Компьютерные модели и программные средства для исследования биомедицинских систем

• Автор: Насер Нихад Махмуд
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 99 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Математическое и компьютерное моделирование при обработке биомедицинских сигналов. Анализ моделей и методов на основе теории всплесков.

1.1. Математическая и компьютерная модели. Адекватность модели.

1.2. Биомедицинские системы и сигналы.

1.3. Модели и методы обработки сигналов ЭКГ на основе

всплескового преобразования.

1.4. Модели и методы обработки электроэнцефалограмм на основе вейвлетнреобразования

1.5. Выбор класса оптимальных моделей для анализа ЭКГ и ЭЭГ.

Глава 2. Построение математических и компьютерных моделей

обработки оцифрованных сигналов ЭКГ и ЭЭГ на основе дискретных преобразований

2.1. Варианты непрерывного преобразования Фурье.
2.2. Дискретное преобразование Фурье и его свойства.
2.3. Всплески с компактным носителем и их особенности.
2.4. Носитель масштабирующей функции и всплеска. Теоремы разложения по конечному набору всплесков
2.5. Формирование математических и компьютерных моделей.
Глава 3. Реализация и апробация построенных моделей с
использованием численного метода для обработки сигналов ЭКГ.
3.1. Элементы электрокардиограммы, используемые для анализа сердечной деятельности
3.2. Особенности цифрового представления и обработки сигналов.
3.3. Численный метод пошаговой оптимизации. Учет краевых
условий при разбиении исследуемого сигнала на блоки.
3.4. Оценка точности результатов расчтов на основе использования разработанных моделей.
3.5. Оптимизация параметров моделей для повышения эффективности сжатия сигнала ЭКГ
3.6. Структура программного комплекса, реализующего модель
обработки сигналов ЭКГ
Глава 4. Вейвлетанализ энцефалограмм.
4.1. Элементы электроэнцефалограммы и основные принципы электроэнцефалографии.
4.2. Математическая модель на основе непрерывного вейвлетпреобразования для спектрального анализа ЭЭГ
4.3. Реализация модели и анализ полученных результатов
Заключение
Список литературы


Новизна работы заключается в разработке компьютерных моделей, методов, оригинальных алгоритмов и комплексов программ, позволяющих решить поставленные в работе задачи. Создана компьютерная модель оптимального преобразования биомедицинских сигналов и проведено сравнение с другими моделями, показавшее её эффективность. Предложен численный метод пошаговой оптимизации для оконного преобразования медико-биологичсских сигналов с перекрытием участков для проведения оптимального подбора параметров моделирования. На основе предложенной компьютерной модели в результате вычислительного эксперимента получены оптимальные (с точки зрения обеспечения необходимой точности и минимума затрачиваемых компьютерных ресурсов) размеры окон при оконном преобразовании данных ЭКГ. Создан комплекс программ и проведены вычислительные эксперименты с использованием созданных моделей для оценки точности результатов, полученных разными методами моделирования, проверки надежной сохранности главной части информации при её преобразовании и фильтрации от шумов. Сравнение, проведенное по результатам вычислительного эксперимента, показало, что при оптимальном выборе параметров всплески Добеши и дискретное преобразование Фурье оказались одинаково эффективными при сжатии сигналов ЭКГ. Практическая значимость результатов работы заключается в том, что предложенные модели, методы, алгоритмы и программы дают возможность создавать на их основе эффективные методики обработки биомедицинских сигналов. Это позволяет получать информацию о свойствах биосистем. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: ХУ1-ХУШ Всероссийских научно-методических конференциях «Телематика’-», г. Санкт-Петербург, - гг. Международных научно-технических конференциях «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АСНИ и систем искусственного интеллекта (ИНФОС -, )», г. Вологда, , гг. Международной конференции «Актуальные проблемы прикладной математики, информатики и механики», г. Воронеж, г. Десятой Всероссийской научно-технической конференции «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий», г. Улан-Удэ, г. Х-Х1 международных научно-методических конференциях «Информатика : проблемы, методология, технологии», г. Воронеж, , гг. Шахты, г. VI Международном семинаре «Физико-математическое моделирование систем», г. Воронеж, г. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в печатных изданиях [2,5,6,,,,,-,,,,,], в том числе одно [6] - из списка изданий, рекомендованных ВАК РФ. Получены два Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ [,]. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из наименований и одного приложения. Объем диссертации составляет 3 страницы, включая страниц основного текста, содержащего рисунков и таблиц. Содержание работы. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, определены научная новизна и практическая значимость. Первая глава посвящена рассмотрению и анализу имеющихся математических моделей и методов [, ,,-], применяющихся для исследования биомедицинских сигналов, проводится их сопоставление и дается оценка эффективности. Опираясь на результаты анализа проблем, возникающих при обработке специфических биомедицинских сигналов, и многочисленные литературные источники по данной тематике был определен класс наиболее перспективных моделей, которые могут обеспечить достижение поставленных в работе целей и получить необходимые результаты наиболее обоснованным и простым способом. Во второй главе формируются математические модели и на их основе -компьютерные модели для преобразования биомедицинских сигналов, проводится их сравнительный анализ и дается оценка эффективности. В основе моделей -теория всплесков с компактным носителем (всплески Добеши) и дискретное преобразования Фурье (ДПФ). Разложение по всплескам Добеши и ДПФ применяются для обработки сигналов ЭКГ. Для сравнения использовался симметричный вариант ДПФ - дискретное косинусное преобразование Фурье.