Неінвазивні оптико електронні прилади та системи діагностики мікроциркуляції периферійного кровообігу (стр. 5 из 8)

Математичні вирази для оцінювання функціонального стану серця внаслідок виявлення оптико-електронної системою порушення мікроциркуляції у хребетно-рухомих сегментахбудуть мати такий вигляд (14-19):

У ході біомедичних досліджень виникає задача настроювання нейронечіткої мережі (рис. 7). Для настроювання параметрів цієї мережі використовуються рекурентні співвідношення, запропоновані проф. Ротш-тейном О.П. Сутність настроювання моделі полягає у підборі таких параметрів функцій належності (b-,c-) та ваг нечітких правил (w-), які забезпечують мінімум розходження між моделями та діагностичними результатами

де - дані діагностичних досліджень; b – координата максимуму; c – параметр ущільнення та розтягування.

У роботі запропоновано процедуру нормування масиву відліків вихідного сигналу та пошуку у банку еталонів найбільш відповідного еталону поточному масиву. Пошук відповідності еталона поточному масиву може проводитись з використанням кореляційних методів. Вираховується середнє

робочого масиву за фрагментом розміром , з подальшим його нормуванням , при і-ому зсуненні фрагменту за робочим масивом(20)

Далі вираховується відліки кореляційної функції на даному фрагменті з її нормуванням за розміром еталону (21)

У результаті вирахувань формується масив відліку кореляційної функції. З вказаного масиву вибирається максимальний відлік, котрий приймається як коефіцієнт кореляції КК робочого масиву й еталона.

У роботі сформовано зразкові шаблони-маски на основі застосування методу вейвлет-перетворення для виявлення рівня патологій периферійної мікроциркуляції. Кожну фотоплетизмографічну функцію f простору L²(R) може бути представлено у вигляді ряду (22)

Алгоритм формування полягає у тому, що спочатку до сигналу застосовуються вейвлет-перетворення, а потім із даних перетвореного сигналу видаляються деякі коефіцієнти. До коефіцієнтів, що залишилися може бути застосовано кодування. Ущільнене зображення відтворюється шляхом декодуванням коефіцієнтів.

На рис. 8,а та 8,б наведено приклад формування зразкових шаблонів-масок для виявлення рівнів патологій периферійної мікроциркуляції.

З метою зниження чутливості до спотворень, що вносяться при формуванні біомедичних зображень, пропонуються методи представлення біомедичного зображення узагальненим W - спектром просторової зв’язності.

Формуються різниці коефіцієнтів W - спектрів зв’язності зображень, що порівнюються, до максимального порядку включно (23)

Далі порівнюють різниціз похибкою d, при цьому, якщо

£d для всіх (lt)£(lt)_max, то зображення рівні, в іншому випадку – нерівні.

Виконано реалізація алгоритму порівняння фрагментів біомедичного зображення по W - спектрах зв’язності для формування шаблонів-масок біомедичних зображення, що відповідає запаленню кон’юнктиви ока. Приклад оброблення наведено на рис.9.

У п’ятому розділі запропоновано узагальнену структуру вимірювального каналу оптико-електронної системи діагностики|кошт, що наведено на рис. 10. Структура вимірювального каналу відноситься до типу схем прямого перетворення тапоказано вплив різних похибок на результат вимірювання|виміру|, які виникають в різних частинах|частках| вимірювального каналу.

Повне рівняння перетворення для вимірювального перетворювача , який працює в ІЧ-області буде мати вигляд (24)

де

- коефіцієнт пропускання поляризованого фільтру у вимірювальному перетворювачі (0,5ч0,6); І - сила світладжерелавипромінювання; - коефіцієнт, що характеризує проходження світла через оптичну систему (0,9 – 0,95); - відстань від джерела випромінювання до біооб’єкту; - відстань від біооб’єкту до фотосенсора; - кут падіння світла на площадку фотосенсора; - кут між нормаллю до відбивної поверхні і напрямом на відбивну площадку біотканини.

