автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.15, диссертация на тему:Аппаратно-программное обеспечение комплексов дистанционной диагностики с обратной связью по измеряемым биологическим параметрам

Малахов Алексей Валентинович

АППАРАТНО-ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЛЕКСОВ ДИСТАНЦИОННОЙ ДИАГНОСТИКИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ИЗМЕРЯЕМЫМ БИОЛОГИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ

Специальность 05.13.15 Вычислительные машины,комплексы и компьютерные сети (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 3 ДЕК 2012

МОСКВА 2012

005057329

Работа выполнена на кафедре «Вычислительная техника» федеральногогосударственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики» (МГТУ МИРЭА).

Научный руководитель: Коваленко Сергей Михайлович

Ведущая организация:

ОАО Концерн «Моринформсистема-Агат»г. Москва.

Защита состоится «27» декабря 2012 г. в 14 час.00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.131.05 при МГТУ МИРЭА по адресу: 119454,г. Москва, пр. Вернадского, д. 78, ауд. Г-412. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ МИРЭА.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119454, г.Москва, пр. Вернадского, д. 78, диссертационный совет Д212.131.05.

Автореферат разослан «23» ноября 2012г. Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.131.05

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Вычислительная техника» МГТУ МИРЭА

Официальные оппоненты:

Лотоцкий Владимир Леонтьевич

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технические и информационные средства систем управления»

Швеин Алексей Анатольевич

кандидат технических наук, доцент, ведущий инженер ОАО «ИНЭУМ им.И.С.Брука»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Прогресс в информационных и коммуникационных технологиях создал базу для нового перспективного направления в организации и оказании медицинской помощи — телемедицины, важнейшей частью которой является дистанционная диагностика. Дистанционная диагностика (теледиагностика), как принципиально новое направление в медицине, особенно актуальна и зачастую незаменима в экстремальных условиях удалённости пациента от медицинского учреждения, например, при нахождении его в малодоступных местах Земли или в длительном космическом полёте. При этом, теледиагностическая аппаратура должна быть снабжена средством коммуникации, включающим в себя канал обратной связи по биологическим параметрам человека, или, в общем случае, по биологическим параметрам объекта исследования. В данной работе эта обратная связь от объекта исследования к теледиагностической аппаратуре, или от пациента к врачу, для краткости названа биологической обратной связью (БОС).

Большое влияние на развитие методов диагностики и терапии, потенциально пригодных для разработки на их основе методов и устройств телемедицины, оказали фундаментальные труды Р. Фолля и Ф. Мореля. Хорошо известны в области медицинской диагностики работы Ю.В. Готовского, A.B. Макаревича, Т.И. Карагузова, О. Е. Добронравова, В.А. Алехина, С. И. Коршаковского и других российских и зарубежных ученых и специалистов, положивших начало бурному развитию методов теледиагностики и телетерапии.

Дальнейшему развитию теледиагностики способна послужить плодотворная идея российских ученых Карагузова Т.И., Макаревича A.B. и Коваленко С.М. реализовать в одном аппаратно-программном комплексе (АПК) функции диагностики и терапии. Эта идея во многом нашла своё практическое воплощение в комплексе дистанционной диагностики (КДД) «АПК МАРС» и в ряде других устройств, созданных в Московском государственном техническом университете радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА) при участии диссертанта. Комплекс «МАРС» предназначен для теледиагностики и, сопряженных с ней средств телетерапии, широкого спектра заболеваний. С возникновением экстренных обстоятельств по каналу БОС данные о биомедицинских параметрах пациента, например, данные о его сердечной деятельности, в реальном времени, или в пакетном режиме, поступают в комплекс дистанционной диагностики (КДД) через специальные коммуникаторы или гарнитуру мобильной

сети с использованием современных возможностей сети «Интернет» и сервисов, связанных с предстоящим выходом этой сети в Космос.

Круг задач, связанных реализацией систем «пациент - КДД», учитывая необходимость комплексного решения технических, биологических и медицинских проблем весьма широк. Поэтому, в данной диссертации главное внимание сосредоточено на решении технических проблем, связанных с определением технических условий и параметров КДД, адекватных задачам дистанционной диагностики.

Объект исследования. Объектом исследования настоящей работы являются сетевые автоматизированные комплексы

дистанционной диагностики (КДД) с обратной связью по биологическим параметрам человека.

Цель и постановка задачи исследования. Целью диссертации является восполнение пробела в области разработки и исследования программно-аппаратного обеспечения комплексов дистанционной диагностики с биологической обратной связью на базе методов электроакупунктурной диагностики Р.Фолля и методов МОРА-терапии Ф.Мореля.

Несмотря на определённый прогресс в области исследования методов дистанционной диагностики и внимания к этой проблеме со стороны ученых-медиков, в открытой отечественной и зарубежной литературе в настоящее время недостаточно освещены вопросы разработки специализированных вычислительных комплексов теледиагностической аппаратуры, обеспечивающей в реальном масштабе времени доступ к удалённому пациенту. В этой связи, на первый план выдвигается теоретическая и практическая задача установления надёжного соответствия параметров жизненно важных биологических процессов в организме пациента, прежде всего характеристик его сердечно-сосудистой системы, с техническими данными специальной стационарной аппаратуры, полученными в результате обработки радиосигналов биологической обратной связи (БОС). Особую актуальность, при этом, приобретает разработка новых технических методов и средств выделения очень слабого полезного сигнала в сильно зашумлённом канале связи БОС при отношении сигнал/помеха на уровне сотых долей процента. Актуальность и важность решения этих и других насущных задач теледиагностики и телетерапии во многом мотивируется амбициозными, но пока слабо скоординированными, усилиями ряда стран освоить в обозримом будущем объекты солнечной системы, пригодные для длительного нахождения и проживания человека.

Проведенный в четырёх разделах главы 1 аналитический обзор

инновационных технических наработок в области медицинской диагностики и терапии позволяет на его основе выявить и, в целом, оценить проблематику исследуемой области, а также сформулировать следующие задачи диссертации:

■ определить для целей теледиагностики и практически освоить техническими средствами способы обнаружения радиоволн за порогом чувствительности традиционных радиоприёмных устройств;

■ разработать типовые алгоритмы формирования диагностической информации в условиях поступления и обработки посредством аппаратно-программного обеспечения (АПО) в комплексах дистанционной диагностики (КДД) сверхслабых радиосигналов с отношением сигнал/помеха на уровне долей процента;

■ разработать методы определения биологических параметров жизнедеятельности человека адекватными техническими средствами, уделив главное внимание результатам исследования состояния сердечной деятельности человека по анализу его речевых фонем;

■ разработать математическую модель, определяющую взаимосвязь параметров диагностического сигнала с биологическими параметрами объекта исследования;

■ разработать технические условия, архитектуру и алгоритмы аппаратно-программного обеспечения (АПО) для КДД с программной поддержкой сервисов, обеспечивающих визуализацию результатов теледиагностики и телетерапии;

■ достоверные научные положения диссертации, прошедшие техническую апробацию и обсуждение на специальных семинарах и конференциях, включить в учебный процесс МГТУ МИРЭА в форме лекционных курсов и методических пособий к практическим занятиям студентов и аспирантов.

