автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Методы и средства автоматизированного контроля оптической плотности биологических тканей при изменении их кровенаполнения в условиях действия артефактов

На правах рукописи

Юран Сергей Иосифович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ИХ КРОВЕНАПОЛНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ДЕЙСТВИЯ АРТЕФАКТОВ

Специальность 05.11.13 «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

; 2 ш гс:з

Ижевск 2008

003464316

УДК 681.785 + 615.47

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет» (ИжГТУ)

Научный консультант

заслуженный деятель науки УР, доктор технических наук, профессор Алексеев Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Денисов Валерий Алексеевич

доктор технических наук, профессор Лямцов Александр Корнилович

доктор технических наук, профессор Филинов Владимир Викторович

Ведущая организация: Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева

Защита состоится 3 апреля 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 004.013.02 при Институте прикладной механики УрО РАН по адресу: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПМ. Автореферат разослан «_» февраля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного сове-1"5

доктор технических наук, профессор В. В. Тарасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность направления исследований. Важнейшей системой, обеспечивающей жизнедеятельность организма, является сердечно-сосудистая система (ССС). Болезни ССС широко распространены, но в силу огромной компенсаторной способности сердца далеко не все проявляются выраженными симптомами и поэтому традиционными методами не диагностируются. Поэтому создание приборов и систем оперативного контроля состояния ССС человека и животных является актуальной задачей. При этом следует отдавать предпочтение приборам, основанным на неинвазивных и бесконтактных методах измерения.

Оценка деятельности ССС осуществляется путем регистрации механических, акустических и биоэлектрических проявлений сердечной деятельности. Среди инструментальных методов, позволяющих объективно оценить состояние ССС, широкое применение нашли метод электрокардиографии (ЭКГ) и методы, основанные на регистрации пульсовой волны.

Одним из перспективных методов регистрации пульсовой волны является метод фотоплетизмографии (ФПГ). Перспективность внедрения аппаратуры на основе метода ФПГ в практику объясняется следующим.

Данный метод является неинвазивным, то есть позволяет определять диагностические показатели без нарушения целостности кожных покровов и слизистых организма, что, в частности, снижает требования к стерильности окружающей среды (неприспособленные помещения и полевые условия для человека, фермы, пастбища для животных).

Достоинствами фотоплетизмографии являются: удобство исследования сосудистых реакций на плоских участках тела; возможность работы в условиях повышенной влажности и сильных электромагнитных полей; отсутствие электродных контактов с живой тканью, а значит, и электрических воздействий на исследуемый биологический объект; простота стерилизации и удобство крепления датчиков, оказывающих малое влияние на кровоснабжение тканей, что важно при длительном наблюдении (мониторинге) физиологического состояния биообъекта (возможен и бесконтактный съем информации).

Указанные достоинства открывают большие перспективы развития метода фотоплетизмографии как диагностического метода. В то же время использование фотоплетизмографии для диагностики заболеваний на основе анализа формы пульсовой кривой было ограничено. Имеются работы, например Lindberg L. G., Spigulis J. и др., в которых амплитудно-временные и частотные параметры фотоплетизмограмм использовались в качестве диагностических признаков; или работы Алексеева В. А., Останина И. Е, где исследовался мозговой кровоток животных и проводилась автоматизированная обработка полученных результатов; работы Прохончукова A.A., Дерябина Е. И. и др. по стоматологии. Кроме того, во многих диагностических приборах, использую-

щих метод фотоплетизмографии, не требуется точного воспроизведения формы пульсовой кривой. К ним относятся измерители частоты сердечных сокращений и интенсивности пульсаций кровотока, пульсоксиметры, например «0ксипульс-01» и др.

Следует сказать, что объективную диагностическую информацию при использовании метода ФПГ можно получить только на основе анализа качественно снятых пульсовых кривых. Однако в реальных условиях этому препятствует множество мешающих (искусственных) факторов (артефактов), связанных с движением и дыханием биообъекта, внешними электромагнитными полями, состоянием кожных покровов и др. Проблема устранения или, по крайней мере, ослабления влияния артефактов имеет большое значение для ФПГ, особенно при регистрации фотоплетизмограмм животных. Причем эта проблема является весьма сложной в связи с тем, что источники возникновения артефактов весьма разнообразны, а построение их моделей оказывается затруднительным. Более того, указанные факторы часто взаимосвязаны.

Сложность получения качественного ФПГ-сигнала связана и с низким уровнем интенсивностей полезных световых потоков, падающих на фотоприемник, при относительно высоком уровне шумов, возникающих как за счет функционирования различных систем организма, например дыхательной и вегетативной нервной системы, так и за счет влияния внешней среды (внешние помехи). При этом частотный спектр шумов в ряде случаев близок к частотному спектру полезного сигнала.

Важной проблемой является построение исследовательской аппаратуры на основе метода ФПГ для оценки физиологического состояния животных, когда влияние артефактов существенно выше, и они имеют специфические особенности. Отечественная промышленность выпускает ограниченный перечень приборов для исследования ССС, позволяющих использовать их в ветеринарной практике. Для этих целей применяются исключительно приборы медицинского назначения, не удовлетворяющие промышленной технологии содержания животных и не учитывающие особенности методики снятия фотоплетизмограмм в условиях комплексов и ферм (высокая влажность помещений, состояние кожных покровов и др.).

Анализ литературных источников показал, что зарубежные приборы с использованием, метода фотоплетизмографии не обладают свойствами, позволяющими .уменьшить влияние артефактов, особенно при работе с животными. Отечественные приборы, выпускаемые серийно, не имеют автоматизации обработки результатов измерений, а отдельные разработки используют методы обработки сигналов без учета влияния артефактов.

Поэтому построение ФПГ-аппаратуры, позволяющей получить качественную и объективную информацию о гемодинамике исследуемого биологического объекта, является сложной задачей, решение которой можно осуществить^ только с использованием системного анализа. Для упрощения задачи

создания ФПГ-системы необходимо рассмотреть ее по частям, что осуществляется путем декомпозиции модели системы и дальнейшего изучения и совершенствования ее подсистем и элементов: биологического объекта, опто-электронных датчиков, измерительного тракта, средств обработки и представления ФПГ-сигнала и др. Это позволяет в дальнейшем синтезировать систему с заданными свойствами.

Таким образом, актуальна задача построения автоматизированной аппаратуры для фотоплетизмографии сельскохозяйственных животных, обеспечивающей снижение влияния артефактов при регистрации и обработке фотопле-тизмограмм. Для преодоления указанных проблем, препятствующих широкому внедрению метода ФПГ в медицинскую и ветеринарную практику, необходим системный подход к созданию и исследованию системы автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм. Решению подобных задач в биологии и медицине посвящены работы В.М. Ахутина, P.M. Ба-евского, В.Г. Гусева, Л.И. Калакутского, Н. А. Кореневского, Е.П. Попечите-лева, В.О. Самойлова, М.Б. Славина, A.A. Хадарцева, Н. Asada; в сельском хозяйстве - И.Ф. Бородина, Л.П. Карташова, В. Р. Крауспа, М.М. Луценко, Л.В. Погорелого; в технике - В.А. Алексеева, В.В. Кондратьева и др. Однако применение их в задачах автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных требует также дополнительных экспериментальных исследований. В данной работе изложены результаты решения указанных выше проблем.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и средств автоматизированного контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных при изменении их кровенаполнения в виде фотоплетизмограмм в условиях влияния артефактов, позволяющих повысить качество получения данных о нарушении микроциркуляции.

Основные задачи диссертационной работы

1. Разработка методики измерения и контроля оптических свойств биологической ткани, характеризующих ее кровенаполнение, полученных в виде фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

2. Обоснование основных видов артефактов и источников погрешностей, возникающих при исследовании сосудистой системы сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии на основе теоретических исследований информационной и математической моделей процесса исследования биологической ткани методом фотоплетизмографии.

3. Теоретические исследования и разработка методов создания оптимальной структуры и конструкций оптоэлектронных датчиков для исследования оптической плотности биологической ткани методом фотоплетизмографии со снижением влияния артефактов.

4. Разработка методов регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных с уменьшением влияния артефактов и их экспериментальная апробация в технологических сельскохозяйственных комплексах.

5. Разработка алгоритмов автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов измерений.

6. Исследование и определение основных признаков изменения формы фо-топлетизмограммы, характеризующей нарушения микроциркуляции сосудистой системы; поиск методов классификации фотоплетизмограмм по изменению формы сигнала.

7. Разработка и исследование принципов построения системы фотоплетизмографии с автоматизированной регистрацией и обработкой фотоплетизмограмм с возможностью интерпретации полученных данных неквалифицированным пользователем, а также создание базы данных результатов исследования сельскохозяйственных животных.

Объектом исследования является методика и средства измерения и контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии.

Предметом исследования являются модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии, артефакты, методы и средства измерения оптической плотности биотканей, алгоритмы обработки фотоплетизмограмм и оптоэлектронные датчики.

Методы исследования, используемые в работе: математическое и физическое моделирование, методы описания цифровых сигналов, морфологический метод, статистические методы, схемотехника, экспериментальные исследования, компьютерная обработка результатов экспериментов.

Достоверность и обоснованность теоретических результатов диссертации подтверждена испытаниями созданных автоматизированных фотоплетизмографов и датчиков с хорошей воспроизводимостью результатов. Для сравнения использовалась типовая аппаратура для снятия фотоплетизмограмм, аттестованная в медицинских учреждениях, а также методы инвазивного снятия фотоплетизмограмм.

Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, предложенные в работе, основаны на теоретических основах системного анализа, математической статистики, теории графов, информационно-измерительных систем.

Экспериментально полученные данные достаточно хорошо коррелируют с результатами, полученными другими исследователями, и не противоречат физическим закономерностям в смежных областях знаний.

На защиту выносятся

1. Информационная и математическая модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса снятия фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных по определению основных артефактов, характерных для данного процесса.

3. Принципы построения автоматизированной системы для регистрации и обработки фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

4. Аппаратурные методы снижения влияния артефактов при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

5. Программно-алгоритмические методы снижения артефактов путем исключения аномальных результатов при регистрации фотоплетизмограмм.

6. Методика оптимального выбора конструкции оптоэлектронных датчиков для фотоплетизмографии с применением методов системного анализа (морфологического метода).

7. Оптоэлектронные датчики измерения и контроля оптической плотности биологической ткани при изменении ее кровенаполнения методом фотоплетизмографии в условиях влияния артефактов.

8. Метод определения нарушения микроциркуляции сосудистой системы сельскохозяйственных животных с использованием относительного описания шести выделенных признаков изменения формы фотоплетизмограммы.

9. Результаты экспериментальной апробации и оценка эффективности алгоритмов и системы автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм в ветеринарных учреждениях и отраслях животноводства.

Научная новизна

1. Разработаны информационная модель процесса исследования биологической ткани методом фотоплетизмографии и математическая модель фотоплетизмограммы в форме относительного описания цифрового сигнала, учитывающие процесс регистрации и обработки фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

2. Выявлены основные виды артефактов и источники погрешностей, возникающие при исследовании сердечно-сосудистой системы животных методом фотоплетизмографии.

3. Предложена методика морфологического анализа и синтеза конструкций оптоэлектронных датчиков фотоплетизмографа.

4. Разработаны алгоритмы, конструкции датчиков и предложены схемные решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, позволяющие снизить влияние артефактов при регистрации фотоплетизмограмм.

5. Предложен алгоритм автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов с использованием относительного описания цифровых сигналов.

6. На основе проведенных системных исследований определены основные принципы построения автоматизированной системы для регистрации и обработки фотоплетизмограмм.

7. Впервые разработаны методы регистрации параметров фотоплетизмограмм животных с одновременным контролем работы доильной аппаратуры, возможностью выбора и управления режимами физиопроцедур в целях профилактики и лечения животных на доильной установке.

8. Впервые разработана база данных параметров фотоплетизмограмм и гемодинамических показателей, позволяющая в динамике отслеживать состояние сосудистой системы животных.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты проведенных исследований позволили разработать и предложить:

- исследовательский комплекс для автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм, позволяющий получить объективные гемо-динамические показатели человека и животных в виде параметров фотоплетизмограмм;

- мобильные автоматизированные фотоплетизмографы и программное обеспечение к ним, позволяющие оперативно снимать и анализировать пульсовые кривые непосредственно на рабочих местах обследуемых, а также с сельскохозяйственных животных в условиях ферм;

- измерительную систему фотоплетизмографии, построенную по модульному принципу, в которой каждый модуль представляет собой конструктивно и функционально законченный узел. Приведенная конструкция измерительной системы позволяет строить многоканальные и многофункциональные приборы для медико-биологических исследований.

Отдельные результаты работы в виде устройств, программ и методик внедрены в учебный процесс и НИРС в Ижевском государственном техническом университете и Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.

Результаты работы, полученные в рамках договора о сотрудничестве с Всероссийским институтом электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), использовались для оценки влияния доильной установки на состояние периферического кровообращения коров, а также в совместных исследованиях с Дамасским университетом (Сирийская Арабская Республика) по поиску диагностических признаков сосудистой системы человека и животных.

Работа выполнялась в соответствии с планами Физико-технического института УрО РАН и тематикой Ижевского государственного технического университета, координационными планами МСХ РФ по созданию автоматических устройств и микропроцессорных систем управления процессами сельскохозяйственного производства и по заданию Главка сельскохозяйственных вузов, в соответствии с планами ИжГСХА, а также по хоздоговорной тематике с МСХ Удмуртской Республики.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конф. «Методология измерений» (Ленинград, 1991); Международной научно-практич. конф. «Измерительно-информационные технологии в охране здоровья» (С.-Петербург, 1995);

Международной научно-технич. конф. «Автоматизация производственных процессов» (Углич-Москва, 1997); Международной научно-практич. конф. «Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья -Метромед-99» (С.-Петербург, 1999); VII Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 1999); Международной научно-технич. конф. «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве» (Минск, 2000); X Международном симпозиуме по машинному доению с.-х. животных (Переславль-Залесский, 2000); научно-технич. конф. «Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001); научной конф. с международным участием «Космос, природа, человек» (Ямбол, Болгария, 2002); Международной НТК «Laser sciences and applications» (Syria, University of Aleppo, 2-4 November 2002); 8 Международной научно-технич. конф. «Автоматизация с.-х. производства» (Москва, 2004), Международной НТК "Environment and Sustainable Development", Al-Baath University Campus, Horns, Syria, (22-24 November

2004), IX, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI научно-технических конференциях с международным участием «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Гурзуф-Москва, 1997-2004); V республ. научно-практич. конф. «Проблемы и приоритеты в обеспечении качества жизни населения» (Ижевск, 2005); III Российской конф. с международным участием «Новейшие технологические решения и оборудование» (Кисловодск,

2005); III, IV и V научно-технических конференциях «Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2006-2008); IX и X Международных научно-практических конференциях «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в с.-х.» (Москва, 2006 и 2008); VIII Международной научно-технич. конф. «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» ФРЭМЭ'2008 (Владимир, 2008), Российской конф. с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ-08 (Москва 2008), научно-технических и научно-методических конференциях и семинарах ИжГТУ, ФТИ УрО РАН и ИжГСХА в 1989-2008 г.

Результаты работы по созданию аппаратуры для автоматизированного исследования гемодинамики лактирующих животных до и после дойки были представлены 21 июня 2006 г. на Всероссийском совещании в Ижевске, посвященном развитию агропромышленного комплекса России.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 55 печатных работах, включая одну монографию, один учебник для вузов, 25 работ в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, в том числе 7 авторских свидетельств и патентов, свидетельство «Об официальной регистрации программы для ЭВМ» и свидетельство «Об официальной регистрации базы данных».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 325 наименований и приложений. Основная часть диссертации изложена на 416 страницах машинописного текста, содержит 199 рисунков и 10 таблиц.

Личный вклад автора. Основная часть результатов, касающаяся разработанных моделей, алгоритмов, схем и конструкций датчиков, методик расчетов, проведенных экспериментальных исследований, получена автором самостоятельно. Постановка задач, направление и методология исследований осуществлялась совместно с научным консультантом профессором В. А. Алексеевым. Автору принадлежат получение, анализ и обобщение материалов, на базе которых обоснованы научные положения и выводы диссертации, а также участие во внедрении результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, приведена краткая характеристика ее структуры и содержания.

В первой главе даны анализ и классификация методов исследования сердечно-сосудистой системы (ССС), указано, что оценка деятельности ССС человека и животных осуществляется путем регистрации механических, акустических и биоэлектрических проявлений сердечной деятельности. Среди инструментальных методов, позволяющих объективно оценить состояние ССС, широкое применение нашли метод электрокардиографии и методы, основанные на регистрации пульсовой волны.

Рассмотрены биофизические основы проявления пульсовой волны, связанные с механическим проявлением сердечной деятельности и перемещением крови по сосудам. Исходя из этого, проанализированы различные способы съема и регистрации пульсовой волны, использующие различные физические явления, сопровождающие пульсовую волну в сосудах. К ним относятся: механический, электроиндукционный, пьезоэлектрический, емкостной, ультразвуковой, импедансный и фотоэлектрический способы. Среди них большое значение имеют методы прямо или косвенно измеряющие колебания объема участка тела, зависящие от степени их кровенаполнения. Их относят к методам плетизмографии - записи изменений объема органа или участка тела. Наиболее известные из них - механическая плетизмография, электроплетизмография и фотоплетизмография. Дана сравнительная характеристика этих методов, отмечены основные преимущества метода фотоплетизмографии.

К ним относятся неинвазивность, большая информативность и малая инерционностью отклика на фотоплетизмограмме изменений в организме, удобство для проведения функциональных проб и др.

Результаты исследований, проведенных на кафедрах Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, а гакже данные смежных исследований позволяют сделать заключение о перспективности применения метода фотоплетизмографии для исследования ССС человека и животных.

Фотоплетизмография (ФПГ) относится к фотометрическим методам исследования биологических объектов, в которых измерение характеристик и параметров кровообращения (пульсовой кривой, давления крови, степени насыщения артериальной крови кислородом и др.), оценка сосудистых реакций и обменных процессов и другие исследования выполняются путем регистрации интенсивности потоков электромагнитного излучения оптического диапазона (спектра) после их взаимодействия с тканями живого организма.

Основными объектами фотоплетизмографических исследований являются кожа и доступные слизистые покровы, которые осуществляют не только барьерную функцию, отделяя организм от внешней среды, но и выполняют ряд важных для организма функций. Эти структуры осуществляют связь с нервной системой, кровообращением, функционированием желез внутренней секреции и др. Поэтому, изучая их оптические характеристики, в том числе и в различных спектральных диапазонах, можно получить важные для организма диагностические показатели, характеризующие многие процессы жизнедеятельности.

На выходе измерительного тракта фотоплетизмографа регистрируется сигнал, пропорциональный оптической плотности биологической ткани, содержащий переменную и постоянную составляющие усиленного сигнала.

В основе метода ФПГ лежит закон Бугера-Ламберта-Бера. В качестве количественной оценки поглощения светового потока используется значение экстинкции Е:

£ = 1п (Ф0 /Ф) = гСЬ,

где Ф - монохроматический поток излучения, прошедший через слой поглощающей среды толщиной Ъ\ Фо- падающий на границу слоя поток излучения; в - показатель поглощения излучения на единицу концентрации вещества С (коэффициент экстинкции).

В работе показано, что напряжение на выходе фотоприемника, воспринимающего прошедший через ткань световой поток Ф, после фильтрации постоянной составляющей в какой-либо момент времени tj равно

и^) = -кФ0АЕ-ехр{-Е0) = -к0АЕ, (L)

где к - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа и взаимного расположения элементов датчика (излучателя и фотоприемника); Е0 - экс-тинкция биоткани для диффузно пропущенного света, не зависящая от времени и соответствующая осредненному во времени кровенаполнению; Д£ -

пульсации экстинкции, обусловленные периодически изменяющимся кровенаполнением, Реально для биологических тканей значение АЕ составляет обычно (0,1...5) % от средней экстинкции £о (так называемый коэффициент модуляции экстинкции т = ЛЕ / Е0).

Формула (1) показывает, что полученный сигнал прямо пропорционален изменению экстинкции АЕ, обусловленной пульсациями крови, и однозначно связанному с ней изменению оптической плотности ДО. Знак минус означает, что при увеличении кровенаполнения (во время анакроты) экстинк-ция или оптическая плотность ткани возрастает и воспринимаемый фотоэлектрическим преобразователем световой поток уменьшается, а при снижении кровенаполнения (катакрота) - световой поток возрастает. Можно показать, что и при работе датчика на отражение светового потока Фо вид выражения (1) сохраняется.

Дан анализ основных параметров пульсовой кривой, которые можно подразделить на первичные (амплитудные, временные, частотные); производные от первичных, полученные путем математических преобразований; статистические показатели, характеризующие закономерности изменения значений параметров во времени. Указана связь этих параметров с показателями, используемыми при исследовании гемодинамики. Кроме этого проанализировано влияние наложенных на пульсовую кривую дыхательных волн и волн третьего порядка.

Анализируя параметры пульсовой волны, можно получить ценную информацию о состоянии ССС и в первую очередь - периферическом кровоснабжении исследуемого органа. Развитие патологических сдвигов в системе кровообращения резко изменяет форму пульсовой кривой. Но даже большой клинический опыт врача помогает выявить только самые резкие нарушения в системе кровообращения. Поэтому для более точной интерпретации кривых необходим специальный количественный анализ параметров фотоплетизмо-грамм, позволяющий выявить тонкую структуру пульсовой кривой и получить необходимую диагностическую информацию, что возможно лишь при автоматизации обработки данных.

Проведен обзор применения метода фотоплетизмографии в медицине и животноводстве (ветеринарии), из которого сделан вывод, что параметры пульсовой кривой достаточно чувствительны к регионарным изменениям кровообращения.

Однако если в исследовании ССС человека методом ФПГ получены существенные результаты, то в отношении животных этого сказать нельзя. Имеются отдельные работы по оценке кровоснабжения вымени коров, мозгового кровотока животных и некоторые другие. В то же время возможности метода позволяют использовать его значительно шире.

