Диссертация (1025404), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Ельцина (в 2012 г.), фонда Бортника (договор № 3838ГУ2/2014) иПравительства Российской федерации (постановление № 211, контракт№ 02.A03.21.0006).Методы исследования: Поставленные в работе задачи решались сиспользованиемтеорииматематическогобиотехническихмоделирования,систем,СВЧсистемногоанализа,радиометрии,теориимультифрактального формализма и методов математической статистики приисследованиибиомедицинскихсигналов.Численныерешенияпримоделировании характеристик АА, погрешности измерения радиояркостнойтемпературыконтактнымбиомедицинскихсигналовСВЧрадиотермографомрадиофизическогоиоценоккомплексаданныхсобственногоэлектромагнитного излучения головного мозга и характеристик ВСР получены спомощью пакета прикладных программ MATLAB.
При моделированиихарактеристик АА применялся численный гибридный метод MOM/FEM (методмоментов/метод конечных элементов) программного пакета численногоэлектромагнитного моделирования FEKO.Научная новизна работы состоит в следующем:1. Результаты исследований характеристик контактного СВЧ радиотермографа,предназначенного для мониторирования собственного электромагнитногоизлучения головного мозга, позволившие оптимизировать характеристикиантенны-аппликатора(АА)сконтактнымиштырями,уточнитьрольподшумливания границы АА-тело и обосновать схемно-техническое ипрограммно-алгоритмическое решения, обеспечивающие минимизацию ошибокоценокпараметровэлектромагнитногоизлученияголовногомозгаоткоэффициента отражения АА с телом за счет учета потерь в элементах схемытермобаланса радиотермографа.82. Полученыподтверждениявозможностиописаниякратковременныхсигналов собственного электромагнитного излучения головного мозга какмультифрактальных сигналов и сделаны оценки их параметров, которыесогласуютсяссоответствующимипоказателямиХерстасобственногоэлектромагнитного излучения головного мозга и сигналов ВСР.3.
Предложен принцип комплексирования СВЧ радиотермографа и приборовдля функциональной диагностики вегетативной и центральной нервных системв многоканальном радиофизическом комплексе, а также соответствующаяметодика совместного анализа биомедицинских сигналов.4. На основе предложенной методики получены количественные оценкивлияниявегетативнойрегуляциинаформированиесобственногоэлектромагнитного излучения головного мозга.5. Обнаружена согласованность динамики изменения кросскорреляционногопоказателя Херста у больных пациентов до лечения и после реабилитационногокурса с клиническими данными лечебного процесса.Теоретическая и практическая значимость работы:сформулированы принципы комплексирования многоканального СВЧрадиотермографа и измерителей характеристик вегетативной и центральнойнервных систем в составе радиофизического комплекса; получены доказательства мультифрактальной природы кратковременныхсигналов собственного электромагнитного излучения головного мозга; получены оценки роли вегетативной регуляции при формированиисобственного электромагнитного излучения головного мозга; разработана математическая модель структуры АА-тело для исследований всреде FEKO с помощью гибридного метода моментов/метода конечныхэлементов различных вариантов вибраторных АА; изготовлены экспериментальные образцы вибраторной АА с контактнымиштырями и проведены их лабораторные испытания, которые подтвердилиадекватность разработанной математической модели структуры АА-тело;9 разработаны программы для решения задачи минимизации ошибки оценкипараметров электромагнитного излучения головного мозга от коэффициентаотражения АА с телом; предложенысхемно-техническогорешения,которыепозволяюткомпенсировать потери в СВЧ элементах схемы термобаланса радиотермографа; получены оценки точности мультифрактальных методов с использованиеммодельных временных рядов разных типов генерации сигналов броуновскогодвижения, которые применимы для исследования фрактальных характеристикреальных кратковременных биомедицинских сигналов; разработаны алгоритмы и их программное обеспечение в среде MATLAB длясовокупногомультифрактальногоанализавыходныхсигналовСВЧрадиотермографа и приборов для функциональной диагностики вегетативной ицентральной нервных систем многоканального радиофизического комплекса.Внедрение результатов работы:Материалы диссертационной работы использованы:1.При модернизации радиофизического комплекса МРТРС.2.В Республиканском клиническом госпитале ветеранов войн республикиМарий Эл (г.
Йошкар-Ола) при обработке экспериментальных данных,получаемых с помощью радиофизического комплекса МРТРС.3.В Институте радиоэлектроники и информационных технологий-РтФУральскогофедеральногоуниверситетаприразработкемагистерскойпрограммы «Интеллектуальные информационные системы и технологиифункциональнойдиагностикиинейрореабилитации»понаправлениюподготовки 09.04.02.