Методы исследования. Основные результаты диссертационной работы получены с использованием методов теории системного анализа,теории радиотехники, теории компьютерного моделирования и технологии программирования.

Научная новизна работы. Научная новизна результатов диссертации состоит в том, что впервые сделана попытка обосновать и реализовать инновационную идею о совмещении в структуре специализированного АПК технических средств диагностики и терапии пространственно разнесённых на миллионы километров. Как уже отмечалось, эта идея нашла своё начальное воплощение в аппаратно-программном комплексе «МАРС», реализованном в техническом университете МИРЭА при непосредственном участии диссертанта. В процессе решения этой технической задачи диссертант получил ряд

новых теоретических и практических результатов, составивших основу настоящей диссертации. Лично автором:

■ впервые предложена и разработана на теоретическом и техническом уровне идея определения параметров сердечной деятельности удалённого пациента по сигналам спектров его речевых фонем в автоматическом режиме посредством специализированного АПК;

■ разработан метод обнаружения сверхслабых радиосигналов в присутствии больших радиопомех, основанный на создании в канале радиоприёмного устройства затухающего переходного процесса путём ударного возбуждения контура;

" определена архитектура КДД и предложены алгоритмы обработки данных дистанционной диагностики, поступающие по каналам биологической обратной связи ;

■ разработана математическая модель затухающих переходных процессов в резонансных контурах для приёма сигналов биологической информации аппаратурой дистанционной диагностики.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что на базе научных положений диссертации разработана типовая архитектура КДД и создан прототип автоматизированного рабочего места восьмисегментной диагностики «МАРС» с программной поддержкой визуализации результатов диагностики и терапии. Презентация АПК «МАРС» представлена на сайте http://www.vt.fit.mirea.ru/nauches/text/mars.html. В процессе создания прототипа комплекса дистанционной диагностики КДД « АПК МАРС»:

■ определён и математически описан метод обнаружения сверхслабых радиосигналов, основанный на создании в каналах радиоприёмных устройств теледиагностики затухающих переходных процессов путём ударного возбуждения контуров;

■ разработан компьютеризированный редактор акупунктурных точек жизненно важных органов человека, применение которого позволяет совмещать диагностику и терапию в одном функциональном комплексе;

■ разработана диагностика по Фоллю на переменном токе с возможностью оценки состояния органов и систем объекта исследования;

■ разработана сегментарная диагностика, позволяющая выбирать пары электродов в любом сочетании из 8, в результате достигнута более точная экспресс диагностика;

■ переключение электродов из режима диагностики в режим терапии в любом парном сочетании осуществляется программно,

оперативно и без коммутации проводов;

■ электромагнитная терапия осуществлена в расширенном диапазоне частот от 0,1 Гц до 1 МГц и с более высокой точностью, что позволяет расширить практическое применение этого метода, в том числе и при лечении инфекций;

■ разработаны методы цветотерапии в сочетании 15 цветов,которые позволяют использовать цветовой диапазон от ИК до УФ;

■ разработан автоматический вегетативный резонансный тест с проведением двух измерений (с препаратом и без препарата) за одно касание точки на коже пациента;

■ разработано программное обеспечение для канала БОС, преимущество которого заключается в том, что результаты диагностики представлены файлами табличного формата. Это позволяет осуществлять удалённые консультации, используя аудио и видео передачу, а программы терапии могут приниматься в виде файлов с адекватной частотой воздействия и набором препаратов для проведения комплексной терапии в виде конкретных рекомендаций.

Апробация н практическое внедрение результатов работы. На основе разработок, проведенных в кооперации с институтом радиофизических исследований (ИРФИ РАЕН) и Медицинской академией им. Н.И. Пирогова, в МГТУ МИРЭА создана лабораторная база для подготовки студентов и аспирантов по телеинформационной тематике, а также для проведения курсов повышения квалификации врачей телемедицины. Научные положения диссертации, в части АРМ АПК «МАРС», включены в лекционный курс «конструкторско-технологическое обеспечение ЭВМ», читаемый на кафедре «Вычислительная техника» факультета «Информационные технологии» МГТУ МИРЭА. Работа выполнена в соответствии с программой Президента и Правительства РФ по внедрению инноваций в медицину и в рамках основных направлений научных исследований МГТУ МИРЭА. Материалы и результаты выполненных разработок и исследований докладывались на научно-технических конференциях:

■ третья Всероссийская конференция. Стандартизация информационных технологий и интероперабельность. (Москва, ВВЦ, 27 октября 2008 г.);

■ 57, 58, 59 научно-технические конференции МИРЭА (Москва, 2008, 2009, 2010г.г.);

■ 60, 61 научно-технические конференции МГТУ МИРЭА (Москва, 2011, 2012г.г.).

Публикации. Научные положения, практические результаты и рекомендации диссертации представлены в двенадцати научных рефератах и статьях, три из которых публикованы в журналах, поименованных в «Перечне» ВАК. Перечень публикаций приведен в конце автореферата.

Структура диссертации включает в себя введение, четыре главы основного текста, заключение, список литературы из 113 наименований и четыре приложения. Общий объем работы — 234 страницы, в том числе основной текст—185 страниц, 25 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, сформулированы цель работы, а также задачи для её достижения. Изложены основные идеи, отмечен вклад автора в проведённое исследование, степень новизны и практическая значимость результатов работы.

В первой главе выполнен подробный анализ отечественных и зарубежных компьютеризированных разработок в области диагностики и терапии, могущих явиться основой для создания технических средств специализированных АПК дистанционной диагностики, способных принимать и обрабатывать слабые зашумлённые радиосигналы биологической информации в каналах «пациент-врач». Рассмотрены принципы диагностики по Р. Фоллю, включая электроакупунктурную диагностику. Собраны и систематизированы существующие отечественные и зарубежные разработки, отражающие современное состояние дел в данной предметной области, и рассматриваемые диссертантом в качестве реальной основы для практических приложений в сфере автоматизированной теледиагностики и сопряженных с ней методов телетерапии.

Среди отечественных диагностических комплексов особо отмечены: компьютеризированный аппарат электроакупунктурной диагностики «ИМЕДИС-ЭКСПЕРТ», аппаратно-программный комплекс традиционной диагностики «АРМ ПЕРЕСВЕТ» и приборы полевой электромагнитной терапии «ДЕТА», а также семейство приборов бесконтактной цветовой диагностики и терапии Института радиофизиологических исследований (ИРФИ РАЕН). О продвинутости и перспективности приборов этого семейства можно судить из приводимой ниже таблицы сравнительных характеристик погрешности устройств телемедицины.