Получению качественно снятых пульсовых кривых препятствуют ряд проблем, существующих при регистрации фотоплетизмограмм животных. Следу-

ет сказать, что на основании проведенного анализа литературы при обследовании животных ветеринарные специалисты в большинстве случаев анализировали амплитуду основной волны фотоплетизмограммы, а форма пульсовой кривой не исследовалась. Это было связано не только с ограниченным кругом задач проводимых исследований, но и с отсутствием аппаратуры для точного воспроизведения формы пульсовой кривой при ее регистрации и обработке.

Кроме этого, ограниченный перечень медицинских приборов для исследования ССС, используемый в ветеринарной практике, не удовлетворяет промышленной технологии содержания животных и не учитывает особенности методики снятия фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

В конце главы сформулированы основные проблемы, существующие при регистрации и обработке фотоплетизмограмм животных, выявленные в результате исследований и опыта работы в области фотоплетизмографических измерений.

I. Отсутствует методика контроля оптических свойств биологической ткани, связанных с их кровенаполнением и представленных в виде фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных в условиях действия артефактов.

II. Существенное влияние на качество фотоплетизмограмм, получаемых при регистрации и обработке, оказывают различные артефакты.

III. Не определены принципы проектирования аппаратуры для фотоплетизмографии животных.

IV. Большой объем данных, получаемых при снятии фотоплетизмограмм, и сложность выявления отклонений в форме фотоплетизмограмм требуют автоматизированной обработки фотоплетизмограмм животных.

Следует сказать, что широкий круг выявленных проблем, имеющих многоплановый характер, можно разрешить, на наш взгляд, только с позиции системного подхода.

Проведенный анализ указанных научно-технических проблем, возникающих при регистрации и обработке фотоплетизмограмм животных, позволил сформулировать цель и задачи исследований.

Во второй главе проведен анализ обобщенной структурной схемы системы фотоплетизмографии (рис. 1). Показаны основные элементы: потоки излучения Ф0 формируются с помощью источников излучения ИИ и оптических систем ОСи; УУ - устройство управления, управляющее режимами работы источников излучения; БО - биологический объект; Ф - потоки, параметры которых несут информацию об оптических свойствах биообъекта; ОС®п - оптическая система фотоэлектрического преобразователя ФЭП; БПО - блок первичной обработки; ДБ - дополнительный блок (в общем случае ЭВМ), предназначенный для преобразования и расчета физиологических показателей; ОбС - цепи обратной связи, улучшающие параметры регистрируемого сигнала; ПрС - прямые связи, используемые, например, при синхронном детекти-

ровании сигнала; ВУ - внешние устройства (дисплей, монитор, самописец и др.), РС - персональный компьютер.

В качестве оптических систем ОСи и ОСФП, улучшающих параметры световых потоков, могут использоваться линзы, зеркала, оптические фильтры и др. ВФ - внешние (контролируемые и неконтролируемые) мешающие факторы. Алгоритм обработки электрического сигнала предусматривает выделение сигнала, связанного с интересующими свойствами биообъекта, а также ослабление влияния внешней среды (фоновые засветки и др. артефакты). Введенные операторы .,Ь7 отражают процесс преобразования информации в системе фотоплетизмографии.

1!рС1

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема системы фотоплетизмографии

Совокупность блоков ОСи, ИИ, ОСФП и ФЭП, конструктивно и функционально связанных друг с другом и согласованных между собой по оптическим и электрическим параметрам, составляет оптоэлектронный преобразователь (ОЭП) с открытым оптическим каналом (октрон). В нем оптической средой является биологический объект, который управляет оптическими свойствами открытого канала. Определим место, которое занимают такие октроны среди оптоэлектронных датчиков.

Используя классификацию оптоэлектронных датчиков по физико-конструкционным признакам, октроны относятся к датчикам оптронного типа с открытым каналом. С точки зрения физического явления, определяющего принцип работы, применяемые в ФПГ датчики, используют эффекты отражения, пропускания и рассеяния. Взяв за основу характеристики электромагнитного поля, которые изменяются под действием внешних воздействий, ФПГ датчики относятся к классу амплитудных устройств. По виду детектируемого (определяемого) воздействия октроны относятся к датчикам, определяющим свойства веществ и, в частности, оптические свойства биологических тканей. В дальнейшем оптроны с открытым оптическим каналом, применяемые для регистрации изменения оптических свойств биообъектов в режиме амплитудных измерений, будем называть биологическими октропами (биооктронами).

Структура разработанной модели биооктрона представлена на рис. 2.

Рисунок 2 - Структура биологического октрона

Здесь F(t) - оптические свойства биологического объекта, связанные с изменением кровенаполнения сосудов; Ф^ - полный поток излучения источника излучения; ФФП - поток излучения, достигающий фотоприемника. Этот поток зависит от диаграммы направленности источника излучения, площадей и взаимного расположения источника излучения и фотоприемника, а также оптических свойств биологической ткани. При этом биоткань для приведенной модели представлена в виде трехслойной структуры: I - эпидермис, II - часть дермы, содержащая капилляры, III - дерма и гиподерма, содержащие артериолы и артерии.

Информационным сигналом биооктрона является амплитуда выходного тока /„ьк (напряжения):

/выхМ = /„П(/И)№ + ^2 + К3(С) + А'пр.засв + *отр]£ф, (2)

где /и - ток источника излучения; т](/„) - полная квантовая эффективность излучающего диода; - квантовая эффективность фотоприемного элемента (фотодиода, фототранзистора и др.); выражение в квадратных скобках - коэффициент передачи потока излучения оптического канала; Ки К2, Кз - коэффициенты передачи светового потока, учитывающие процессы взаимодействия (поглощение, рассеяние и отражение) в слоях биоткани I, II, III, К^.^ - коэффициент передачи излучения за счет прямой засветки от излучателя, обусловленной прямой оптической связью источника и приемника излучения при их неполной оптической изоляции (для биооктронов, работающих на отражение светового потока); Котр - коэффициент отражения поверхности биоткани на длине волны Х,и. Коэффициенты Ki...K0Tp за счет введения в них коэффициентов сбора световых потоков учитывают конечные размеры чувствительной площадки фотоприемника. В общем случае коэффициенты передачи К1...К3 могут быть промодулированы какими-либо воздействиями, связанными с изменением оптических свойств биоткани во времени, а также от ряда факторов,

таких как состояние поверхности биологической ткани, качество крепления биооктрона, артефактов движения, внешних оптических засветок (помех) и др., причем модулирующая функция F(t), действующая на коэффициент К3, обусловлена деятельностью сердечно-сосудистой системы биообъекта и определяет полезный световой поток, поступающий на фотоприемник от слоя III.

Таким образом, полезный сигнал на выходе биооктрона должен определяться только временной зависимостью оптических свойств III слоя биоткани, то есть модулирующей функцией F(t): IBbK(t) = T[F(f)], а с точки зрения аппаратурного подхода интерес представляет зависимость /ВЬ1Х(/) = *Pi[Ar3F(f))]. При этом необходимо отстраиваться от влияния внешних мешающих факторов /и других факторов, указанных в выражении 2.

Для повышения информативности гемодинамических показателей, определяемых на основе анализа фотоплетизмограмм, необходимо выявить и устранить или, по крайней мере, ослабить влияние возможных артефактов, сопровождающих процесс снятия и обработки фотоплетизмограмм.

Представим модель системы ФПГ с позиции теории информации (рис. 3), где в преобразователях информации а, Ь, с, d осуществляются следующие виды преобразований информации биологического объекта 1Бо, характеризующей состояние его ССС: <Pi> - преобразование изменений объемных параметров кровенаполнения биотканей в оптические характеристики и параметры биообъекта; <Р2> - преобразование оптических характеристик биообъекта в электрические сигналы; <Рз> - преобразование электрических, сигналов в цифровые сигналы, отражающие параметры фотоплетизмограммы и обработка их в ЭВМ; <Р4> - преобразование информации, содержащейся в параметрах фотоплетизмограмм и гемодинамических показателях на выходе системы фотоплетизмографии, в информацию, интерпретированную человеком-оператором.

Рисунок 3 - Модель преобразования информации в системе фотоплетизмографии

На выходе соответствующего преобразователя получаем: информацию 10ПТ, содержащуюся в оптических характеристиках, отражающих параметры биообъекта (преобразователь а); информацию 1эл, содержащуюся в электрических сигналах (преобразователь Ь); информацию 1ФПг в виде фотоплетизмограмм и их параметров, получаемую в результате аналого-цифрового преобразования электрических сигналов и после обработки в ЭВМ (преобразователь с)\ информацию 10, интерпретированную человеком-оператором <£

Представленную схему преобразования информации необходимо рассматривать с точки зрения «полезности» информации. Будем считать, что поток информации I состоит из двух составляющих

1= I О,«, +1Щ) ¡=1

где 1шл - полезная информация, которая содержится на выходе каждого преобразователя a...d. Каждая из составляющих схемы преобразования информации содержит «ложную» информацию, вызванную появлением шумов (помех) 1Ш, причем отдельные составляющие шума обусловлены влиянием артефактов. Очевидно, что объем полезной информации уменьшается после каждого преобразования

I БО пол ^1опт пол ^*1эл пол >1фПГ пол ^lo пол*

Поскольку в состав каждого оператора преобразования входят элементы искажения информации за счет действия шумов (помех), обусловленных различными артефактами, то для получения достоверной диагностической информации необходимо минимизировать потери информации на каждом этапе ее преобразования {<р\>...<рц>) от БО до пользователя. Другими словами, необходимо, чтобы потери информации в системе были обусловлены только потерями на ее преобразование, а не за счет артефактов.

С точки зрения системного анализа процесс получения информации, в том числе и на основе метода фотоплетизмографии, должен рассматриваться исходя из взаимосвязанного функционирования технической системы и биологического объекта. Это приводит к понятию биотехнической системы (БТС), которую можно представить как совокупность взаимосвязанных и взаимозависимых объектов технической и биологической природы, на которые действуют внутренние и внешние факторы, обратные связи и управляющие воздействия.

В диссертации приводится анализ структурной схемы БТС фотоплетизмографии, которая включает биологический объект (человек или животное), систему фотоплетизмографии, получателя информации («оператора») и техническую систему (средства).

В результате анализа процесса получения ФПГ-информации в рамках БТС выявлены следующие факторы, вносящие помехи в процесс преобразований <P\>...<Pi> и влияющие на качество получаемой информации:

1. Физические поля, действующие на биологический объект со стороны системы ФПГ.

2. Влияние биологического объекта на систему ФПГ.

3. Влияние самой системы ФПГ на качество получаемой информации.

4. Влияние способов представления информации оператору.

5. Влияние оператора на биологический объект.

6. Воздействия внешней технической системы (средств), контактирующей с биообъектом.

7. Влияние внешней среды

а) на биологический объект;

б) на внешнюю техническую систему.

Проведенные исследования математической модели БТС показали: некоторые факторы взаимосвязаны: например, существует взаимное влияние биологического объекта и системы ФПГ, что говорит о сложности рассматриваемого процесса снятия и обработки ФПГ-информации; пигментация кожного покрова приводит к увеличению мощности излучения светодиода датчика, а это, в свою очередь, повышает температуру поверхности биоткани, что искажает результат измерения; установка источника излучения датчика в область биологически активной точки может привести к стрессовому состоянию биообъекта.

Построение и анализ рассмотренной информационной модели позволили решить ряд задач по уменьшению влияния артефактов при регистрации и обработке фотоплетизмограмм, что повышает качество получаемой диагностической информации.

Системный анализ функционирования разработанных технических средств и алгоритмов регистрации и обработки фотоплетизмограмм в рамках созданной информационной модели выявил ряд новых нерешенных задач, связанных с уменьшением влияния артефактов на качество получаемой информации и рассмотренных в следующих разделах диссертации.

В третьей главе проведен анализ и обоснование основных параметров фотоплетизмографии животных: оптического диапазона для фотоплетизмографии, полосы пропускания, динамического диапазона и общего коэффициента усилительного тракта фотоплетизмографа, а также мощности излучения и частоты модуляции светового потока источника излучения, частоты дискретизации ФПГ сигнала на выходе АЦП и др.

Для получения пульсовой кривой, объективно отражающей кровоснабжение биоткани, необходимо, чтобы фотоплетизмограмма отражала только изменения объема содержащейся в биоткани крови, обусловленные работой сердца, и не зависела от других факторов. Реально на качество регистрируемых пульсовых кривых существенное влияние оказывают оптические свойства биоткани.

В процессе рассмотрения модели взаимодействия оптического излучения с биотканью, которая относится к сильно рассеивающим средам, выявлены световые потоки, несущие полезную информацию об оптических свойствах биоткани: это часть рассеянного излучения, не поглощенного за время распространения в ткани, которое выходит на поверхность в направлении излучателя, и оставшаяся часть излучения, прошедшего через слой ткани (диффузное пропускание).

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что наиболее эффективным спектральным диапазоном для фотоплетизмографии с точки зрения глубины проникновения оптического излучения в ткань и отстройки от влияния различной концентрации кислорода в крови является ближняя инфракрасная область спектра с длинами волн 0,8...1,0 мкм, а оптимальная длина волны составляет около 0,81 мкм.

Деятельность системы кровообращения характеризуется сравнительно быстрыми динамическими изменениями, возникающими в кровеносном русле (пульсовая волна) и медленными изменениями, вызванными действием различных физиологических факторов (дыхание, состояние тонуса сосудов), влиянием температуры и др. Графическая запись этих процессов характеризуется определенным частотным спектром, от которого зависит полоса пропускания усилительного тракта фотоплетизмографа.

Верхняя граница частотного спектра, составляющая около 60 Гц, определяется в основном максимальной частотой сердечных сокращений данного вида животных и скоростью нарастания пульсовой волны, а также зависит от формы дикротического зубца и возможных изменений фотоплетизмограммы, связанных с нарушениями функционирования ССС. Стрессовые состояния животных существенно влияют на верхнюю частоту спектра/в.

Нижняя граница в спектре регистрируемого ФПГ сигнала ограничивается частотой f„ - 0,1...0,25 Гц, что необходимо, с одной стороны, для исключения влияния на регистрируемую фотоплетизмограмму медленных волн второго и третьего порядков, а с другой - возможностью пропускания низкочастотных составляющих полезного сигнала.

Выбор интенсивности светового потока, падающего на биологическую ткань, определяется, с одной стороны, необходимостью получения требуемой чувствительности фотоплетизмографа, а с другой - наименьшим влиянием излучения на биологический объект, которое может исказить реальную картину периферического кровообращения. Учитывая безопасное влияние на организм животных и проведенный анализ имеющихся данных, мощность излучения ИК светодиода следует выбирать в диапазоне от десятых долей до 1 мВт. При использовании неточечных источников излучения, например в виде кольцевой излучающей поверхности, мощность может быть выше (10...20 мВт).

В данной главе выявлены основные источники погрешностей при исследовании животных методом ФПГ и пути уменьшения их влияния.

Как выяснено выше, на качество снимаемых фотоплетизмограмм существенное влияние оказывают различные мешающие (искусственные) факторы (артефакты), возникающие в результате действия внешних электромагнитных полей, попадания света от посторонних источников излучения на фотоприемник датчика; физиологические артефакты, оказывающие наибольшее влияние на выходной сигнал фотоплетизмографа: двигательные артефакты, факторы, связанные с индивидуальными оптическими свойствами биологических тканей; а

также технические артефакты, порождаемые, например, пульсациями вакуум-метрического давления доильной установки.

Для примера на рис. 4а приведена реализация пульсового сигнала, искаженная артефактами, а на рис. 4б - фотоплетизмограмма при отсутствии артефактов.

Снижение влияния артефактов осуществляется как аппаратурно за счет схемных и программных средств на базе микропроцессорных устройств обработки информации, так и совершенствованием конструкции биооктронов и способов их установки.

1»

2М

100 и о

О » <0 К 60 140 120 1« 1« 180 ХЯ ИО 1Ю 360 ЭвОХОЭЗ)МОЭ60ЭЮ400«20Ш«60460500

а

; ' ) :

шм ®Ш1 Ш

6 зо ш « ю ко ни ю <« ?» 2«о т ж ___________________-...................................................................................................... ЭОб Э?0 240 ЭШ Эво 4ло 470 «о «еа <ео аса

б

Рисунок 4 - Сигнал фотоплетизмограммы, искаженный артефактами (а); сигнал фотоплетизмограммы без артефактов (б)

В фотоплетизмографах с однолучевыми биооктронами для уменьшения влияния артефактов и повышения точности измерений оптических характеристик биологических тканей необходимо поддерживать постоянными мощность светового потока источника излучения, чувствительность фотоприемника, коэффициент преобразования фотоплетизмографа.

В работе показано, что уменьшить влияние на точность определения оптических характеристик биологических тканей флуктуаций потока излучения, артефактов, связанных с состоянием поверхности кожного или слизистого покрова, дрейфа параметров электронных элементов схем и биооктронов можно с помощью двухлучевых фотоплетизмографов, в которых один или оба световых потока являются измерительными, то есть взаимодействуют с биотканью.

В четвертой главе изложены основные принципы построения фотоплетизмографов с различными световыми потоками. Для этого проанализированы

V».РРП

различные варианты построения аппаратуры для ФПГ и на их основе разработана классификация основных типов фотоплетизмографов.

На основе полученного в экспериментах опыта построения устройств для снятия пульсовых кривых методом ФПГ и приведенной классификации сформулированы основные принципы построения фотоплетизмографов:

1. Оптимальный выбор основных параметров и характеристик элементов и узлов фотоплетизмографа (спектральный диапазон, полоса пропускания, динамический диапазон и коэффициент усиления, частота модуляции и мощность излучения источников, частота дискретизации ФПГ сигнала в АЦП, отношение сигнал/шум и др.).

2. Получение достоверной информации о функционировании сердечнососудистой системы за счет ослабление влияния артефактов, в том числе на первичной стадии получения информации (за счет конструкции биооктронов).

3. Наглядность представления и интерпретации неквалифицированным пользователем (ветеринарным специалистом) измерительной информации за счет автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм.

4. Согласование времени регистрации фотоплетизмограмм с технологическими процессами на ферме (дойка, кормление), что повышает качество снятия и передачи информации в базу данных.

5. Ограничение влияния внешней среды (микроклимат, стрессы животных и др.) на достоверность измерений.

6. Определение достоверных признаков нарушения микроциркуляции по изменению формы пульсовой кривой.

7. Возможность исследования периферического кровоснабжения в различных слоях биоткани.

8. Возможность калибровки и тестового контроля фотоплетизмографа.

Для ограничения влияния артефактов на результат измерения в фотоплетизмографах с однолучевыми биооктронами был разработан ряд оригинальных схемотехнических решений.

Для эффективной борьбы с фоновыми засветками и влиянием температуры на темновой ток фотодиода разработана схема фотоплетизмографа со стабилизацией рабочей точки фотодиода с интегратором и фильтром нижних частот. Для этих же целей разработан импульсный фотоплетизмограф с избирательным усилением сигнала. Автоматическая регулировка усиления в измерительном канале позволяет уменьшить искажения полезного сигнала, обусловленные различным уровнем периферического кровотока и состоянием поверхности биологической ткани. Амплитудная модуляция, используемая в устройстве, позволяет существенно ослабить паразитные низкочастотные сигналы (сетевые наводки, внешние пульсирующие излучения, температурный дрейф элементов оптопары и др.). Экспериментальная проверка схемы показала высокую степень отстройки сигнала от фоновых засветок и незначительное влияние электромагнитных помех промышленной частоты.

Разработаны также цифровой и аналоговый варианты фотоплетизмографов, позволяющие снизить уровень внешних помех (световых, электрических) за счет вычитания сигнала помехи из общего регистрируемого фотоприемником сигнала.

Для обеспечения эффективного оптико-электронного преобразования была разработана методика синтеза биооктронов на основе морфологического метода - одного из эффективных системных подходов к решению различных научно-технических задач. Под морфологией здесь понимаются структура, режимы работы и внешние формы создаваемого объекта. Суть методики заключается в разделении совершенствуемого биооктрона на существенные морфологические признаки, построении множества всех потенциально возможных и допустимых для данной задачи решений (анализ биооктрона) и комбинаторном поиске оптимального варианта технического решения (синтез биооктрона).

Этапы синтеза биооктрона следующие:

1. Точная формулировка решаемой задачи.

2. Выделение существенных морфологических признаков (блоков, узлов, частей и др.) (/ = 1, ..., /г), то есть всех важнейших характеристик биооктрона, его параметров, от которых зависит решение проблемы и достижение основной цели.

3. Раскрытие возможных {к - 1.....т) вариантов исполнения р\' каждого

морфологического признака Р1 (морфологические подмножества { р.' }) и сведение их в таблицу. Построив л-мерное пространство морфологических признаков и отложив на каждой из осей, принадлежащих одному из признаков, все возможные т вариантов, получим многомерную морфологическую матрицу («морфологический ящик» в случае трехмерного пространства при п = 3) или морфологическое множество { рк{ р\ ...р* }. Матрица имеет следующий вид:

и' и2 Р\ Р\ •• -Р! • — р"

и2 Рг Рг ■■ ...р-

„1 „2 Р, Р> ■■ -р, • „ГГ1 ... Р,

Р\ Р1 •• -Р„ ■

Любой набор значений всех классификационных признаков (по одному значению из каждой строки морфологического ящика) представляет собой

возможный вариант решения моделируемой задачи. Для примера в матрице (3) выделен следующий вариант:

{р\р\.....рк, ■■■■р"п)-

4. Определение функциональной ценности полученных вариантов решений. На данном этапе синтеза рассматривают все варианты решений, вытекающих из структуры морфологической таблицы, и сравнивают их по одному или нескольким важнейшим дня данной технической системы показателям.

5. Выбор наиболее рациональных конкретных решений. Оптимальный вариант находится по одному или нескольким значениям важнейших для данной задачи показателей, отвечающих требованиям к системе.

В нашем случае на первом этапе использования метода ставилась задача создания биооктронов, наиболее приспособленных для исследования животных (надежность, удобство крепления, ослабление влияния артефактов: перекос установки биооктрона, загрязненные участки кожи и ее пигментация, движение животного и др.).

На втором этапе в качестве важнейших были выбраны морфологические признаки, указанные в табл. 1.

