• Створити оптико-електронні біооко-процесорні діагностичні системи для оцінювання центральної та периферійної гемодинаміки на основі інтелектуального інтерфейсу та сучасних ПК;
• Дослідити медико-технічні характеристики та апробувати розроблені структури оптико-електронних систем та приладів діагностуванняунапрямку практичної медицини.
Об’єктом дослідження є динамічні процеси взаємодії та перетворення оптичного випромінювання у біотканинах, що мають місце при реєстрації і діагностики рівня периферійної мікроциркуляції, шляхом застосування оптико-електронних приладів та систем діагностики периферійного кровообігу.
Предметом дослідження є оптичні характеристики оптико-електронних біомедичних інтелектуальних приладів та систем, на основі яких визначаються гемодинамічні показники стану периферійного кровонаповнення іцентральної гемодинаміки.
Методи досліджень базуються на загальних положеннях теорії вимірювання оптичних параметрів неоднорідних біологічних середовищ шляхом аналізу процесіврозповсюдження оптичного випромінювання в біотканинах, що засновані на аналізі рівняння переносу, основних положеннях системного аналізу і теорії біомедичних приладів та систем, математичного моделювання, аналізу і синтезу, математичної статистики і комп'ютерної обробки інформації, теорії алгоритмів, оптико-електронних ланцюгів, функціональної діагностики та нечіткої логіки.
Концептуальна основа дисертаційної роботи базується на таких положеннях:
інтелектуалізація оптико-електронних „око-процесорних” діагностичних систем із застосуванням в її складі проблемно-орієнтованих експертних систем із базами знань, даних та системою логічного виведення і розвитку сучасного інтерфейсу;
автоматизація оптико-електронних „око-процесорних” біомедичних приладів та систем діагностування (контролю) периферійної мікроциркуляції, а також конструктивних вузлів самокорекції, адаптації, управління для здійснення активного та інтерактивного режимів вимірювань;
уніфікація первинних перетворювачів фотоплетизмографічних сигналів із покращенням інформативних характеристик та застосуванням у складі біооко-процесорної оптико-електронної системи длядіагностування стану периферійного кровонаповнення.
Виходячи з цих положень, сформульовано наукову новизни дисертаційної роботи.
Наукова новизна одержаних результатів
Сукупність досліджень та отриманих результатів цієї дисертаційної роботи є подальшим розвитком біомедичних приладів та систем – створення класу неінвазивних біооко-процесорних оптико-електронних систем нового покоління для діагностування рівня периферійного кровонаповнення з керованою динамікою характеристик оптичного випромінювання.
Основні результати і положення, що виносяться на захист, спрямовані на створенняінтелектуальних біомедичних оптико-електронних приладів та систем діагностування периферійного кровообігу із застосуванням теорії розповсюдження оптичного випромінювання в біологічнихнеоднорідних об’єктах та розроблення уніфікованих методик достовірного визначення основних гемодинамічних показників периферійного кровообігу із урахуванням ефектів розсіювання та метрологічних параметрів. Наукова новизна полягає в тому, що:
1. Створено новий клас інтелектуальних біооко-процесорних оптико-електронних систем, що враховує динаміку оптичного розповсюдження, обумовлену виявленими особливостями внутрішнього променерозподілу при керованих змінах параметрів. Це дозволило на основі встановлених закономірностей розширити можливості та визначити науково обґрунтовані принципи вдосконалення оптико-електронних систем у розглянутих галузяхзастосування та поширити їх для інших напрямків медичної практики.
2. Вперше отримано математичні моделі діагностування гемодинамічних показників, що враховують порушення периферійного кровообігу у хребетно-рухомих сегментахвідповідно до експертної бази даних і дозволяє діагностувати стан як периферійних судин, так і окремих органів організму людини шляхом оброблення фотоплетизмографічної інформації.
3. Вперше отримано коригуючі моделі пошарового розповсюдження оптичного випромінювання під час оцінювання рівня периферійної мікроциркуляції на заданій довжині хвилі зондуючого випроміню-вання, шляхом реєстрації відбитого світлового потоку біооко-процесорними оптико-електронними приладами та системами, що дало можливість підвищити достовірність при діагностиці стану периферійних судин. На відміну від відомих моделей, запропоновані моделі враховують, разом з осьовою силою світла та корисним кутом випромінювання, розрахунково-експериментальні та довідникові дані аналогів, а також апріорні параметри відбиваючих поверхонь, на підставі чого розроблено рекомендації щодо проектування оптико-електронних біооко-процесорних систем діагностики периферійного кровообігу.
4. Вперше отримано зразкові шаблони-маски із застосуванням методу вейвлет-перетворення для виявлення рівня патологій периферійної мікроциркуляції, що дозволяє підвищити достовірність діагностування шляхом оброблення біомедичної інформації.
5. Вперше створено архитектуру біооко-процесорної оптико-електронної експертної системи аналізу стану мікроциркуляції кон’юнктиви ока на основі блоку обчислення локального різницевого порогу з використанням методу W-перетворення, блоку вибору еталону, що дозволило підвищити достовірність діагностики до 84 %.