Сравнительные характеристики погрешности комплексов и

устройств телемедицины приведены в таблице 1. Таблица 1. _

Диапазон рабочих частот, Гц Абсолютная погрешность, Гц

Существующие отечественные и зарубежные разработки Аналогичные устройства ИРФИ РАЕН

0,1 - 10 0,1 0,01

10-100 1 0,01

100- 1000 1-10 од

1000- 10000 10 5

0,1 - 1000000 1000 1000

Как следует из таблицы, точность телемедицинских устройств семейства ИРФИ РАЕН на порядок выше точности лучших известных отечественных и зарубежных аналогов.

В диссертации подобно рассмотрены технические характеристики и параметры зарубежных диагностических

компьютеризированных комплексов, в том числе: диагностического аппаратно-программного комплекса «ЛИДОМЕД-БИО», аппаратно-программного комплекса биорезонансной диагностики и терапии «МОРА СуперПлюс Биполяр» и аппаратно-программного комплекса биорезонансного тестирования «Аурум Сенситив Имаго 500».

В аналитическом обзоре этой главы отдельно упомянуты и кратко рассмотрены две разработки МГТУ МИРЭА, относящиеся к теме диссертации. В их числе, аппарат носимый, терапевтический, электромагнитный, компьютеризированный «АНТЕК» и аппаратно-программный комплекс (АПК) дистанционной космической диагностики и терапии «АПК МАРС», принципы построения и подробные характеристики которого представлены в главах 3 и 4 .

В плане актуальности и перспективности в диссертации отмечается, что с начала текущего столетия в различных регионах России быстрыми темпами создаются медицинские информационные сети, которые позволяют использовать методы и технологии дистанционной диагностики в целях оказания

высококвалифицированной медицинской помощи населению. В диссертации приводится пример целевой программы «Развитие информатизации здравоохранения и ОМС Ярославской области», в рамках которой областная клиническая больница проводит дистанционное консультирование больных у ведущих специалистов

отечественных и зарубежных клиник. Среди других медицинских учреждений упоминается Российская детская клиническая больница (РДКБ), осуществляющая приём и передачу медицинской диагностической информации по электронным каналам связи в режиме реального времени с использованием высококачественной видеоаппаратуры.

Активное развитие в нашей стране получают плановые и экстренные видеоконсультации и видеоконсилиумы между двумя или несколькими абонентами в, так называемом, многоточечном режиме, когда наиболее сложные случаи обсуждаются консилиумом врачей из разных, далеко удалённых друг от друга медицинских центров.

В разделе «Постановка задачи», по результатам анализа отечественных и зарубежных телемедицинских приборов и технологий выявлены пробелы в существующих технических решениях, дополнен и уточнён перечень решаемых задач, приведенный выше в данной диссертации.

Вторая глава посвящена разработке математических методов и алгоритмов для технических средств АПК оперативной теледиагностики. Приведено математическое описание влияния спектра речевых фонем на оценку сердечной деятельности человека, разработан алгоритм выделения и формирования полезного диагностического радиосигнала на фоне больших помех, определена взаимосвязь между огибающими затухающих переходных процессов и параметрами полезного сигнала и дана оценка систематической погрешности от действия флуктуационных помех и вариаций суммарного сигнала на границах временного интервала измерений.

На основе выявленных свойств резонансных колебательных систем разработан метод и созданы технические средства, вошедшие в состав АПК, для обнаружения сигналов сердечной деятельности человека через голосовые фонемы в условиях, когда величина помехи превышает уровень полезного сигнала. Блок-схема устройства показана на рис.1. В основе разработанного метода лежит преобразование сигналов речевых фонем соответствующих диапазонов, формирование двух каналов с одинаковыми резонансными контурами, ударное создание в них затухающих переходных процессов и последующая обработка преобразованных сигналов. Векторные диаграммы сигналов в момент времени / = пТ , где Т — период частоты тока в резонансных контурах, показан на рис.2.

затухающих переходных процессов: I и II - первый и второй каналы; 1,2 —

фазовращатели; 3, 4 — резонансные контуры; 5, 6 —логические блоки выделения огибающих 5А] (У и 5А2 ф; 7 — блок сравнения огибающих; 8, 9 — логические блоки определения амплитуды и фазы полезного сигнала

Рис.2. Векторные диаграммы сигналов при £ = пТ: а—произвольная начальная фаза 3 • б—синфазный режим при 9 = л/2

На рис.3 показан спектр речевых фонем, представляющий собой наложение соответствующих спектров по частоте и амплитуде сигналов ритмов сердца, ЭКГ и речевых параметров голоса.

О

тГтТгТтТт

10

100

т

103

ю4

/Гц

ю5

10е

Рис.3. Амплитудно-частотные характеристики сигналов речевых фонем: 1 -сердечная деятельность 2—голосовые фонемы ((д.); 3-несущая частота (&■„)

На рис.4 приведена структурная схема, реализующая метод определения параметров сердечной деятельности. Схема включает в себя блоки 1-9, назначение которых указано в подрисуночной подписи. На рис.5 представлена форма смешанного сигнала в окрестности точки Т= пТ. Векторная диаграмма для определения параметров Кронекера показана на рис.6.

й, ---- ; } г"*" !о в о, | "" -у'':,

? , - — [ Л • 1

ПОД

Ж:,

«п.. 8 1

I

Рис.4. Структурная схема определения параметров сердечной деятельности (ПДС) : 1—формирование речевых фонем (голосовой аппарат

пациента); 2-передатчик (радиомикрофон); 3-радиоприёмник;

-/-усилитель; 5—система фильтрации; 6-колебательные контуры на два канала; 7—источник ударного напряжения; 8—решающее устройство; 9 ~ анализатор.

Рис.5. Форма сигнала в окрестности точки ^ = пТ: кривая 1—суммарный сигнал *(/) + £/(*); кривая 2-суммарный сигнал £(/) с учётом шумовой составляющей; кривые 3, 4 -границы флуктуационных помех

Установлена взаимосвязь между расхождением огибающих переходных процессов в резонансных контурах и параметрами сигнала сердечной деятельности. Метод реализован с применением традиционных технических средств, без существенного изменения существующих радиоприёмных устройств в целом. При проведении исследований и определении границ применимости метода использовано компьютерное моделирование.

Структурная схема входного блока АПК — одноканального радиоприёмного устройства (РПУ) представлена на рис.7. Разработанный для неё алгоритм функционирования, показан на рис.8.