Таблица 1 - Таблица морфологических признаков

Существенные морфологические признаки Варианты реализации существенных признаков

1. Источники излучения 1.1; 1.2; 1.3; 1.4; 1.5

2. Приемники излучения 2.1:2.2; 2.3; 2.4

3. Расположение источников и приемников излучения в корпусе биооктрона 3.1; 3.2; 3.3

4. Взаимное расположение источников и приемииков излучения в биооктроне 4.1; 4.2; 4.3; 4.4; 4.5

5. Крепление биооктрона на биологическом объекте 5.1; 5.2; 5.3; 5.4; 5.5

Используя запись в виде (3), получим для данной таблицы:

р\ р\ р\ р1 р1

р\ Р\ Рг Рг Р\ Рг р\

р\ р1 р1 р! р1

р\ р\ р\ рз р\

На третьем этапе для каждого морфологического признака раскрывались возможные варианты его выполнения (см. таблицу 1).

Для первого признака: 1. Светодиоды; 2. Излучатель с управляемым цветом свечения; 3. Полупроводниковый лазер; 4. Лампа накаливания; 5. Внешний источник света.

Для второго признака: 1. Фоторезистор; 2. Фотодиод; 3. Фототранзистор; 4. Фотоэлектронный умножитель.

Для третьего признака: 1. В центре корпуса биооктрона; 2. Асимметрично; 3. По окружности.

Для четвертого признака: I. Излучатели расположены внутри фотоприемников; 2. Излучатели находятся снаружи фотоприемников; 3. Коаксиальное расположение; 4. В одной плоскости; 5. В различных плоскостях.

Для пятого признака: 1. Манжета; 2. Клипса; 3. Магнит; 4. Вакуумный присосок; 5. Имплантация под кожу.

В результате получена пятимерная морфологическая матрица, содержащая все возможные, конечно, в рамках предложенных признаков, варианты выполнения биооктрона, его узлов и элементов (1500 вариантов).

На четвертом и пятом этапах анализировались и оценивались различные варианты сочетания признаков.

С помощью морфологического метода получены оригинальные и эффективные с точки зрения снижения влияния артефактов варианты биооктронов. На рис. 5 приведена схема устройства для регистрации фотоплетизмограмм с разработанным двухлучевым биооктроном с разнесенными потоками (на устройство получено авторское свидетельство), в котором решена задача, поставленная на первом этапе проектирования.

2 3 5 1 6 ^7

Рисунок 5 - Схема фотоплетизмографа с биооктроном, разработанным с помощью морфологического метода

Конструкция построена на основе развития сочетания признаков {р\ Рг Р] Р\ Р\) и позволяет снизить ряд артефактов, имеющих место при исследовании животных. Устройство содержит источник излучения 1, корпус 2, фотоприемники 3 и4, светофильтры 5 и 6, держатель 7, регулируемый источник

питания 5, усилитель фотосигнала 9 и регистратор 10. Биооктрон комплектуется набором светофильтров в виде шайб 5 и защитных светофильтров 6, позволяющих использовать его в различных диапазонах излучения светового потока. Держатель 7 закреплен в одной плоскости с первым фотоприемником 3 с помощью шайбы 5. Шайба 5 крепится к корпусу 2 и держателю 7 с помощью резьбового соединения. Второй фотоприемник 4 служит для стабилизации режима работы источника излучения I.

Дальнейшее совершенствование биооктрона с помощью морфологического метода привело к созданию нескольких вариантов его конструкции: с параболической внутренней поверхностью, позволяющей в большей степени сконцентрировать световой поток от источника излучения.

Увеличить принимаемый фотоэлектрическим преобразователем световой поток от источника излучения позволяет биооктрон, в котором фотоприемник установлен в фокусе параболической поверхности корпуса биооктрона. В разработанных биооктронах использованы оптопары с оптическими системами (собирающими линзами), что повышает эффективность их использования; для снижения влияния внешних помех и увеличения отношения сигнал/шум первый каскад усилителя расположен внутри корпуса биооктрона.

Разработанную методику совершенствования биооктронов на основе морфологического метода можно с успехом использовать для решения широкого круга технических задач в различных отраслях науки и техники.

Для существенного снижения влияния различных артефактов разработан фотоплетизмограф с двухлучевым биооктроном и совмещенными потоками, на который получено авторское свидетельство.

Для повышения точности измерения оптических характеристик биологических тканей при изменении параметров оптического канала, например, вследствие изменения состояния поверхности биологического объекта разработан фото плетизмограф с оптоэлектрическим контуром отрицательной обратной связи.

В пятой главе рассмотрены аппаратурные и программно-алгоритмические методы снижения влияния артефактов. Для разработки эффективных методов ограничения влияния артефактов выявлен частотный диапазон, в котором они проявляются (рис. 6), где заштрихованный участок /Ж соответствует полезному ФПГ-сигналу. Источники возникновения артефактов, границы частотных диапазонов и методы ослабления их влияния приведены в табл. 2.

А В С ВЕР С Н 1 ]К Ь М N

Рисунок б - Частотный диапазон артефактов

Таблица 2 - Классификация артефактов, имеющих различный частотный диапазон, и методы ослабления их влияния

№ п/п Вид влияющих факторов Источники возникновения влияющих факторов Методы уменьшения влияния факторов

I Внешние 1. Электромагнитные поля (высокочастотные и низкочастотные: промышленная сеть, терапевтическая аппаратура, автотранспорт) м 2. Оптические помехи (дневной свет а и свет от ламп накаливания, люминесцентных ламп ЛИ) 3. Технические артефакты (вибрация, транспорт, до-ильиая установка) <7// 4. Среда (температура) лв 1. Частотная фильтрация (аналоговые и цифровые фильтры нижних, верхних частот и режекторные фильтры с высокой крутизной спада частотных характеристик фильтров, избирательное усиление), тщательная экранировка 2. Оптическая экранировка био-октроиа, избирательное усиление, двухфазная коммутация источника излучения биооктрона, вычитание сигнала помехи 3. Вычитание сигнала помехи, временнйя селекция сигнала 4. Компенсации влияния температуры

II Внутренние (физиологические) 5. Дыхание (волны второго порядка), волны третьего порядка CF 6. Артефакты движения, тремор е1 5. Частотная фильтрация (фильтры нижних частот, вычитание сигнала помехи) 6. Оптимальная линейная фильтрация (согласованные цифровые фильтры), совершенствование конструкций биооктрона

III Аппаратурные 1. Шумы элементов аппаратуры (резисторов, операционных усилителей, фотоприемников) вы 7. Частотная фильтрация

При значительном влиянии артефактов с перекрывающимися спектрами, например артефактов движения (факторы вида 6), используют исключение аномальных участков фотоплетизмограмм. А для получения информативных параметров пульсовой кривой в результате действия технических артефактов (факторы вида 6) разработан оригинальный способ регистрации фотоплетизмограмм в процессе дойки.

На основе модели действия артефакта движения выяснено, что относительная погрешность измерения оптической плотности 50 = А= ДЬ/Ь определяется величиной смещения АЬ между источником и приемником излучения и расстоянием Ь между ними, где О0 - начальная оптическая плотность биоткани.

Из аппаратурных методов фильтрации фотоплетизмограмм с аномальными амплитудно-временными параметрами в диссертации разработаны метод вычитания участков пульсовых кривых, связанных с изменением уровня постоянной составляющей сигнала под действием артефакта и метод исключения фотоплетизмограмм аномальной длительности.

С целью снижения погрешностей измерения параметров фотоплетизмограмм и получения объективной информации о периферическом кровообращении биологических тканей разработаны конструкции устройств (оснастка) для правильной установки биооктронов на биологическом объекте (животном) при минимальных затратах времени на эту операцию. Важность совершенствования устройств крепления биооктрона на поверхности биологического объекта объясняется тем, что слабое крепление биооктрона ведет к его смещению и перекосу установки, что повышает вероятность воздействия артефактов движения. С другой стороны, при сильном прижатии форма пульсовой кривой сглаживается, анакрота и катакрота становятся более пологими, а амплитуда в большинстве случаев снижается. В результате теряется тонкая структура пульсовой кривой, и найденные по такой фотошхетизмограмме ге-модинамические показатели имеют низкую диагностическую ценность.

В работе приведены разработанные автором конструкции биооктронов, позволяющие снизить влияние давления датчиков на точность снимаемых фотоплетизмограмм: с плавной регулировкой давления его корпуса на биологический объект; с расположением источника и приемника оптического излучения на подвижном основании.

Для более точного дозирования давления биооктрона на биоткань разработана автоматизированная система для снятия пульсовых кривых методом фотоплетизмографии, позволяющая оптимизировать усилие прижатия биооктрона к биологическому объекту и снизить влияние артефактов.

На основе предложенного способа разработаны схемы для измерения основных параметров фотоплетизмограмм с возможностью калибровки амплитудных значений, а также автоматизированная система для их определения. Приведены также варианты устройств, защищенные авторскими свидетельст-

вами, позволяющие использовать метод фотоплетизмографии при проведении физиопроцедур на доильной установке.

На рисунке 7 приведены варианты крепления биооктронов на доильном стакане.

Рисунок 7 - Биооктрон, установленный внутри доильного стакана (а), и биооктрон, установленный на доильном стакане (б)

Для автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов искаженных артефактами, которые не удалось удалить аппаратурными методами, использовано относительное описание формы пульсовой кривой, инвариантное к линейным преобразованиям и сдвигу. Это описание является одним из способов качественного (логического) описания сигналов, которое задает лишь признаки сигнала или классы сигналов.

Относительное описание составляет отношение, заданное на множестве отдельных признаков или составляющих дискретного сигнала. В общем случае такое описание может быть построено с использованием матрицы отношения.

Рассмотрим использование относительного описания как способа задания исследуемого цифрового сигнала фотоплетизмограммы.

Пусть из непрерывного ФПГ-сигнала S(t) получена решетчатая функция (РФ):

РФ = {S(ij)}, i= {1, 2, ..., п} на решетке ах.п, где а-число уровней квантования по амплитуде составляющих РФ; п - число составляющих РФ; АS - шаг квантования (рисунок 8). РФ является одним из видов представления цифрового сигнала. На множестве составляющих РФ могут быть построены матрицы отношений, отражающие некоторые отношения между парами составляющих РФ.

Используя соотношения амплитуд составляющих (компонентов) РФ, построим треугольную матрицу [R] следующего вида:

№

5АА —

^КцМ^М — ^ДА

ЗДА ЗД А

Матрица [Я] представляет собой описание формы сигнала 5(0 (см. рис. 8) через амплитудные соотношения между составляющими РФ, то есть через матрицу отношения порядка, заданного на множестве составляющих РФ. Она однозначно описывает сигнал на заданном интервале времени, определяемом размером матрицы.

Рисунок 8 - Формирование относительного описания формы ФПГ-сигнала

Для представления [Л] в ЭВМ используют матрицу изображающих чисел [Я]и для фотоплетизмограммы, представленной решетчатой функцией на рисунке 9, используя следующие условия:

[1, еслиЯ, у "{О, если Я, <5у,

Таким образом, получено неполное описание формы сигнала через отношение порядка между амплитудами составляющих РФ. Определенные изме-

29

нения формы РФ на заданной решетке, обусловленные многообразием ФПГ кривых, приводят к другому виду матрицы [к]и. При использовании относительного описания цифрового сигнала в зависимости от условий применения (анализ, классификация и синтез РФ) полнота описания может также изменяться.

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 П

Рисунок 9 - Пример решетчатой функции фотоплетизмограммы, заданной на решетке а х п. Цифрами 0 и 1 между ординатами составляющих РФ указаны элементы главной диагонали матрицы [Щ,

Для описания и идентификации формы пульсовой кривой, заданной в виде решетчатой функции с использованием матрицы отношения, разработаны схемы классификаторов фотоплетизмограмм.

Для значительного (существенного) сокращения информационной избыточности относительного описания в задачах идентификации фотоплетизмограмм, представленных в виде РФ, использованы гомоморфные эталоны, являющиеся подграфами исследуемого графа. В работе в качестве одного из вариантов построения гомоморфного эталона выбраны элементы главной диагонали матрицы [Ы]и, представляющие собой отношения только соседних отсчетов или в дополнение к ним - отношений близко отстоящих отсчетов, например £(/,•) и 50,-+ 2) - вторая и другие диагонали матрицы.

Рассмотренный способ классификации РФ по матрице отношения (Д]н использован для выделения аномальных участков фотоплетизмограмм, форма которых отличается от заданной формы пульсовой кривой. При этом в качестве гомоморфного эталона приняты главная диагональ матрицы отношения [Я],,! составляющих РФ, так и их разностей МИ2. Миз> Мил-ь где п - число отсчетов. .

5

'п

В таблице 3 приведены примеры экспериментально снятых сигналов с выхода фотоплетизмографа, где 1 - нормальная фотоплетизмограмма; 2 -кривая, содержащая большую «дикротическую волну».

Кроме этого в таблице 3 приведены соответствующие экспериментальным кривым РФ, а также их относительные описания в виде треугольных матриц, в которых выделена главная диагональ, элементы которой использованы в качестве гомоморфного эталона.

Анализируя относительные описания форм, приведенных в табл. 3, видим, что они существенно отличаются друг от друга, что позволяет использовать это описание для выявления и исключения аномальных пульсовых кривых.

Таблица 3 - Примеры построения относительного описания фотоплетизмограмм

(Рц = 1, если Я; > 5;)

Сигнал на выходе фотоплетизмографа Вид решетчатой функции Относительное описание

К 5 ? г4 6 А 1Н 0 0 0 0 0 \Ко 1111 члЧ 1 1 1 1 1 чТКд 1

2 лл 5 2 г4 5 551 т 5 6 7 л Лчл 0 0 0 0 0 N.640 10 0 0 чГЧ 1 1 1 0 1 \о\о о Ч^ГЧ >

Учет формы и длительности реальных пульсовых кривых существенно повышает достоверность (надежность) отсеивания аномальных результатов. Так, например, амплитуда дикротического зубца (значение 56) нормальной фото-плетизмограммы (кривая 1) всегда меньше амплитуды основного пика (значение 53) и меньше пиков, обусловленных такими искажениями пульсовой кривой в области значений 53, как «петушиный гребень». Для нормальной пульсовой кривой 1 указанное условие (53 > ¿в) выполняется, а для аномальной кривой 2 - не выполняется (53 = 57). Поэтому для учета этих условий в гомоморфном описании вводится сравнение амплитуд экстремальных значений пульсовой кривой. Кроме этого, при выходе значения длительности периода анализируемого сигнала за пределы реальных для исследуемых биологических объектов значений этот сигнал будет отнесен к аномальным. Таким образом, в случае поступления сигналов с периодом, соответствующим возможному диапазону изменения основной гармоники частоты пульса (/„= 0.5...4 Гц),

но имеющих форму, не удовлетворяющую указанным требованиям (кривая 2 в таблице 3), они будут считаться аномальными и должны быть исключены из рассмотрения (регистрации).

В диссертации выделены основные операции реализации алгоритма классификации фотоплетизмограмм по относительному описанию.

Эталон относительного описания фотоплетизмограммы можно представить в следующем общем виде:

Ииф = {[ЬЦ(|, [И],,,, ... Щ,(я.п }, где [БЦ,- матрица отношений для 0, 1,

, п - 1 разности составляющих РФ.

Если основная диагональ матрицы М„ь то есть является необходимым элементом для гомоморфного описания, то остальные элементы эталона должны определяться в ходе экспериментов, поскольку форма пульсовой кривой может быть различна для различных диагностических целей.

Важным моментом является определение количества составляющих решетчатой функции (и). Предлагается два подхода:

1. Известна частота пульса обследуемого животного, из чего определяется количество составляющих решетчатой функции для части реализации .

2. Неизвестна частота пульса или она изменяется в процессе измерения. В этом случае берется минимальное количество составляющих из максимально возможной частоты пульса. Эталон «сканируется» по полученному относительному описанию в заданном диапазоне.

В том и другом случае вводится период стабилизации РФ, позволяющий учесть изменения пульса.

Автоматизированная обработка с целью исключения аномальных пульсовых кривых может содержать несколько циклов, в каждом из которых эталон становится более полным от цикла к циклу. Это позволило добиться в эксперименте исключения аномальных фотоплетизмограмм с достоверностью более 75 %.

Блок-схема алгоритма исключения аномальных результатов для реализации ФПГ приведена на рисунке 10.

В диссертации приведен алгоритм поиска диагностических критериев в процессе обработки сигналов ФПГ с учетом операции исключения аномальных результатов.

Для облегчения процесса обработки, поиска и хранения информации о параметрах фотоплетизмограмм и расширения возможностей специалистов (зоотехника, селекционера, ветеринарного врача) при проведении исследований и в практической работе на ферме разработана база данных (БД) параметров фотоплетизмограмм и программного комплекса для работы с этой базой данных. Отличительной особенностью БД является возможность формирования запросов, позволяющих проследить динамику изменения параметров животного или группы животных на протяжении заданного интервала времени.

Рисунок 10-Блок-схема алгоритма исключения аномальных результатов

Разработаны экранные формы, позволяющие достаточно просто вводить и получать необходимую информацию.

В шестой главе рассмотрены вопросы эффективности применения автоматизированной аппаратуры для фотоплетизмографии животных. Автоматизированные фотоплетизмографы и системы, разработанные на базе микропроцессорной техники, позволяют контролировать оптические свойства биотканей животных (состояние сосудистой системы животных) непосредственно в условиях комплексов и ферм.

Разработан портативный 5-канальный автоматизированный фотоплетизмограф, предназначенный для проведения медико-биологических исследований. Комплект биооктронов имеет различные варианты исполнения и оснастку для крепления на биологическом объекте (клипса, браслет и др.). Специализированное программное обеспечение (СПО) для экспресс-обработки зарегистрированной информации реализовано в виде диалоговой интерактивной системы, позволяющей выполнять следующие функции: просматривать на экране монитора персонального компьютера (ПК) сигналы всех каналов; записывать измерительную информацию одновременно со всех каналов в ОЗУ компьютера; с помощью измерительного репера (маркера) ИР проводить углубленный количественный анализ амплитудно-временных параметров фотоплетизмо-грамм (рисунок 11).

Выбор измеряемого отсчета регистратора_I

Рисунок 11 - Вид окна программы с измерительным репером (маркером)

В фотоплетизмографе применены оригинальные миниатюрные биооктро-ны (один из них представлен на рисунке 12), работающие как в проходящем, так и в отраженном монохроматическом свете.

Применение разработанных биооктронов позволяет снизить влияние артефактов, связанных с перекосом биооктрона, смещением его на загрязненный участок ткани или участок с пигментацией кожного покрова, что важно при проведении исследований в полевых условиях.

Разработана также автоматизированная система для контроля оптических свойств биологических тканей при изменении их кровенаполнения, которая содержит фотоплетизмограф с биооктронами, персональный компьютер и специализированное программное обеспечение. На рисунке 13 представлен общий вид автоматизированного фотоплетизмографа.

Для исследования кровообращения биологических объектов одновременно в различных слоях биологических тканей разработана автоматизированная система для снятия фотоплетизмограмм и постоянной составляющей отраженного светового потока в различных спектральных диапазонах. Используемый в системе биооктрон содержит светодиоды с различной длиной волны излучения. Данная система может найти применение в контроле параметров, характеризующих качество работы доильной аппаратуры.

Для подтверждения эффективности применения разработанной аппаратуры на основе метода фотоплетизмографии в животноводстве приведены результаты исследования влияния доильной аппаратуры на периферическое кровообращение вымени коров.

Рисунок 12- Внешний вид биооктрона

Рисунок 13 - Внешний вид автоматизированного фотоплетизмографа с компьютером

На рисунках 14а и б приведены фотоплетизмограммы, снятые с соска вымени коровы до и после машинной дойки, где по оси абсцисс отложено время (одна клетка составляет 500 мс), а по оси ординат - амплитуда фотоплетизмограммы (одна клетка составляет 1 В). Анализ работы доильных аппаратов на ферме показал, что частота пульсаций вакуума и длительность такта сосания повышены, что приводит к снижению уровня периферического кровообращения в основании соска к концу дойки. При этом форма пульсовой кривой, снятой после дойки, в значительной степени сглажена (рисунок 146).

дам™

' АдУ.....- ■! : ч ■ -и

V ¡V

V IV л

\ ■ I ^ ! Ч

Н А" п \ ] \ "

20 40 ео

1(ю м но 1ео юо .?оо ш т ж :во зоо з;о т зьо зоо 4ио 4Ю «и ню 430 еоо

2*0 200'

§1*0 3 кт . „/ГЧ, . .. ---/"Л:. . а..... .л,/....... Г

50- ..........................-.....1...........■ .......I

20 40 ю ео 100 17) 40 160 180 ЯМ X я ?•« гас Тгпс эво .ад зго 340 зйо зао 4т 4гп 4№ т '<л

Рисунок 14- Фотоплетизмограммы, снятые с соска вымени коровы до (кривая а) и после машинной дойки (кривая б)

Эти результаты коррелируют с полученными ранее экспериментальными данными.

Для сравнения на рисунке 15а приведены усредненные по пяти сердечным циклам фотоплетизмограммы, полученные в процессе машинной дойки, где 1 - кривая, снятая до дойки; 2 - через 1,5 мин после начала дойки; 3 - через 3 мин; 4 - непосредственно после дойки.

Частотный анализ фотоплетизмограмм с использованием преобразования Фурье показал (рисунок 15 б), что амплитуда гармоник фотоплетизмограмм к концу дойки также уменьшается, а влияние высших гармоник в частотном спектре сигнала снижается.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 2022 24 26 28 30 32 Интервал времени

а

«а*.,

3 4 5 6 Номер гармоники

Рисунок 15 - Усредненные фотоплетизмограммы (а) и амплитуды гармоник фотоплетизмограмм (б), полученные в процессе машинной дойки

Эксперименты, проведенные на молочном комплексе колхоза-племзавода «Путь Ильича» Завьяловского района, выявили увеличение уровня кровообращения (как общей, так и переменной составляющих) в сосках молочной железы коров после дойки (рисунок 16а и б), где интервалы времени, отложенные по оси абсцисс, имеют следующие значения: 0 - до дойки; 1 - после пред-доильной подготовки вымени; 2 - после дойки; 3 - через 10 минут после дойки; 4,5, 6,7 - соответственно, через 20, 30, 40, 60 минут после дойки.

Рисунок 16-Графики изменения постоянной (я) и переменной (б) составляющих кровообращения молочной железы в процессе дойки

Повышение уровня кровообращения согласуется с фундаментальными работами по физиологии доения.

