Исследование методов статистического анализа данных тональной аудиометрии и разработка на их основе системы диагностики нарушений слуха Бондаренко, Роман Павлович

Введение к работе

Актуальность темы диссертации

Задачи исследования восприятия звуковых сигналов, совершенствование методов диагностики слуха и создание систем исследования и анализа слуховой функции человека наиболее актуальны в современной аудиологии. Это объясняется, прежде всего, тем, что все способы диагностики и реабилитации тугоухости направлены в конечном итоге на достижение улучшения восприятия разборчивости речи у больных. Выявлению патологии органа слуха посвящены многочисленные исследования в России и за рубежом: Таварткиладзе Г.А., Загорянская М. Е., Сагалович Б.М., Коломийченко А.И, Шейнман Н.С., Григорьева О.М., Джафек Б.У. Решение представленных выше задач обуславливает необходимость проведения клинических, методологических и теоретических исследований, с целью повышения эффективности диагностики и профилактики лечения патологии слуховой системы.

Актуальность диссертации определяется: особенностями методов оценки функционального состояния, использующих, в основном, косвенные оценки слуха, вытекающие из субъективных ощущений пациента; применением качественных показателей оценки слуха; необходимостью повысить точность решения задачи по определению отклонения от нормы; отсутствием эффективных алгоритмов статистической обработки тональных аудиограмм.

На кафедре электрогидроакустической и медицинской техники Технологического института Южного федерального университета в течение последних лет проводятся работы по исследованию физиологии системы слуха, в частности рассматривались вопросы анализа речевых сигналов методами нелинейной динамики и выявление на их основе классификационных признаков, позволяющих выявить различные эмоции в сигнале или состояние стресса/покоя (Хроматиди А.Ф., 2005 г., Перервенко Ю.С., 2009 г.). В этих работах разработан и апробирован аппарат и алгоритмы анализа физиологических сигналов методами нелинейной динамики.

В данной диссертационной работе предлагается применить методы регрессионного и кластерного анализа к данным тональной пороговой аудиометрии с целью определения новых классификационных признаков.

Цели и задачи работы

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методик и алгоритмов статистического анализа данных тональной аудиометрии и разработка на их основе приборов для диагностики нарушений слуха.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи диссертационной работы:

1. Сформулировать правила определения конфигурации тональных аудиограмм.

2. Разработать методику и алгоритм регрессионного анализа данных тональных аудиограмм.

3. Разработать методику и алгоритм кластерного анализа данных тональных аудиограмм.

4. Определить на основе результатов регрессионного и кластерного анализа данных аудиометрии новые признаки отклонения от нормы при статистическом анализе данных тональной аудиометрии.

5. Разработать принципы построения системы диагностики нарушений слуха и выполнить моделирование элементов системы.

Методики исследования

В работе использованы методы регрессионного и кластерного анализа данных тональной аудиометрии, полученных в результате исследования слуховой функции у пациентов для различных типов нарушения звукопроводимости и звуковосприятия, с целью определения новых диагностических признаков отклонения выходных параметров аудиометрии от нормы. Проводилась статистическая обработка и ранжирование данных тональной аудиометрии. На базе приложений в среде LabVIEW разработаны виртуальный прибор для регрессионного анализа данных аудиометрии и виртуальный прибор, реализующий алгоритм k-внутригрупповых средних для анализа тональных аудиограмм. Достоверность вычислений обеспечивалась статистической значимостью.

Основные выводы и положения сравнивались с известными результатами и были теоретически обоснованы. Анализируемый объем данных тональной аудиометрии включал аудиограммы с экспертной оценкой (по А.И. Коломийченко и Н.С. Шейнману) и тестовые аудиограммы, полученные в общекурортном сурдологическом центре ЗАО санаторий «Дружба» (г. Геленджик) с использованием медицинской аппаратуры, сертифицированной Минздравсоцразвития России.

Научная новизна диссертационной работы

1. Предложена методика регрессионного анализа данных тональных аудиограмм, которая позволила определить диапазоны значений коэффициентов корреляции, направление и силу корреляционной связи для выборок, характеризующих потери воздушной и костной проводимости тонов речевой зоны для нарушений звукопроводимости и звуковосприятия.

2. Предложена методика кластерного анализа данных тональных аудиограмм на основе метода k-средних, которая позволила определить область решений нечетких правил для совокупности значений атрибутов отклонения потерь воздушной и костной проводимости от нормы.

3. Разработаны принципы построения подсистем статистического и кластерного анализа для диагностики нарушений слуха.

Практическая значимость работы

1. Разработаны ранее не применявшиеся алгоритмы регрессионного и кластерного анализа данных аудиограмм.