1—блок синхронизации, 2—источник ударного напряжения, 3—генератор

гармонических сигналов, 4—генератор шума, 5 — сумматор (смеситель), 6-фазовращатель, 7—блок управления фазовращателем, 8—колебательный контур, 9 — основной блок обработки сигнала, 10 — блок вычисления

производной (д(5'а^) , 11-блок определения расхождения огибающих, 12— блок определения начальной фазы полезного сигнала, 13 - блок определения амплитуды полезного сигнала.

Рис.8. Алгоритм работы одноканалъного РПУ.Где, и -сигнал окончания цикла вычисления максимального расхождения огибающих д (5А} = А (5а )„„. пРи котором а = апред.

На вход РПУ с резонансными контурами, подаётся полезный сигнал х(1) = ит соя(о)/ + 9), круговая частота со и период Т которого известны, а существующая на входе РПУ флуктуационная помеха с, (7) является стационарным случайным процессом, мгновенная величина которого подчинена нормальному закону распределения с нулевым средним значением, а фаза имеет равномерное распределение. При этом, среднеквадратичное значение помехи £ может превышать уровень полезного сигнала. Для реализации метода в контурах создаются затухающие периодические процессы £/(/), амплитуда которых С/А

уменьшается по экспоненциальному закону U0 exp(-5í), где 6-коэффициент затухания контуров. Задача выделения сигнала сводится к определению его параметров-амплитуды ит и начальной фазы 9. При этом, для амплитуд составляющих суммарных сигналов справедливы неравенства ит < << UА.

При подаче сигнала s = д:(г) + i;(0 на их выходах появятся суммарные сигналы St 2(t) = U(t) + xi2{t) + £12(/). Понятно, что в силу резонансных свойств контуров сигнал s усиливается, а внешнее воздействие на него сопровождается флуктуациями.. В рамках идеальной модели-при отсутствии шумов и помех решение уравнения колебаний напряжения на конденсаторе контура ü + 25н + со^м = и2ггга cos(coí + 0) для начальных условий w(0) = í/0 и zi(0) = 0 при 5 « ю0 (ш0-круговая частота собственных колебаний) имеет вид :

и = (U0-Um sin 3)е~5' cos(co'/ + е) / cos £ + Um sin(coí + 9), где e = arctg(í/mcocos9 + £/m5sinS - E/05)/[co'(í/0 - Um sin 9)], со' = (со2 - 52)1/2, Um = ШцМт /[(со2 - и2)2 + 452ю2]1/2. Вблизи резонанса |е| «1. Описываемая процедура позволяют далее определить разность усреднённых значений Д (SA)-

Знак зависит от значения определяемой фазы 9: если угол 9

лежит в I или IV четвертях, Д(5А)> 0, если во II или III - a(Sa}< 0. В первом случае принужденные и свободные составляющие синфазные (9пред = я/2) во втором-противофазные (Зпред = —л/2). При этом вносимый

в канал фазовый сдвиг а = апред.

Максимальное значение разности д(5А) = д(5'А)тт определяется

достижением первой производной по времени (д^д)) некоторого установленного малого порогового уровня Я «1. При этом выражения (2) и (3) приобретают следующий вид::

«n = |A<SA>L/[e(l-ii0e^)]) 9 = я(^ + 1/2)-апрсд,

Го, i*o,

где 80 = -и

[1, 1 = 0,

1 = 1 + д(5а)/|д(5а)| (здесь и далее индекс «тах» опущен). Параметр символа Кронекера i принимает значения 2 (I или IV четверть), или 0 (II или III). Для получения более точного результата используется метод

последовательных приближений в предположении, что начальное значение коэффициента г|0 равно 1. За интервал времени тТ обрабатываются отсчёты в окрестности точек t-nT. В конце каждого такого интервала величина суммарного сигнала {S^j с достаточной точностью может быть определена с использованием регрессии сшивкой отрезков полиномов. Одновременно определяется производная для нахождения

максимального значения этой величины (^д).,, при этом п — итач, j = jmn

(/-№ вносимого фазового сдвига). Для отработки предложенного метода использовано компьютерное моделирование в среде Lab VIEW.

В третьей главе разработаны методы, алгоритмы, структура и программные продукты для построения аппаратно-программного обеспечения дистанционной диагностики в прототипе АПК «МАРС». Результаты получены на этапе предварительного анализа скорости передачи данных и объема хранения необходимой биологической информации, а также на этапе формирования технических условий на функциональные блоки и программное обеспечение АПК и вычислительных сетей, входящих в состав телемедицинского комплекса и обеспечивающих его работу.

Структурная схема КДД «АПК МАРС» и рабочее место оператора приведены на рис.9.

Автоматизированное рабочее место

АПК "Марс"

Разъёмы и кабели

Насадки

Программное обеспечение

Медикаментозный электронный селектор

FE

Элекгропун ктурная" диагностика по методу Р. Фолля (от 2 до 8 отводов)

Электронные блоки с

интерфейсами управления и связи с компьютером (USB)

ТТ

Биорезонансная (МОРА) терапия

ЕЛ

Элементы питания (аккумуляторы)

"Л

Внешнее питание (провод электропитания)

Электромагнитная терапия

3:

Приготовление биологически-активной жидкости

ya j

Квантовая (Цветаеве го) терапия

Сервер

Рис.9. Структурная схема АРМ « ЛПК МАРС»

Технические характеристики АРМ «АПК МАРС» сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Операционная система: Windows Mobile 6.5 Professional

Процессор: Qualcomm 8250В 1 ГГц

RAM: 448 МБ

ROM: 512 МБ

Вес: 157 грамм с аккумулятором

Габариты: 120.5X67X 11 мм

Bluetooth Bluetooth 2.1 с увеличенной скоростью передачи данных * Поддерживаемые профили: A2DP, AVRCP, BIP, ВРР, DUN, FTP, GAP, GOEP, HFP, НШ, HSP, OPP, PAN, PBAP SAP, SPP

WiFi: Wi-Fi: IEEE 802.11 b/g

USB: 5-гнездовой micro-USB 2.0

Гарантия: 1 год

Звук: Разъем 3,5 мм для подключения наушников

Тип экрана: Емкостный сенсорный экран

Дисплей: 4.3" 480 X 800 WVGA

Слот расширения: Micro SD™ (совместим с SDHC)

Аккумулятор Перезаряжаемый литий-ионный аккумулятор. Емкость: 1230 мАч

Работа в режиме разговора: GSM, до 380 мин

Работа в ждущем режиме: GSM: до 490 часов

Сети: * HSPA/WCDMA: 900/2100 МГц * GSM: 850/950/1800/1900 МГц

GPS: Встроенный GPS приемник

Камера: 5-мегапиксельная камера * Авто-фокус * Двойная светодиодная вспышка * G-фокус

Навигационная программа: Navitel - полные карты России, Украины и Белоруссии

Программное обеспечение: Рабочий стол, виджеты: Меню, Люди, Сообщения, Почта, Интернет, Календарь, Рынки, Фото и видео, Музыка, Погода, Footprints, Twitter, Настройки Социальные сети * Интеграция Facebook™ * Размещение фотографий на Facebook и Twitter *

Дополнительно: * Датчик положения в пространстве (G-сенсор) * Сенсор близости * Сенсор внешней освещенности

В работе определены требования к программному обеспечению визуализации результатов и тестирования устройств теледиагностики. Разработан редактор акупунктурных точек человеческого тела. Скомпилированный код программы имеет наглядный логически законченный графический интерфейс. Исходные коды даны с подробными комментариями. Спроектирована и частично заполнена база данных настроек программы, позволяющая убедиться в ее связи с интерфейсом программы и возможности ее пополнения без дополнительного программирования.