Таким образом, частотно-временной анализ фотоплетизмограмм, характеризующих периферическое кровообращение животного в процессе дойки, позволяет выявить связь между параметрами пульсовой кривой и техническим состоянием доильного оборудования и использовать полученные результаты при отработке новых элементов технологии доения и совершенствовании доильных аппаратов.

В диссертации приведены результаты исследования, направленные на выявление информативных признаков фотоплетизмограмм при нарушении периферического кровообращения.

При анализе усредненных результирующих периодов пульсовой кривой, полученных экспериментально, отмечены следующие характерные признаки, которые могут быть использованы для исследования нарушений микроциркуляции на основе метода фотоплетизмографии.

1. На кривой, полученной при фотоплетизмографии пораженной ткани, слабо выражен дикротический рубец.

2. На фотоплетизмограмме для пораженной ткани имеется ступенька на восходящей части (анакроте).

3. Нисходящая часть (катакрота) пульсовой кривой более пологая по сравнению с фотоплетизмограммой для здоровой ткани.

4. Длительность анакроты пульсовой кривой увеличена (иногда за счет ступеньки).

5. Вблизи вершины пульсовой кривой имеются дополнительные волны («петушиный гребень»).

6. Вершина имеет плоский характер.

При использовании одиночных признаков наиболее информативными являются второй и пятый признаки, поскольку они полностью отсутствуют в группе биологических объектов с нормально функционирующей сосудистой системой. Но с помощью данных признаков невозможно обнаружить нарушения состояния сосудистой системы биообъектов с нарушениями состояния периферического кровообращения (частота появления данных признаков составляет, соответственно, 66,7 и 53,3 %).

Наилучший результат по обнаружению нарушений состояния сосудистой системы при использовании одиночных признаков дает третий критерий (частота появления 86,7 %), но этот критерий с частотой 10 % встречается в группе обследуемых животных с нормальным периферическим кровотоком. Тщательный анализ полученных данных показывает, что для повышения достоверности диагностики необходимо использовать все признаки с ранжированием их по значимости.

При отнесении к группе обследуемого биообъекта с отклонениями в функционировании ССС с проявлением не менее 3 признаков вероятность действительного нарушения периферического кровообращения составляет более 70 %. На рисунке 17 представлена графическая интерпретация частоты проявления того или иного числа признаков у различных групп обследуемых животных.

Рисунок 17 -

1 и более 2 и более 3 и более 4 и более 5 Количество проявившихся признаков

Частота появления характерных признаков фотоплетизмограмм у различных групп обследуемых животных

Наряду с применением относительного описания фотоплетизмограмм для исключения аномальных результатов перспективным направлением является использование данного описания в процессе автоматизированной диагностики различных нарушений сосудистой системы. На основе сравнительного анализа текущих фотоплетизмограмм с хранящимися в памяти компьютера эталонами фотоплетизмограмм, содержащими признаки, характерные для нарушений периферического кровообращения, можно эффективно выявлять изменения в сосудистой системе.

В таблице 4 приведены примеры фотоплетизмограмм с характерными диагностическими признаками, отмеченными выше (признаки 1 и 2); решетчатые функции, соответствующие выделенным участкам пульсовых кривых, на которых проявляется тот или иной выявленный признак и относительные описания для приведенных решетчатых функций с выделенными гомоморфными эталонами в виде главной диагонали.

Для сравнения в данной таблице построены и относительные описания для решетчатых функций соответствующих участков нормальной пульсовой кривой (см. рисунок 9). Анализ результатов исследований показывает, что, как и в случае с выявлением аномальных результатов (см. таблицу 3), относительные описания сигналов, характеризующие различные диагностические признаки пульсовой кривой, существенно отличаются друг от друга, как и их гомоморфные эталоны. Поэтому разработанное относительное описание фотоплетизмограмм может быть использовано при построении систем автоматизированной диагностики нарушений периферического кровообращения биологических объектов.

Таблица 4 - Примеры относительного описания диагностических признаков ФПГ

Вид фотоплетизмограммы с диагностическим признаком Решетчатая функция сигнала (участка) фотоплетизмограммы Подматрица относительного описания участка ФПГ Подматрица относительного описания участка нормальной ФПГ (рис. 9)

! В 1 \ \ 1 Г /Кл 11111 1111 \Х1 ) 1 1 N¿4 1 1 1 \ \ > 1 0 0 0 0 0 1 \Г\0 0 0 0 0 0 0 члКо 0 0 0 0 0 \0Ч<) 0 0 0 1 \0\) 1 1 1 N¿4 1 1 \\ I \ >

V /1 / фчл 0 0 0 0 0 0 0 0 \очо 0 0 0 0 0 0 0 \)0Чч0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 \Хо ооо ччКо о о \Хо 0 /(Ко » 0000000 0 0 0 0 0 0 0 \jNii оооооо 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

/ /

Таким образом, выявлено б критериев нарушений микроциркуляции по параметрам пульсовой кривой. При использовании комбинации этих критериев достоверность диагностики микроциркуляторных поражений по изменению формы фотоплетизмограммы составляет около 70 %.

В целом, полученные в исследованиях результаты показали эффективность использования метода фотоплетизмографии при оценке нарушений периферического кровообращения, что позволяет проводить различные диагностические исследования и накапливать статистический материал по поиску признаков ряда заболеваний животных (мастит, эндометрит и др.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена проблема измерения и регистрации оптической плотности биологических тканей животного при изменении их кровенаполнения в условиях различных артефактов. Для этого сформулированы и обоснованы научные положения для разработки методов и средств измерения и контроля оптических свойств биологических тканей в процессе их кровенаполнения, и отражающих нарушения функционирования сердечнососудистой системы животных, что позволило повысить эффективность и качество снимаемых фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

Указанные результаты получены в ходе анализа и исследований разработанной математической модели фотоплетизмограммы в форме относительного описания цифрового сигнала, учитывающей процесс регистрации и обработки фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования и разработанные на их основе технические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, позволяют повысить эффективность использования метода фотоплетизмографии в ветеринарии и расширить область его применения в медицине.

Разработанные методы и средства контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных при изменении их кровенаполнения в условиях действия артефактов открывают возможность неквалифицированному пользователю (ветеринарному врачу, зоотехнику, селекционеру):

- снимать фотоплетизмограммы как в условиях ферм, в том числе на доильной установке, так и в полевых условиях;

- контролировать влияние пульсаций вакуума доильной установки на кровоснабжение вымени коров, в результате чего своевременно оценивать текущее техническое состояние элементов доильной установки при ее эксплуатации, предупреждая заболевания коров, вызванных техническими нарушениями работы доильной установки.

Выполненные исследования открывают возможность для конструкторов и научных работников создавать конструкции доильных аппаратов со встроен-

ными средствами контроля физиологического состояния сельскохозяйственных животных, в том числе с использованием метода фотоплетизмографии, а также разрабатывать системы регулирования микроклимата и управления режимами работы доильных аппаратов на основе контроля (в том числе дистанционного) фотоплетизмограмм, которые обеспечивают оптимальные условия содержания животных и в ряде случаев снижают энергопотребление установок микроклимата.

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем.

1. Анализ разработанной информационной модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии позволил выявить основные источники возникновения артефактов при исследовании сельскохозяйственных животных и обосновать основные положения методики контроля оптической плотности биологической ткани животных при изменении ее кровенаполнения.

2. Разработана методика исследования оптической плотности биологической ткани сельскохозяйственных животных, представленной в виде фотопле-тизмограммы, содержащая обоснование действий и основных параметров и характеристик средств измерения и контроля: оптимального спектрального диапазона (0,8... 1,0 мкм) источника излучения с точки зрения глубины проникновения оптического излучения в ткань и отстройки от влияния различной концентрации кислорода в крови, динамического диапазона, общего коэффициента усиления и полосы пропускания (0,2...60 Гц) усилительного тракта, мощности и частоты модуляции светового потока источника ИК-излучения, что позволило повысить качество и достоверность контроля оптических свойств биотканей, обусловленных изменением их кровенаполнения. Выбранные параметры измерений позволяют получить фотоплетизмограмму, на которой можно выявить нарушения периферического кровоснабжения в виде локальных изменений формы пульсовой кривой. Эти локальные изменения достигают частот, превышающих 40 Гц.

3. Выявлены основные источники погрешностей измерения оптической плотности биологической ткани при исследовании сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии - действие внешних электромагнитных полей; оптические помехи; влияние двигательных и технических артефактов; погрешности, обусловленные физиологическими факторами, которые связаны с индивидуальными оптическими свойствами биологических тканей; стресс-факторы и др. - и указаны пути уменьшения влияния погрешностей. В отличие от человека ряд указанных артефактов не может быть исключен за счет вербального влияния на животных при измерениях. При этом общая погрешность измерения оптической плотности биологической ткани сельскохозяйственных животных в условиях действия артефактов может достигать на определенных временных интервалах измерения 100 %.

4. Разработаны принципы создания, а также предложены схемы фотоплетизмографов со стабилизацией потока излучения и рабочей точки фотодиода; с избирательным усилением сигнала; с вычитанием сигнала помехи из общего регистрируемого фотоприемником сигнала и конструкции биооктронов, которые позволили ослабить внешние артефакты различной природы при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

5. Разработана методика синтеза биооктронов на основе морфологического метода, заключающаяся в разделении совершенствуемого биооктрона на существенные морфологические признаки, построении множества всех потенциально возможных и допустимых для данной задачи решений (анализ биооктрона) и комбинаторном поиске оптимального варианта технического решения (синтез биооктрона). В результате применения морфологического метода получены оригинальные и эффективные с точки зрения снижения влияния артефактов варианты биооктронов. Экспериментальная проверка разработанных биооктронов при снятии фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных показала снижение более чем в 1,5 раза влияние таких артефактов, как перекос установки и сдвиг биооктрона, пигментация и волосяной покров биоткани.

6. Предложены аппаратурные методы и средства уменьшения влияния артефактов на измерение оптической плотности биотканей сельскохозяйственных животных: метод исключения из регистрируемой фотоплетизмограммы ее отдельных участков, искаженных артефактами; метод снижения влияния технических артефактов при регистрации фотоплетизмограмм; метод регулировки давления биооктрона на биоткань. Аппаратурная реализация этих методов позволила в 2-5 раз снизить влияние артефактов.

7. Разработан алгоритм исключения аномальных результатов (искажение дикротического зубца, изменение длительности пульсовой кривой, наложение колебаний повышенных частот) при автоматизированной обработке фотоплетизмограммы на основе использования относительного описания ее формы, облегчающий неквалифицированному пользователю снимать и анализировать пульсовые кривые в условиях ферм, что повышает качество контроля состояния сердечно-сосудистой системы животных. При экспериментальной апробации получена достоверность исключения аномальных результатов при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных выше 75 %.

8. Впервые разработана база данных, позволяющая хранить как общие, так и характеризующие состояние сердечно-сосудистой системы данные обо всех сельскохозяйственных животных на ферме и определять гемодинамические показатели в виде первичных амплитудно-временных и частотных параметров фотоплетизмограмм.

9. Проведенные эксперименты, направленные на выявление информативных признаков фотоплетизмограмм при нарушении периферического кровотока, позволили выявить шесть характерных признаков, которые могут быть

использованы для исследования нарушений микроциркуляции на основе метода фотоплетизмографии: 1) слабо выражен дикротический рубец; 2) имеется ступенька на восходящей части (анакроте); 3) нисходящая часть (катакрота) пульсовой кривой более пологая по сравнению с фотоплетизмограммой для здоровой ткани; 4) длительность анакроты пульсовой кривой увеличена (иногда за счет ступеньки); 5) вблизи вершины пульсовой кривой имеются дополнительные волны («петушиный гребень»); 6) вершина имеет плоский характер. При использовании этих признаков достоверность диагностики микро-циркуляторных поражений составляет более 70 %. Это позволяет проводить различные исследования сельскохозяйственных животных по выявлению диагностических критериев их заболеваемости и накапливать статистический материал ряда заболеваний.

10. Предложено использовать относительное описание фотоплетизмограмм с использованием гомоморфных эталонов в процессе автоматизированной диагностики нарушений кровоснабжения биологических тканей на основе шести выявленных информативных признаков, что в совокупности с образным представлением основных параметров фотоплетизмограмм позволяет облегчить анализ и интерпретацию показателей гемодинамики животных, представленных в виде параметров фотоплетизмограмм.

11. Разработана автоматизированная система исследования гемодинамики сельскохозяйственных животных в виде амплитудно-временных параметров фотоплетизмограмм с анализом различных слоев биологической ткани, которая позволяет выявить нарушения периферического кровообращения.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

Монографии и учебники

1. Алексеев, В. А. Проектирование устройств регистрации гемодинамических показателей животных на основе метода фотоплетизмографии [Текст] : монография / В. А. Алексеев, С. И. Юран. - Ижевск : ИжГСХА; ИжГТУ, 2006. - 248 с.

2. Коломиец, А. П. Электропривод и электрооборудование [Текст] / А. П. Коломи-ец, Н. П. Кондратьева, И. Р. Владыкин, С. И. Юран. - М.: КолосС, 2006. - 328 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

3. А. с. 1591948 СССР, МКИ А61В 5/02. Фотоплетизмограф [Текст] / С. И. Юран,

B. А. Алексеев, В. И. Заболотских, И. Е. Останин. - Опубл. 1990, Бюл.Ха 34.

4. А. с. 1630713 СССР, МКИ А01J 7/00. Устройство для профилактики мастита у коров [Текст] / С. И. Юран, В. А. Алексеев, В. И. Заболотских. - Опубл. 28.02.91, Бюл. №8.

5. А. с. 1702980 СССР, МКИ A01J 7/00. Устройство для профилактики мастита у коров [Текст] / С.И. Юран, В.А. Алексеев, В.И. Заболотских. - Опубл. 1992, Бюл. №1.

6. А. с* 1702983 СССР, МКИ A01J 7/00. Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных [Текст] / С. И. Юран, В. А. Алексеев, В. И. Заболотских. - Опубл. 07.01.92, Бюл. JVa 1.

7. А. с. 1724172 СССР, МКИ А61В 5/02. Измеритель частоты пульса [Текст] / С. И. Юран, В. А. Алексеев, В. И. Заболотских, В. И. Вахрушев. - Опубл. 1992, Бюл. № 13.

8. А. с. 1766336 СССР, МКИ A01J 7/00, А61В 5/00. Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных [Текст] / С. И. Юран, В. А. Алексеев, В. И. Заболотских. - Опубл.1992, Бюл. №37.

9. Алексеев, В. А. Автоматизированный контроль сердечно-сосудистой системы животных [Текст] / В. А. Алексеев, В. И. Заболотских, С. И. Юран II Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1996. - Ks 5. - С. 25-26.

10. Юран, С. И. Фотоплетизмография сосудистой системы вымени коров [Текст] И Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1998. - Na 1. - С. 15-16.

11. Заболотских, В. И. Портативная система фотоплетизмографии для медико-биологических исследований [Текст] / В. И. Заболотских, С. И. Юран // Измерительная техника. - 1999. -№ 4. - С. 31-34.

12. Юран, С. И. Контроль процесса дойки коров методом фотоплетизмографии [Текст] // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1999. - № 10. - С. 1113.

13. Юран, С. И. Применение метода фотоплетизмографии в животноводстве [Текст] // Техника в сельском хозяйстве. - 2000. -JSs 1. - С. 16-19.

14. Жигалов, В. А. Оптодиагностика сосудистой системы сельскохозяйственных животных [Текст] / В. А. Жигалов, С. И. Юран // Докл. Россельхозакадемии.- 2001. -№3.~С. 50-53.

15. Юран, С. И. Морфологический синтез датчиков для фотоплетизмографии животных [Текст] // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2003. - № б. -

C. 12-14.

16. Патент 2231952 Российская Федерация, МПК7 A01J 7/00. Способ определения физиологических показателей вымени животных [Текст] i С. И. Юран. - Опубл. 10.07.2004, Бюл. № 19.

17. Юран, С. И. Устройство для фотоплетизмографии животных в различных спектральных диапазонах [Текст] // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2004. -№ 2. - С. 6-8.

18. Юран, С. И. Метод фотоплетизмографии в физиотерапии сельскохозяйственных животных [Текст] II Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -2005. 1,- С. 42-43.

19. Юран, С. И. Снижение влияния артефактов в автоматизированных фотоплетизмографах для сельскохозяйственных животных [Текст] / С. И. Юран, А. А Дюпин // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук.-2005. - № 3. - С. 82-84.

20. Свидетельство «Об официальной регистрации программы для ЭВМ» 2005611184. Регистрация фотоплетизмограмм [Текст] / В. А. Алексеев, С. Хамдан, А. А. Дюпин, С. И. Юран. - Бюл. Пр ЭВМ, БД, ТИМС. - 2005. - № 3.

21. Юран, С. И. Портативный автоматизированный фотоплетизмограф [Текст] И Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. - № 7. - С. 17-19.

22. Алексеев, В. А. Информационная модель процесса регистрации и обработки фотоплетизмограмм [Текст] / В. А. Алексеев, С. И. Юран, Н. Або Исса // Вестник ИжГТУ. - 2006. - № 3. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2006. - С. 48-52.

23. Юран, С. И. Измерение параметров фотоплетизмограмм с вымени коров во время дойки [Текст] // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2006. -№10.-0.17-19.

24. Юран, С.И. Автоматизированный фотоплетизмограф для исследования сосудистой системы животных [Текст] // Вестник КрасГАУ.- 2007.- 2 (17).- С. 209-212.

25. Алексеев, В.А. Снижение влияния артефактов при регистрации фотоплетизмограмм [Текст] / В.А. Алексеев, С.И. Юран // Датчики и системы. - 2007,- №6. -С.19-22.

26. Свидетельство «Об официальной регистрации базы данных» 2008620029. База данных параметров фотоплетизмограмм [Текст] I В.А. Алексеев, A.A. Дюпин, С.И. Юран. - Бюл. Пр ЭВМ, БД, ТИМС. - 2008. - №1.

27. Алексеев, В.А. Выбор параметров для базы данных фотоплетизмограмм [Текст] / В.А. Алексеев, A.A. Дюпин, С.И. Юран I/ Вестник ИжГТУ. - 2008. - № 4. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2008. - С, 135-137.

Материалы международных конференций

28. Заболотских, В. И. Пятиканальная система для фотоплетизмографических исследований [Текст] / В. И. Заболотских, В. И. Вахрушев, С. И. Юран // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик-1998) : сб. матер. X юбилейной науч.-техн. конф с участием зарубежных специалистов. — М.: МГИЭМ, 1998. - С. 448-450.

29. Юран, С. И. Оптоэлектрический датчик [Текст] / С.И. Юран, В.И. Заболотских // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 1999): матер. XI науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М. : МГИЭМ, 1999.-С. 164.

30. Юран, С. И. Портативный автоматизированный фотоплетизмограф. [Текст] / С.И. Юран, В.И. Заболотских // Измерительные информационные технологии и прибо-

ры в охране здоровья (Метромед-99) : тр. Междунар. науч.-прак. конф. - СПб. : СПб ГТУ, 1999.-С. 104-105.

31. Алексеев, В. А. Многофункциональный датчик для фотоплетизмографии [Текст] / В. А. Алексеев, В. И. Заболотских, С. И. Юран II Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2000) : матер. XII науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2000. - С. 255-256.

32. Алексеев, В. А. Применение фотоплетгамографии в лазерной терапии животных [Текст] / В. А. Алексеев, В. И. Заболотских, С. И. Юран // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2001): матер. XIII науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2001. - С. 231— 232.

33. Алексеев, В. А. Применение метода фотоплетизмографии для исследования гемодинамики сердечно-сосудистой системы сельскохозяйственных животных [Текст] I

B. А. Алексеев, В. И. Заболотских, С. И. Юран II Космос, природа, человек : науч. конф. с мевдунар. уч. : сб. науч. докл. Т. 1. - Ямбол (Болгария) : Изд-во «Жельо-Учков», 2002. - С. 207-214.

34. Алексеев, В. А. Снижение влияния артефактов в измерителях частоты пульса [Текст] / В. А. Алексеев, В. И. Заболотских, С. И. Юран // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2002) : матер. XIV науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2002. - С. 190.

35. Алексеев, В. А. Автоматизированная система на базе микроконтроллера для регистрации и анализа пульсовых кривых [Текст] / В. А. Алексеев, В. И. Заболотских,

C. И. Юран, А. А. Дюпин, С. Хамдан II Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2003): матер. XV науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2003. - С. 322-323.

36. Алексеев, В. А. Использование фотоплетизмографии для контроля процедуры инфракрасной терапии сельскохозяйственных животных [Текст] / В. А. Алексеев, С. Хамдан, С. И. Юран, П. Н. Покоев // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2003) : матер. XV науч.техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2003. - С. 324.

37. Алексеев, В. А. Автоматизированная система для фотоплетизмографии биологических тканей в различных спектральных диапазонах [Текст] / В. А. Алексеев, В, И. Заболотских, С. И. Юран, А. А. Дюпин И Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления (Датчик 2004): матер. XVI науч.-техн. конф. с участием зарубежных специалистов. - М.: МГИЭМ, 2004. - С. 301-303.

38. Юран, С. И. Снижение влияния артефактов в автоматизированных фотоплетизмографах для сельскохозяйственных животных [-Текст] / С. И. Юран, А. А. Дюпин П Автоматизация сельскохозяйственного производства : матер. 8-й Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2. - М.: ВИМ, 2004. - С. 450-457.

39. Юран, С. И. Управление режимами инфракрасной терапии сельскохозяйственных животных с использованием метода фотоплетизмографии [Текст] I Автоматизация сельскохозяйственных производства : матер. 8-й Междунар. науч.-техн. конф. Ч. 2. -М.: ВИМ, 2004. - С. 444-449.

40. Дюпин, А. А. Структура базы данных параметров фотоплетизмограмм [Текст] / А. А. Дюпин, С. И. Юран II Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: сб. докл. IX Междунар. науч.-прак. конф. Ч. 2. - М.: ВИМ, 2006. - С. 352-359.

