Registration Number
0826U004205, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
13-08-2026
popup.evolution
o
Title
Mathematical and software support for rehabilitation art therapy of patients' upper limbs based on AR technologies
Author
Yaroslav A. Tsapiv,
popup.head Andrii V. Pukas
popup.opponent Mariia А. Nazarkevych
popup.opponent Oleksandr Romanyuk
popup.review Mykhaylo Kasianchuk
popup.review Iryna Y. Spivak
popup.rada
Western Ukrainian National University
Description
1. Дисертаційну роботу присвячено розв'язанню актуального науково-технічного завдання – розробки математичного та програмного забезпечення системи реабілітаційної арт-терапії верхніх кінцівок пацієнтів на основі AR-технологій, що забезпечує автоматичний об'єктивний контроль динаміки відновлення рухливості суглобів, прогнозування результатів реабілітації та адаптивну корекцію терапевтичного протоколу. Актуальність роботи зумовлена тим, що існуючі системи фізичної реабілітації верхніх кінцівок характеризуються суб'єктивністю оцінювання прогресу (механічні гоніометри мають похибку 5–10°), відсутністю об'єктивного прогнозування результатів лікування та неможливістю адаптивної корекції терапевтичного протоколу в реальному часі, а порівняльний аналіз існуючих VR/AR-реабілітаційних платформ виявив критичний розрив: жодна система не інтегрує одночасно безмаркерну гоніометрію, інтервальне прогнозування, AR-арт-терапію та рекомендаційну систему у замкнений адаптивний цикл. Для вирішення цієї проблеми вперше розроблено інтервальні математичні моделі динаміки відновлення кутів рухливості плечового суглоба з використанням адаптованих методів структурної та параметричної ідентифікації дискретних динамічних моделей, які дають змогу прогнозувати значення кутів на основі 3–4 попередніх сеансів терапії та забезпечити адаптивну корекцію терапевтичного протоколу, підвищуючи ефективність реабілітації шляхом раннього виявлення неоптимальної динаміки відновлення. Вперше запропоновано комплексну архітектуру медичної реабілітаційної програмної системи, яка, на відміну від існуючих, базується на оркестрації мікросервісів: аналізу трьох відеопотоків з пріоритизацією, прогнозування, рекомендацій на основі генеративного штучного інтелекту та застосунку арт-терапії для гарнітури Magic Leap 2, а також вебзастосунку фізіотерапевта, що забезпечує зменшення тривалості повного циклу реабілітації в середньому на 12%. Удосконалено метод безмаркерної гоніометрії на основі аналізу трьох відеопотоків, який базується на адаптивній фільтрації координат ключових анатомічних точок та алгоритмі геометричного злиття вимірювань від трьох ортогонально розташованих камер із пріоритизацією на основі площин руху, що забезпечує зменшення проекційної похибки вимірювання кутів суглобів до клінічно прийнятного рівня та дає змогу автоматизувати об'єктивний контроль динаміки відновлення рухливості. Набула подальшого розвитку інформаційна технологія реабілітаційної арт-терапії, яка, на відміну від існуючих рішень, побудована на основі програмно-апаратних засобів з функціями автоматичної безмаркерної гоніометрії, інтервального прогнозування динаміки відновлення рухливості суглобів та генерації персоналізованого терапевтичного контенту, що забезпечує реалізацію повного циклу від автоматичного вимірювання до адаптивної корекції протоколу реабілітації верхніх кінцівок пацієнтів. Програмну реалізацію виконано з використанням стеку технологій: Python з YOLOv8-pose для мікросервісу гоніометрії, NestJS із PostgreSQL для центрального сервера-оркестратора, Unity для AR-застосунку на Magic Leap 2 та React для вебзастосунку фізіотерапевта. Апробація розробленої системи на клінічних даних двох реабілітаційних пацієнтів КНП «Тернопільська обласна клінічна лікарня» ТОР підтвердила її ефективність: інтервальна модель виявила неоптимальну динаміку відновлення вже після 3 сеансів, рекомендаційна система запропонувала зміну терапевтичного зображення, після корекції прогнозована кількість сеансів до нормативного діапазону скоротилася на 12%. Результати дисертації впроваджено у реабілітаційний процес КНП «Тернопільська обласна клінічна лікарня» ТОР, у науково-дослідну роботу кафедри фізичної терапії Тернопільського національного медичного університету імені І.Я. Горбачевського, у виробничий процес ТОВ «ЕЛЕКС» та у освітній процес кафедри комп'ютерних наук Західноукраїнського національного університету.
Registration Date
2026-07-31
popup.nrat_date
2026-07-31 / 2026-08-31
