Введение к работе
Актуальность.
Среди различных применений средств измерений, тестирования и контроля все более важное место занимает медицинская диагностика. Если в этой обширной области выделить средства диагностирования сенсорных систем, прежде всего, зрения и слуха, то можно отметить субъективность большинства применяемых методик в смысле их зависимости от способности пациента дать верную оценку своим субъективным ощущениям и высказать ее врачу. Отсутствие такой способности у малолетних детей и некоторых инвалидов ограничивает прнменпиость соответствующей Диагностической аппаратуры.
Отмеченного недостатка лишена аппаратура, реализующая объективные методики, диагностирования, в частности, осуществляющая выделение и регистрацию электрических вызванных потенциалов (ВП), т.е. потенциалов, генерируемых нервной системой пациента под действием тех или иных стимулов. Например, слуховые ВП (СВП) дают богатую Информацию о. состоянии различных отделов слухового анализатора (СА).
Наиболее объективными и часто используемыми среди СВП
являются коротколатеїглше СВП (КСВП), которые существуют на
протяжении 10 мс после подачи каждого стимула и в сотни раз
слабее "естественного" энцефалографического (ЭЭГ) фона, ила
вообще физиологического шума (ФШ). Поэтому для нх выявления
обычно используют синхронное накопление длинных серий
оцифрованных записей послестимулыюя активности ФШ,
содержащих, сигнал КСВП, с предварвтельпой аналоговой н
последующей цифровой фильтрацией, а также устранением записей
с выбросами, Перегружающих измерительный канал (артефактов).
Однако, в силу кестацяонаркости статистических характеристик
(СХ) ФШ, качество процесса синхронного накопления не
постоянно на всем- протяжении исследования, что приводит к
неоптямальноств выделения сигнала КСВП, поэтому актуальной
является задача контроля этого качества и улучшения результатов
накопления путем использования более тонких критериев отбора
устраняемых записей. .
Цель работы.
Настоящая работа посвящена повышению достоверности результатов, получаемых на ИИС для бкомеднцннских исследований, с учетом сложного характера сигнала слабых ВП и объекта исследований как системы, точности методов статистической обработки, специфических требований к ИИС и возможности автоматизации процесса исследований.
. Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие задачи:
проанализировать существующие методы получения и обработки слабых сигналов в биомедвцинской технике;
сформировать и исследовать модели процессов (сигнал объекта, шум объекта как помеха в различные составляющие внешней помехи);
рассмотреть н разработать аппаратные и программные методы борьбы с этими составляющими помехи на етапе первичного измерения н обработки сигналов:
разработать методику, повышающую степень достоверности результатов'при применении статистических методов обработки, основанную па реальных характеристиках полезного сигнала и помехи при конкретном виде исследований;
рассмотреть возможность переноса части выводов о качестве процесса накопления' аз субъективной области (выводы делает исследователь) в объективную (автоматизация процесса выявления сигнала).
Методы исследований основаны на применении аппарата теории вероятностей, математической статистики, моделирования, системотехники, теории управленим, вычислительной математики н вычислительной техники.
Научная новизна работы заключается в - - создании уточненной математической модели полезного согнала н помехи, учитывающей степень их нсстацнонарности;
выделении в принятой модели быстрой и медленной нестационарных компонент при использовании скользящего окна;
введении понятий коэффициентов детерминированности и синхронизации для описання взаимодействия записей при накоплении;
создании методики разделения быстрой и медленной нестационарных компонент в принятой модели;
- разработке алгоритма отбора (отбрасывания) отдельной записи
алп группы запясен по критерию их принадлежности к быстрое
нестационарной составляющей;
указания способов определения коэффициента детерминированности и синхронизации группы ' записей в скользящем окне с целью автоматического формирования критерия отбора;
использовании реальных экспериментальных данных для проверки качества алгоритма отбора.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработаны, созданы и внедрены:
ИИС для регистрация зрительных я слуховых ВП;
программное обеспечение (ПО), позволяющее сохранять в процессе эксперимента все полученные записи с целью
, последующей обработки;
- ПО для многостороннего постзкепернмеиталыгого анализа всего
процесса регистрации ВП с использованием ранее сохраненных
записей;
-г носильный программный модуль, .осуществляювдая авалю качества, процесса накопления, формирование критерия отбора, отбраковку не прошедших критерий оценки уровня допустимой кестацпонарностн записей п реальпом временя;
- полноценные специализированные программы рсгЕстрацли,
' анализа и представления зрительных и слуховых ВП с
использованием алгоритма отбора. Полученные результаты могут быть использованы н в других областях бкологин, медицины и т.д., где требуется анализ слабігх сигналов.
Результати работа использованы в созданных крп участия автора ИИС для регистрация слуховых ВП з проблемкой лаборатория восстановления слуха и речя Саякт-Петербургского Медицинского, университета им. акад. И.П.П&злова н а лгі5ораторпп физиологии сенсорных систем Института эволюционной физиологии п. бяохпмии пм. И.М.Сечегтоза, для регистрации зрительных ВП в лаборатории фпзнологпн зреяая в Иистіпуге физиология им. акад. И.П.Пазлона, ИИС для нонпторннга кровеносных сосудоз а НИИ кардиологии Минздрава РФ, ИИС для получения и анализа хронатографэтескях проб з Научно - производственной фярме "Микрон" (Ипстптут высокомолекулярных соединений РАН) и в РадЕсизотопноЭ клинической лаборатория НИИ кардиологии Минздрава РФ, ко которым получены акты о внедрения. Частвчло результаты реалязозаин в прогргіше "Город п техника - д^гям-ижаладз-ч" (Санкт-Петербург, 1993,1921).
Апробация работы.
Основные результаты работы были представлены на Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России" (Санкт-Петербург, 1995), семинаре "Computer Signal Processing la Clinical Medicine and Biomedical Engineering" (Bern, 1995), международной научно-практической конференции "Измерительно-информационные технологии в охране здоровья Метроиед-95" (Санкт-Петербург, 1995), Второй Всероссийской конференция "Врачи и пациенты за качество медицинского обслуживания" (Санкт-Петербург, 1995) и семинаре "Средства измерения, тестирования я контроля" Универсальной электротехнической выставки "UNEL-96" (Санкт-Петербург, 1996).
Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных трудов, ее материалы вошли в отчеты по НИР кафедры ИИТ СПбГГУ.
Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 133 наименований и приложений. Работа изложена на 137 страницах основного текста, содержит 43 рисунка и 8 таблиц. Общий объем приложений составляет 10 страниц.