Імітаційне моделювання добового пульсового сигналу для задачі верифікації алгоритмів роботи систем довготривалого моніторингу

  • L. V. Hvostivska Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
  • H. M. Oksukhivska Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
  • M. O. Hvostivskyy Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя http://orcid.org/0000-0002-2405-4930
  • H. M. Shadrina Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Ключові слова: системи довготривалого моніторингу, верифікація, імітаційне моделювання, добовий пульсовий сигнал, програмне забезпечення

Анотація

Розроблено імітаційну модель добового пульсового сигналу людини на основі його математичної моделі у вигляді періодично подовжених сум двох функцій нормального розподілу із експоненціальним затуханням. На відміну від існуючих ця модель враховує випадковість, яка виникає в результаті впливу внутрішніх та зовнішніх завад, періодичність пов’язану з природою породження пульсового сигналу, зміну фази коливання як результат зміни жорсткості судин, величину амплітуд прямої та відбитої хвиль кровонаповнення судин людини й структуру доби (тобто зміну функціонування серцево-судинної системи та мозку людини впродовж доби). Імітаційна модель дає можливість за відомими медичними параметрами моделювати добові пульсові сигнали патологій і норми для задачі верифікації методів опрацювання таких сигналів у системах довготривалого моніторингу. Це є важливим при своєчасному діагностування стану судин людини задля коректності лікування та профілактики захворювань. На базі імітаційної моделі розроблено алгоритми опрацювання добового пульсового сигналу та відповідне програмне забезпечення із графічним інтерфейсом користувача у середовищі Matlab. Вхідними даними для моделювання таких сигналів є величини їх амплітуд, моментів часу максимального кровонаповнення та ряд інших параметрів, характерних для прямої та відбитої хвиль пульсового сигналу, а також кількість стадій доби та їх тривалості. Здійснено процедуру тестування розробленого програмного забезпечення для моделювання добових пульсових сигналів. Установлено, що отримані імітовані реалізації добових пульсових сигналів забезпечують повне відтворення форми експериментальних сигналів за часовими та амплітудними параметрами прямої та відбитої хвиль. Це дає підстави стверджувати, що розроблена імітаційна модель придатна для використання у системах довготривалого моніторингу.

Біографії авторів

L. V. Hvostivska, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Хвостівська Л. В., асистент кафедри радіотехнічних систем

H. M. Oksukhivska, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Осухівська Г. М., к. т. н., доцент кафедри комп'ютерних систем та мереж

M. O. Hvostivskyy, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Хвостівський М. О., к. т. н., доцент кафедри біотехнічних систем

H. M. Shadrina, Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя

Шадріна Г. М., к.т.н., доцент кафедри біотехнічних систем

Посилання

Перелік посилань

Математична модель поширення пульсового сигналу у великих кровоносних судинах / Б. Благітко, І. Заячук, О. Пирогов // Фіз.-мат. моделювання та інформ. технології. — 2006. — Вип. 4. — С. 7-11.

Гніліцький, В.В. Уточнення гармонічної моделі пульсової хвилі для експресдіагностики за пульсограмами / В. В. Гніліцький, Н. В. Мужицька // Вісник ЖДТУ. – Технічні науки. – 2010. – №4(55). – С.28-38.

Акулов В. А. Модель пульсовой волны и её реализация в среде Excel. Труды третей Всероссийской научной конференеции. Ч.4. Математические модели в информационных технологиях. – Самара: СамГТУ, 2006. – С. 13–16.

Михайлов Н.Ю. Имитационная модель пульсовой волны для тестирования алгоритмов построения кардиоинтервалограммы // Труды аспирантов и соискателей ростовского государственного университета. 2002. Т.8. -С.20-23.

Михайлов Н.Ю. Математическая модель пульсовой волны / Н.Ю. Михайлов, Г.Н. Толмачев // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. – 2003, №6. – C.3-9.

Самков C.B. Сверхширокополосный радар для измерения параметров сердечно-сосудистой системы человека при физических нагрузках / С.В.Самков, А.И.Черненко // II Всерос. научная конф.-семинар, 20 июня 2006 г., Муром. – 2006. – С.475- 479.

Хвостівська Л.В. Імітаційна модель пульсового сигналу судин людини / Л.В.Хвостівська // Вісник Хмельницького національного університету. Технічні науки. – Хмельницький: ХНУ, 2016. – № 2. – С.94-100.

