Система оцінки станів кровообігу людини на основі лобового серцевого ритму
| dc.contributor.author | Кисельова, Ольга Геннадіївна | |
| dc.contributor.degreedepartment | медичної кібернетики та телемедицини | uk |
| dc.contributor.degreefaculty | Міжуніверситетський медико-інженерний | uk |
| dc.contributor.degreegrantor | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.date.accessioned | 2013-10-01T07:23:17Z | |
| dc.date.available | 2013-10-01T07:23:17Z | |
| dc.date.issued | 2013 | |
| dc.description.abstracten | The thesis for candidates degree of technical sciences on speciality 05.11.17 — Biological and medical devices and systems. — National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2013. The thesis is devoted to the research and development of methods and tools for the analysis of blood circulation of the human body, early prediction of the probability of sudden cardiac arrest, as well as analysis of various cardiac arrhythmias based on the dynamics of the 24h heart rate. It was demonstrated that patients, in the early postoperative period, as well as healthy people with the value of 24h heart rate (HR) characterized by the rruiiinium variability of values during sleep or rest have lower regulatory reserves with high probability. In the thesis, the set of quantitative nonlinear indicators of HR dynamics with some common characteristics was elaborated. It allows performing a versatile assessment of the 24h HR changes. A method of estimating the complexity of the HR oscillations was modified usmg the indicators such as approximation entropy, fractal dimension and evaluation of the Kolmogorov's algorithmic complexity, which are different from the index of flicker noise parameter p. It was shown, that they can be used ш the coordinate plane "Variability- Complexity". A method for estimating the Kolmogorov's algontlmiic complexity was developed. It enables to include heart rhythm disorders of various types in the analysis, including sections of the rigid rhythm and atrial fibrillation, and make a thorough physiological analysis as well as improve the efficiency of both diagnosis and of antiarrhythmic therapy. Using multivariate dispersion analysis (MANOVA), the need for methods of automated segments classification of heart rate to overcome the low specificity sequence of RR- mtervals in general was justified. It was found that such factor as a stage of observation is not sufficiently specific for diagnosis. It was established that the values of the indicators for each of the diagnoses at different states of observations are virtually unchanged. That is. the oscillations of heart rate are highly diverse, requiring identification of heart rhythm intervals similar to each other. The analysis of behavior of the selected heart rate indices in the coordinate plane "Variability-Complexity" showed that the data are averaged and become practically unsuitable for diagnosis at a long-term observation, hi addition, we have shown that the stage does not affect the complexity of the HR oscillations, but it affects the variability: while the HR indices correspond to appropriate diagnosis. This was the reason for the application of the automatic classification for the formation of groups of homogeneous observations for further analysis. Using «£-means" method based on MacQueen algorithm, the automated classification of HR fragments was made. The most informative procedure was referring specific observation to the functional pattern and the diagnosis within it. The mechanism of learning and releaming of the algorithm to recognize the different pathological conditions was developed. On the coordinate plane "Vanability — Complexity', the mformation content of changes of the analyzed set of indicators within each cluster was shown to be much greater compared to a general HR sequence. The obtaining corresponds between the certain observation and functional pattern along with diagnosis within it was the most informative. Tins lias revealed a variety of HR response in the form of manifestation of certain pathology. As a result, it was formed six functional patterns HR in the fonn of spherical clusters. Each cluster contains a set of features corresponding to each of the studied diagnoses, namely ischemic heart dilatation with circulatory* deficiency: paroxysmal tachycardia, idiopathic hypertrophic subaortic stenosis with circulatory7 deficiency* and normal HR dynamics. Tins allowed to identify* different types of heart rate reactions as a manifestation of some pathologies. On the coordinate plane "Variability - Complexity", the information content of changes of the analyzed set of indicators within each cluster was shown to be much greater compared to a RR-interval sequence in general. Withm each cluster, the mdicators significantly varied in dependence on the values of variability and complexity of behavior or both of them. The content of information of each indicator, which corresponds to a specific diagnosis, was also different. This confirms the benefits of integrated application of mdicators. which, in general, provide a good accuracy of the diagnosis. A visualization of time definition of formation of 24h HR pathological fragments in the form of a pie chart was proposed. It provides useful information about the selection of methods for correction of pathologies. These diagrams can clearly identify periods of degradation or improving the dynamic characteristics of HR and evaluate the