В главе четыре представлены основные практические результаты, полученные в процессе разработки КДД «АПК МАРС» и даны необходимые рекомендации. Программное обеспечение визуализации результатов обработки сигналов теледиагностики удобно, как для выработки рекомендаций и действий со стороны автоматизированного комплекса «МАРС», так и для принятия решений врачебным персоналом.

Современные устройства типа «Bluetooth» и USB в принципе позволяют активно создавать и исследовать биологическую обратную связь из отдалённых точек Земли и Космоса, а также совмещать в одно касание диагностику и терапию с подбором лекарственных средств и записью их на крупку или биологически активную жидкость. В процессе разработки КДД «АПК МАРС» созданы наглядные диагностично-терапевтические программы (ДТП), существенно сокращающие сроки обсуждения и определения диагноза, принятия промежуточного решения о терапии.

Выполненная работа направлена на создание законченного комплекса программ человеко-машинного интерфейса для длительных космических полётов.

В дополнение к приведенным техническим данным разработки АПК «МАРС» в диссертации отмечены следующие дополнительные результаты и рекомендации:

■ скорость передачи видеоинформации - от 20 Кбит/с до 4 Мбит/с при разрешении цветного или чёрно-белого изображения

640x480 пк с частотой 30 кадров/с;

■ скорость передачи аудиоинформации - от 8 Кбит/с до 32 Кбит/с при двухсторонней передаче данных;

■ скорость передачи файлов информации - от 1 Бит/с до 1 Гбит/с в зависимости от типа файла и его объема;

■ разработано техническое задание на разработку ПО для стенда АПК «МАРС» при автономной работе с удалённого доступа;

■ подготовлено техническое задание по исследованию устройства для работы в космических экспедициях;

■ проведены предварительные исследования возможности использования комплексом АПК «МАРС» совместно с портативным компьютеризированным терапевтическим аппаратом «АНТЭК»;

■ теледиагностика по Фоллю реализуется на «переменном токе» по методу член-корр. РАЕН Макаревича А. В.. Метод, на сегодняшний день, не имеющий аналогов, позволяет по ширине графика давать оценку состояния жизненно важных человеческих органов и систем.

Структурная схема подключения автоматизированного рабочего места АРМ АПК «МАРС» к серверу и сетям связи показана на рис.10.

Мышь

Микрофон

Клавиатура

Источник бесперебойного питания (ИБП)

Сервер

рт

Р511

Микропроцессор

т

ОЗУ

Звуковая карта

Блок питания

Ш11

Материнская плата

о'уо-йомлад

ТГ

Жёсткий диск Н00

Видеокарта

Сетевая карта

Порт иБВ

Порт ивВ

Колонки (наушники)

Монитор

Коммутатор

Принтер

АРМ АПК "Марс*

Рис.10. Подключение автоматизированного рабочего места АРМ КДД «АПК МАРС» к серверу.

В АПК «МАРС» впервые реализована диагностика на переменном токе в автоматизированном вегетативно-резонансном тесте по отведениям с 8-электродным режимом электромагнитной терапии, свето-цвето (квантовой) терапии и эндогенной биорезонансной МОРА-терапии по методу Ф. Мореля. Разработана система «Телемедицинский режим», позволившая отработать методику диагностики, терапии и подбора лекарственных средств с передачей необходимых команд по каналу биологической обратной связи. Проведена апробация этой методики на 10 добровольных пациентах с использованием АРМ АПК «МАРС». Подготовлены необходимые материалы в соответствии с ГОСТ 51188-98 для проведения клинических испытаний.

При разработке АПК «МАРС» были получены следующие практические результаты:

■ выпущено техническое задание на разработку ПО стенда АПК «МАРС» для автономной работы и работы с удалённым доступом;

■ разработан алгоритм измерения параметров сердечной деятельности и определения их точностных характеристик посредством КДД «АПК МАРС»;

■ проведен анализ различных вариантов построения диагностической аппаратуры на переменном токе с помощью графика измерений сопротивления акупунктурных точек. Данная методика, на сегодняшний день, не имеет аналогов.

Разработан совместимый с теледиагностическим комплексом «МАРС» терапевтический аппарат «АНТЕК», предназначенный для компенсации функциональных нарушений и нормализации обменных процессов пациента. Аппарат работает как генератор электромагнитного поля по программе, выбранной врачом для пациента при предварительном обследовании. Сеансы терапии проводятся автоматически в заранее установленное время суток, определяемое по встроенным часам реального времени в течение двухнедельного цикла. Проведенный анализ состояния адекватных технических средств показал, что наиболее привлекательными для решения системной задачи по разработке «АНТЕК» являются микроконтроллеры AT91SAM7S256 и PHILIPS LPC2800/LPC2888. Позволяет судить об объёме разработанных графических материалов для программы диагностической визуализации «ПДВ» «АПК МАРС».

Таблица.З.

№ п/п Наименование изделия Наименование чертежа Комментарий

1. АПК «МАРС» АПК «МАРС». Схема деления изделия на составные части Деление комплекса в целом на составные части

2. АПК «МАРС» АПК «МАРС». Схема потоков данных Информационные потоки в программной части комплекса

3. ПДВ АПК «МАРС» ПДВ АПК «МАРС» Схема управления данными Алгоритм работы программы

4. ПДВ АПК «МАРС» База данных ПДВ АПК «МАРС». Схема связей. Схема базы данных

5. ПДВ АПК «МАРС» Экранные формы ПДВ АПК «МАРС» Схема представления данных Экранные формы программы

6. ПДВ АПК «МАРС» Тест ПДВ АПК «МАРС» Схема управления данными Алгоритм тестирования

При испытании программного обеспечения проведено 150 тестов, из которых лишь 1 закончился ошибкой. Таким образом, вероятность R

1

безотказной работы программы составляет R = 1 — = 0,9933, что

соответствует требованиям п. 2.4.2.1 ГОСТ 51188-98 в части надежности программы.