41. Дюпин, A.A. Выбор параметров фотоплетизмограмм для базы данных [Текст] /

A.A. Дюпин, С.И. Юран // Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии ФРЭ-МЭ'2008: доклады VIII Междунар. научн.-техн. конф. - Владимир, ВГУ, 2008. - Т.1. -С. 339-343.

42. Манохина, И.Н. К вопросу о разработке конструкции датчиков для фотоплетизмографии [Текст] / И.Н. Манохина, A.C. Перминов, С.И. Юран // Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии ФРЭМЭ'2008: доклады VIII Междунар. научн.-техн. конф. - Владимир, ВГУ, 2008. - Т.2. - С. 104-108.

43. Юран, С.И. Совершенствование конструкции датчиков для фотоплетизмографии животных [Текст] / С.И. Юран, A.C. Перминов, И.Н. Манохина // Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: сборник докладов X Междунар. научн.-практ. конф. - М., ВИМ, 2008.-Т2.-С.669-675.

44. Юран, С.И. Автоматизированный фотоплетизмограф с регулируемой полосой пропускания [Текст] II Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве: сборник докладов X Междунар. научн.-практ. конф. - М„ ВИМ, 2008.-Т2.-С. 663-669.

Статьи

45. Малков, А. В. Применение метода фотоплетизмографии для исследования физиологического состояния животных [Текст] / А. В. Малков, С. И. Юран // Вестник Удмуртского университета. Вып. 3. -1992. - С. 47-52.

46. Alekseev, V. A. Studying the blood flow signal using photoplethysmography [Текст] / V. A. Alekseev, S. Hamdan, S. I. Yuran // Успехи современного естествознания. - 2005.

- № 6. - С. 55.

47. Алексеев, В. А. Организация автоматизированного ветеринарного контроля на животноводческом комплексе [Текст] / В. А. Алексеев, С. Хамдан, С. И. Юран II Успехи современного естествознания. - 2005. - № 7. - С. 48-49.

48. Алексеев, В. А. Повышение качества измерения гемодинамических показателей человека и животных при использовании метода фотоплетизмографии [Текст] /

B. А. Алексеев, С. Хамдан, С. И. Юран // Качество и жизнь. - 2005. - № 6. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2005. - С. 67-70.

49. Юран, С. И. Системный подход к регистрации и обработке фотоплетизмограмм [Текст] II Вестник ИжГСХА. - 2006. - № 1. - С. 27-29.

Материалы конференций

50. Алексеев, В. А. Проблемы автоматизации измерений физиологических параметров сельскохозяйственных животных [Текст] / В. А. Алексеев, В. А. Заболотских,

C. И. Юран // Методология измерений : матер. Всес. науч.-техн. конф. - Л: ЛГТУ, 1991.

- С.65-66.

51. Юран, С. И. Применение метода фотоплетизмографии и датчиков на его основе в животноводстве [Текст] // Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образо-

вания и производства : тр. науч.-техн. конф.- Ижевск : Изд. дом «Удмуртский университет», 2001. - С. 32-37.

52. Юран, С. И. Создание микроклимата на ферме с учетом физиологического состояния животных [Текст] // Актуальные проблемы аграрного сектора : тр. НПК. -Ижевск : ИжГТУ, 1997. - С. 51-53.

53. Юран, С. И. Оптимизация усилия прижатия оптоэлектрического датчика к биологическому объекту [Текст] / С. И. Юран, А. А, ДюПин // Устойчивому развитию АПК - научное обеспечение : матер, респ. науч.-практ. конф. - ФГОУ ВПО «Ижевская ГСХА». Т. И. - Ижевск : РИО ФГОУ ВПО ИжГСХА, 2004. - С. 378-382.

54. Алексеев, В.А. Принципы построения базы данных параметров фотоплетизмо-грамм [Текст] / В.А. Алексеев, A.A. Дюпин, С.И. Юран // Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования производства: труды III научно-практической конф. (Ижевск, 14-15 апреля 2006 г.) - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2007.-С.157-163.

55. Перминов, A.C. Методика анализа влияния оптических помех на оптоэлек-тронный датчик фотоплетизмографа [Текст] / A.C. Перминов, О.Ю. Чиркова, С.И. Юран // Инновационное развитие АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научн.- практ. конф. / ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА. - Ижевск, ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА, 2008. - 'Г. IV. - С. 67-74.

Подписано в печать 17.02.2009. Формат 60x84/16 Усл. печ. л. 2,8. Тираж 140 экз. Заказ № 44

Издательство Ижевского государственного технического университета Отпечатано в типографии Издательства ИжГТУ , 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ МЕТОДОМ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИИ.

1.1 Метод фотоплетизмографии - один из методов исследования сердечно-сосудистой системы человека и животных.

1.1.1 Методы исследования ССС.

1.1.2 Метод фотоплетизмографии.

1.2 Параметры пульсовой кривой.

1.3 Применение метода фотоплетизмографии в медицине и животноводстве (ветеринарии).

1.4 Проблемы регистрации и обработки фотоплетизмограмм.

Выводы.

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ

ФОТОПЛЕТИЗМОГРАММ.

2.1 Целевая функция и обобщенная структурная схема системы фотоплетизмографии.

2.2 Информационная модель процесса регистрации и обработки фотоплетизмограмм.

Выводы.

3 АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИИ ЖИВОТНЫХ.

3.1 Определение основных параметров фотоплетизмографа.

3.1.1 Выбор оптического диапазона для фотоплетизмографии животных.

3.1.2 Выбор полосы пропускания усилительного тракта фотоплетизмографа.

3.1.3 Выбор динамического диапазона и коэффициента усиления измерительного тракта фотоплетизмографа.

3.1.4 Выбор мощности излучения и частоты модуляции светового потока источника излучения фотоплетизмографа.

3.2. Источники погрешностей при исследовании животных методом фотоплетизмографии и пути уменьшения их влияния.

Выводы.

4 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФОВ

С РАЗЛИЧНЫМИ СВЕТОВЫМИ ПОТОКАМИ.

4.1 Классификация и основные принципы построения фотоплетизмографов.

4.2 Снижение погрешностей (влияния артефактов) в фотоплетизмографах с однолучевыми биооктронами.

4.3 Морфологический анализ и синтез биологических октронов.

4.3.1 Фотоплетизмографы с двухлучевыми биооктронами и разнесенными потоками.

4.3.2 Фотоплетизмографы с двухлучевыми биооктронами и совмещенными потоками.

4.3.3 Фотоплетизмографы с контуром обратной связи, имеющие двухлучевые биооктроны с совмещенными потоками.

Выводы.

5 АППАРАТУРНЫЕ И ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ АРТЕФАКТОВ.

5.1 Фильтрация фотоплетизмограмм с аномальными амплитудно-временными параметрами.

5.2 Совершенствование методов установки биооктронов на биологическом объекте.

5.2.1 Крепление октронов к поверхности биологической ткани с помощью вакуумных присосок.

5.2.2 Снижение влияния погрешностей измерения параметров фотоплетизмограмм за счет оптимального прижима октрона к биологической ткани.

5.3 Контроль физиологических параметров животных на доильной установке.

5.3.1 Определение параметров фотоплетизмограмм во время в процессе) дойки.

5.3.2 Использование параметров фотоплетизмограмм при проведении физиопроцедур на доильной установке.

5.4 Алгоритм автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов.

5.5 Использование базы данных параметров фотоплетизмограмм и программного комплекса для работы с этой базой данных.

Выводы.

6 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ АППАРАТУРА

ДЛЯ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФИИ ЖИВОТНЫХ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ.

6.1 Автоматизированные фотоплетизмографы.

6.2 Многочастотные фотоплетизмографы.

6.3 Калибровка фотоплетизмографа.

6.4 Автоматизированные системы контроля состояния сердечно-сосудистой системы животных.

6.5 Применение образного анализа при регистрации и интерпретации фотоплетизмограмм.

6.6 Эффективность использования приборов на основе метода фотоплетизмографии.

Выводы.

Актуальность направления исследований. Важнейшей системой, обеспечивающей жизнедеятельность организма, является сердечнососудистая система (ССС). Болезни ССС широко распространены, но в силу огромной компенсаторной способности сердца далеко не все проявляются выраженными симптомами и традиционными методами не диагностируются. Поэтому создание приборов и систем оперативного контроля состояния ССС человека и животных является актуальной задачей. При этом следует отдавать предпочтение приборам, основанным на неинвазивных и бесконтактных методах измерения.

Оценка деятельности ССС осуществляется путем регистрации механических, акустических и биоэлектрических проявлений сердечной деятельности. Среди инструментальных методов, позволяющих объективно оценить состояние ССС, широкое применение нашли метод электрокардиографии (ЭКГ) и методы, основанные на регистрации пульсовой волны.

Одним из перспективных методов регистрации пульсовой волны является метод фотоплетизмографии (ФПГ). Перспективность внедрения аппаратуры на основе метода ФПГ в практику объясняется следующим.

Данный метод является неинвазивным, то есть позволяет определять диагностические показатели без нарушения целостности кожных покровов и слизистых организма, что, в частности, снижает требования к стерильности окружающей среды (неприспособленные помещения и полевые условия для человека, фермы, пастбища для животных).

Достоинствами фотоплетизмографии являются: удобство исследования сосудистых реакций на плоских участках тела; возможность работы в условиях повышенной влажности и сильных электромагнитных полей; отсутствие электродных контактов с живой тканью, а значит, и электрических воздействий на исследуемый биологический объект; простота стерилизации и удобство крепления датчиков, оказывающих малое влияние на кровоснабжение тканей, что важно при длительном наблюдении (мониторинге) физиологического состояния биообъекта (возможен и бесконтактный съем информации).

Указанные достоинства открывают большие перспективы развития метода фотоплетизмографии как диагностического метода. В то же время использование фотоплетизмографии для диагностики заболеваний на основе анализа формы пульсовой кривой было ограничено. Имеются работы, например Lindberg L. G., Spigulis J. и др., в которых амплитудно-временные и частотные параметры фотоплетизмограмм использовались в качестве диагностических признаков; или работы Алексеева В. А., Останина И. Е, где исследовался мозговой кровоток животных и проводилась автоматизированная обработка полученных результатов; работы Прохончукова A.A., Дерябина Е.И. и др. по стоматологии. Кроме того, во многих диагностических приборах, использующих метод фотоплетизмографии, не требуется точного воспроизведения формы пульсовой кривой. К ним относятся измерители частоты сердечных сокращений и интенсивности пульсаций кровотока, пульсоксиметры, например «0ксипульс-01» и др.

Следует сказать, что объективную диагностическую информацию при использовании метода ФПГ можно получить только на основе анализа качественно снятых пульсовых кривых. Однако в реальных условиях этому препятствует множество мешающих (искусственных) факторов (артефактов), связанных с движением и дыханием биообъекта, внешними электромагнитными полями, состоянием кожных покровов и др. Проблема устранения или, по крайней мере, ослабления влияния артефактов имеет большое значение для ФПГ, особенно при регистрации фотоплетизмограмм животных. Причем эта проблема является весьма сложной в связи с тем, что источники возникновения артефактов весьма разнообразны, а построение их моделей оказывается затруднительным. Более того, указанные факторы часто взаимосвязаны.

Сложность получения качественного ФПГ-сигнала связана и с низким уровнем интенсивностей полезных световых потоков, падающих на фотоприемник, при относительно высоком уровне шумов, возникающих как за счет функционирования различных систем организма, например дыхательной и вегетативной нервной системы, так и за счет влияния внешней среды (внешние помехи). При этом частотный спектр шумов в ряде случаев близок к частотному спектру полезного сигнала.

Важной проблемой является построение исследовательской аппаратуры на основе метода ФПГ для оценки физиологического состояния животных, когда влияние артефактов существенно выше, и они имеют специфические особенности. Отечественная промышленность выпускает ограниченный перечень приборов для исследования ССС, позволяющих использовать их в ветеринарной практике. Для этих целей применяются исключительно приборы медицинского назначения, не удовлетворяющие промышленной технологии содержания животных и не учитывающие особенности методики снятия фото-плетизмограмм в условиях комплексов и ферм (высокая влажность помещений, состояние кожных покровов и др.).

Анализ литературных источников показал, что зарубежные приборы с использованием метода фотоплетизмографии не обладают свойствами, позволяющими уменьшить влияние артефактов, особенно при работе с животными. Отечественные приборы, выпускаемые серийно, не имеют автоматизации обработки результатов измерений, а отдельные разработки используют методы обработки сигналов без учета влияния артефактов.

Поэтому построение ФПГ-аппаратуры, позволяющей получить качественную и объективную информацию о гемодинамике исследуемого биологического объекта, является сложной задачей, решение которой можно осуществить только с использованием системного анализа. Для упрощения задачи создания ФПГ-системы необходимо рассмотреть ее по частям, что осуществляется путем декомпозиции модели системы и дальнейшего изучения и совершенствования ее подсистем и элементов: биологического объекта, опто-электронных датчиков, измерительного тракта, средств обработки и представления ФПГ-сигнала и др. Это позволяет в дальнейшем синтезировать систему с заданными свойствами.

Таким образом, актуальна задача построения автоматизированной аппаратуры для фотоплетизмографии сельскохозяйственных животных, обеспечивающей снижение влияния артефактов при регистрации и обработке фото-плетизмограмм. Для преодоления указанных проблем, препятствующих широкому внедрению метода ФПГ в медицинскую и ветеринарную практику, необходим системный подход к созданию и исследованию системы автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм. Решению подобных задач в биологии и медицине посвящены работы В.М. Ахутина, P.M. Ба-евского, В.Г. Гусева, Л.И. Калакутского, H.A. Кореневского, Е.П. Попечите-лева, В.О. Самойлова, М.Б. Славина, A.A. Хадарцева, Н. Asada; в сельском хозяйстве - И.Ф. Бородина, Л.П. Карташова, В.Р. Крауспа, М.М. Луценко, Л.В. Погорелого; в технике - В.А. Алексеева, В.В. Кондратьева и др. Однако применение их в задачах автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных требует также дополнительных экспериментальных исследований. В данной работе изложены результаты решения указанных выше проблем.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и средств автоматизированного контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных при изменении их кровенаполнения в виде фотоплетизмограмм в условиях влияния артефактов, позволяющих повысить качество получения данных о нарушении микроциркуляции.

Основные задачи диссертационной работы

1. Разработка методики измерения и контроля оптических свойств биологической ткани, характеризующих ее кровенаполнение, полученных в виде фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

2. Обоснование основных видов артефактов и источников погрешностей, возникающих при исследовании сосудистой системы сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии на основе теоретических исследований информационной и математической моделей процесса исследования биологической ткани методом фотоплетизмографии.

3. Теоретические исследования и разработка методов создания оптимальной структуры и конструкций оптоэлектронных датчиков для исследования оптической плотности биологической ткани методом фотоплетизмографии со снижением влияния артефактов.

4. Разработка методов регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных с уменьшением влияния артефактов и их экспериментальная апробация в технологических сельскохозяйственных комплексах.

5. Разработка алгоритмов автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов измерений.

6. Исследование и определение основных признаков изменения формы фотоплетизмограммы, характеризующей нарушения микроциркуляции сосудистой системы; поиск методов классификации фотоплетизмограмм по изменению формы сигнала.

7. Разработка и исследование принципов построения системы фотоплетизмографии с автоматизированной регистрацией и обработкой фотоплетизмограмм с возможностью интерпретации полученных данных неквалифицированным пользователем, а также создание базы данных результатов исследования сельскохозяйственных животных.

Объектом исследования является методика и средства измерения и контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии.

Предметом исследования являются модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии, артефакты, методы и средства измерения оптической плотности биотканей, алгоритмы обработки фотоплетизмограмм и оптоэлектронные датчики.

Методы исследования, используемые в работе: математическое и физическое моделирование, методы описания цифровых сигналов, морфологический метод, статистические методы, схемотехника, экспериментальные исследования, компьютерная обработка результатов экспериментов.

Достоверность и обоснованность теоретических результатов диссертации подтверждена испытаниями созданных автоматизированных фотоплетизмографов и датчиков с хорошей воспроизводимостью результатов. Для сравнения использовалась типовая аппаратура для снятия фотоплетизмо-грамм, аттестованная в медицинских учреждениях, а также методы инвазив-ного снятия фотоплетизмограмм.

Математические модели, алгоритмы и прикладные программы, предложенные в работе, основаны на теоретических основах системного анализа, математической статистики, теории графов, информационно-измерительных систем.

Экспериментально полученные данные достаточно хорошо коррелируют с результатами, полученными другими исследователями, и не противоречат физическим закономерностям в смежных областях знаний.

На защиту выносятся

1. Информационная и математическая модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии.

2. Результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса снятия фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных по определению основных артефактов, характерных для данного процесса.

3. Принципы построения автоматизированной системы для регистрации и обработки фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

4. Аппаратурные методы снижения влияния артефактов при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

5. Программно-алгоритмические методы снижения артефактов путем исключения аномальных результатов при регистрации фотоплетизмограмм.

6. Методика оптимального выбора конструкции оптоэлектронных датчиков для фотоплетизмографии с применением методов системного анализа (морфологического метода).

7. Оптоэлектронные датчики измерения и контроля оптической плотности биологической ткани при изменении ее кровенаполнения методом фотоплетизмографии в условиях влияния артефактов.

8. Метод определения нарушения микроциркуляции сосудистой системы сельскохозяйственных животных с использованием относительного описания шести выделенных признаков изменения формы фотоплетизмограммы.

9. Результаты экспериментальной апробации и оценка эффективности алгоритмов и системы автоматизированной регистрации и обработки фото-плетизмограмм в ветеринарных учреждениях и отраслях животноводства.

Научная новизна

1. Разработаны информационная модель процесса исследования биологической ткани методом фотоплетизмографии и математическая модель фотоплетизмограммы в форме относительного описания цифрового сигнала, учитывающие процесс регистрации и обработки фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

2. Выявлены основные виды артефактов и источники погрешностей, возникающие при исследовании сердечно-сосудистой системы животных методом фотоплетизмографии.

3. Предложена методика морфологического анализа и синтеза конструкций оптоэлектронных датчиков фотоплетизмографа.

4. Разработаны алгоритмы, конструкции датчиков и предложены схемные решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, позволяющие снизить влияние артефактов при регистрации фотоплетизмограмм.

5. Предложен алгоритм автоматизированной обработки фотоплетизмограмм с исключением аномальных результатов с использованием относительного описания цифровых сигналов.

6. На основе проведенных системных исследований определены основные принципы построения автоматизированной системы для регистрации и обработки фотоплетизмограмм.

7. Впервые разработаны методы регистрации параметров фотоплетизмо-грамм животных с одновременным контролем работы доильной аппаратуры, возможностью выбора и управления режимами физиопроцедур в целях профилактики и лечения животных на доильной установке.

8. Впервые разработана база данных параметров фотоплетизмограмм и гемодинамических показателей, позволяющая в динамике отслеживать состояние сосудистой системы животных.

Практическая значимость работы заключается в том, что результаты проведенных исследований позволили разработать и предложить:

- исследовательский комплекс для автоматизированной регистрации и обработки фотоплетизмограмм, позволяющий получить объективные гемо-динамические показатели человека и животных в виде параметров фотоплетизмограмм;

- мобильные автоматизированные фотоплетизмографы и программное обеспечение к ним, позволяющие оперативно снимать и анализировать пульсовые кривые непосредственно на рабочих местах обследуемых, а также с сельскохозяйственных животных в условиях ферм;

- измерительную систему фотоплетизмографии, построенную по модульному принципу, в которой каждый модуль представляет собой конструктивно и функционально законченный узел. Приведенная конструкция измерительной системы позволяет строить многоканальные и многофункциональные приборы для медико-биологических исследований.

Отдельные результаты работы в виде устройств, программ и методик внедрены в учебный процесс и НИРС в Ижевском государственном техническом университете и Ижевской государственной сельскохозяйственной академии.

Результаты работы, полученные в рамках договора о сотрудничестве с Всероссийским институтом электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), использовались для оценки влияния доильной установки на состояние периферического кровообращения коров, а также в совместных исследованиях с Дамасским университетом (Сирийская Арабская Республика) по поиску диагностических признаков сосудистой системы человека и животных.

Работа выполнялась в соответствии с планами Физико-технического института УрО РАН и тематикой Ижевского государственного технического университета, координационными планами МСХ РФ по созданию автоматических устройств и микропроцессорных систем управления процессами сельскохозяйственного производства и по заданию Главка сельскохозяйственных вузов, в соответствии с планами ИжГСХА, а также по хоздоговорной тематике с МСХ Удмуртской Республики.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной конференции «Методология измерений» (Ленинград, 1991); Международной научно-практической конференции «Измерительно-информационные технологии в охране здоровья» (С.Петербург, 1995); Международной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов» (Углич-Москва, 1997); Международной научно-практической конференции «Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья - Метромед-99» (С.-Петербург, 1999); VII Международном экологическом симпозиуме «Урал атомный, Урал промышленный» (Екатеринбург, 1999); Международной научно-технической конференции «Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве» (Минск, 2000); X Международном симпозиуме по машинному доению сельскохозяйственных животных (Переславль-Залесский, 2000); научно-технической конференции «Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2001); научной конференции с международным участием «Космос, природа, человек» (Ямбол, Болгария, 2002); Международной НТК «Laser sciences and applications» (Syria, University of Aleppo, 2-4 November 2002); 8 Международной научно-технической конференции «Автоматизация сельскохозяйственного производства» (Москва, 2004), Международной НТК "Environment and Sustainable Development", Al

Baath University Campus, Horns, Syria, (22-24 November 2004), IX, X, XI, XII, XIII, XIV, XV, XVI научно-технических конференциях с международным участием «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Гурзуф-Москва, 1997-2004); V республиканской научно-практической конференции «Проблемы и приоритеты в обеспечении качества жизни населения» (Ижевск, 2005); III Российской конференции с международным участием «Новейшие технологические решения и оборудование» (Кисловодск, 2005); III и IV научно-технических конференциях «Приборостроение в 21 веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2006, 2007); IX и X Международных научно-практических конференциях «Автоматизация и информационное обеспечение производственных процессов в сельском хозяйстве» (Москва, 2006 и 2008); VIII Международной научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» ФРЭМЭ'2008 (Владимир, 2008), Российской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ-08 (Москва 2008), научно-технических и научно-методических конференциях и семинарах ИжГТУ, ФТИ УрО РАН и Иж-ГСХА в 1989-2008 г.

