Search academic texts

Registration Number

0824U001706, PhD dissertation

Title

Improved methods of biomedical signal processing for the assessment of human physiological indicators

Author

Oleh Viunytskyi,

popup.head Olexander V. Totsky
popup.opponent Roman Holiaka
popup.opponent Evhenia Yavorska
popup.review Sergіy K. Abramov
popup.review Serhii M. Kulish

Status

Доктор філософії, 172, Електронні комунікації та радіотехніка

Date

06-05-2024

Description

У дисертації виконано аналітичний огляд існуючих методів обробки біомедичних сигналів, типів завад та спотворень, які присутні у даних сигналах та методів боротьби з ними. Визначено, що основним фактором, що ускладнює обробку даних сигналів є високий рівень потужності завад та низький рівень потужності корисного сигналу, тому основним напрямом досліджень є придушення завад. Це зумовлює застосування складних методів фільтрації, використання нелінійних фільтрів або комбінованих фільтрів, а також методів сліпого поділу джерел для виділення корисного сигналу на фоні завад. Визначено, що існуючі методи фільтрації мають ряд недоліків. Лінійна фільтрація для попередньої обробки біомедичних сигналів використовує незмінну смугу частот, не враховуючи варіабельність частотних параметрів сигналу від однієї до іншої людини. Нелінійна фільтрація, наприклад фільтри Калмана, при певних умовах видаляє як завадові, так і корисні складові сигналу. Це зумовлює необхідність впровадження додаткових складних алгоритмів. Для використання вейвлет-фільтрів необхідно передбачити розробку адаптивних порогів для видалення завад без видалення корисних складових сигналу. Виявлено та продемонстровано, що фільтрація вносить ряд спотворень у сигнал, тим самим ускладнюючи подальшу обробку через внесення спотворень корисних складових сигналу. Використання методів сліпого поділу джерел потребує обов’язкового впровадження багатоканальної системи, причому якість виділення окремого джерела у суміші завад та корисних джерел напряму залежить від кількості каналів сигналу. Чим більше впроваджено каналів, тим краща якість виділення окремого джерела, тобто виділення корисного сигналу на фоні завад. Виконано аналіз методів визначення характерних точок абдомінального та фотоплетизмографічного сигналів, який демонструє, що використання складних алгоритмів не дозволяє з бажаною надійністю виявляти їх та з задовільною точністю визначити їх параметри. Розглянуто методи визначення фізіологічних показників, які розраховують на основі оцінки параметрів сигналу ритмограми. Останній розраховують із сигналу електрокардіограми як самої вагітної жінки, так і виділеної із абдомінального сигналу електрокардіограми плоду. Даний аналіз демонструє, що визначення класичних параметрів варіабельності серцевого ритму, а також визначення позиції характерних точок електрокардіографічного сигналу не завжди дозволяють вірно виконати діагностування захворювань. Проаналізовано методи визначення значень артеріального тиску за допомогою параметрів сигналів електрокардіографії та фотоплетизмографії. Аналіз демонструє, що використання методів регресійного аналізу не дозволяє точно визначати значення артеріального тиску. Окрім цього, даний підхід потребує виконання обов’язкової процедури калібрування системи вимірювання від людини до людини. Це зумовлює необхідність розробки таких методів, які дозволять уникнути процедури калібрування, а також підвищать точність визначення значень систолічного та діастолічного артеріального тиску. За результатами проведеного аналізу у дисертації поставлено та вирішено актуальне науково-прикладне завдання розробки вдосконалених методів обробки біомедичних сигналів, а саме абдомінальних та фотоплетизмографічних сигналів, записаних для вагітної жінки, які враховують характеристики завад, частотні параметри сигналів при їх обробці, нелінійні спотворення у сигналах тощо. Розроблено новий метод попереднього аналізу абдомінального сигналу на основі біспектральної оцінки параметрів сигналів для визначення його частотних характеристик та подальшого визначення оптимальної смуги для використання лінійної фільтрації.