В Заключении диссертации обобщены основные научные и практические результаты, отмечена их научная новизна и практическая значимость, приведен перечень основных научных результатов, полученных автором лично и выносимых им на защиту.

К тексту диссертации приложены следующие материалы: Приложение 1. Техническое задание на разработку АПК «МАРС». Приложение 2. Фрагмент программного модуля испытаний АПК «МАРС». Приложение 3. Решение о создании научной лаборатории на базе МИРЭА

по результатам разработки АПК «МАРС». Приложение 4. Акты внедрения и методическая работа диссертанта по теме диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Выполнен широкий анализ отечественных и зарубежных аппаратных разработок в области диагностики и терапии, могущих явиться основой для создания комплексов дистанционной диагностики (КДД), способных принимать и обрабатывать слабые зашумлённые радиосигналы биологической информации в канале «пациент-врач».

2. Предложен технический метод определения параметров сердечной деятельности удалённого пациента по сигналам спектров его речевых фонем в присутствии больших радиопомех. Разработана математическая модель затухающих переходных процессов в резонансных контурах входного блока КДД приёма сигналов биологической информации аппаратурой дистанционной диагностики. Установлена связь параметров сердечной деятельности удалённого пациента с огибающими переходных процессов в этих контурах.

3. Разработаны алгоритмы обнаружения и выделения сверхмалых радиосигналов, основанные на создании в канале биологической обратной связи КДД «АПК МАРС» затухающего переходного процесса путём ударного возбуждения двух контуров входного блока КДД.

4. Разработаны методы, алгоритмы, структура и программные продукты для построения аппаратно-программного обеспечения дистанционной диагностики в прототипе КДД «АПК МАРС» и вычислительных сетей, входящих в состав этого телемедицинского комплекса и обеспечивающих его работу.

5. Разработана архитектура КДД «АПК МАРС», позволяющая реализовывать и сочетать в едином комплексе принципы теледиагностики и телетерапии. Разработаны образцы приборов телетерапии используемые в составе КДД, получившие применение на практике.

6. Определена и отработана методика резервно-альтернативной аварийной системы для коммутации космических, наземных, волоконно-оптических каналов связи,беспроводных и глобальных интернет сетей.

7. Разработана программа диагностической визуализации результатов обработки сигналов теледиагностики, в форме удобной, как для выработки рекомендаций и программы действий со стороны КДД «АПК МАРС», так и для принятия решений врачебным персоналом.

8.Положения, выводы и практические рекомендации диссертации обсуждены на конференциях и совещаниях специалистов и нашли своё отражение в методических разработках, лекционных курсах и совместных научно-исследовательских программах технического университета МГТУ МИРЭА и ведущих академических и медицинских учреждений.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алёхна Е.В., Малахов A.B., Макаревич A.B. АНТЭК — аппарат электромагнитной терапии, носимый, компьютеризированный // 57 научно-техническая конференция МИРЭА. Сборник трудов. — т.З. -Технические науки. -М.: МИРЭА, 2008. с. 169-174.

2. Карагузов Т.И., Коваленко С.М., Малахов A.B., Макаревич A.B. Разработка стенда АПК «МАРС» для тестирования, диагностики и терапии пациента с удалённой точки доступа и связи с врачом в реальном масштабе времени. // Труды третьей Всероссийской конференции. Стандартизация информационных технологий и интероперабельность. - М.: ВВЦ, 27 октября 2008 г.

3. Коршаковский С.И., Коваленко С.М., Малахов A.B. Определение характеристик сердечной деятельности человека по анализу его речевых фонем II Специальная техника. — 2010г. — №5. — с.28-36.

4. Карагузов Т.И., Коваленко С.М., Макаревич A.B., Малахов A.B. Разработка АРМ АПК «МАРС» для диагностики и терапии пациента с удалённой точки доступа в реальном масштабе времени // Теоретические вопросы вычислительной техники и программного обеспечения: Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МИРЭА, 2010 г. — с. 39-43.

5. Малахов A.B., Макаревич A.B., Микитин В.М. Некоторые аспекты методологии обучения в пограничных специальностях. // Научный вестник МИРЭА. - М.: МИРЭА, 2010г. -№2. - с. 24-28.

6. Коршаковский С.И., Коваленко С.М., Малахов A.B. Формирование полезного сигнала в условиях больших шумов на основе создания в нем затухающих переходных процессов с использованием одного канала // Специальная техника. — 2011г. — №3. - с.25-29.

7. Малахов A.B. Определение относительной и абсолютной погрешностей голосовых фонем. 60 Научно-техническая конференция. Сборник трудов. - М.: МГТУ МИРЭА, 2011г. - Ч.З. Технические науки. -с.80-85.

8. Коршаковский С.И., Коваленко С.М., Малахов A.B. Платонова О.В. Алгоритм формирования полезного радиосигнала в условиях больших шумов. // Специальная техника. — 2011г. — №6. — с.21-29.

9. Коваленко С.М., Малахов A.B. «Технология и аппаратно-программное обеспечение для определения эмоционального состояния собеседника по особенностям речевого потока»//Научно-практическая конференция. Проблемы использования биометрических технологий в

идентификационных документах.Москва 7декабря 2011г.- с.51-52.

10. Макаревич A.B., Малахов A.B., Володин П.В. Разработка методики создания учебных программ для курсов повышения квалификации в области пограничных специальностей. //61 научно-техническая конференция МИРЭА, сборник трудов, 2012 - часть 4. - с.12-17.

Подписано в печать 01.08.2012. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 8,37. Усл. кр.-отг. 33,48. Уч.-изд. л. 9,0. Тираж 100 экз. Заказ 350.

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики» 119454, Москва, пр. Вернадского, 78

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДИАГНОСТИКИ И ТЕРАПИ.

1.1 Принципы диагностики по Р. Фоллю [ 1 ] и терапии по Ф. Морелю [2].

1.1.1. Электроакупунктурная диагностика по методу Р. Фол-ля.

1.1.2. Биорезонансная МОРА-терапия по методу Ф. Море

1.2 Отечественные диагностические приборы. Назначение и технические характеристики.

1.2.1 Компьютеризированный аппарат электроакупунктурной диагностики «ИМЕДИС ЭКСПЕРТ».

1.2.2 Аппаратно-программный комплекс традиционной диагностики «АРМ ПЕРЕСВЕТ».

1.2.3 Приборы полевой электромагнитной терапии «ДЕТА.

1.2.4 Семейство приборов бесконтактной цветовой диагностики и терапии Института радиофизиологических исследований (ИРФИ).

1.3 Зарубежные диагностические приборы. Назначение и технические характеристики.

1.3.1 Диагностический аппаратно-программный комплекс «ЛИДОМЕДБИО».

