Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Диссертационная работа:

Михайлов Назар Юрьевич. Программный комплекс имитационного моделирования сигнала пульсовой волны : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.18 : Ростов н/Д, 2004 162 c. РГБ ОД, 61:04-5/1894

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Оглавление 2

Список условных сокращений 5

Введение 6

Глава 1. Пульсовая волна как объект исследования в физиологии человека 11

1.1. Диагностическая значимость пульса в современной европейской и восточной медицинах 11

1.2. Проблема математического моделирования пульсовой волны... 20

1.3. Программно-аппаратные комплексы тестирования алгоритмов построения ритмограммы в режиме реального времени 27

1.4. Программно-аппаратные комплексы оценки состояния здоровья человека 30

1.5. Цели и задачи исследования 33

Глава 2. Модели и методы исследования сигнала пульсовой волны 34

2.1. Модель гармонического осциллятора 34

2.1.1. Аналитическое решение. Ограничения на параметры и состояния 34

2.1.2. Частотные характеристики импульса. Спектр Фурье 37

2.1.3. Приведение непрерывного модельного импульса к дискретному виду 43

2.1.4. Идентификация параметров во временной области 46

2.2. Модель пульсовой волны 52

2.2.1. Постановка задачи о выделении дыхательного паттерна 53

2.2.2. Радиотехнический подход при моделировании амплитудной модуляции 55

2.2.3. Амплитудная модуляция при наличии изолинии. Аддитивный подход при моделировании амплитудной модуляции реограммы 58

2.2.4. Аналитическое решение модели пульсовой волны 59

2.2.5. Амплитудная модуляция пульсовой волны. Спектр Фурье при амплитудной модуляции 60

2.2.6. Одноточечный алгоритм выделения аддитивных амплитудных составляющих 63

2.2.7. Ограничения метода. Влияние тренда 69

2.2.8. Эффект маскировки частот при выделении дыхательной волны из пульсовой волны 71

2.2.9. Блок-схема одноточечного вычислительного алгоритма выделения дыхательной волны 74

2.2.10. Экспериментальная проверка алгоритма выделения дыхания из сигнала пульсовой волны 80

2.3. Программный комплекс имитационного моделирования сигнала пульсовой волны в режиме реального времени 87

2.3.1. Описание класса TModelThread 89

2.3.2. Описание класса TCircleBufferll 90

2.3.3. Описание компоненты TGraphPanel 94

2.3.4. Описание классов для работы с АЦП (ЦАП) PCL-812 101

2.3.5. Описание классов для работы с АЦП (ЦАП) Альфа-100-16/32 104

2.3.6. Описание программы имитационного моделирования пульсовой волны в режиме реального времени 107

2.4. Выводы 113

Глава 3. Программный комплекс пульсовой диагностики 115

3.1. Оценка состояния здоровья человека методами традиционной медицины 116

3.2. Оценка состояния здоровья человека методами восточной медицины 125

3.3. Структура программного комплекса 127

3.4. Блок измерения 128

3.5. Блок обработки сигналов в режиме реального времени 132

3.6. Блок анализа результатов измерения 139

3.7. Блок визуализации промежуточных и конечных результатов измерений 142

3.8. Структура и назначение базы данных 144

3.9. Класс параметров приложения 145

3.10. Дополнительные функциональные возможности программного комплекса 147

3.11. Выводы 149

Заключение 150

Список литературы 152 

Введение к работе:

Бурное развитие компьютерной биометрии за последние 2-3 десятилетия во многом обусловлено разработкой и широким внедрением в клиническую практику новых, в том числе и сфигмографических, методов исследования состояния здоровья организма человека [1,2,3]. На основании параметров сигнала пульсовой волны (сфигмограммы) можно судить об изменениях гемодинамических характеристик, ритма сердца, скорости кровенаполнения в исследуемой части тела. В то же время физические процессы образования формы пульсовой волны до конца еще не изучены. Это порождает широкий круг задач, решаемых с помощью математического моделирования. Предметом исследования пульсовой волны, как раздела гемодинамики, являются три главные области:

1) физические и механические явления при течении крови в сосудах;

2) объяснение роли этих явлений при течении крови в сосудах;

3) практическое приложение результатов для клинических целей и целей диагностики.

