Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Математична модель тонового сигналу для діагностики стану клапанів серця людини 1999 года.
Источник: Автореф. дис... канд. техн. наук: 01.05.02 / Г.М. Осухівська; Терноп. держ. техн. ун-т ім. І.Пулюя. — Т., 1999. — 20 с. — укp.
Аннотация: Дисертація стосується питань математичного моделювання тонового сигналу серця людини. В дисертації показано адекватність моделі тонового сигналу серця людини у вигляді періодичного корельованого випадкового процесу описові інформативних ознак цього сигналу для діагностики стану клапанів серця людини. Установлено, що частоти, на яких злокалізована потужність, є характеристиками інформативних ознак серцевого тону і відповідають функціональному станові клапанів серця. Обгрунтовано в рамках вибраної моделі використання фільтрового методу для визначення інформативних ознак тонового сигналу. Проведено структурний синтез цифрових рекурсивних фільтрів для отримання інформативних ознак серцевого тону. Розроблено методику та обгрунтовано умови створення діагностичної системи оцінювання стану сердця для діагностики клапанних уражень сердця людини.

Текст работы:

Міністерство освіти України

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя



Осухівська Галина Михайлівна



УДК 519.24:519.218.82




МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ТОНОВОГО СИГНАЛУ ДЛЯ ДІАГНОСТИКИ СТАНУ КЛАПАНІВ СЕРЦЯ ЛЮДИНИ



Спеціальність 01.05.02 Математичне моделювання та обчислювальні методи




Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук




Тернопіль 1999

Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в

Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти України



Науковий керівник




доктор фізико-математичних наук,

професор Дра?ан Ярослав Петрович,

Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, професор кафедри “Біомедичні системи та апарати”


Офіційні опоненти:












доктор технічних наук,

доцент Овсяк Володимир Казимирович,

Українська академія друкарства, професор кафедри автоматичних та компютерних технологій


кандидат фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Войчишин Казимир Станіславович, Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури Національного агенства з питань інформатизації при Президентові України, керівник наукового відділу пошуку і накопичення інформаційно-прогностичних закономірностей базових даних


Провідна установа



Державний університет “Львівська політехніка”, кафедра конструювання та технології радіоелектронної апаратури, Міністерство освіти України, м. Львів

Захист відбудеться  ""24 ЧЕРВНЯ 1999 р.  о 13 годині  на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.01 в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя, 282001, м.Тернопіль, вул.Руська, 56


З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 282001, м.Тернопіль, вул.Руська, 56


Автореферат розісланий ""22"" ТРАВНЯ 1999 р.



Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                        Петрик М.Р.

загальна характеристика роботи


Актуальність теми. Стан серця характеризується роботою різних його структур. При цьому вони породжують сигнали, для реєстрації яких розроблено різні методи. Кожен з отримуваних видів сигналів (потенціали, механічні коливання, звук та ін.) несе найбільше відомостей про стан характерної йому структури серця. Зокрема, роботу клапанів серця найповніше характеризують акустичні сигнали. Але відомі результати дослідження акустичних (тонових) сигналів серця ще не привели до створення апаратури, яка дозволяє ефективно використати їх для меддіагностики стану клапанів.

Досліджують серцеві тони (тоновий сигнал серця) людини за допомогою аускультації, тобто звичайного прослуховування. При такому методі виявлення патології залежить від професійності лікаря, роздільної здатності його вуха та інших субєктивних факторів, до того ж в такому випадку не всі тони доступні слуховому сприйняттю людини (наприклад, третій чи четвертий). Реєструють тони серця за допомогою фонокардіографії, яка дає відомості про тони і шуми серця, тобто про звукові явища, що супроводжують відкриття і закриття клапанів. Звичайна фонокардіографія, як показала практика, дає лише приблизне уявлення про ці сигнали при записі на різних частотних каналах, при цьому аналіз серцевого тону здійснюють тільки шляхом порівняння моментів виникнення і тривалості тонів з електрокардіограмою.