«Информационные системы и технологии».4.При подготовке учебного пособия «Анализ биомедицинских сигналов всреде MATLAB: учебное пособие/ В.С. Кубланов, В.И. Борисов, А.Ю. Долганов.– Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016. – 120 с.», рекомендованногометодическим советом ИРИТ-РтФ УрФУ для студентов, обучающихся понаправленияммагистратуры09.04.02.технологии» и 11.04.01. «Радиотехника».«Информационныесистемыи10Научные положения, выносимые на защиту:1. Результаты исследования характеристик оригинальной вибраторной АА сконтактными штырями, лабораторные испытания которой подтвердили, чтоприменениеконтактныхштырейобеспечиваетнаименьшиеизменениякоэффициента отражения от границы АА-тело в режиме мониторированияфункциональных изменений в тканях головного мозга.2. Новые результаты исследования влияния потерь в элементах схемытермобаланса СВЧ радиотермографа, в которых уточнена роль подшумливанияперехода АА-тело.позволяющихРезультаты апробации схемно-технических решений,минимизироватьошибкиизмерениярадиояркостнойтемпературы, связанные с потерями в СВЧ элементах схемы термобалансарадиометрического приемника и изменениями коэффициента коэффициентаотражения АА с телом.3.
Мультифрактальные оценки кратковременных сигналов собственногоэлектромагнитного излучения головного мозга и их параметры, которыесогласуются с соответствующими показателями сигналов ВСР.4.Метод формирования данных о функциональном состоянии испытуемого спомощью оригинального программного обеспечения для вычисления и анализамультифрактальных показателей биомедицинских сигналов радиофизическогокомплекса. Результаты оценки роли вегетативной регуляции в формированиисобственного электромагнитного излучения головного мозга.Степень достоверности результатов проведенных исследований:достоверностьполученныхвработерезультатовподтверждаетсяихсогласованностью с фундаментальными положениями теории биотехническихсистем, радиофизики, биофизики, нелинейной динамики; использованиемадекватныхматематическихметодов;результатамилабораторныхиклинических исследований.Апробация работы.
Основные положения диссертации докладывались иобсуждались на научно-технических конференциях:11XIМеждународнойнаучно-техническойконференции«Физикаитехнические приложения волновых процессов». Екатеринбург, 2012; XРоссийско-германской конференции по биомедицинской технике. СанктПетербург, 2014; XI Международной научно-технической конференции «Физикаи радиоэлектроника в медицине и экологии». Суздаль, 2014; IV Всероссийскойнаучной конференции «Актуальные вопросы биомедицинской инженерии».Саратов, 2014; 7-th Annual International IEEE EMBS Conference on NeuralEngineering. Монпелье, Франция, 2015; 11-th German-Russian Conference onBiomedicalEngineering.конференцииАхен,«СВЧ-техникаГермания,и2015;25-ойтелекоммуникационныеМеждународнойтехнологии».Севастополь, 2015; International Conference on Biomedical Engineering andComputational Technologies (SIBIRCON).
Новосибирск, 2015; 9-th InternationalConference on Bio-inspired Systems and Signal Processing (BIOSIGNALS). Рим,Италия, 2016; II International Conference on Industrial Engineering. Челябинск,2016; 12-th Russian German Conference on Biomedical Engineering. Суздаль, 2016.Материалы работы обсуждены на научном семинаре факультета«Биомедицинская техника» Московского государственного техническогоуниверситета имени Н.Э. Баумана.Личный вклад автора. Диссертация является итогом исследованийавтора.
Все результаты исследований получены лично автором или принепосредственном его участии.Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, из них 4 визданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.Структура и объем работы. Содержание диссертации соответствуетпаспорту специальности 05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинскогоназначения. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, основныхвыводов и списка литературы.
Основное содержание работы изложено на 172страницах, включая 27 Таблиц и 41 рисунок. Список литературы включает 220источников.12ГЛАВА 1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВТКАНЯХ ГОЛОВНОГО МОЗГА1.1.Электромагнитное излучение головного мозга как индикаторизменений процессов регуляции в его тканяхИзвестно, что источником собственного электромагнитного излучения(ЭМИ), излучаемого телами любой физической природы, является броуновскоедвижениемикрозарядовстатистическойтеории,имикротоков[201].разработаннойСогласноЭйнштейномимолекулярноСмолуховским,броуновское движение возникает за счет внутренней энергии тела и возможнотолько при термодинамической температуре, отличной от абсолютного нуля.Именно поэтому собственное ЭМИ называют еще тепловым излучением.В общем случае, если тепловое излучение находится в термодинамическомравновесии с веществом, то такое излучение называется равновесным.
Спектртакого излучения эквивалентен спектру абсолютно черного тела и описываетсязаконом Планка [171]. () =2ℎ312ℎ −1,(1.1)где с – скорость света, h – постоянная Планка, k – постоянная Больцмана, Т –теромдинамическая температура, f – частота излучения и Bf – спектральнаяплотность ЭМИ.Закон Планка может быть аппроксимирован для микроволновогодиапазона как закон Релея-Джинса, при условии, что hf<<kT.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
