Синтез электроэнцефалографических информационно-измерительных систем с переменной структурой

• Автор: Акулов, Леонид Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.16, 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 201 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Обзор проблематики синтеза электроэнцефалографических информационно-измерительных систем

1.1 Предметная область электроэнцефалографии

1.1.1 Биофизика электрических процессов мозга

1.1.2 Проблема артефактов в электроэнцефалографии

1.1.3 Задачи обработки больших объемов данных

1.2 Сложившаяся ситуация в области построения ЭЭГ ИИС

1.2.1 Анализ методов и средств синтеза ЭЭГ ИИС

1.2.2 Качественная формализация оперативного синтеза ЭЭГ ИИС

1.3 Выводы по главе
2. Разработка объектного метрологического синтеза ЭЭГ ИИС
2.1 Формализация задачи метрологического синтеза ЭЭГ ИИС
2.2 Объектно-ориентированная модель синтеза ИИС
2.3 Детализация межблочного взаимодействия элементов ИИС
2.4 Переход от биотехничекой к биоинструментальной электрофизиоло-гической ИИС
2.5 Объектно-ориентированная модель ЭЭГ ИИС
2.6 Формализация оперативного синтеза ЭЭГ ИИС на основе модельного ядра ЭЭГ ИИС
2.7 Выводы по главе
3. Синтез системы для выбора схемы оптимальной фильтрации в ЭЭГ

3.1 Формализация системы для оперативного синтеза фильтра, ускоряющего обработку больших объемов данных
3.2 ООМ информационно-измерительных потоков канала биоинструментальной части ЭЭГ ИИС
3.2.1 Модель формирования стандартных ритмов ЭЭГ
3.2.2 Формирование сигналов вызванных ответов (ERP)
3.2.3 Модель формирования сигнала ЭКГ
3.2.4 Модель источника ЭОГ
3.2.5 Механизм формирования аддитивной Гауссовой помехи
■Ч'*,

3.2.6 Механизм формирования сетевой помехи 50 Гц
3.2.7 Модель двигательной активности и контакта кожа-электрод
3.2.8 Температурное воздействие
3.3 Инструментальная часть ИИС
3.4 ООМ реализация отдельных модулей канала ЭЭГ ИИС
3.5 Программный прототип базовой системы взаимодействия модулей электроэнцефалографической ИИС.
3.6 Выводы по главе
4. Практическая оптимальная параметризация алгоритмов фильтрации электрофизиологических временных рядов и построение ИИС
4.1 Включение системы фильтрации в ЭЭГ ИИС
4.2 Устранение помех промышленных частот и дрейфа изолинии модифицированными вейвлет-фильтрами
4.1 Алгоритмическая схема выбора фильтра для устранения помех методом имитационного моделирования
4.2 Примеры фильтрации ЭКГ
4.3 Примеры фильтрации ЭЭГ
4.4 Оценка качества спроектированных фильтров
4.5 Этап создания опытного образца ЭЭГ ИИС
4.5.1 Аппаратная реализация элементов ядра ЭЭГ ИИС
4.5.2 Программная часть ИИС
4.6 Выводы по главе
Заключение
Список использованной литературы
Приложение А иМЬ-структура базовых блоков ЭЭГ ИИС
Приложение Б Исходный код прототипа модуля С_Б1ЖГ
Приложение В Математические основы физического моделирования каналов ЭЭГ ИИС
Приложение Г Построение фильтров на дискретном вейвлет-преобразовании
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время в машиностроении, медицине, промышленности, и иных отраслях приходится сталкиваться с возрастающей сложностью объектов оперативного контроля. Возникает задача многоканальной регистрации и обработки колоссального объема данных и принятия оперативного решения по ним. Это ведет к ужесточению требований к информационно-измерительным системам (ИИС). Возникают большие, постоянно возрастающие объемы методов и средств для измерения и анализа сложных объектов. Ориентация в этом массиве затруднена в силу слабой структурированности его элементов; четко не определены законы добавления, корректировки и удаления элементов. Оперативное ужесточение требований к ИИС ведет либо к полной замене ИИС, либо существенной модификации (что требует привлечения временных, финансовых и иных ресурсов).
Примером сложной системы, требующей построения сложной ИИС является головной мозг человека. Требуется большое количество биотехнических моделей мозга и систем измерения его состояний. Синтез ИИС должен проводиться с использованием однозначных и воспроизводимых условий эксперимента (биоэлектрическая активность, состояние пациента технологические условия измерения). Это возможно эффективно провести, используя методы имитационного моделирования для синтеза ИИС.
Задачи при проведении измерительных экспериментов, связанных с анализом сложных объектов (головной мозг) постоянно меняются (особенно в научных исследованиях). Современной тенденцией развития ИИС, в общем, и биомедицинской техники для поддержки электроэнцефалографических (ЭЭГ) -исследований, в частности, является усложнение алгоритмов обработки полученной информации как на этапе сбора, так и на этапе анализа и интерпретации. Скорость изменения структуры ИИС не соответствует запросам изменения качества и количества требуемых на выходе значений.
Актуальна задача выработки единого подхода к процессу синтеза биомедицинских информационно-измерительных систем (ИИС), основанных на методе регистрации и анализа электрических потенциалов мозга. Концептуально решение задачи предлагается основывать на выделении базовой структуры совокупности преобразующих операций, названной модельным ядром электроэн-

1. Ставится цель исследования, выбирается под нее модель ЭЭГ-сигнала, обеспечивающая функциональную связь между планируемым принимаемым решением и полученным результатом ЯОЕЕО (используют существующую модель при ее наличии, в противном ее дорабатывают, применяют свою, или делают вывод об отсутствии модели, отвечающей предъявленным требованиям в рамках ограничений на исследование (ЭЭГ методы)).
2. На основе принятой модели сигнала предъявляются требования непосредственно к инструментарию и условиям измерения (что нужно сделать с пациентом, какую систему отведений применить и т.д.). Если требования не удовлетворяются, то инструментарий расширяется, если это невозможно, то возвращаются к пункту 1.
3. Осуществляется идентификация параметров принятой модели (непосредственно исследование), причем как биологической, так и инструментальной составляющих. На основе полученной информации об идентификации формируется значение ЯОЕЕО, служащее основанием для принятия решения субъектом измерения.
Сам процесс метрологического синтеза формально можно описать как отображение априорных знаний в множество допустимых с точки зрения установления необходимых значений измерительных процедур
в операционной форме:
Мо£=адл.(лз). (2.з)
Здесь Ртт - оператор, представляющий процедуру трансформации множества типовых алгоритмов в ; Рп - оператор, представляю-
щий процедуру установления множества типовых алгоритмов на основе введения в систему вывода (СВ) решающих правил Ртт - оператор,
представляющий процедуру установления Рттту(ґ).
Для выделения именно электроэнцефалографических методов на фоне прочих следует формализовать априорные знания для инструментальной части ИИС, имеющей минимальный состав (если не будут удовлетворены указанные требования, то система не будет электроэнцефалографической).