6. Дістала подальшого розвитку структурна організація оптико-електронних систем „око-процесорного” типу для діагностики периферійного кровонаповнення, що, на відміну від аналогів, дозволяють підвищити достовірність діагностики периферійного кровообігу шляхомоброблення фотоплетизмографічної інформації.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на основі теоретичних досліджень реалізовано інтелектуальні біооко-процесорні оптико-електронні прилади та системи для достовірного визначення гемодинамічних показників, що євизначальним у біомедичній діагностиці. При цьому запропоновані оптико-електронні прилади та системи дають можливість визначати порушення мікроциркуляції у різних ділянках, зокрема, щелепно-лицьовій ділянці, у хребетно-рухомих сегментах, нижніх кінцівках, передній черевній стінці.
Практичні дослідження, які викладені в дисертації, дозволили:
· реалізувати схемотехнічнірішення реалізації оптико-електронних приладів та систем діагностики периферійного кровообігу, що реєструють, обробляють фотоплетизмографічну інформацію;
· розробити рекомендації щодо створення уніфікованих оптико-електронних перетворювачів світлових потоків для реєструванняфотоплетизмографічнихсигналів та зображень мікроциркуляції кон’юнктиви ока;
· сформулювати вимоги і привести приклади практичної реалізації неінвазивних оптико-електронних приладів та систем діагностування периферійного кровонаповнення судин;
· здійснити апаратно-програмну реалізацію процесу для оцінювання біомедичнихсигналів на основі отриманих фотоплетизмограм.
Реалізовані у роботі неінвазивні оптико-електронні прилади та системи з оптичним перетворенням біомедичної інформації для оцінювання периферійної мікроциркуляції є комфортними та орієнтовані на впровадження модифікації найефективніших сучасних програмно-апаратних засобів із використанням сучасних баз знань.
Окремі розробки дисертаційної роботи впроваджено на базі таких закладів як:
· Корпорація "Лазер та здоров’я” (м. Харків);
· Український науково-дослідний інститут реабілітації інвалідів (м.Вінниця);
· Волинський обласний санаторій матері та дитини „Пролісок”;
· Вінницький національний медичний університет ім. М.І.Пирогова (кафедри щелепно-лицьової хірургії,госпітальної хірургії, очних хвороб та мікрохірургії ока);
· Вінницький обласний центр планування сім’ї та репродукції дитини.
Теоретичні результати дисертаційної роботи також використовуються у навчальному процесі на кафедрі лазерної та оптоелектронної техніки ВНТУ у рамках спеціалізації "Лазерна та оптоелектронна техніка в біомедичних системах і апаратах" при викладанні таких дисциплін, як: “Лазерна медична технологія”, "Схемотехніка біомедичних оптико-електронних апаратів", "Системотехніка оптико-електроннихі лазерних систем", "Методи обробки і розпізнавання біомедичних зображень", "Обробка біомедичних зображень".
Особистий внесок здобувача. Основні ідеї і розробки, що виносяться на захист, належать авторові. У наукових працях, написаних у співавторстві, дисертантові належать: принциповий підхід, методика, математична модель [1,2,11,22,30,36,37,48,52], принцип, математична модель, методика та інтерпретація результатів [7,9,15,18,23,25,26,28,29,32,43], принцип побудови, одержання експериментальних даних та їх інтерпретація [7,8,10,12,13, 14,17,20,31,34,40,41,42,47,50,51,53,55], принциповий підхід, фізична модель, дослідження, висновки [5,6,16,24,33,39], принцип побудови та частково результати досліджень [9,19,21,27,35,38,44,45,46,49,50,54,56,57].
Апробація результатів. Основні положення та результати досліджень доповідалися та обговорювалися на таких конференціях: 13-th Biennial International Conference “Biosignal’ 96 „Analysis of Biomedical Signals and Images” (Brno-Czech Republic, 1996); 2-nd International Symposium „Microelectronics Technologies and Microsystems: Proceedings” (Lviv, 1998); IV Всеукраїнській Міжнародній конференції „Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів” (Київ, 1998);8-th International IMEKO Conference on Measurement in Clinical Medicine “Biomedical Measurement and Instrument” (Dubrovnik-Croatian, 1998); IV науково-технічній конференції „Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- та приладобудуванні” (Тернопіль, 2000); II Міжнародному Смакуловому симпозіуму “Фундаментальні і прикладні проблеми сучасної фізики” (Тернопіль, 2000);I, II, III Міжнародних науково-технічних конференціях з оптоелектронних інформаційних технологій „Photonics-ODS’2000, 2002, 2005” (Вінниця, 2000, 2002, 2005); V International Conference “New Information and Computer Technologies in Education and Science “IES-2004” (Vinnytsia, 2004); ХХV, ХХVI, ХХVII, ХХVIII Міжнародних науково-практичних конференціях “Применение лазеров в медицине и биологии” (Луцьк, 2006, Ялта, 2006,Харків, 2007,Ялта, 2007);ІІ Міжнароднійнауково-практичній конференції “Сучасні проблеми мікроелектроніки, радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування (СПМРТП)”. – Вінниця, 2006; ІV Міжнароднійнауково-практичній конференції „Актуальні питання та організаційно-правові засади співробітництва України та КНР у сфері високих технологій” (Київ, 2007).