При этом отдельно следует отметить область, касающуюся изучения характеристик ритма сердца.

В ранних теоретических работах, которые имели отношение к проблемам течения крови, рассматривалось распространение возмущений давления в эластичных трубах, содержащих невязкую жидкость. В 1950-е годы стали появляться модели распространения волн, учитывающие влияние вязкости. При непосредственном одновременном измерении на разных участках артериального дерева человека были получены профили давления крови (формы пульсовых волн), которые лишь частично были подтверждены с помощью указанных типов моделей гемодинамики [4,5]. В работе [6] указывается на то, что истолкование результатов моделирования пульсовой волны и ряда ее характеристик (импеданса, места отражения пульсовой волны) для сложных ветвящихся систем неизбежно оказывается сугубо предположительным. Исходя из этого, некоторые исследователи предлагали использовать более простые модели, например модель затухающего осциллятора [6]. Обладая сложной частотной структурой, она также позволяет решать ряд исследовательских и практических задач.

Одним из недостатков гемодинамических моделей является сложность учета процессов, участвующих в формировании ритма сердца. Указанные процессы могут быть получены с помощью различных моделей, однако, как отмечается во многих работах, посвященных моделированию ритма сердца, в связи с недостаточным пониманием процессов регуляции в сердечно сосудистой системе наиболее обоснованным является применение имитационных моделей [7].

При моделировании ритма сердца в работах [7,8] были использованы конечные соотношения между функциями, что не всегда является достаточным для анализа динамических режимов, хотя имеется ряд преимуществ, к которым можно отнести резкое упрощение описания новых режимов работы сердечно-сосудистой системы, появляющихся в литературе, легкость процесса создания и идентификации новых моделей, зачастую нелинейных. При этом появляется возможность детального исследования временных, частотных и статистических особенностей кардиоинтервалограммы и соотнесения их с уже известными процессами регуляции. Тем не менее, применение только одного из подходов — моделирование формы пульсовой волны или ритмограммы - не может дать полной информации о системе в целом. Таким образом, становится актуальной задача исследования частотных, амплитудных и временных характеристик пульсовой волны на основе объединения указанных выше двух подходов: математического моделирования формы пульсовой волны и имитационного моделирования кардиоинтервалограммы.

При этом практическое использование результатов математического моделирования пульсовой волны является одной из важнейших задач, позволяющих проводить неинвазивную диагностику состояния сердечнососудистой системы и организма в целом.

Цель работы - построение математической модели пульсовой волны. При этом решались следующие исследовательские задачи:

1. Создание и исследование алгоритма выделения дыхательной волны из сигнала пульсовой волны.

2. Разработка программно-аппаратного комплекса имитационного моделирования сигнала пульсовой волны в режиме реального времени для тестирования программных и аппаратных алгоритмов построения ритмограммы.

3. Разработка программно-аппаратного комплекса пульсовой диагностики для проведения измерения сигнала пульсовой волны в режиме реального времени и оценки состояния здоровья человека методами традиционной и восточной медицины.

Основные результаты работы:

1. Разработана математическая модель пульсовой волны, позволяющая использовать конечные соотношения между функциями, которые имитируют различные режимы работы сердечно-сосудистой системы. Показано, что диагностическое применение амплитудных и частотных характеристик пульсовой волны и отдельных реоциклов обосновано только при условии их усреднения, что объясняется наличием амплитудной модуляции сигнала пульсовой волны дыхательной волной.