results of the drug effects, if such treatment lias taken place. The software for processing and analyzing output of 24h HR and generating diagnostic conclusion about existing pathologies of the circulatory system and the status of the regulatory* reserves of the human body* was developed. The system allows uploading files of heart rate with the RR-mtervals data to process both the output signal, as a sequence of RR-intervals, and the difference series or the series constructed on the basis of the coefficients of the logistic map equation. Processing can take place both for the entire time series and selected fragments. The system allows processing of signal by* means of mathematical methods in the time (computing statistical characteristics, developing histogram of distribution of cardio intervals) and frequency domain (fast Fourier transform, the construction of the power density spectrum), nonhnear dynamics methods (calculation of the Approximate Entropy*, flicker noise, fractal dimension and Kolmogorov algoritlimic complexity with the ability to view dictionary7 of regularities and their localization within the observation period). Additionally, the sy/stem allows to save the data of each type of analysis in a single file of table format, to classify the data according to the obtained patterns, to obtain diagnostic information about the pathology of human circulatory sy/stem based on the theory of stochastic homeostasis. Graphic method of visualization of diagnostic information, implemented in the program, is the construction of Poincare plots and daily power spectrum. Also, in the system, a visualization of functional patterns of normal and pathological states of the circulatory* system in the form of the dial, which shows the daily7 (active state) and night (sleep) periods of the day, realized. States corresponding to functional patterns are displayed on the dial by7 the color spectrogram for each hour of the observation period. Clinical studies using the elaborated computer-aided diagnostic system showed a high predictive value of the developed methods for identifying patients with various stages of hypertension. | uk |
| dc.description.abstractru | Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.11.17 — Биологические и медицинские приборы и системы. — Национальный технический университет Украины 'Киевский политехнический институт", Украина, Киев, 2013. Диссертация посвящена разработке и исследованию методов и средств анализа состояний кровообращения организма человека, своевременного прогнозирования вероятности внезапной остановки сердца, а таюке анализа различных нарушений ритма сердца на основе динамики суточного сердечного ритма. В работе сформирован комплекс количественных нелинейных показателей динамики сердечного ритма, которые позволяют проводить многостороннюю оценку его изменений и показана возможность их применения на координатной плоскости "Вариабельность - Сложность". Разработан метод оценки алгоритмической сложности по Колмогорову, что позволило анализировать нарушения сердечного ритма различного вида. Предложено использование алгоритма кластеризации данных суточного сердечного ритма как здоровых, так и больных лиц. Разработан механизм обучения и переобучения алгоритма распознаванию различных патологических состояний. Разработана автоматизированная программная система обработки и анализа исходного сигнала суточного сердечного ритма и генерации диагностического заключения о наличии патологии системы кровообращения и состоянии регуляторных резервов организма человека. | uk |
| dc.description.abstractuk | Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 — Біологічні та медичні прилади і системи. — Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут", Україна, Київ, 2013. Дисертація присвячена розробці та дослідженню методів і засобів аналізу станів кровообігу організму людини, своєчасного прогнозування ймовірності раптової зупинки серця, а також аналізу різних порушень ритму серця на основі динаміки добового серцевого ритму. В роботі сформовано комплекс кількісних нелінійних показників динаміки серцевого ритму, які дозволяють проводити багатобічну оцінку його змін та показано можливість їх застосування на координатній площині "Варіабельність — Складність". Розроблено метод оцінки алгоритмічної складності за Колмогоровим. що дало можливість включити до аналізу порушення серцевого ритму різного виду. Запропоновано використання алгоритму кластеризації даних добового серцевого ритму/ ж здорових, гак і хворих осіб. Розроблено механізм навчання та донавчання алгоритму розпізнаванню різних патологічних станів. Розроблено автоматизовану/ програмну/ систему обробки та аналізу вихідного сигналу добового серцевого ритму та генерації діагностичного висновку про наявну патологію системи кровообігу та стан регуляторних резервів організму людини. | uk |
| dc.format.page | 27 л. | uk |
| dc.identifier.uri | https://ela.kpi.ua/handle/123456789/3974 | |
| dc.language.iso | uk | uk |
| dc.publisher | Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" | uk |
| dc.publisher.place | Київ | uk |
| dc.status.pub | published | uk |
| dc.subject.udc | 004.891.3:616.12-07:612.172 | uk |
| dc.title | Система оцінки станів кровообігу людини на основі лобового серцевого ритму | uk |
| dc.type | Other | uk |
| thesis.degree.level | candidate | uk |
| thesis.degree.name | кандидат технічних наук | uk |
| thesis.degree.speciality | 05.11.17 - біологічні та медичні прилади та системи | uk |