Результаты работы по созданию аппаратуры для автоматизированного исследования гемодинамики лактирующих животных до и после дойки были представлены 21 июня 2006 г. на Всероссийском совещании в Ижевске, посвященном развитию агропромышленного комплекса России с участием Президента РФ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 55 печатных работах, включая одну монографию, один учебник для вузов, 25 работ в изданиях, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций, в том числе 7 авторских свидетельств и патентов, свидетельство «Об официальной регистрации программы для ЭВМ» и свидетельство «Об официальной регистрации базы данных».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, включающего 325 наименований и приложений. Основная часть диссертации изложена на 416 страницах машинописного текста, содержит 199 рисунков и 10 таблиц.

Основные результаты и выводы диссертации заключаются в следующем.

1. Анализ разработанной информационной модели процесса исследования биологических тканей методом фотоплетизмографии позволил выявить основные источники возникновения артефактов при исследовании сельскохозяйственных животных и обосновать основные положения методики контроля оптической плотности биологической ткани животных при изменении ее кровенаполнения.

2. Разработана методика исследования оптической плотности биологической ткани сельскохозяйственных животных, представленной в виде фото-плетизмограммы, содержащая обоснование действий и основных параметров и характеристик средств измерения и контроля: оптимального спектрального диапазона (0,8. 1,0 мкм) источника излучения с точки зрения глубины проникновения оптического излучения в ткань и отстройки от влияния различной концентрации кислорода в крови, динамического диапазона, общего коэффициента усиления и полосы пропускания (0,2.60 Гц) усилительного тракта, мощности и частоты модуляции светового потока источника ИК излучения, что позволило повысить качество и достоверность контроля оптических свойств биотканей, обусловленных изменением их кровенаполнения. Выбранные параметры измерений позволяют получить фотоплетизмограмму, на которой можно выявить нарушения периферического кровоснабжения в виде локальных изменений формы пульсовой кривой. Эти локальные изменения достигают частот, превышающих 40 Гц.

3. Выявлены основные источники погрешностей измерения оптической плотности биологической ткани при исследовании сельскохозяйственных животных методом фотоплетизмографии - действие внешних электромагнитных полей; оптические помехи; влияние двигательных и технических артефактов; погрешности, обусловленные физиологическими факторами, которые связаны с индивидуальными оптическими свойствами биологических тканей; стресс-факторы и др. - и указаны пути уменьшения влияния погрешностей. В отличие от человека ряд указанных артефактов не может быть исключен за счет вербального влияния на животных при измерениях. При этом общая погрешность измерения оптической плотности биологической ткани сельскохозяйственных животных в условиях действия артефактов может достигать на определенных временных интервалах измерения 100%.

4. Разработаны принципы создания, а также предложены схемы фотоплетизмографов - со стабилизацией потока излучения и рабочей точки фотодиода; с избирательным усилением сигнала; с вычитанием сигнала помехи из общего регистрируемого фотоприемником сигнала и конструкции биооктро-нов, которые позволили ослабить внешние артефакты различной природы при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных.

5. Разработана методика синтеза биооктронов на основе морфологического метода, заключающаяся в разделении совершенствуемого биооктрона на существенные морфологические признаки, построении множества всех потенциально возможных и допустимых для данной задачи решений (анализ ок-трона) и комбинаторном поиске оптимального варианта технического решения (синтез октрона). В результате применения морфологического метода получены оригинальные и эффективные с точки зрения снижения влияния артефактов варианты биооктронов. Экспериментальная проверка разработанных октронов при снятии фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных показала снижение более чем в 1,5 раза влияние таких артефактов как перекос установки и сдвиг октрона, пигментация и волосяной покров биоткани.

6. Предложены аппаратурные методы и средства уменьшения влияния артефактов на измерение оптической плотности биотканей сельскохозяйственных животных: метод исключения из регистрируемой фотоплетизмограммы ее отдельных участков, искаженных артефактами, метод снижения влияния технических артефактов при регистрации фотоплетизмограмм, метод регулировки давления октрона на биоткань. Аппаратурная реализация этих методов позволила в 2 - 5 раз снизить влияние артефактов.

7. Разработан алгоритм исключения аномальных результатов (искажение дикротического зубца, изменение длительности пульсовой кривой, наложение колебаний повышенных частот) при автоматизированной обработке фотоплетизмограммы на основе использования относительного описания ее формы, облегчающий неквалифицированному пользователю снимать и анализировать пульсовые кривые в условиях ферм, что повышает качество контроля состояния сердечно-сосудистой системы животных. При экспериментальной апробации получена достоверность исключения аномальных результатов при регистрации фотоплетизмограмм сельскохозяйственных животных выше 75%.

8. Впервые разработана база данных, позволяющая хранить как общие, так и характеризующие состояние сердечно-сосудистой системы данные обо всех сельскохозяйственных животных на ферме и определять гемодинамиче-ские показатели в виде первичных амплитудно-временных и частотных параметров фотоплетизмограмм.

9. Проведенные эксперименты, направленные на выявление информативных признаков фотоплетизмограмм при нарушении периферического кровотока, позволили выявить шесть характерных признаков, которые могут быть использованы для исследования нарушений микроциркуляции на основе метода фотоплетизмографии: 1) слабо выражен дикротический рубец; 2) имеется ступенька на восходящей части (анакроте); 3) нисходящая часть (катакро-та) пульсовой кривой более пологая по сравнению с фотоплетизмограммой для здоровой ткани; 4) длительность анакроты пульсовой кривой увеличена (иногда за счет ступеньки); 5) вблизи вершины пульсовой кривой имеются дополнительные волны ("петушиный гребень"); 6) вершина имеет плоский характер. При использовании этих признаков достоверность диагностики микроциркуляторных поражений составляет более 70 %. Это позволяет проводить различные исследования сельскохозяйственных животных по выявлению диагностических критериев их заболеваемости и накапливать статистический материал ряда заболеваний.

10. Предложено использовать относительное описание фотоплетизмограмм с использованием гомоморфных эталонов в процессе автоматизированной диагностики нарушений кровоснабжения биологических тканей на основе шести выявленных информативных признаков, что в совокупности с образным представлением основных параметров фотоплетизмограмм позволяет облегчить анализ и интерпретацию показателей гемодинамики животных, представленных в виде параметров фотоплетизмограмм.

11. Разработана автоматизированная система исследования гемодинамики сельскохозяйственных животных в виде амплитудно-временных параметров фотоплетизмограмм с анализом различных слоев биологической ткани, которая позволяет выявить нарушения периферического кровообращения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации поставлена и решена проблема измерения и регистрации оптической плотности биологических тканей животного при изменении их кровенаполнения в условиях различных артефактов. Для этого сформулированы и обоснованы научные положения для разработки методов и средств измерения и контроля оптических свойств биологических тканей в процессе их кровенаполнения и отражающих нарушения функционирования сердечнососудистой системы животных, что позволило повысить эффективность и качество снимаемых фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов.

Указанные результаты получены в ходе анализа и исследований разработанной математической модели фотоплетизмограммы в форме относительного описания цифрового сигнала, учитывающей процесс регистрации и обработки фотоплетизмограмм в условиях действия артефактов. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования и разработанные на их основе технические решения, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, позволяют повысить эффективность использования метода фотоплетизмографии в ветеринарии и расширить область его применения в медицине.

Разработанные методы и средства контроля оптической плотности биологических тканей сельскохозяйственных животных при изменении их кровенаполнения в условиях действия артефактов открывают возможность неквалифицированному пользователю (ветеринарному врачу, зоотехнику, селекционеру):

- снимать фотоплетизмограммы как в условиях ферм, в том числе на доильной установке, так и в полевых условиях;

- контролировать влияние пульсаций вакуума доильной установки на кровоснабжение вымени коров, в результате чего своевременно оценивать текущее техническое состояние элементов доильной установки при ее эксплуатации, предупреждая заболевания коров, вызванных техническими нарушениями работы доильной установки.

Выполненные исследования открывают возможность для конструкторов и научных работников создавать конструкции доильных аппаратов со встроенными средствами контроля физиологического состояния сельскохозяйственных животных, в том числе с использованием метода фотоплетизмографии, а также разрабатывать системы регулирования микроклимата и управления режимами работы доильных аппаратов на основе контроля фотоплетиз-мограмм (в том числе дистанционного), которые обеспечивают оптимальные условия содержания животных и в ряде случаев снижают энергопотребление установок микроклимата.

1. Ленец, И.А. Диагностика незаразных болезней животных с применением вычислительной техники Текст. / И.А. Ленец. М.: Агропромиздат, 1989. -360 с.

2. Алексеев, В.А. Система автоматизации анализа гемодинамических показателей с.х. животных Текст. / В.А. Алексеев, С.И. Юран // Электронизация животноводства: материалы международн. конф. Рига, ЦНТИ Латв.ССР, 1989.- С.148-152.

3. Алексеев, В.А. Проектирование устройств регистрации гемодинамических показателей животных на основе метода фотоплетизмографии Текст. : монография / В.А. Алексеев, С.И. Юран. Ижевск: ИжГТУ, ИжГСХА, 2006.-248 с.

4. Калакутский, Л. И. Аппаратура и методы клинического мониторинга Текст. / Л.И. Калакутский, Э.С. Манелис. -Самара: Самар. гос. аэрокосм, унт, 1999.- 160 с.

5. Уша, Б.В. Клиническая диагностика внутренних незаразных болезней животных Текст. / Б.В. Уша, И.М. Беляков, Р.П. Пушкарев. М.: КолосС, 2003.487 с.

6. Ремизов, А.Н. Медицинская и биологическая физика Текст. / А.Н. Ремизов. М.: Высш.школа, 1996.- 608 с.

7. Старшов, A.M. Реография для профессионалов. Методы исследования сосудистой системы Текст. / A.M. Старшов, И.В. Смирнов. М.: Познавательная книга-пресс, 2003. - 80 с.

8. Мошкевич, B.C. Фотоплетизмография Текст. / B.C. Мошкевич. М.: Медицина, 1970.-208 с.

9. Баевский, P.M. Физиологические измерения в космосе и проблема их автоматизации Текст. / P.M. Баевский. М.: Наука, 1970. -256 с.

10. Бороноев, В.В. Датчики пульса для практической диагностики в тибетской медицине Текст. / В.В. Бороноев, В.Д. Дашинимаев, Э.А. Трубачеев // Пульсовая диагностика тибетской медицины. Новосибирск: Наука, 1988. - С. 64-77.

11. Подлепецкий, Б.И. Микроэлектронные датчики для медико-биологических исследований Текст. / Б.И. Подлепецкий // Приборы и системы управления. 1996. - №5. - С. 29-32.

12. Подлепецкий, Б.И. Микроэлектронные датчики и преобразователи для неинвазивного контроля состояния функциональных систем человека Текст. / Б.И. Подлепецкий, С.С. Скрипка // Измерительная техника-1997.- №2. С. 15-16.

13. Разработка прибора для комплексной диагностики физиологического состояния с.-х. животных Текст. : отчет о НИР с МСХ Удм. АССР / ИжСХИ, рук. Юран С.И. ; исполн.: Малков A.B., Трефилов Е.Г. и др. Ижевск, 1989. -41 с. №ГР. 02.90.0049378.

14. Разработка переносного прибора ветеринарного врача для оценки физиологического состояния животных методом фотоплетизмографии. Теоретические исследования методов диагностики Текст. : отчет о НИР с ГУ ВУЗов

15. МСХ и П РФ / ИжСХИ, рук. Юран С.И. ; исполн. Алексеев В.А., Заболотских В.И. Останин И.Е. и др. Ижевск, 1992. - 34 с. №ГР. 01860054212.

16. Малков, A.B. Применение метода фотоплетизмографии для исследования физиологического состояния животных Текст. / A.B. Малков, С.И. Юран // Вестник Удмуртского университета. 1992. - Вып.З. - С. 47-52.

17. Цицурин, В.И. Проблемы и перспективы метода фотоплетизмографии Текст. / В.И. Цицурин // Вестник АН Казахской ССР. Деп.статья №2988-85. -Алма-Ата, 1985.-34 с.

18. Hertzman, A.B. The blood supply of various skin areas as estimated by the photoelectric plethysmography Text. / A.B. Hertzman // Am.J.Physiol. 1938.-vol.124.- №2. - P. 328-340.

19. Lindberg, L.G. Photoplethysmography Text. / L.G. Lindberg. Linkoping: Linkoping University, Sweden, 1991.-121 p.

20. Белановский, A.C. Основы биофизики в ветеринарии Текст. / A.C. Бе-лановский.- М.: Агропромиздат, 1989.-271 с.

21. Бабко, А.К. Фотометрический анализ Текст. / А.К. Бабко. М.: Химия, 1968.-388 с.

22. Березовский, В.А. Биофизические характеристики тканей человека Текст.: Справочник / В.А. Березовский, H.H. Колотилов. К.:- Наукова думка, 1990. - 224 с.

23. Юран, С.И. Применение метода фотоплетизмографии и датчиков на его основе в животноводстве Текст. / С.И. Юран // Приборостроение в 21 веке.

24. Интеграция науки, образования и производства: труды науч.-практ. конф. ИжГТУ.- Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2001. С. 32-37.

25. Палеев, Н.Р. Атлас гемодинамических исследований в клинике внутренних болезней Текст. / Н.Р. Палеев, И.М. Каевицер. М.: Медицина, 1975. -240 с.

26. Пол и щук, В.И. Техника и методика реографии и реоплетизмографии Текст. /В.И. Полищук, Л.Г. Терехова. М.: Медицина, 1983. - 176 с.

27. Логвинов, B.C. Метод диагностики по параметрам колебательных и волновых процессов в сердечно-сосудистой системе Текст. / B.C. Логвинов / Пульсовая диагностика тибетской медицины. Новосибирск: Наука, 1988. - С. 90-108.

28. PulseTrace РСА (РТ2000). Информационное руководство. Компания Micro Medical : www. micromedical. со. uk.

29. Диагностика функции сосудистого эндотелия у больных с сердечнососудистыми заболеваниями: метод, указания / П.А. Лебедев, Л.И. Калакут-ский, С.П. Власова, А.П. Горлов. Самара: Самарский государственный аэрокосмический университет, 2004.-18 с.

30. Плепис, О.Я. Реография в оториноларингологии Текст. / О .Я. Плепис. -Л.: Медицина, 1988.-128 с.

31. Баевский, P.M. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе Текст. / P.M. Баевский, О.И. Кириллов, C.B. Клецкин. М.: Наука, 1984.-219 с.

32. Оболонкин, В.В. Применение методов идентификации систем в анализе пульсовых сигналов Текст. : дис. . канд.техн.наук / В.В. Оболонкин.- Л.: ЛЭТИ, 1992.- 96 с.

33. Юран, С.И. Методы аппаратурного анализа периодически нестационарных случайных процессов Текст. / С.И. Юран // Измерительная техника. -1980. №12. -С. 16-17.

34. Информационные связи био-гелио-геофизических явлений и элементы их прогноза / Войчишин К.С., Драган Я.П., Куксенко В.И. и др. Киев: Наукова думка, 1974.-208 с.

35. Юран, С.И. Об аппаратурном подходе к анализу ритмических сигналов Текст. / С.И. Юран // Отбор и передача информации. К.: Наукова думка, 1978, вып.55. С. 16-19.

36. Кулаичев, А.П. Компьютерная электрофизиология Текст. / А.П. Кулаи-чев. М.: Изд-во МГУ, 2002.-379 с.

37. Шурыгин, И.А. Мониторинг дыхания: пульсооксиметрия, капнография, оксиметрия Текст. / И.А. Шурыгин.-СПб.: Невский диалект, 2000.-301 с.

38. Dorlas, J.C. Photoelectric plethysmography as a monitoring device in anesthesia Text. / J.C. Dorlas, J.A. Nijboer // Br. J. Anaesth. 1985. - Vol. 57. - P. 524530.

39. Ishibashi, H. A new position for photoplethysmography assessment of lower leg venous function technical notes Text. / H. Ishibashi, N., Hayakawa // International Journal of Angiology. - 1998. - Vol. 7. - P. 297-300.

40. Бороноев, B.B. Динамические свойства пульсовой волны и дыхательный цикл Текст. / В.В. Бороноев // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2004. - №12 - С. 16-19.

41. Преобразователь для фотоплетизмографии ФПГ-02 Текст. / Паспорт и инструкция к применению. Брест: Брестский ЭМЗ, 1989.-49 с.

42. Прохончуков, А.А. Функциональная диагностика в стоматологической практике Текст. / А.А. Прохончуков, Н.К. Логинова, Н.П. Жижина. М.: Медицина, 1980. - 272 с.

43. Мил охов, К.В. Оценка эффективности влияния лазерного излучения на кровообращение тканей по показателям фотоплетизмографии Текст. / К.В. Милохов, Е.П. Бугай // Лазеры в хирургической стоматологии. М.: ЦНИИ стоматологии, 1982. - С. 17-20.

44. Сигал, З.М. Жизнеспособность органов брюшной полости при оперативных вмешательствах Текст. / З.М. Сигал, А.П. Кравчук, И.С. Кузнецов. -Ижевск: Удмуртия, 1988.-212 с.

45. Пат. 2032376 Российская Федерация. МПК6 А61В 5/0295. Способ определения состояния биологической ткани и фотоплетизмограф Текст. / Александров М.Т., Осипов В.К., Герасимов И.М. и др. Опубл. 10.04.95, Бюл.№10.

46. Манойлов, В.Е. Электричество и человек Текст. / В.Е. Манойлов. Л.: Энергоатомиздат, 1988.-224 с.

47. Юран, С.И. Фотоплетизмография сосудистой системы вымени коров Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1998.-№1.-С. 15-16.

48. Юран, С.И. Применение метода фотоплетизмографии в животноводстве Текст. / С.И. Юран // Техника в сельском хозяйстве.- 2000. №1. - С. 16-19.I

49. Свирин, В.Н. Применение лазерных технологий в ветеринарии. Нетрадиционные лазерные технологии Текст. / В.Н. Свирин // Лазер-Информ: научно-информационный сборник. — М., 1999. Вып.1. - С. 16-18.

50. Крылова, Т.В. Лазерные ветеринарные аппараты фирмы «СТП». Нетрадиционные лазерные технологии Текст. / Т.В. Крылова // Лазер-Информ: научно-информационный сборник. -М., 1999. Вып.1. - С. 18-22.

51. Жигалов, В.А. Оптодиагностика сосудистой системы сельскохозяйственных животных Текст. / В.А. Жигалов, С.И. Юран // Доклады Россельхозака-демии. 2001. - №3. - С. 50-53.

52. Рогачев, А.И. Системный подход при проектировании биотехнических комплексов Текст. / А.И. Рогачев, В.М. Шабер // Биотехнические технические системы: межвузовский сб. Л., ЛИАП, 1983. -Вып. 162. - С. 16-20.

53. Погорелый, Л.В. Биотехнические системы в животноводстве Текст. / Л.В. Погорелый, М.М. Луценко. К.: Урожай, 1992. - 344 с.

54. Мусин, A.M. Оптимизация автоматизированной биотехнической системы / A.M. Мусин Текст. // Автоматизированные технологии с.-х. производства: труды ВИЭСХ. М., 1997. - Том 83. - С. 11-23.

55. Карташов, Л.П. Системный синтез технологических объектов АПК Текст. / Л.П. Карташов, В.Ю. Полищук-Екатеринбург:УрО РАН, 1998.-187 с.

56. Волков, В.Я. Повышение достоверности и точности пульсооксиметрии с помощью встроенной экспертной системы Текст. / В.Я. Волков, Ю.М. Гладков, В.К. Завадский и др. // Медицинская техника. 1993. - №3. - С. 14-18.

57. Алхасан, А. Спектральные методы автоматического определения артефактов в цифровых ЭЭГ-системах Текст. / А. Алхасан, Е.Л. Вассерман, В.В. Геппенер // Медицинская техника. 1996. - №4. - С. 5-7.

58. Пат. 2135076 Российская Федерация, МПК7 А61В 5/024. Способ регистрации пульса Текст. / Дементиенко В.В., Марков А.Г., Мордовец H.A., Шахнарович В.М. Опубл. 27.08.1999.

59. Заявка WO/1999/032030, МПК А61В 5/00. Artefact reduction in pho-toplethysmography Text. / Smith, P.R, Hayes, M. J., Опубл. 01.07.1999.

60. Asada, H. Design and analysis of artifact-resistant finger photoplethys-mographic sensors for vital sign monitoring. Phase 2 Final Report Text. / H.

61. Asada, S. Rhee // MIT Home Automation and Healthcare Consortium. 2000. -September. - 30. -71 c.

62. Попечителев, Е.П. Электрофизиологическая и фотометрическая медицинская техника Текст. / Е.П. Попечителев, Н.А. Кореневский.-М.: Высш.шк.,2002.-470 с.

63. Langton, J.A. Effect of motion artifact on pulse oximeters: Evaluation of four instruments and finger probes Text. / J.A. Langton, C.D. Hanning // British Journal of Anesthesiology. 1990. - VOL.65. - P. 564-570

64. Barreto A. Characterization of photoplethysmographic blood volume pulse for exercise evaluation Text. / A. Barreto, M. Heimer, M. Garcia // Proceedings of the 14th Southern Biomedical Conference. 1995 - P. 220-223.

65. Barker, S.J. The effect of motion on the performance of pulse oximeters in volunteers Text. / S.J. Barker, N.K. Shah // Anesthesiology. 1997. - VOL.86. -P. 101-108.

66. Попечителев, Е.П. Двухлучевые фотометрические системы для клинико-физиологических исследований Текст. / Е.П. Попечителев, Б.И. Чигирев. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1991.-224с.

67. Макс, Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях Текст. : в 2 т. / Ж. Макс; перевод с франц.-М.: Мир, 1983.- Т.1.-312 е., Т.2.-256 с.

68. Шрайбер, Г. Инфракрасные лучи в электронике Текст. / Г. Шрайбер; перевод с франц. М.: ДМК Пресс, 2001.-240 с.

69. Фрайден, Дж. Современные датчики. Справочник Текст. / Дж. Фрайден. М.: Техносфера, 2005,- 592 с.