1.3.2 Аппаратно-программный комплекс биорезонансной диагностики и терапии «МОРА СуперПлюс Биполяр».

1.3.3 Аппаратно-программный комплекс биорезонансного тестирования «Аурум Сенситив Имаго 500».

1.4 Разработки Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА).

1.4.1 «АНТЭК» - аппарат носимый, терапевтический, электронны и, компьютер из ированны й».

1.4.2 Аппаратно-программный комплекс «МАРС».

1.5 Анализ проблематики и постановка задачи диссертационного исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОЙ ДИСТАНЦИОННОЙ ТЕЛЕДИАГНОСТИКИ.

2.1 Математическое описание влияния спектра речевых фонем на оценку сердечной деятельности человека.

2.2 Определение характеристик сердечной деятельности человека по анализу его речевых фонем.

2.3 Разработка алгоритма выделения и формирования полезного диагностического радиосигнала на фоне больших помех.

2.4 Взаимосвязь между огибающими затухающих переходных процессов и параметрами полезного сигнала.

2.5 Оценка систематической погрешности от действия флук-туационных помех и вариаций суммарного сигнала на границах временного интервала измерений.81.

2.6 Алгоритм обнаружения сиерхмалых радиосигналов,основанный на создании в канале радиоприемного устройства затухающего переходного процесса путем ударного возбуждения двух каналов.

Выводы по Главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ И ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ

ДИСТАНЦИОННОЙ

ДИАГНОСТИКИ.

3.1 Технические характеристики аппаратно-программного обеспечения устройств теледиагностики и телетерапии.

3.2 Архитектура аппаратно-программного комплекса теледиагностики с биологической обратной связью в реальном масштабе времени.

3.3 Принцип совмещения мультимедийной диагностической информации в защищённом пакете данных.

3.4 Количественные характеристики скорости передачи и объёма хранения необходимой диагностической информации.

3.5 Формирование технических условий на устройства теледиагностической системы с учётом требований к эксплуатационной надёжности.

3.6 Определение требований к программному обеспечению визуализации результатов и тестирования устройств теледиагностики.

3.7 Выводы по Главе 3.

ГЛАВА 4. ВОПРОСЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ И ПРИМЕНЕНИЯ ТЕЛЕДИАГНОСТИКИ И ТЕЛЕТЕРАПИИ НА ПРИМЕРЕ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

МАРС».

4.1 Анализ и выбор элементной базы устройств теледиагностики.

4.2 Структурная схема автоматизированного рабочего места «МАРС».

4.3 Программное обеспечение «АПК МАРС».

4.4 Исследование квантовой терапии в И К- и УФ-диапазон.

4.5 Графический интерфейс теледиагностической программы АПК «МАРС».

Прогресс в информационных и коммуникационных технологиях создал базу для нового перспективного направления в организации и оказании медицинской помощи - телемедицины, важнейшей частью которой является дистанционная диагностика. Дистанционная диагностика (теледиагностика), как принципиально новое направление в медицине, особенно актуальна и зачастую незаменима в экстремальных условиях удалённости пациента от медицинского учреждения, например, при нахождении его в малодоступных местах Земли или в длительном космическом полёте. При этом теледиагностическая аппаратура должна быть снабжена средством коммуникации, включающим в себя канал обратной связи по биологическим параметрам человека, или в общем случае по биологическим параметрам объекта исследования. В данной работе эта обратная связь от объекта исследования к теледиагностической аппаратуре или от пациента к врачу для краткости названа биологической обратной связью (БОС).

Большое влияние на развитие методов диагностики и терапии, потенциально пригодных для разработки на их основе методов и устройств телемедицины, оказали фундаментальные труды Р. Фолля [ 1 ] и Ф. Мореля [2]. Хорошо известны в области медицинской диагностики работы Ю.В.Готовского [ 4 ]. А.В.Макаревича [ 8 ], Т.И.Карагузова.,А.В.Малахова.,С.М.Коваленко.,А.В.Макаревича., [ 9 ] и других российских и зарубежных ученых и специалистов, положивших начало бурному развитию методов теледиагностики и телетерапии [3-7].

Дальнейшему развитию теледиагностики может послужить плодотворная идея российских ученых Карагузова Т.И., Макаревича A.B. и Коваленко С.М. [8,9] реализовать в одном аппаратно-программном комплексе (АПК) функции диагностики и терапии. Эта идея во многом нашла своё практическое воплощение в АПК «МАРС», созданном в Московском государственном техническом университете радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА) при участии диссертанта [10, 11]. Комплекс «Марс» предназначен для теледиагностики и сопряженных с ней средств телетерапии, широкого спектра заболеваний. С возникновением экстренных обстоятельств по каналу БОС данные о биомедицинских параметрах пациента, например, данные о его сердечной деятельности, в реальном времени или в пакетном режиме поступают в АПК через специальные коммуникаторы или гарнитуру мобильной сети с использованием современных возможностей сети «Интернет» и сервисов, связанных с предстоящим выходом этой сети в Космос.

Круг задач, связанных реализацией систем «пациент - АПК», учитывая необходимость комплексного решения технических, биологических и медицинских проблем весьма широк и включает в себя, в том числе, диагностику по Фоллю на постоянном и по Макаревичу на переменном токе, сегментарную экспресс диагностику и электромагнитную терапию в широком диапазоне частот с переключением электродов из режима диагностики в режим терапии без коммутации проводов, проекционную терапию и цветотерапию в диапазоне от ИК до УФ, реализацию автоматических вегетативных резонансных тестов и многие другие медико-биологические задачи.

В настоящем исследовании диссертант сосредоточил главное внимание на решении технических проблем, связанных с определением технических условий и параметров АПК адекватных задачам дистанционной диагностики. Поскольку объектом исследования данной диссертации являются устройства дистанционной диагностики с обратной связью по биологическим параметрам человека, в первой главе диссертации собраны и систематизированы существующие отечественные и зарубежные разработки устройств и комплексов диагностики и терапии, отражающие состояние дел в этой области и рассматриваемые диссертантом в качестве реальной основы для практических приложений в сфере теледиагностики и сопряженных с ней методов телетерапии.

Целью настоящей диссертации является восполнение пробела в области разработки и исследования программно-аппаратного обеспечения устройств дистанционной диагностики по биологическим параметрам человека с обратной связью (БОС) на основе методов диагностики Фолля и методов терапии Ф. Мореля.

Для достижения этой цели в работе поставлена задача обработки теледиагностических данных с чрезвычайно малым отношением «сигнал/помеха», в том числе конкретная новая задача технического обеспечения биологической обратной связи в системе «пациент - АПК» при определении состояния сердечной деятельности пациента по его речевым фонемам. В работе также решаются задачи, связанные с разработкой программной поддержки АПК, визуализацией результатов теледиагностики, а также задачи, сопутствующие разработке и внедрению в практику АПК «МАРС». Уточнённый перечень задач в пределах вышеперечисленной проблематики, сформулирован на основе аналитического обзора Главы 1 и содержится в разделе 1.5 «Постановка задачи».

