктуаций.6Объект 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, требуетсяосуществлять идентификацию состояний ССС по доступным исследователюпараметрам системы.
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}