2. Система диагностики слуха дополнена функциями регрессионного и кластерного анализа.

3. Сформулированы правила определения конфигурации тональных аудиограмм.

4. Выполнено моделирование подсистем регрессионного и кластерного анализа для диагностики нарушений слуха в среде LabVIEW.

Внедрение результатов работы

Разработанные методики анализа данных тональной аудиометрии и алгоритмы были использованы в НМФ «Нейротех» (Россия, г.Таганрог) для внедрения в компьютерную систему акустических вызванных потенциалов головного мозга. Методы оценки корреляционной зависимости и кластерного анализа и база данных тональных аудиограмм были использованы в учебном процессе кафедры ЭГА и МТ ТТИ ЮФУ для студентов специальности 200401 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» и магистрантов направления 200300 «Биомедицинская инженерия» в рамках курсов «Теория биотехнических систем», «Системный анализ и принятие решений» и «Узлы и элементы медицинской техники».

Апробация работы

Основные результаты работы обсуждались на научных конференциях и семинарах:

4. 1. Всероссийская НТК «Медицинские информационные системы» c международным участием, (Россия, г. Таганрог, 2006г., 2008г., 2010г.);

   2. VI Всероссийская научная конференция «Информационные технологии, системный анализ и управление» (Россия, г. Таганрог, 2008г.);

   3. Всероссийская НТК с элементами научной школы для молодежи «Перспективы фундаментальной и прикладной науки в сфере медицинского приборостроения», (Россия, г. Таганрог, 2009г.);

   4. VII Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых c международным участием «Молодежь и современные информационные технологии», (Россия, г. Томск, 2009г.);

   5. 14-я Пущинская международная школа-конференция молодых ученых, (Россия, г. Пущино, 2010г.);

   6. Х и ХI научно-практические семинары «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы», (Украина, г. Донецк, 2009г., 2010г.);

   7. 8-я Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь XXI века — будущее Российской науки», (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2010г.).

   8. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и сотрудников ТТИ ЮФУ (Россия, г.Таганрог, 2008-2011гг.

   Работа была обсуждена на совместном заседании кафедр электрогидроакустической и медицинской техники (ЭГА и МТ) и автоматизированных систем научных исследований и экспериментов (АСНИ и Э) Технологического института Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г.Таганроге от 8 июня 2011г.

   Публикации

   По материалам диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, среди которых 6 работ в журналах из Перечня ВАК.

   Структура и объем диссертации

   Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 141 наименование, приложений. Содержание диссертационной работы изложено на 189 страницах.

   Научные положения, выносимые на защиту

   1. Результаты исследований данных тональной аудиометрии методами регрессионного анализа и сформулированные на их основе признаки отклонения от нормы.

   2. Результаты исследований данных тональной аудиометрии методами кластерного анализа и сформулированные на их основе признаки отклонения от нормы.

   3. Принципы построения структурных схем подсистем регрессионного и кластерного анализа для диагностики нарушений слуха на основе разработанных алгоритмов формирования базы данных тональной аудиометрии, ранжирования аудиограмм, классификации аудиограмм по конфигурации, регрессионного и кластерного анализа аудиограмм.

   Похожие диссертации на Исследование методов статистического анализа данных тональной аудиометрии и разработка на их основе системы диагностики нарушений слуха

   

   Система диагностики нарушений слухаНисрин Абу Мандил

   

   Принципы диагностики и методы проектирования гибких элементов медицинских систем и разработка биотехнических систем на их основе Бегун Петр Иосифович

   Скринингующая система диагностики неврологических нарушений на основе самонастраивающегося фильтраИндюхин, Алексей Алексеевич

   

   Исследование и анализ нативных электроэнцефалографических данных методами нелинейной динамикиБорисова Ольга Сергеевна

   

   Разработка научных основ и практическая реализация биотехнических измерительно-вычислительных систем анализа газоразрядного свечения, индуцированного объектами биологической природыКоротков, Константин Георгиевич (1952-)

   

   Биомеханические основы диагностики функционального состояния системы "эндопротез-кость"Шатаева Елена Владимировна

   

   Компьютерная диагностика хронических гастритов на основе алгоритмов системы классификацииАйисси Гиасинт Анисет

   Методы и средства экспресс-диагностики сердечно-сосудистой системы на основе векторно-регрессионных моделей применительно к плетизмографииКирьяков Александр Александрович

   Методы и алгоритмы интеллектуальной системы диагностики сосудистой патологии сетчатки глаза на основе контурного спектрального анализа и нейросетевого моделированияНасер Адел Абдулсалам

   Автоматизированная система для скрининговой диагностики туберкулеза легких на основе анализа фрактальных объектовСтепанов, Владимир Александрович