05.11.17 "Біологічні та медичні прилади і системи"
Постійне посилання колекціїhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/22606
Переглянути
Документ Підвищення вірогідності систем глюкозотолерантного тестування в умовах невизначеності динаміки глікемії(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Чмихова, Оксана ВолодимирівнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Робота присвячена питанням удосконалення інформаційно-вимірювального забезпечення діагностичних глюкозотолерантних тестів, що використовуються для ідентифікації динаміки ендокринних порушень при цукровому діабеті з метою підвищення вірогідності діагностики прихованих форм цукрового діабету при зменшенні кількості інвазивних глюкозотолерантних тестів. Проаналізовано існуючі математичні моделі вуглеводного обміну й динаміки глікемії, що використовуються для прийняття діагностичних рішень за результатами глюкозотолерантного тестування та доведено можливість використання в якості таких моделей регресійних поліномів обмеженого порядку. Запропонована, для оцінки інформативності фізіологічно адекватних параметрів динаміки глікемії, параметрична модель однофакторного дисперсійного аналізу, що дозволило розрахувати кількість діагностичної інформації. Досліджено методи одержання надлишкової інформації по поліноміальним моделям щодо параметрів локалізованої спектральної нестаціонарності змін рівня глікемії, що дозволило використовувати додаткову інформацію по поліноміальним моделям, які відображають динаміку глікемії. Розроблено структурну схему й комп’ютеризовану систему багатосторонньої ідентифікації моделей динаміки глікемії по суттєво обмежених обсягах глюкозотолерантних тестів, що дозволило підвищити вірогідність діагностики діабету для статистично обґрунтованого мінімального обсягу біохімічних вимірів. Розроблено інформаційну технологію бінарного глюкозотолерантного тестування і комп’ютеризовану процедуру оцінки кількості діагностичної інформації для будь-яких біохімічних параметрів при ранній діагностиці цукрового діабету і для виявлення порушень функції всмоктування кишечника (ентеральна недостатність). Розроблено інформаційну комп’ютеризовану систему для рекомендаційної діагностики ускладнень при цукровому діабеті і гастроентеральних порушеннях.Документ Підвищення вірогідності систем глюкозотолерантного тестування в умовах невизначеності динаміки глікемії(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Чмихова, Оксана ВолодимирівнаДисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 – біологічні та медичні прилади і системи (17 – електроніка та телекомунікації). – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020 р. У дисертаційній роботі представлено теоретичне обґрунтування і результати експериментальних досліджень, спрямованих на вдосконалення інформаційно-вимірювального забезпечення систем глюкозотолерантного тестування, які використовуються для ідентифікації динаміки ендокринних порушень при цукровому діабеті. Основні недоліки таких тестів – надмірність за кількістю і обмеження за часом тестування. Крім цього слід зазначити підвищені ризики лікарських помилок при первинній діагностиці в реальному часі при ранньому виявленні цукрового діабету, що знижує вірогідність діагностики діабетичних станів. Це пояснюється недосконалістю використовуваних, для отримання діагностичної інформації, математичних моделей ідентифікації динаміки глікемії. Проведено порівняльний аналіз методів і діагностичних рішень при експрес-контролі цукрового діабету, з урахуванням випадкових і систематичних похибок вимірювання рівня вмісту глюкози в крові. Вивчено стратегічні напрямки виявлення, контролю та діагностики цукрового діабету в рішеннях Всесвітньої організації охорони здоров'я. Проаналізовано медичну значимість, соціально-економічні наслідки захворювання на цукровий діабет і вивчені організаційні та метрологічні проблеми профілактичного контролю рівня вмісту глюкози в крові та особливості математичного моделювання результатів глюкозотолерантного тестування при експрес-діагностиці цукрового діабету при масових обстеженнях населення України. Встановлено, що найбільш прийнятним методами підвищення вірогідності глюкозотолерантного тестування є підвищення точності математичних моделей динаміки глікемії при обмеженнях на кількість тестів і вдосконалення параметричних процедур прийняття діагностичних рішень, що враховують функціональні особливості розроблених математичних моделей. Для підвищення точності математичних моделей динаміки глікемії були досліджені варіанти неоднорідності динаміки глікемії при мінімізації числа глюкозотолерантних тестів. Для цього були формалізовані умови активного експерименту при глюкозотолерантному тестуванні біологічного об’єкта і вирішені завдання відновлення регресійних залежностей як поліноміальних моделей з випадковими коефіцієнтами при прямих вимірах в неповних експериментах, з урахуванням виду параметричної невизначеності. Для забезпечення адекватності отриманих поліноміальних регресійних моделей результатам експериментального тестування були досліджені варіанти метричної близькості відновлених моделей, як функцій часу, до експериментальних даних. При цьому були використані параметри міжфункціональних відстаней як міри близькості між поліноміальними моделями, які характеризують різні діабетичні порушення. Доведено, що використання метричної близькості поліноміальних моделей до експериментальних даних еквівалентно мінімізації середнього ризику при прийнятті діагностичних рішень. Для розробки математичного апарату аналізу точності розроблених моделей динаміки глікемії були досліджені методи підвищення інформаційної ефективності таких моделей при обмеженнях обсягу