Дармаев Т.Г. Математическое моделирование пульсовых волн на основе теории солитонов и уравнения Кортевега Де Фриза / Т.Г.Дармаев, А.С.Цыбиков, Б.В.Хабитуев // Вестник Бурятского государственного университета. - Математика, информатика. – 2014, №9(1). – С.35-39

Hau-Tieng Wu,Han-Kuei Wu, Chun-Li Wang, Yueh-Lung Yang, Wen-Hsiang Wu, Tung-Hu Tsai, Hen-Hong Chang. Modeling the Pulse Signal by Wave-Shape Function and Analyzing by Synchrosqueezing Transform (June 15, 2016). PLOS ONE. Vol. 15; 11(6):e0157135, pp.1-20. DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0157135

Ковальзон В.М. Природа сна / В.М. Ковальзон. – М. : Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. - 1995. – С.7.

Schwartz M.D, Kilduff T.S. The Neurobiology of Sleep and Wakefulness (2015). Psychiatrist Clin North Am, 38 (4):615-44. DOI: 10.1016/j.psc.2015.07.002. Epub 2015 Aug 28.

Хвостівська Л.В. Синтез структури інформаційної системи реєстрації та обробки пульсового сигналу / М.О. Хвостівський, Л.В.Хвостівська // Науковий вісник Чернівецького університету: збірник наук. праць. Фізика. Електроніка. – Т. 4, Вип. 1. – Чернівці: Чернівецький національний університет, 2015. – С. 83-89.

References

Blagitko B., Zayachuk I. and Pyrogov O. (2006) The Mathematical Model of the Pulse Wave Propagation in Large Blood Vascular, Fizyko-matematychne modeliuvannia ta informatsiini tekhnolohii, Iss. 4., pp. 7-11.

Gnilitskyy V.V. and Muzhitska N.V. (2010) Refinement of the harmonic model of pulse wave for the express-diagnosis of pulsogram. Visnyk ZhDTU. Tekhnichni nauky, Iss. 55, pp. 28-38. DOI: 10.26642/tn-2010-4(55)-28-38

Akulov V.A. (2006) Model' pul'sovoi volny i ee realizatsiya v srede Excel [The pulse wave model and its implementation in the Excel environment]. Proceedings of the Third All-Russian Scientific Conference (29–31 May 2006). Part 4, Matem. Mod. Kraev. Zadachi, pp.13-16

Mikhailov N.Yu. (2002) Pulse wave simulation model for testing cardiointervalogram construction algorithms, Trudy aspirantov i soiskatelei rostovskogo gosudarstvennogo universiteta, Vol.8, pp.20-23.

Mikhailov N.Yu. and Tolmachev G.N. (2003) Mathematical model of the pulse wave. Izvestiya Severo-Kavkazskogo nauchnogo tsentra vysshei shkoly. Estestvennye nauki. No 6, pp. 3-9.

Samkov S.V. and Chernenko A.I. (2006) Ultra-wideband radar to measure the parameters of the human cardiovascular system during exercise. Murom II Vseros. Scientific conference and seminar, pp. 475-479.

Hvostivska L.V. (2016) The simulation pulse signal of human vessels. Herald of Khmelnytskyi national university, Iss. 2, pp.94-100.

Darmaev T.G., Tsybikov A.S., Khabiyuev B.V. Mathematical simulation of pulse waves based on the theory of solitos and korteweg-de vries equation (2014). BSU bulletin. Mathematics, Informatics, Vol. 9(1), pp. 35-39.

Wu H., Wu H., Wang C., Yang Y., Wu W., Tsai T. and Chang H. (2016) Modeling the Pulse Signal by Wave-Shape Function and Analyzing by Synchrosqueezing Transform. PLOS ONE, Vol. 11, Iss. 6, pp. e0157135. DOI: 10.1371/journal.pone.0157135

Koval'zon V.M. (1995) Priroda sna, Moskow, Institut problem ekologii i evolyutsii im. A.N. Severtsova RAN, 7 p.

Schwartz M.D. and Kilduff T.S. (2015) The Neurobiology of Sleep and Wakefulness. Psychiatric Clinics of North America, Vol. 38, Iss. 4, pp. 615-644. DOI: 10.1016/j.psc.2015.07.002. Epub 2015 Aug 28.

Hvostivska L.V. and Hvostivskyy M.O. (2015) Synthesis of the information system for the pulse signal recording and processing structure, Scientific Bulletin of Chernivtsi University: Collection of Science. Physics. Electronics, Vol. 4, No 1, pp. 83-89.

Опубліковано
2019-06-20
Як цитувати
Hvostivska, L. V., Oksukhivska, H. M., Hvostivskyy, M. O. і Shadrina, H. M. (2019) «Імітаційне моделювання добового пульсового сигналу для задачі верифікації алгоритмів роботи систем довготривалого моніторингу», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, 0(77), с. 66-73. doi: 10.20535/RADAP.2019.77.66-73.
Номер
Розділ
Радіоелектроніка біомедичних технологій