Анотація до роботи:

Яворська Є.Б. Математичні моделі та методи опрацювання ритмокардіосигналів для визначення характеристик серцевої ритміки з прогнозованою вірогідністю. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. — Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль, 2009 р.

У дисертаційній роботі розв’язано важливе наукове завдання — удосконалено математичне моделювання та методи опрацювання ритмокардіосигналу з урахуванням його нестаціонарності для визначення характеристик серцевої ритміки з прогнозованою вірогідністю.

Проаналізовано відомі методи та засоби визначення характеристик серцевої ритміки. Удосконалено математичну модель ритмокардіограми. Отримано вирази оцінок характеристик ритмокардіограми та розроблено цифрові методи їх оцінювання у біомедичних системах. Розроблено цифрові методи опрацювання ритмокардіограм та верифікацію отриманих результатів опрацювання. Вперше застосовано періодично-корельовану випадкову послідовність для математичного моделювання ритмокардіограми, що уможливило спрощення та автоматизацію аналізу нестаціонарної ритмокардіограми та забезпечило прогнозовану вірогідність результатів аналізу.

Обгрунтовано застосування статистик 2-го порядку для аналізу нестаціонарної ритмокардіограми, на відміну від відомих методів аналізу. Отримано нові вирази оцінок характеристик ритмокардіограми, що уможливило розрахунок параметрів цифрового опрацювання та отримання методів оцінювання з прогнозованою вірогідністю результатів оцінювання. Вперше застосовано методи статистичної теорії вибору рішень для визначення вірогідності результатів оцінювання спектральної густини потужності ритмокардіограми, що уможливило прогноз вірогідності результатів аналізу нестаціонарної ритмокардіограми.

Розроблені методи автоматичного опрацювання ритмокардіограми придатні для модифікації відомих методів та засобів аналізу характеристик ритмокардіограми у біомедичних системах, забезпечують автоматичні режими їх роботи, а також надаються для опрацювання інших біомедичних сигналів (електроенцефалограм, електроміограм тощо).

Результати надаються для застосування при виконанні наукових досліджень, їх впроваджено, зокрема, в НТЦ радіоелектронних медичних пристроїв і технологій ХАІ-МЕДІКА (м. Харків) у діагностичній системі КАРДІОСЕНС.

У дисертації узагальнено і вирішено наукову задачу, яка полягає в удосконаленні математичного моделювання та методів опрацювання ритмокардіосигналу з урахуванням його нестаціонарності для визначення характеристик серцевої ритміки з прогнозованою вірогідністю в рамках удосконаленої математичної моделі ритмокардіограми у вигляді періодично корельованого випадкового процесу з дискретним часом, що є важливим на етапах функціональної прогностичної діагностики психоемоційного та біофізіологічного стану організму.

При цьому отримані такі наукові та практичні результати:

1. Аналіз відомих методів та засобів визначення характеристик варіабельності серцевої ритміки, їх узагальнення показав, що базовим узагальнюючим припущенням, яке використовується при розробленні методів автоматичного опрацювання ритмокардіограми у біомедичних системах для визначення характеристик варіабельності серцевої ритміки та інтерпретації його результатів є стаціонарна математична модель.

2. Встановлено, що адекватним описом і математичною моделлю серцевої ритміки є нестаціонарна модель.

3. Обгрунтовано використання математичної моделі ритмокардіограми у вигляді періодично-корельованого випадкового процесу з дискретним часом, чим поширено застосування статистик 2-го порядку для аналізу нестаціонарної ритмокардіограми.

4. Розроблено цифрові методи опрацювання ритмокардіограми та метод верифікації її моделі, чим підтверджено достовірність результатів оцінювання характеристик нестаціонарної ритмокардіограми.

5. Аналіз результатів оцінювання спектральної густини потужності нестаціонарної тестової ритмокардіограми та ритмокардіограми з бази даних КАРДІОСЕНС показав збільшення імовірності вірогідної оцінки спектральної густини потужності знайденої на базі нестаціонарної моделі ритмокардіограми у порівнянні з такою ж оцінкою знайденою на базі стаціонарної моделі. Наприклад, для суми матсподівання та середньоквадратичного відхилення спектральної густини потужності, яка дорівнює 2 мс²/Гц, типові імовірності вірогідної оцінки складають відповідно і (для нестаціонарної моделі) та і (для стаціонарної моделі) при заданій імовірності помилки .