Під час розташування оптико-електронного сенсора виникає похибка встановлення, яка відноситься до випадкових похибок і зумовлена різницею у встановленні об’єкта дослідження по відношенню до падаючого випромінювання. Вона має нормальний закон розподілу з нульовим математичним очікуванням, що описується виразом (25)

де

– похибка встановлення зразка, – середнє квадратичне значення вказаної похибки.

Абсолютна достовірність, що представляє ймовірність правильного рішення при визначенні величини цього параметра(26)

де Р_помилк - ймовірність помилкового рішення внаслідок похибок вимірювання, що визначається сумою помилок першого (

) і другого ( ) роду.

У таблиці 2 наведено порівняльну характеристику біомедичних систем та приладів для діагностики периферійного кровообігу.

У результаті проведення дослідження обчислена достовірність оптико-електронної системи складає 0,84. Таким чином достовірність оптико-електронної системи дослідження мікроциркуляції кон’юнктиви ока збільшилась на 10 %.

Наведено взаємозв’язок біомедичних факторів при змінах мікроцир-куляції у хребетно-рухомих сегментах і гемодинамічні показники до і після терапії. При цьому коефіцієнт кореляції складає до терапії r_xy= 0.65 та після терапії r_xy= 0.7, помилка коефіцієнта кореляції,достовірність коефіцієнта кореляції, що показує на об’єктивність отриманих даних при дослідженнях.

Після вертебрологічного лікування відзначено достовірне збільшення (p<0,001) амплітуди артеріального притоку (А₂), зростання (p<0,001) співвідношення артеріального притоку та венозного відтоку (А₂/А₄) на користь першого, дещо збільшувалась максимальна швидкість V_макс артеріального кровонаповнення (p>0,05), значно зростала середня швидкість V_сер повільного кровонаповнення (p<0,001). Останнє свідчить про покращення мікрогемодинаміки у тканинах головного мозку. Показники, одержані після лікування, практично, не відрізнялися від контрольних (р>0,05).Дані результатів представлено в таблиці 3.

У шостому розділі розглянуто рекомендації щодо структурного синтезу неінвазивних оптико-електронних систем та приладів діагностування периферійного кровообігу. Визначено основні вимоги щодо реалізації оптичного сенсора та системи трансформації світлового потоку. Розроблено відповідну методику та алгоритм попереднього оброблення та визначення гемодинамічних показників, а також наведено рекомендації щодо розроблення програмного-алгоритмічного забез-печення.

Розроблені оптико-електронні системи для дослідження периферійного кровообігу наведено на рис. 11, 12.

У сьомому розділі наведено результати апробації розроблених оптико-електронних технологій. Особливу практичну цінність робота набуває у медичній діагностиці, де відповідно до розроблених і впроваджених принципів і методів визначаються патології мікроциркуляції у різних ділянках, зокрема, щелепно-лицьовій області, в хребетно-рухомих сегментах, нижніх кінцівок, передньої черевної стінки.

Встановлено, що вивченнямікроциркуляторного русла за умов патології за допомогою оптико-електронного приладу дає можливість визначати гемодинамічні параметри до і після проведеного лікування. Досліджено, що шляхом впливу на біотканину оптичним випромінюванням за допомогою лазерних та фотонних технологій можно покращувати рівень мікроциркуляції периферійного кровобігу. На рис.13 представлено розроблений лазерний прилад терапевтичного впливу. В таблиці 4 наведено приклад аналізу гемодинамічних показників на основі отриманих фотоплетизмографічних сигналів.

Таблиця

Результати досліджень периферійного кровообігу

№	Гемодинамічнийпоказник	До терапії		Після терапії		Коефіцієнтасиметрії
		1	2	1	2	1	2
1.	Рівень кровонаповнення	7	11	19	28	2.71	2.55
2.	Час кровонаповнення	86	127	268	104	2.5	0.82
3.	Рівень швидкого кровонаповнення	2	10	8	20	4	2
4.	Час швидкого кровонаповнення	32	61	105	71	3.28	2.16
5.	Рівень повільного кровонаповнення	5	1	11	8	2.2	0.5
6.	Час повільного кровонаповнення	54	66	163	33	3.02	0.5
7.	Рівень інцинури	4	2	6	2	2.5	1
8.	Рівень діастолічного відтоку	1	1	13	12	13	12

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