Спектральна фонокардіографія відкрила більше можливостей для діагностування серцевих уражень. При цьому методі дослідження тоновий сигнал людини розглядають як детермінований і оцінюють його амплітудний спектр. Такий метод поліпшує виділення відомостей про наявність високочастотних складових в тоні, що дозволяє лікарям виявити ряд хвороб клапанів серця, але рання діагностика неможлива. Спектри тонів мають характерне розміщення зі стабільними, вузькими тональними смугами, які розподілені в широкій смузі частот. При розгляді спектрів окремо кожного тону по всій вибірці помітна мінливість, а це означає, що досліджуваний сигнал не є детермінованим (що випливає з фізичної природи породження сигналу), і тому такий метод не дозволяє виявити фінітні інваріантні ознаки тонового сигналу серця. Через це виникла необхідність підійти до розгляду таких сигналів зовсім з іншої точки зору з позиції теорії випадкових процесів (а саме енергетичної теорії стохастичних сигналів Дра?ана Я. П.) та за допомогою її засобів створити математичний опис (модель) як базу обгрунтування алгоритмів для оцінювання характеристик (інформативних ознак) тонового сигналу.

Математичне моделювання (формальний опис) тонового сигналу серця людини для меддіагностики стану клапанів повязане з такими аспектами: медичний  об'єктивна діагностика стану клапанів серця людини;  технічний

створення апаратури, яка б забезпечувала належну обєктивність, більшу роздільну здатність, швидкодію для діагностики серцевих патологій; науковий  створення математичної моделі для обгрунтування алгоритмів статистичного аналізу тонових сигналів та їх апаратурної реалізації.

Отже, дослідження сигналів від серця і створення засобів їх опрацювання та аналізу в наш час є актуальним і перспективним напрямком біомедичної інтроскопії завдяки незначній, порівняно з іншими можливими способами відбору відомостей, інвазивності, достатній інформативності.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота повязана з науковою темою, яка виконувалась в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя на кафедрі “Біомедичні системи та апарати”: номер державної реєстрації 0197 U004549 “Система екологічно-медичного моніторингу довкілля”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є побудова моделі тонового (акустичного) сигналу та створення методики визначення інформативних ознак сигналу для діагностики стану клапанів серця людини.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі задачі:

1. Проведення аналізу методів і засобів дослідження серцевих тонів людини з метою виявлення основних властивостей і характеристик сигналу, які його повно і несуперечливо описують.

2. Побудова та обгрунтування математичної моделі тонового сигналу, в якій враховано суттєві для діагностики властивості сигналу.

3. Вибір ознак для побудови діагностичних процедур в рамках запропонованої моделі, які є інформативними.

4. Розроблення методики реєстрації та опрацювання сигналів на базі моделі тонового сигналу для визначення характеристик інформативних ознак.

5. Створення алгоритмів і засобів для оцінювання інформативних ознак тонового сигналу серця людини.

Наукова новизна одержаних результатів:

Установлено, що відліки тонового сигналу, відібрані у вузьких смугах частот, мають властивості стаціонарних послідовностей, що дало можливість створити математичну модель.

 Вперше обгрунтовано можливість використання періодично корельованого випадкового процесу (у вигляді сигналу релаксаційного мультипульсатора) як моделі для опису й аналізу тонового сигналу серця людини, що стало підставою вибору ознак.

Установлено факт відповідності функціонального стану клапанів серця виглядові спектральних компонент.

Вперше синтезовано структуру фільтру для визначення спектральних компонент для серцевого тону людини.

Проведено структурний синтез фільтру для оцінювання інформативних ознак тонового сигналу за допомогою фільтрового методу статистичного аналізу періодично корельованих випадкових процесів.

Практичне значення одержаних результатів. Виявлені інформативні ознаки тонового сигналу серця людини дають можливість діагностики клапанних уражень, що є важливим для своєчасного лікування, продовження працездатності, зменшення інвалідизації хворих. Особливо ефективний є запропонований метод при профілактичних оглядах. Показано адекватність використання для цього енергетичної теорії стохастичних сигналів, а саме обгрунтування модифікації засобів статистичного аналізу стаціонарних випадкових процесів стосовно теорії періодично корельованих (фільтровий метод статистичного аналізу), а також рекурсивного алгоритму цифрової фільтрації.

Отримані результати впроваджені на кафедрі нормальної фізіології Тернопільської державної медичної академії ім. І. Я. Горбачевського у навчальний процес.