2. Предложен алгоритм выделения дыхательной волны из сигнала пульсовой волны с помощью одного датчика пульсовой волны, который был реализован в программно-аппаратном комплексе пульсовой диагностики. Исследованы физиологические и теоретические ограничения алгоритма и даны рекомендации по его использованию.

3. Предложен принцип построения программно-аппаратных комплексов для тестирования алгоритмов выделения реоциклов из сигнала пульсовой волны, заключающийся в синхронной передаче модельного сигнала и сигнала, содержащего импульсы точных значений максимумов реоциклов в моделируемом сигнале.

4. Разработан программно-аппаратный комплекс имитационного моделирования сигнала пульсовой волны в режиме реального времени. С его помощью был протестирован алгоритм выделения реоциклов в режиме реального времени, использованный в программно-аппаратном комплексе пульсовой диагностики [9].

5. Исследована проблема создания программно-аппаратного комплекса для интегральной оценки состояния здоровья человека методами традиционной и восточной медицины и для изучения свойств медико-биологических сигналов.

6. Разработана библиотека классов визуализации и обработки сигналов различной природы.

7. Разработана и реализована структура программно-апаратного комплекса пульсовой диагностики, включающая предложенный автором алгоритм обработки сигнала пульсовой волны в режиме реального времени.

Апробация работы:

Приведенные в диссертации результаты были представлены автором на следующих конференциях:

1. Седьмая Всероссийская научная конференция студентов и молодых ученых, 5-Ю апреля 2001 г., Екатеринбург - Санкт-Петербург.

2. Международный конгресс «Новые медицинские технологии», 8-12 июля, 2001 г., Санкт-Петербург.

3. IV Всероссийский съезд специалистов лечебной физкультуры и спортивной медицины, 16-18 октября 2002 г., Ростов на Дону.

4. Симпозиум "Лазеры на парах металлов", п. Лазаревское, ОК "Зарница", 25-29 сентября 2000 г.

5. Междисциплинарная конференция с международным участием «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии 21 века для диагностики и лечения заболеваний» (НБИИТТ-21). г.Петрозаводск, 23-25 июня 2003 г.

6. Экология. Экономика. Экспертиза. Информатика. XXX школа-семинар «Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования», п. Дюрсо, 9-14 сентября 2002 г.

За время работы над диссертацией было опубликовано 17 научных работ [9,51,59,73,78,79,83,84,91,92,96,97,98,99,100,106,107]. В том числе 3 статьи в российских журналах, 3 статьи в сборниках, 11 тезисов выступлений на конференциях.

Подобные работы
Сергеев Николай Анатольевич
Программный комплекс моделирования системы охлаждения каландровых линий для проектирования и управления производством полимерных пленок
Резников Владимир Борисович
Разработка и исследование метода построения программного комплекса моделирования для распределенных систем с многоуровневым представлением сложных объектов
Жидченко Виктор Викторович
Программный комплекс моделирования и анализа алгоритмов параллельных вычислений
Крохмаль Евгений Витальевич
Программный комплекс моделирования тепловых и деформационных процессов при индукционном нагреве осесимметричных сопряженных тел
Ковальчук Сергей Валерьевич
Высокопроизводительный программный комплекс моделирования экстремальных гидрометеорологических явлений
Панфилов Сергей Александрович
Методы и программный комплекс моделирования алгоритмов управления нелинейными динамическими системами на основе мягких вычислений
Востокин Сергей Владимирович
Графическая объектная модель параллельных процессов и ее применение в программных комплексах численного моделирования
Козынченко Сергей Александрович
Численное моделирование и комплекс программ оптимизации систем формирования низкоэнергетических пучков заряженных частиц
Мееров Иосиф Борисович
Разработка программного комплекса для моделирования процессов исчерпания ресурса машиностроительных объектов
Новожилова Инна Васильевна
Программный комплекс для моделирования процессов получения сорбентов и катализаторов гибкого многоассортиментного производства

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net