70. Коломиец, А.П. Электропривод и электрооборудование Текст. / А.П. Коломиец, Н.П. Кондратьева, И.Р. Владыкин, С.И. Юран. М.: КолосС, 2006.328 с.

71. Носов, Ю.Р. Оптроны и их применение Текст. / Ю.Р. Носов, А.С. Сидоров. -М.: Радио и связь, 1981.- 280 с.

72. Ермаков, О.Н. Прикладная оптоэлектроника Текст. / О.Н. Ермаков.- М.: Техносфера, 2004.- 416 с.

73. Веркялис, И.Ю. Отражательные оптроны. Особенности конструирования, применения и характеристики Текст. / И.Ю. Веркялис, В.В. Гаршенин, Ю.Ф. Купцов, П.-А.А. Мажейкис // Приборы и системы управления. — 1982. -№2. С.16-18.

74. Гаршенин, В.В. Система параметров оптронов с открытым оптическим каналом Текст. / В.В. Гаршенин, В.П. Дмитриев, С.А. Чарыков // Электронная техника, 1989, Вып. 1 (137). С.37-42.

75. Гребнев, А.К. Оптоэлектронные элементы и устройства Текст. / А.К. Гребнев, В.Н. Гридин, В.П. Дмитриев. М.: Радио и связь, 1998. - 336 с.

76. Мухитдинов, М.М. Оптоэлектронные измерительные преобразователи Текст. /М.М. Мухитдинов. Ташкент: ФАН, 1983.-128 с.

77. Носов, Ю.Р. Оптоэлектроника Текст. / Ю.Р. Носов. М.: Радио и связь, 1989.-360 с.

78. Кузьмич, В.В. Основные принципы и особенности транскутанной «отражательной» оксиметрии Текст. /В.В. Кузьмич, В.П. Жаров // Медицинская техника. 1993. - №3. - С. 36-42.

79. Тучин, В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния Текст. / В.В. Тучин // Успехи физических наук. 1997. - Т. 167. - №5. С. 517-539.

80. Прикладная лазерная медицина. Учебное и справочное пособие Текст. / Под ред. Х.-П. Берлиена, Г.И. Мюллера; перевод с нем. М.: АО Интерэкспорт, 1997.-356 с.

81. Перегудов, Ф.И. Введение в системный анализ Текст. / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко.- М.: Высш.шк., 1989.-367 с.

82. Славин, М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях Текст. / М.Б. Славин М.: Медицина, 1989. - 304 с.

83. Антонов, А.В. Системный анализ: Учебн. для вузов Текст. / А.В Антонов. -М.: Высш.шк., 2004.- 454 с.

84. Темников, Ф.Е. Теоретические основы информационной техники Текст. / Ф.Е. Темников, В.А. Афонин, В.И. Дмитриев. М.: Энергия, 1971.- 424 с.

85. Алексеев, В.А. Информационная модель процесса регистрации и обработки фотоплетизмограмм Текст. / В.А. Алексеев, С.И. Юран, Н. Або Исса // Вестник ИжГТУ, Раздел 2: Приборы и методы контроля. 2006.- №3.- С. 4852.

86. Юран, С.И. Системный подход к регистрации и обработке фотоплетизмограмм Текст. / С.И. Юран // Вестник ИжГСХА. 2006. - №1. - С. 27-29.

87. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн. Кн.2 / А.Д. Нозд-рачев, Ю.И.Баженов, И.А.Баранникова и др.; Под ред. А.Д.Ноздрачева. М.: Высш.шк., 1991. - 528 с.

88. Дунаев, А.В. Лазерные терапевтические устройства Текст. / А.В. Дунаев, А.Р. Евстигнеев, Е.В. Шалобаев. Орел: ОрелГТУ, 2005. - 143 с.

89. Takatani, S. Theoretical analysis of diffuse reflectance from a two-layer tissue model Text. / S. Takatani, M.D. Graham // IEEE Trans, on biomedical engineering. 1979. - Vol.26. - №12. - P. 656-664.

90. Anderson, R. The optics of human skin Text. / R. Anderson, J. Parrish // J. Invest. Dermatol. 1981. - Vol. 77. - P. 13-19.

91. Nijboer, J.A. Photoelectric plethysmography some fundamental aspects of the reflection and transmission method Text. / J.A Nijboer, J.C. Dorlas, H.F. Ma-hieu // Clin. Phys. Physiol. Meas. - 1981. - Vol. 2. - P. 205-215.

92. Roberts, V.S. Photoplethysmography fundamental aspects of the optical properties of blood in motion Text. /V.S. Roberts // Trans. Inst. Meas. Contr. — 1982.- Vol.4.-P. 101-106.

93. Steinke, J.M. Diffuse reflectance of whole blood: model for a diverging light beam Text. / J.M. Steinke, A.P. Shepherd // IEEE Trans, on biomedical engineering. 1987. - Vol.34. - №10. - P. 826-834.

94. Steinke, J.M. Diffusion model of the optical absorbance of whole blood Text. / J.M. Steinke, A.P. Shepherd // J. Opt. Soc. Am. 1988. - Vol. 5. - P. 814822.

95. Arnfield, M.R. Optical propagation in tissue with anisotropic scattering Text. / M.R. Arnfield, J. Tulip, M.S. McPhee // IEEE Trans, on biomedical engineering. 1988. - Vol.35. - №5. - P. 372-381.

96. Van Gemert, M.J.C. Skin optics Text. / M.J.C. Van Gemert, S.L.Jacques, H.J.C.M. Sterenborg., W.M. Star//IEEE Trans, on biomedical engineering. 1989. -Vol.36.-№12.-P. 1146-1154.

97. Сетейкин, А.Ю. Анализ по методу Монте-Карло процессов распространения лазерного излучения в многослойных биоматериалах Текст. / А.Ю. Сетейкин // Оптика и спектроскопия. 2005. - Т.99. - №4. - С. 685-688.

98. Гайдук, М.И. Биофизическое обоснование фотоплетизмографии в отражательном свете Текст. / М.И. Гайдук, В.В. Григорьянц, В.П. Зайцев и др. // Медицинская техника. 1990. - №2. - С. 4-7.

99. Киселев, Г.Л. Моделирование распространения света в биологических тканях Текст. /Г.Л.Киселев // Биомедицинская радиоэлектроника.-2001.-№1.-С.10-17.

100. Пономаренко, Г.Н. Электромагнитотерапия и светолечение Текст. / Г.Н. Пономаренко.-СПб.: "Мир и семья-95", 1995.- 250 с.

101. Giltvedt, J. Pulsed multifrequency photoplethysmograph Text. / J. Giltvedt, A. Sira, P. Helme // Med. and Biol. Eng. and Comput. 1984. - Vol. 22. - P. 212215.

102. Стерлин, Ю.Г. Специфические проблемы разработки пульсовых окси-метров Текст. / Ю.Г. Стерлин // Медицинская техника. 1993.-№6.- С. 26-30.

103. Кушаковский, М.С. Клинические формы повреждения гемоглобина Текст. / М.С. Кушаковский. JL: Медицина, 1968. - 326 с.

104. Органная гемодинамика и моторика Текст. : Отчет о НИР // ИГМА ; рук. Сигал З.М. Ижевск, 1986. - 61 с.

105. Sherebrin, М.Н. Frequency analysis of the peripheral pulse wave, detected in the finger with a photoplethysmograph Text. / M.H. Sherebrin, R.Z. Sherebrin // IEEE Transactions on biomedical engineering. 1990. - Vol.37. - №3. - P. 313317.

106. Kamal, A.A.R. Skin photoplethysmography-a review Text. / A.A.R. Ka-mal, J.B. Harness, G. Irving, A.J. Mearns // Computer methods and Programs in biomedicine. 1989. - Vol. 28. - P. 257-269.

107. Булгаков, А.Ю. Компьютерная система регистрации сигналов медицинских датчиков Текст. / А.Ю. Булгаков, В.Н. Вьюхин, Ю.А. Попов // Датчики и системы. 2003. - №4. С. 36-39.

108. Сыромятникова, И.Н. Приборы биоинформации Текст. / И.Н. Сыро-мятникова. Л.: ЛЭТИ, 1977. - 72 с.

109. Разработка новых методик фотосфигмографии и анализ фотосфигмограмм Текст. : отчет о НИР (заключ.) / ИГМА ; рук. Сигал З.М.; исполн.: Плетнев П.А., Точилов С.Л., Иванцов В.Л. Ижевск, 1987.-36 с.

110. Микрокомпьютерные медицинские системы: Проектирование и применения / Под ред. У. Томпкинса, Дж. Уэбстера.- М.: Мир, 1983. 544 с.

111. Долотов, В.Г. Дискретное отображение непрерывных сигналов Текст. / В.Г. Долотов. М.: МЭИ, 1976. - 84 с.

112. Леонов, Г.Н. Система автоматического регулирования усиления каналов пульсового оксигемометра Текст. / Г.Н. Леонов, В.В. Филипповский, А.В. Карпов, М.В. Баркан // Медицинская техника. 1992. - №2. С. 22-23.

113. Wendland, Р.Н. Пара фотодиод-операционный усилитель вместо фотоумножителя Текст. / Р.Н. Wendland // Электроника. 1970. - №10. - С. 30-32.

114. Wendland, Р.Н. Светочувствительный датчик в виде пары кремневый фотодиод операционный усилитель Текст. / Р.Н. Wendland // Электроника. - 1971. -№11. - С. 30-35.

115. Аксененко, М.Д. Микроэлектронные фотоприемные устройства Текст. / М.Д. Аксененко, М.Л. Бараночников, Смолин О.В. М.: Энергоатомиздат, 1984.-208 с.

116. Чернов, Е.И. Прецизионные фотоприемные устройства на основе фотодиодов Текст. / Е.И. Чернов: Обзоры по электронной технике. Часть 1. Серия 4. вып. 1 (1361). -М.: ЦНИИ "Электроника", 1988. 55 с.

117. Monolithic photodiode and amplifier OPTIOl: http://www.burr-brown.com/.

118. Шилин, A.H. Анализ пороговой чувствительности оптико-электронных измерительных приборов Текст. / А.Н. Шилин, А.В. Емельянов // Датчики и системы. 2004. - №8. - С. 23-28.

119. Ишанин, Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов Текст. / Г.Г. Ишанин. Л.: Машиностроение, 1986. - 175 с.

120. Ван дер Зил, А. Шум (источники, описание, измерение) Текст. / А. Ван дер Зил; перевод с англ. под ред. А.К.Нарышкина.-М.: Сов.радио, 1973.-228 с.

121. Операционные усилители и компараторы.- М.: Изд. дом Додэка-ХХ1, 2002.-560 с.

122. Webster, John. G. Measurement of flow and volume of blood Text. / John. G. Webster.- Médical Instrumentation Webster, 1990.- chap.8.- P. 399-414.

123. Сетейкин, А.Ю. Модель расчета температурных полей, возникающих при воздействии лазерного излучения на многослойную биоткань Текст. / А.Ю. Сетейкин // Оптический журнал. 2005. - Т. 72. - №7. - С. 42-47.

124. Mendelson, Y. Noninvasive pulse oximetry utilizing skin reflectance pho-toplethysmography Text. / Y. Mendelson, B. Ochs // IEEE Trans, on biomedical engineering. 1988. - Vol.35. - №10. - P. 798-805.

125. Смирнов, М.З. Влияние кровотока на лазерный нагрев кожи Текст. / М.З. Смирнов, А.Е. Пушкарева // Оптика и спектроскопия.-2005.-Т.99. №5.-С.875-878.

126. Юран, С.И. Снижение влияния артефактов в автоматизированных фотоплетизмографах для сельскохозяйственных животных Текст. / С.И. Юран, A.A. Дюпин // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. -2005.-№3.-С. 82-84.

127. Юран, С.И. Фотоплетизмограф Текст. / С.И. Юран // Законченные научные разработки ФЭАСХ, рекомендованные к использованию в производст-ве.-Ижевск, ИжГСХА, 2001. С. 16-17.

128. Марше, Ж. Операционные усилители и их применение Текст. / Ж. Марше; перевод с франц. Л.: Энергия, 1974.- 216 с.

129. Мортенсен, Х.Х. Оптический датчик, нечувствительный к окружающему свету Текст. / Х.Х. Мортенсен // Электроника. 1975. - Т.48. - №12. - С. 60-62.

130. Граф, Р.Ф. Энциклопедия электронных схем Текст. / Р.Ф. Граф, В. Шиите; перевод с англ. Т.7, часть I. - М.: ДМК, 2000. - 304 с.

131. Одрин, В.М. Метод морфологического анализа технических систем Текст. / В.М. Одрин. М.: ВНИИПИ, 1989. - 312 с.

132. Системный анализ и принятие решений: Словарь-справочник: Учебн. пособие для вузов / Под ред. В.Н.Волковой, В.Н.Козлова.- М.: Высш.шк., 2004,-616 с.

133. Юран, С.И. Применение морфологического анализа для совершенствования фотоплетизмографических датчиков Текст. / С.И. Юран // материалы XX НПК ИжГСХА. Ижевск, Изд-во «Шеп», 2000. - С. 172-173.

134. Юран, С.И. Морфологический синтез датчиков для фотоплетизмографии животных Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2003. - №6. - С. 12-14.

135. Сурмин, Ю.П. Теория систем и системный анализ: Учебн.пособие. Текст. / Ю.П. Сурмин.- К.: МАУП, 2003. 368 с.

136. А. с. 1766336 СССР, МПК5 A01J 7/00, А61В 5/00. Устройство для измерения физиологических показателей с.-х. животных Текст. / Юран С.И., Алексеев В.А., Заболотских В.И. Опубл. 1992, Бюл. №37.

137. Иванов, В.И. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник Текст. / В.И. Иванов, А.И. Аксенов, A.M. Юшин.-М.: Энергоатомиздат, 1989.-448.

138. Трембач, В.В. Световые приборы Текст. / В.В. Трембач.- М.: Высш. шк., 1990.-463 с.

139. Пат. 2199943 Российская Федерация, МПК7 А61В 5/02. Способ и устройство регистрации пульсовой волны и биометрическая система Текст. / Минкин В.А., Штам А.И. Опубл. 10.03.2003.

140. А. с. 1591948 СССР, МКИ5 А61В 5/02. Фотоплетизмограф Текст. / Юран С.И., Алексеев В.А., Заболотских В.И., Останин И.Е. Опубл. 1990, Бюл.№34.

141. А. с. 888931 СССР, МКИ3 А61В 5/02. Фотоплетизмограф Текст. / Чи-гирев Б.И., Попечителев Е.П. Опубл. 1981, Бюл.№46.

142. Юран, С.И. Автоматизированный фотоплетизмограф Текст. / С.И. Юран // Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве: материалы Международной НПК. Минск-Москва, ВИМ, 2000. - С. 211-212.

143. А. с. 786983 СССР, МКИ3 А61В 5/02. Фотоплетизмограф Текст. / Ену-ченко В.А., Опубл. 1986, Бюл.№46.

144. Заявка 61-28334 Япония, МКИ3 А61В 5/02. Датчик фотоэлектрического сфигмографа Текст. ИСМ. - 1986.

145. А. с. 1818078 Российская Федерация, МПК5 А61В 5/0205. Фотоэлектрический датчик Текст. / Кленов С.И., Ксенофонтов Д.Л., Шибулкин А.П. и др., Опубл. 1993, Бюл. №20.

146. Пат. 2013076 Российская Федерация, МПК7 А61В 5/026. Датчик пульсовой волны кровотока Текст. / Попов А.П., Степанов В.И., Опубл. 1994, Бюл. №10.

147. Чигирев, Б.И. Медицинские фотометры с контуром обратной связи "по свету" Текст. / Б.И. Чигирев // Биомедицинские технические системы. JL, ЛИАП, 1983. Вып. 162. - С. 62-67.

148. Юрковский, Г.А. Помехоустойчивость и разрешающая способность медицинских фотометров с двухлучевым оптико-электрическим измерительным преобразователем Текст. : дис. . канд. техн. наук / Г.А. Юрковский. Л.: ЛЭТИ, 1990.-200 с.

149. Аль-Шакакхех Али, Хасан. Оптикоэлектронная обратная связь в спек-трозональных клинико-физиологических фотометрах Текст. : дис. . канд. техн. наук / Хасан. Аль-Шакакхех Али.- Л.: ЛЭТИ, 1993.-173 с.

150. Титце, У. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство Текст. / У. Титце, К. Шенк. М.: Мир, 1982.-512 с.

151. Тарасов, A.A. Выбор цифрового фильтра для предварительной фильтрации фотоплетизмограммы Текст. / A.A. Тарасов // Информационные технологии моделирования и управления. Воронеж, Научная- книга, 2005. - №4 (22). - С. 575-579.

152. Волков, В.Я. Принципы и алгоритмы определения оксигенации крови по измерениям пульсооксиметра Текст. / В.Я. Волков, Ю.М. Гладков, В.К. Завадский и др. //Медицинская техника. 1993. - №1. С. 16-21.

153. Зиновьев, А.Л. Введение в теорию сигналов и цепей Текст. / А.Л. Зиновьев, Л.И. Филиппов. М.: Высш.школа, 1975.-264 с.

154. Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы Текст. / И.С. Го-норовский. М.: Сов.радио, 1977. - 608 с.

155. Голд, Б. Цифровая обработка сигналов Текст. / Б. Голд, Ч. Рэйдер; перевод с англ. под ред. А.М.Трахтмана. М.: Сов.радио, 1973.-368 с.

156. Кулаичев, А.П. Компьютерный контроль процессов и анализ сигналов Текст. / А.П. Кулаичев. М.: Информатика и компьютеры, 2002. - 291 с.

157. Дьяконов, В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Справочник Текст. / В. Дьяконов, В. Круглов.-Спб.: Питер, 2003.-448 с.

158. А. с. 603372 СССР, МКИ3 А61В 5/02. Датчик для регистрации пульса Текст. / Прошляков А.И., Романов А.Г., Тульский В.А. Опубл. 1970, Бюл.№15.

159. А. с. 728834 СССР, МКИ2 А61В 5/02. Устройство для автоматической регистрации пульсовой кривой Текст. / Алексеев В.А., Ипатова Э.Н., Каля-дин Н.И. и др. Опубл. 1980, Бюл.№15.

160. Пат. 2249430 Российская Федерация, МПК7 А61 В 5/0295. Способ и устройство для регистрации пульсовой волны Текст. / Годунов В.А., Третьяков Д.А., Некрасов Б.Б. и др. Опубл. 4.10.2005.

161. А. с. 1724172 СССР, МКИ5 А61В 5/02. Измеритель частоты пульса Текст. / С.И. Юран, В.А. Алексеев, В.И. Заболотских, В.И. Вахрушев. Опубл. 1992, Бюл. №13.

162. Диагностическая и терапевтическая техника в ветеринарии: Справочная книга / Под ред. П.С. Ионова.-М.: Колос, 1979.-223 с.

163. Мосийко, В.И. Интенсификация молочного скотоводства Текст. / В.И. Мосийко, А.Г. Зусмановский, В.Г. Зниняцковский- М.: Агропромиздат, 1989.-352 с.

164. Вайль, Ю.С. Инфракрасные лучи в клинической диагностике и медико-биологических исследованиях Текст. / Ю.С. Вайль, Я.М. Барановский. JL: 1969.-247 с.

165. Пат. 2234241 Российская Федерация, МПК7 А61В 5/0245. Способ и устройство обработки сигналов пульсовой волны Текст. / В.В. Гольцов, С.Я. Коваль, Е.А. Черевко. 0публ.20.08.2004.

166. Pat. 4183360 US, МКИ3 А61В 5/02. Multifinger photocell plethysmography system Text. / W. Carlson, D. Wasserman, W. Asbarry. 1980.

167. Пат. 2096985 Российская Федерация, МПК6 А61В 5/02. Датчик с низким уровнем шума и способ регистрации энергии Текст. / Диаб Мохаммед К., Киани-Азарбай-Джани Эсмайэл, Опубл. 27.11.97.

168. Альтшуллер, Г.С. Творчество как точная наука. Теория решения изобретательских задач Текст. / Г.С. Альтшуллер.-М.: Сов. радио, 1979. 184 с.

169. Лунев, В.А. Планирование и обработка технологического эксперимента: Учебное пособие Текст. / В.А. Лунев. Л.: ЛПИ., 1985. - 84 с.

170. Таллерчик, Б.А. Интегральные полупроводниковые датчики Текст. / Б.А. Таллерчик, А.О. Олеск // Приборы и системы управления 1986. - №6. -С. 12-13.

171. Industrial control applications Motorola, 1994, 666 p.

172. Вавилов, В.Д. Интегральные датчики: учебник Текст. / В.Д. Вавилов.-Н.Новгород: Нижегородский гос.техн.ун-т, 2003.-503 с.

173. A.c. 1702983 СССР, МКИ5 A01J 7/00. Устройство для измерения физиологических показателей сельскохозяйственных животных Текст. / Юран С.И., Алексеев В.А., Заболотских В.И. Опубл. 07.01.92, Бюл. №1.

174. Функциональные устройства на микросхемах Текст. / В.З.Найдеров, А.И.Голованов, З.Ф.Юсупов и др.; Под ред. В.З.Найдерова.-М.: Радио и связь, 1985.-200 с.

175. Пат. 2231952 Российская Федерация, МПК7 A01J 7/00. Способ определения физиологических показателей вымени животных Текст. / С.И. Юран; заявитель и патентообладатель Юран С.И. Опубл. 2004, Бюл. №19.

176. Юран, С.И. Измерение параметров фотоплетизмограмм с вымени коров во время дойки Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. - №10. - С. 17-19.

177. Малогабаритные датчики давления // Датчики и системы. 2005. - №2. -С. 42-43.

178. Ленк, Дж. Электронные схемы: Практическое руководство Текст. / Дж. Ленк; перевод с англ. М.: Мир, 1985. - 343 с.

179. Предко, М. Справочник по Р1С-микроконтроллерам Текст. / М. Предко; перевод с англ. М.: ООО «Издательский дом «Додэка-ХХ1», 2002. - 512 с.

180. Ульрих, В.А. Микроконтроллеры Р1С16Х7ХХ Текст. / В.А. Ульрих. -СПб: Наука и техника, 2002. 320 с.

181. Микрокомпьютеры в физиологии Текст.; перевод с. англ. под ред. П. Фрейзера. М.: Мир, 1990. - 383 с.