Особистий внесок здобувача. Всі результати, що складають основний зміст дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. В публікаціях, які написані у співавторстві, дисертанту належить: в роботі [3] обгрунтування вибору моделі тонового сигналу серця людини у вигляді періодично корельованого випадкового процесу та отримання інваріантів цього сигналу; [4]  отримання інваріантів тональних сигналів на підставі використання фільтрового методу статистичного аналізу періодично корельованих випадкових процесів; [5] опис статистичної обробки тонів серця людини методами енергетичної теорії стохастичних сигналів; [6] аналіз акустичних біомедичних сигналів фільтровим методом, тобто опрацювання фільтрових вирізок зі смугами частот ширини, рівної основній частоті серцевого циклу, і центрованих частотами кратними їй; [10] отриманння характеристик кардіосигналів за допомогою використання теорії випадкових процесів; [11] використання еталонних акустичних біомедичних ритмічних сигналів для діагностики стану клапанів серця людини; [12] статистичне опрацювання тонів серця людини на підставі використання фільтрового методу статистичного аналізу періодично корельованих випадкових процесів та виявлення інформативних ознак тонових сигналів; [13] дисертантові належить ідея створення блок-схеми дослідження тонових сигналів серця людини та результати аналізу для отримання інваріантів цього сигналу.

Апробація результатів дисертації. Викладені в дисертаційній роботі результати доповідались і обговорювались на: міжнародній конференції “Компютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи (Друкотехн-96)”, м. Львів, 1996 р.; четвертій міжнародній конференції “Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET96)”, м. Львів, 1996 р.; третій всеукраїнській міжнародній конференції “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів (Укробраз 96)”, м. Київ, 1996 р.; 4-ій українській конференції з автоматичного управління “Автоматика-97”, м. Черкаси, 1997 р.; міжнародній науково-технічній конференції “Современные методы цифровой обработки сигналов в системах измерения, контроля, диагностики и управления (ОС-98)”, м. Мінськ, Республіка Бєларусь, 1998 р.; міжнародній конференції “Компютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи (Друкотехн-98)”, м. Львів, 1998 р.; міжнародній науковій конференції “Розробка та застосу-вання математичних методів у науково-технічних дослідженнях”, м. Львів, 1998 р.; четвертій всеукраїнській міжнародній конференції “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів (Укробраз-98)”, м. Київ, 1998 р.; третій науково-технічній конференції “Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино- і приладобудуванні”, м. Тернопіль, 1998 р., науково-технічних семінарах кафедри “Біотехнічні системи та апарати” Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, 1996-1998 рр.

В цілому робота обговорювалась на кваліфікаційному семінарі Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя, на науковому семінарі Державного науково-дослідного інституту інформаційної інфраструктури Національного агенства з питань інформатизації при Президентові України, м. Львів, 1999 р.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи відображені у 13 наукових працях (5 написані без співавторів), з них 6 статті у наукових журналах та збірках наукових праць.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Робота викладена на 140 сторінках, в тому числі 36 рисунків, 4 таблиці, а також три додатки на 38 сторінках. Список використаних джерел містить 122 бібліографічні найменування. Загальний обсяг дисертаційної роботи 178 сторінок.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


У вступі дисертаційної роботи обгрунтовано актуальність теми дисертації, звязок роботи з тематикою наукових досліджень у Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя, сформульована мета і задачі дослідження, а також наукова новизна отриманих результатів та їх практичне значення, подано відомості про публікації, в яких викладений основний зміст дисертаційної роботи, апробацію роботи.

В першому розділі описано стан досліджень і використання тонових сигналів серця людини, механізм виникнення тонів серця та їх фізичне трактування. Зроблено огляд літератури, яка стосується статистичного аналізу тонових сигналів серця людини, а також існуючих методів опрацювання таких сигналів.

При роботі серця і русі крові судинами виникають коливання різної частоти і амплітуди, які нашаровуються одні на інші. Такі звукові явища серця людини називають тонами і шумами. Роботу клапанів оцінюють за так званими звуками серця, або інакше тоновим сигналом.

Тони серця це коливання, які не перевищують 100150 Гц. Згідно з таблицею Шмідта-Фойгта для першого тону частота коливань становить 30120 Гц, для другого тону вона рівна 70150 Гц, для третього 1070 Гц, для четвертого 2070 Гц.

Правильне уявлення про фізичну суть звукових явищ серця базується на знанні основних положень вчення про звук і результатах експериментально-клінічного дослідження тонів і шумів серця за допомогою використання нових методів і апаратури.

Багато дослідників тонів серця (Л. І. Фо?ельсон, М. В. Черноруцький, І. І. Савченков, С. Ф. Олійник, А. І. Кобленц-Мішке