6. При використанні удосконалених методів автоматичного опрацювання ритмокардіограми відібраної для медичної норми при тесті з присіданнями (20 присідань за хвилину) отримано виграш усередненої вірогідності в 1,3 рази в діапазоні спектральної густини потужності () мс²/Гц в порівнянні з результатами, коли використовуються відомі методи оцінювання спектральної густини потужності.

7. Комп’ютерні моделі ритмокардіограми надаються для верифікації і тестування методів обробки нестаціонарної ритмокардіограми.

Розроблені методи автоматичного опрацювання ритмокардіограми придатні для модифікації відомих методів та засобів аналізу характеристик ритмокардіограми у біомедичних системах, забезпечують автоматичні режими їх роботи, а також надаються для опрацювання інших біомедичних сигналів (електроенцефалограм, електроміограм тощо).

Публікації автора:

1. Яворська Є. Властивості кореляційної функції дихальної варіабельності ритміки серця / Є. Яворська // Вісник ТДТУ. — 2005. — №1. — Т.10. — C. 134-144.

2. Принципи виявлення феноменів тонкої структури R-зубців кардіоритму / Я. Драґан, М. Медиковський, Л. Сікора, Є. Яворська // Комп’ютерні технології друкарства: зб. наук. пр. — Львів: Українська академія друкарства, 2004. — № 12. — С. 162-167.

3. Драґан Я.П. Концепції і принципи побудови моделей для означення метрологічних характеристик ритміки кардіосигналів / Я.П. Драґан, Б.І. Яворський, Є.Б. Яворська // Вісник нац. унів. “Львівська політехніка”: зб. наук. пр. — Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2002. — № 443. — С. 200-205. — (Серія „Радіоелектроніка та телекомунікації”).

4. Яворська Є. Оцінювання характеристик серцевої ритміки / Є. Яворська // 2-й Международный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2005: сб. науч. трудов.— Харьков: АН ПРЭ, ХНУРЭ, 2005. — Часть 2. — С.618-620.

5. Яворська Є.Б. Визначення достовірності методу оцінювання нестаціонарної варіабельності серцевої ритміки / Є.Б. Яворська // 7-й Международний молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке»: сб. материалов форума. — Харьков: ХНУРЭ, 2007. — С. 274.

6. Yavorska E.B. Electrocardiosignal preliminary processing under heart rhythmic determines / E.B. Yavorska // Оптоелектронні інформаційні технології (Фотоніка-ОДС 2002), Вінниця, 23-25 квітня 2002 р. — Вінниця: "УНІВЕРСУМ-Вінниця", 2002. — С.49.

7. Євтух П.С. Про обробку експериментальних даних при стрес моніторингу біосистем / П.С. Євтух, Б.І. Яворський, Є.Б. Яворська // Екологічний стрес і адаптація в біологічних системах: матеріали І-ї Всеукр. наукової конференції. — Тернопіль: ТДПУ ім. В. Гнатюка, 1998. — С.126-127.

8. Драґан Я. Обробка електрокардіограм для ритмокардіографії / Я. Драґан, Б. Яворський, Є. Яворська // 1-й Международный форум «Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития» МРФ-2002: сб. науч. трудов. — Харьков: АН ПРЭ, ХНУРЭ, 2002. — Часть 2.— С.618-620.

9. Dragan Y. Concepts and Principles for Desing of Models for Definition of Metrology Characteristics of Cardiosignal Rhythmic / Y. Dragan, B. Yavors’kyi, E. Yavorska // Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій, комп’ютерної інженерії: Матеріали міжнародної науково-технічної конференції. — Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2002. — С. 414.

10. Бондаренко З.В. Динаміка вагусних впливів на варіабельність серцевого ритму в стані спокою / З.В. Бондаренко, Є.Б. Яворська // 7-й Международный молодежный форум «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке»: сб. материалов форума. — Харьков: ХНУРЭ, 2003. — С.238.

11. Bondarenko Z. Computer Model Rhythmic the Cardiogram for Reseach of Characteristics Heart Rate Variability / Z. Bondarenko, O. Pyeh, E. Yavors’ka // Proceedings of the International Conference TCSET'2006, February28-March 4, 2006. — Lviv-Slavsko, Ukraine. — P. 630-632.

12. Dragan Y. Estimation of characteristics of heart rhytmics / Y. Dragan, H. Osukhivs’ka, B. Yavorskyy, E. Yavors’ka // Analysis of biomedical signals and images: рroceedings of 16-th international EURASIP Conf. BIOSIGNAL-2002.— Brno: Brno University of Technology, VUTIUM Press 2002, 2002.— P. 144-146.