182. Юрков, В.М. Микроклимат животноводческих ферм и комплексов Текст. / В.М. Юрков. М.: Россельхозиздат, 1985. - 223 с.

183. Оксиметр пульсовой «0ксипульс-01» Текст. / Паспорт АФИН. 941431.001 ПС, Ижевск: Аксион, 1999. 34 с.

184. Юран, С.И. Создание микроклимата на ферме с учетом физиологического состояния животных Текст. / С.И. Юран // Актуальные проблемы аграрного сектора: труды НПК. Ижевск, Изд-во ИжГТУ, 1997. - С. 51-53.

185. А. с. 1630713 СССР, МКИ5 А0и 7/00. Устройство для профилактики мастита у коров Текст. / Юран С.И., Алексеев В.А., Заболотских В.И. Опубл. 28.02.91, Бюл. №8.

186. Низкоинтенсивная лазерная терапия / Под общей ред. С.В.Москвина, В.А.Буйлина.-М.: ТОО «Фирма-«Техника», 2000.-724 с.

187. Илларионов, В.Е. Оптико-электронные устройства для медицины Текст. / В.Е. Илларионов, А.И. Ларюшин. Казань: Изд-во АБАК, 2000. -168 с.

188. Александров, М.Т. Лазерная клиническая биофотометрия (теория, эксперимент, практика) Текст./ М.Т.Александров. М.: Техносфера, 2008.-584 с.

189. А. с. 1702980 СССР, МКИ5 A01J 7/00. Устройство для профилактики мастита у коров / Юран С.И., Алексеев В.А., Заболотских В.И. Опубл. 07.01.92, Бюл. №1.

190. Гришин, И.И. Экологически чистая УВЧ-технология и средства лечения сельскохозяйственных животных Текст. : дис. . докт. техн. наук / И.И. Гришин.- М.: ВИЭСХ, 1992. 594 с.

191. А. с. 246363 ЧССР, МКИ2 A01J 7/02. Способ и устройство для машинного доения Текст. / Machalek А. Опубл. 1987, ИЗР, №11.

192. Васяннн, Е.Г. Разработка конструкции и обоснование режимных параметров устройства для массажа вымени нетелей Текст.: автореф. дис. .канд.технич.наук/Е.Г. Васянин. Оренбург: ОГАУ, 1999. - 22 с.

193. Козловцев, А.П. Обоснование конструктивно-режимных параметров и разработка устройства для массажа вымени нетелей и первотелок Текст.: автореф. дис. .канд.технич.наук / А.П Козловцев. Оренбург: ОГАУ, 2003.-18 с.

194. Голиков, А.Н. О механизме действия пневмомассажа вымени Текст. / А.Н. Голиков, В.Д. Фомина, Б.Л. Биволарски и др. // Физиология продуктивных животных решению продовольственной программы СССР: материалы

195. Всесоюзной конф. Тарту-Таллинн, Эстонский НИИ Животноводства и ветеринарии, 1990.-С. 20-21.

196. Козлов, А.Н. Доильный аппарат с регулируемыми параметрами Текст. / А.Н. Козлов // VIII (I Всероссийский) симпозиум по машинному доению сельскохозяйственных животных: тезисы докладов. Оренбург, ОГАУ. - С. 32-33.

197. А. с. 649429 СССР, МКИ2 . Способ воздействия ультразвуком на животные организмы Текст. / Чиркин А.А., Лейкин И.Г. Опубл. 1979, Бюл.№8.

198. Юран, С.И. Аппарат для прогрева вымени коров Текст. / С.И. Юран // Законченные научные разработки ФЭАСХ, рекомендованные к использованию в производстве. Ижевск, ИжГСХА, 2001.- С. 2-3.

199. Алексеев, В.А. Использование фотоплетизмографии для контроля процедуры инфракрасной терапии сельскохозяйственных животных Текст. /

200. B.А. Алексеев, С. Хамдан, С.И. Юран, П.Н. Покоев // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления-Датчик 2003: мат-лы XV НТК с участием зарубежных специалистов. М., МГИЭМ, 2003.1. C. 324.

201. Юран, С.И. Управление режимами инфракрасной терапии сельскохозяйственных животных с использованием метода фотоплетизмографии Текст. / С.И. Юран // Автоматизация с.-х. производства: материалы 8 Международной НТК. М., ВИМ, 2004.- 4.2. - С. 444-449.

202. Юран, С.И. Метод фотоплетизмографии в физиотерапии сельскохозяйственных животных Текст. / С.И. Юран // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2005. - №1. С. 42-43.

203. Харкевич, A.A. О принципах построения читающих машин Текст. / A.A. Харкевич // Теория информации. Опознавание образов /. М.: Наука, 1973.-Т.З.-С. 468-477.

204. Алексеев, В.А. Свойства матрицы отношений при относительных описаниях решетчатой функции Текст. / В.А. Алексеев // Автоматические устройства учета и контроля: сборник научн.трудов. Ижевск, 1977. - Вып. 2. -С.125-128.

205. Мазур, М. Качественная теория информации Текст. / М. Мазур. М.: Мир, 1974.- 237 с.

206. Шрейдер, Ю.А. Равенство, сходство, порядок Текст. / Ю.А Шрейдер. -М.: Наука, 1971.-255 с.

207. Фу, К. Последовательные методы в распознавании образов и обучения машин Текст. / К. Фу. М.: Наука.- 1971.

208. Ланкастер, П. Теория матриц Текст. / П. Ланкастер; перевод с англ. под ред. С.П. Демушкина. М.: Наука, 1978. - 280 с.

209. Алексеев, В.А. Классификаторы с использованием матрицы отношений составляющих решетчатой функции Текст. / В.А. Алексеев // Дискретные системы обработки информации: межвуз. сб. научн. трудов. Ижевск, 1978. -С.24-27.

210. Адаме, Д.М. Методы накопления, определения временных характеристик и описания физиологических сигналов Текст. / Д.М. Адаме, П.В. Дель Престо, А. Анне, Е.О. Аттингер // ТИИЭР. 1977. - Т.65. - вып. 5. - С. 114-123.

211. Рангайян, P.M. Анализ биомедицинских сигналов. Практический подход Текст. / P.M. Рангайян / Пер. с англ. под ред. А.П. Немирко.- М.: ФИЗ-МАТЛИТ, 2007. 440 с.

212. Мясникова, Н.В. Экстремальная фильтрация и ее приложения Текст. / Н.В. Мясникова, М.П. Берестель // Датчики и системы. 2004. - №4. - С. 8-11.

213. Неймарк, Ю.И. Многомерная геометрия и распознавание образов Текст. / Ю.И. Неймарк // Н. Новгород: Изд. Нижегородского ун-та, 1996.

214. Десова, A.A. Портативная компьютерная система регистрации, обработки и хранения пульсовых сигналов Текст. / A.A. Десова, A.A. Дорофеюк, Д.Ю. Максимов // Датчики и системы 2008, №4. С.29-32.

215. Дюпин, A.A. Разработка системы «Параметры периферического кровообращения» Текст. / A.A. Дюпин, С.И. Юран // Вестник ИжГСХА. 2006. -№1. - С. 33-36.

216. Алексеев, В.А. Выбор параметров для базы данных фотоплетизмограмм Текст. / В.А. Алексеев, A.A. Дюпин, С.И. Юран // Вестник ИжГТУ. 2008. -№ 4. - Ижевск : Изд-во ИжГТУ, 2008. - С. 135-137.

217. Свидетельство «Об официальной регистрации базы данных» № 2008620029. База данных параметров фотоплетизмограмм / В.А. Алексеев, A.A. Дюпин, С.И. Юран // Бюл. Пр. ЭВМ, БД, ТИМС. 2008. - №1.

218. Дюпин, A.A. Выбор параметров фотоплетизмограмм для базы данных Текст. / A.A. Дюпин, С.И. Юран // Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии ФРЭМЭ'2008: доклады VIII Международной научн.-техн. конф. — Владимир, ВГУ, 2008. Т.1. - С. 339-343.

219. Хомоненко, А.Д. Базы данных Текст. / А.Д. Хомоненко, В.М. Цыганков, М.Г. Мальцев. Под ред. проф. А.Д. Хомоненко.- 4-е изд., доп. и перераб. СПб.: Корона принт, 2004.-736 с.

220. Гетц, К. Access. Сборник рецептов для профессионалов Текст. / К. Гетц, П. Литвин, Э. Бэрн. СПб.: Питер, 2003.-704 с.

221. Пракс, Я.О. Система автоматизированной регистрации и анализа сердечного ритма коров Текст. / Я.О. Пракс, П.П. Хорма, В.К. Пойкалайнен и др. // Сельскохозяйственная биология. 1988. - №1. - С. 130-134.

222. Шиндеров, Б.Л. Инфракрасный радиационный термометр агрофизического назначения (ИРТАФ) / Б.Л Шиндеров, С.Ф. Кочегаров // Физические методы и средства получения информации в агромониторинге: сборник научных трудов. Л., АФИ, 1987.- С. 97-106.

223. Кувалдин, Э.В. Специализированный фотометр для измерения патологических и физиологических изменений в растениях /Э.В. Кувалдин, В.Г. Сурин // Оптический журнал. 1998. - №5. - С. 43-46.

224. Мартынов, В.А. К вопросу о дистанционной регистрации некоторых физиологических параметров сельскохозяйственных животных / В.А. Мартынов // Новое в технологии содержания высокопродуктивных коров: тезисы докладов НТК. Тарту, ЭСХА, 1989. - С. 68-70.

225. Бунин, И.А. Инженерные способы оценки биологического звена системы человек-машина-животное / И.А. Бунин // Техника в сельском хозяйстве. 1995. - №4.-С. 10-11.

226. Тот, Л. Применение микроэлектроники в животноводстве / Л. Тот, Л.М. Токарь. К.: Урожай, 1990. -216 с.

227. Велиюканин, В.И. Классификация систем поведения сельскохозяйственных животных Текст. / В.И. Великжанин // Поведение животных в условиях промышленных комплексов: труды ВАСХНИЛ. М., 1979. - С. 14-34.

228. Пат. 2042321 Российская Федерация, МПК7 А0и 7/00. Способ определения состояния лактирующей коровы и устройство для его осуществления Текст. / Мартыненко И.И., Рыбакова Л.В. Опубл. 1995, Бюл. №24.

229. Седов, A.M. Автоматизация управления молочной фермой на базе компьютерной техники Текст. / А.М Седов, Б.Ш. Хабатов // Проблемы создания машин и оборудования для животноводства и кормопроизводства: труды ВНИИКОМЖ. М., 1989. - Вып. 141. - С. 62-168.

230. Проспекты фирм Alfa Laval, Babson Brothers, Bou Matic, Fullwood, Gas-coigne Melotte, Westfalia Separator.

231. Алексеев, B.A. Проблемы автоматизации измерений физиологических параметров сельскохозяйственных животных Текст. / В.А. Алексеев, В.И. Заболотских, С.И. Юран // Методология измерений: материалы Всесоюзной научно-техн. конф. Л., ЛГТУ, 1991. - С. 65-66.

232. Краусп, В.Р. АСУТП молочной фермы беспривязного содержания высокоудойных коров АИСУ-400 Текст. / В.Р. Краусп // Автоматизированные технологии с.-х. производства: труды ВИЭСХ. М., ВИЭСХ, 1997. - Т. 83. - С. 68-83.

233. Юран, С.И. Варианты использования технических средств в ветеринарном контроле Текст. / С.И. Юран // Труды НПК ИжГСХА. Ижевск, ИжГТУ, 1998.-Ч. 4.-С. 64-65.

234. Алексеев, В.А. Организация автоматизированного ветеринарного контроля на животноводческом комплексе Текст. / В.А. Алексеев, С. Хамдан, С.И. Юран // Успехи современного естествознания. 2005. - №7. - С. 48-49.

235. А. с. 1526616 СССР, МКИ5 А01К 29/00. Устройство автоматизированной оценки физиологического состояния животных в процессе кормления Текст. / Гринберг Я.С. Опубл. 1989, Бюл. №45.

236. Пракс, Я.О. Некоторые принципы автоматизированного сбора физиологических данных коров при современных технологиях содержания Текст. /

237. Я.О. Пракс // Новое в технологии содержания высокопродуктивных коров: тезисы докладов НТК. Тарту: 1989, ЭСХА. - С. 59-61.

238. Степанов, А.Н. Автоматизированный контроль за состоянием животных на фермах Текст. / А.Н. Степанов // Автоматизированные технологии с.-х. производства: труды ВИЭСХ,- М.: 1997, ВИЭСХ. Том 83. - С. 93-103.

239. Гаранч, Э.Г. Автоматизированная система управления зоотехнической и ветеринарной работами на молочных фермах Текст. / Э.Г. Гаранч, А.Р. JIaypc // Acta Univ.Agric. Brno. - Fac.Agroecon. - 18. - 1982. - P. 3-8.

240. Menzies, P.I. An assessment of the utility of microcomputers and dairy herd management software for dairy farms and veterinary practices Text. / P.I. Menzies, A.H. Meek, B.W. Shtahlbaum // Can. vet. J. 1988. - № 29. - P. 287-293.

241. Заболотских, В.И. Портативная система фотоплетизмографии для медико-биологических исследований Текст. / В.И. Заболотских, С.И. Юран // Измерительная техника 1999. - №4.- С. 31-34.

242. Алексеев, В.А. Снижение влияния артефактов при регистрации фото-плетизмограмм Текст. / В.А. Алексеев, С.И. Юран // Датчики и системы.-2007. №6. - С. 19-22.

243. Alekseev, V.A. Studying the blood flow signal using photoplethysmography Text. / V.A. Alekseev, S. Hamdan, S.I. Yuran // Успехи современного естествознания. 2005. - №6. - С. 55-59.

244. Свидетельство «Об официальной регистрации программы для ЭВМ» №2005611184. Регистрация фотоплетизмограмм Текст. / В.А. Алексеев, С. Хамдан, А.А. Дюпин, С.И.ЛОран // Бюл. Пр. ЭВМ, БД, ТИМС. 2005. -№3 (52).

245. Хамдан, С. Автоматизированная регистрация и обработка фотоплетиз-мограмм с использованием относительного описания цифровых сигналов Текст. : дис. . канд. техн. наук/ С. Хамдан. Ижевск: ИжГТУ, 2005. - 135 с.

246. Юран, С.И. Автоматизированный фотоплетизмограф для исследования сосудистой системы животных Текст. / С.И. Юран // Вестник КрасГАУ.-2007.-№2 (17).-С. 209-212.

247. Жигалов, В.А. Автоматизированный оксиметр Текст. / В.А. Жигалов, С.И. Юран // Автоматизация производственных процессов в сельском хозяйстве: материалы Международной НИК. Москва, 2000, ВИМ. - С. 209-211.

248. Баранов, М.Г. Методика построения аппроксимативных математических моделей Текст. : методические указания / М.Г. Баранов, В.А. Жигалов, С.И. Юран. Ижевск: 2000, ИжГСХА.-20 с.

249. Юран, С.И. Устройство для исследования биологических тканей в различных спектральных диапазонах Текст. / С.И. Юран // Аграрная наука на рубеже тысячелетий: труды НПК. Ижевск: 2001, ШЕП. - С. 236-238.

250. Юран, С.И. Устройство для фотоплетизмографии животных в различных спектральных диапазонах Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2004. - №2. - С. 6-8.

251. Курбатов А. Второе амплуа звуковой платы Текст. / А. Курбатов // Компьютерра. 1999. - №18-19. - С. 22-26.

252. Алексеев, В.А. Автоматизированная система для фотоплетизмографии биологических тканей в различных спектральных диапазонах Текст. / В.А.

253. Алексеев, В.И. Заболотских, С.И. Юран, A.A. Дюпин // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления Датчик 2004: материалы XVI НТК с участием зарубежных специалистов. - М.: 2004, МГИ-ЭМ. - С. 301-303.

254. Орлов, В.В. Плетизмография Текст. / В.В. Орлов. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1961.-254 с.

255. А. с. 410770 СССР, МКИ2 А61В 5/02. Способ калибровки фотоплетиз-мограмм Текст. / Жилкин A.M., Зайцев В.П., Кобзев В.В. и др. Опубл. 1970, Бюл.№2.

256. А. с. 635968 СССР, МКИ2 А61В 5/02. Устройство для калибровки фотоэлектрических датчиков частоты пульса Текст. / Сорокин В.М., Токарев В.М.

257. А. с. 1519645 СССР, МКИ5 А61В 5/02. Способ калибровки фотоплетизмографа Текст. / Зайцев В.П. Опубл. 1989, Бюл.№41.

258. Пат. 4458518 США, МКИ4 А61В 5/02. Способ и устройство для калибровки фотоплетизмографа Текст. / Ingle F.W., Alto Р. Опубл. 1985, ИЗР, №6, вып. 13.

259. Гутников, B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах Текст. / B.C. Гутников. Л.: 1988, Энергоатомиздат.- 304 с.

260. А. с. 1655463 СССР, МКИ5 А61В 5/02. Фотоплетизмограф Текст. / Наумович A.C., Бойко С.Г., Золотой С.А., Сидорик П.И. И.А. Опубл. 1992, Бюл. №43.

261. Юшин, A.M. Оптоэлектронные приборы и их зарубежные аналоги Текст. : Справочник. В 5 Т. / A.M. Юшин. М.: 2004, ИП РадиоСофт. - Т.1. -512 с.

262. А. с. 1595465 СССР, МКИ5 А61В 5/02. Имитатор пульсового сигнала Текст. / Наумович A.C., Золотой С.А., Дробот А.Н. и др. Опубл. 1990, Бюл.№36.

263. Алексеев, В.А. Автоматизированный контроль сердечно-сосудистой системы животных Текст. / В.А. Алексеев, В.И. Заболотских, С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1996.- №5. - С. 25-26.

264. Юран, С.И. Фотоплетизмограф на базе микроконтроллера Текст. / С.И. Юран, A.A. Дюпин // Научное обеспечение АПК. Итоги и перспективы: материалы Всероссийской научно-практической конф. Ижевск: 2003, ИжГСХА. -С. 204-208.

265. Заявка №59-10214 Япония, МКИ3 А61В5/02. Зонд устройства для оценки признаков жизни плода Текст. /. ИСМ, 1984.

266. Алексеев, В.А. Проблемы разработки интеллектуальных датчиков импульсных процессов Текст. / В.А, Алексеев // Автоматизация физико-технических измерений. Свердловск: 1991, УрО АН СССР. - С. 18-31.

267. Yang, В. A twenty-four hour tele-nursing system using a ring sensor Text. / B. Yang, S. Rhee, H. Asada // International Conf. On Robotics & Automation. -Leuven, Belgium, 1998. P. 387-392.

268. Internet ресурс фирмы ChipCon: www.chipcon.com.

269. Блюменау, Д.И. Проблемы свертывания научной информации / Д.И. Блюменау. JI.: Наука, 1982. -166 с.

270. Гришин, В.Г. Образный анализ экспериментальных данных Текст. / В.Г. Гришин. М.: Наука, 1982. - 238 с.

271. Образный анализ многомерных данных Текст. : тез. докл. Всесоюзн. на-уч.-техн. конф. М.: 1984. - 170 с.

272. Моттль, В.В. Лингвистический анализ экспериментальных кривых Текст. / В.В. Моттль, И.Б. Мучник // ТИИЭР. 1979. - Т.67 - №5. - С. 12-39.

273. Браверманн, Э.М. Структурные методы обработки эмпирических данных Текст. / Э.М. Браверманн, И.Б. Мучник. М.: 1983, Наука. - 464 с.

274. Механика кровообращения Текст. / К. Каро, Т. Педли, Р. Шротер, У. Сид. М.: Мир, 1981.- 624 с.

275. Ренимер, Р. Динамика сердечно-сосудистой системы Текст. / Р. Рени-мер; перевод с англ. М.: Медицина, 1982. - 440 с.

276. Чернух, A.M. Микроциркуляция Текст. / A.M. Чернух, П.Н. Александров, О.В. Алексеев. М.: Медицина, 1984. - 432 с.

277. А. с. 603999 СССР, МКИ2 G06F 15/36. Статистический анализатор Текст. / С.И. Юран.- Опубл. 1978, Бюл.№15.

278. Venckus, G. Frequency filtering effects on the single-period photoplethys-mography signals Text. / G. Venckus, J. Spigulis // Med. Biol. Eng. Comput. 37. - Suppl. 1.- 1999.-P. 218-219.

279. Spigulis, J. Potential of advanced photoplethysmography sensing for noninvasive vascular diagnostics and early screening Text. / J. Spigulis, I. Kukulis, E.

280. Fridenberga, G. Venckus // SPIE Proc. Vol.4625: Biomedical Optics Symposium BIOS '02, San Jose, USA). - 2002. - P.48-53.

281. Алексеев, B.A. Образный анализ длинных сигнальных реализаций Текст. / В.А. Алексеев, И.Е. Останин // Анализ и интерпретация пространственно-распределенных структур. Свердловск: УрО АН СССР, 1988. - С. 6477.

282. Останин, И.Е. Образный анализ сверхдлинных сигнальных реализаций в биофизических исследованиях Текст.: автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук.-М.: МГУ, 1989.-24 с.

283. Юран, С.И. Портативный автоматизированный фотоплетизмограф Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -2006. №7.-С. 17-19.

284. Юран, С.И. Контроль процесса дойки коров методом фотоплетизмографии Текст. / С.И. Юран // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1999. - №10. - С. 11-13.

285. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей результатов измерений Текст. / П.В. Новицкий, И.А. Зограф. JL: Энергоатомиздат, 1991. - 304 с.

286. Юран, С.И. Определение параметров периферического кровообращения коров во время дойки Текст. / С.И. Юран, П.Н. Покоев // Вестник ИжГСХА. -2006. -№1.-С. 30-33.

287. Грачев, И.И. Физиология лактации, общая и сравнительная Текст. / И.И. Грачев, В.П. Галанцев. Л.: Наука, 1973. - 590 с.

288. Владимирова, А.Д. О рефлекторной регуляции кровоснабжения молочной железы Текст. / А.Д. Владимирова // Журнал общей биологии. T.XVI. -№2.- 1955.-С. 141-155.

289. Вальдман, Э.К. Физиология машинного доения коров Текст. / Э.К. Вальдман. М.: 1977.