біохімічних тестів. В основу математичного апарату оцінювання невизначеності усереднених результатів глюкозотолерантного тестування була закладена дисперсійна модель односторонньої класифікації таких випадкових результатів з її подальшим інформаційним аналізом, що дозволило отримувати оцінки кількості інформації про вид діабетичних порушень при формуванні простору інформативних параметрів. При цьому в якості останніх були використані не тільки нормативні базальні рівні глюкози, але і параметри, що відображають спектральні характеристики поліноміальної моделі динаміки глікемії. В якості останніх були використані двовимірні вейвлет-спектри для поліноміальних моделей 2-го і 4-го порядків і було доведено, що кількість інформації при зниженні порядку моделі не зменшується, що зумовило вибір моделі 2-го порядку. Перевагою такого вибору стало різке зменшення (з 5-ти до 2-х) кількості глюкозотолерантних тестів. Оскільки обраний параметричний підхід при математичному описі динамічних властивостей процесу зміни рівня глюкози дозволив замінити процедуру діагностики діабетичних порушень процедурою розпізнавання виду поліноміальної моделі, то спростилося завдання ідентифікації видів діабетичних порушень. Розроблена процедура параметричної ідентифікації моделей динаміки глікемії звелася до процедури ідентифікації по мінімуму середнього ризику. Для експериментального дослідження розроблених процедур ідентифікації видів діабетичних порушень було проведено синтез структурної схеми, що реалізує інформаційну технологію ідентифікації діабетичних порушень. Експериментальна перевірка ефективності розробленої процедури ідентифікації по відношенню до стандартного тесту довела повну адекватність розробленого мінімізованого (до 2-х глюкозотолерантних тестів) методу ідентифікації по відношенню до стандартного тесту ВООЗ-85. Також доведена можливість підвищення вірогідності діагностики при використанні запропонованого методу, у порівнянні зі стандартним від значення 0,972 до 0,974 (обсяг навчальної вибірки N = 60), причому останню вірогідність теоретично можна підвищити до значення 0,979, якщо обсяг навчальної вибірки буде збільшуватися (що обумовлено потенційним зменшенням ризику другого роду β). Розроблено схему з адаптивною (по відношенню до кількості ідентифікованих глікемічних моделей) структурою і відповідна їй комп'ютеризована система багатосторонньої ідентифікації моделей динаміки глікемії за двома глюкозотолерантними тестами. Збережена можливість ідентифікації глікемічних моделей для розширеної (більше 2-х) кількості тестів при необхідності підвищення вірогідності ідентифікації за умови збереження мінімально допустимого значення ризику 2-го роду. Наукова новизна отриманих результатів: - отримали розвиток методи параметричного відновлення кусково-нелінійних моделей динаміки глікемії в формі поліноміальних регресій зі змінними порядками, які несуть інформацію про спектральну нестаціонарність результатів глюкозотолерантного тестування, що дозволило скоротити кількість глюкозотолерантних тестів при збереженні заданого рівня вірогідності діагностики діабетичних станів; - вперше для оцінки інформативності фізіологічних параметрів динаміки глікемії використана параметрична модель однофакторного дисперсійного аналізу, що дозволило розрахувати кількість діагностичної інформації за видами діабетичних станів та використати для діагностики найбільш інформативні параметри; - вперше застосовано метод визначення параметрів спектральної нестаціонарності випадкових процесів для вирішення задачі аналізу динаміки глікемії, що дозволило максимізувати вірогідність діагностики діабетичних станів; - удосконалено інформаційну технологію глюкозотолерантного тестування за рахунок введення алгоритмічних блоків аналізу первинної медичної інформації, що дозволило підвищити вірогідність діагностики діабету при статистично обґрунтованому мінімальному обсягу вимірів. Практична цінність отриманих результатів: 1. Розроблено інформаційну технологію застосування кількісних параметрів функціональної і шумової нестаціонарності двовимірних вейвлет-спектрів для поліноміально відновлених біохімічних результатів глюкозотолерантного тестування. Доведено інформаційну значимість отриманих параметрів для задач ідентифікації динаміки глікемії. 2. Розроблено інформаційну технологію бінарного глюкозотолерантного тестування і комп’ютеризовану процедуру оцінки кількості діагностичної інформації для будь-яких біохімічних параметрів при ранній діагностиці цукрового діабету і для виявлення порушень функції всмоктування кишечника (ентеральна недостатність), що дозволило спростити вибір мінімізованої кількості діагностичних параметрів при збереженні заданої вірогідності діагностування діабетичних станів. 3. Розроблено інформаційну комп’ютеризовану систему для рекомендаційної діагностики ускладнень при цукровому діабеті і гастроентеральних порушеннях, що дозволило зменшити час прийняття діагностичних рішень в реальних клінічних умовах обстеження та масового профілактичного огляду пацієнтів. 4. Отримані в ході дисертаційних досліджень результати використовуються для експрес-діагностики діабетичних порушень в лікувальних установах ДУ "Інститут загальної та невідкладної хірургії ім. В. Т. Зайцева НАМН України" та ДУ "Інститут проблем ендокринної патології ім. В. Я. Данилевського НАМН України". Крім того, результати дисертаційної роботи були використані в навчальному процесі кафедри промислової і біомедичної електроніки Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" при підготовці лекційних та практичних занять для студентів за спеціальністю 171.02 "Біомедична електроніка" у курсах "Основи наукових досліджень" та "Математичні методи обробки медичних сигналів".