Работа выполнена в соответствии с программой Президента и Правительства РФ по внедрению инноваций в медицину в рамках основных направлений научных исследований Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА).

Структура диссертации включает в себя Введение, четыре главы основного текста, Заключение, список литературы и четыре приложения. Общий объем работы - 231 страницы, в том числе основной текст -151 страница, 28 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 110 наименований.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Выполнен подробный анализ отечественных и зарубежных аппаратных разработок в области диагностики и терапии, могущих явиться основой для создания технических средств дистанционной диагностики, способных принимать и обрабатывать слабые зашумлённые радио сигналы биологической информации в канале «пациент-врач».

2. Предложен метод определения параметров сердечной деятельности удалённого пациента по сигналам спектров его речевых фонем в присутствии больших радио помех.

3. Разработана математическая модель затухающих переходных процессов в резонансных контурах для приёма сигналов биологической информации аппаратурой дистанционной диагностики. Установлена связь параметров сердечной деятельности удалённого пациента с огибающими переходных процессов в этих контурах.

4. Разработана методика проектирования устройств дистанционной диагностики, включающая выработку и анализ технических условий с учетом скорости передачи данных, уровня помех и объёма хранения биологической информации, формирование технических условий на элементы и блоки диагностической аппаратуры, а также определение требований к программной поддержке процессов визуализации обработки диагностических сигналов.

5. Разработан алгоритм обнаружения сверхмалых радиосигналов, основанный на создании в канале радиоприёмного устройства затухающего переходного процесса путём ударного возбуждения двух контуров. Установлена связь параметров сердечной деятельности удалённого пациента с огибающими переходных процессов в этих контурах.

6. Разработана архитектура аппаратно программного комплекса «МАРС», позво ляющая реализовывать и сочетать в едином комплексе принципы теледиагностики и телетерапии.

7. Разработано программное обеспечение визуализации результатов обработки сигналов теледиагностики, в форме удобной, как для выработки рекомендаций и программы действий со стороны аппаратуры «МАРС», так и для принятия решений врачебным персоналом.

8. Положения, выводы и практические рекомендации диссертации нашли своё отражение в методических разработках, лекционных курсах и совместных научно-исследовательских программах технического университета МИРЭА с ведущими академическими и медицинскими учреждениями.

в диагностика по Фоллю чаще всего применяемая в приведенной выше аппаратуре и у нас, но у нас есть и на «переменном» токе, с графиком, по ширине графика даётся оценка состояния органов и систем, которая на сегодняшний день не имеет аналогов подобного применения, предложенная член. корр. РАЕН Макаревичем Александром Васильевичем. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации рассмотрены вопросы технического обеспечения онлайновой дистанционной диагностики в условиях недоступности пациента, в том числе в условиях длительного полёта к космическим объектам. Диссертант сознательно ограничил своё исследование главным образом вопросами разработки методов и технических средств дистанционной диагностики для выделения и расшифровки слабых биологических сигналов о состоянии сердечной деятельности удалённого пациента, оставив в стороне методы обеспечения дистанционной терапии, тесно связанные с чисто медицинскими проблемами, от которых автор диссертации на этом этапе его работы пожелал абстрагироваться.

Вместе с тем, при участии диссертанта разработаны некоторые, частично отражённые в первой главе диссертации, портативные компьютерные терапевтические устройства, которые в совокупности с разработанной теледиагностической аппаратурой, будучи совместимыми с ней по функциональным признакам, способны в перспективе открыть принципиально новые возможности создания телемедицинских систем с биологической обратной связью для применения в длительных космических полётах, а также для проведения оперативного тестирования и поддержания боевой готовности личного состава силовых структур в условиях удалённых локальных боевых операций.

Таким образом, в диссертации впервые сделана попытка обосновать и реализовать инновационную идею о совмещении в едином техническом комплексе устройств диагностики и терапии пространственно разнесённых на миллионы километров. Эта идея нашла своё начальное воплощение в аппаратно-программном комплексе «Марс», реализованном в техническом университете МИРЭА при непосредственном участии диссертанта. В процессе решения этой задачи диссертант получил ряд новых теоретических и практических результатов, составивших основу настоящей диссертации.

В качестве теоретической и методологической базы диссертационного исследования использованы элементы теории системного анализа, теории радиофизики, теории погрешностей, теории компьютерного моделирования и технологии программирования.

Научная новизна результатов диссертации состоит в том, что в ней впервые предложена и разработана на теоретическом и техническом уровне идея определения параметров сердечной деятельности удалённого пациента по сигналам спектров его речевых фонем в присутствии больших радио помех; разработан метод обнаружения сверхслабых радиосигналов, основанный на создании в канале радиоприёмного устройства затухающего переходного процесса путём ударного возбуждения контура; установлена связь параметров сердечной деятельности удалённого пациента с огибающими переходных процессов в этих контурах; разработана математическая модель затухающих переходных процессов в резонансных контурах для приёма сигналов биологической информации аппаратурой дистанционной диагностики; разработана методика аппаратно-программного обеспечения устройств дистанционной диагностики.

Практическая ценность результатов работы состоит в том, что на базе научных положений диссертации разработана архитектура и создан опытный образец автоматизированного рабочего места аппаратно-программного комплекса восьмисегментной диагностики «МАРС» с программной поддержкой визуализации результатов диагностики и терапии. На основе этих и других разработок, проведенных в кооперации с институтом радиофизических исследований (ИРФИ РАЕН) и Медицинской академией им. Н.И. Пирогова, в МИРЭА создана лабораторная база для подготовки студентов и аспирантов по телеинформационной тематике, а также для проведения курсов повышения квалификации врачей телемедицины. Научные положения диссертации в части методов обнаружения сверхслабых радиосигналов, основанных на создании в каналах радиоприёмных устройств теледиагностики затухающих переходных процессов путём ударного возбуждения контуров, а также методов программной поддержки визуализации этих процессов включены в лекционный курс КТО пр. ЭВМ [ конструкторско - технологическое обеспечение производства ЭВМ ] , читаемый на кафедре «Вычислительная т ехника» факультета «Информационные технологии» МИРЭА.

Научные положения, практические результаты и рекомендации диссертации обсуждены в период 2008-2011г.г. на пяти научно-технических конференциях и семинарах и представлены в семи научных статьях, три из которых публикованы в журналах, поименованных в «Перечне» ВАК.

1. Василенко A.M., Готовский Ю.В., Мейзеров Е.В., Королева H.A., Каторгин B.C. Электропунктирный вегетативный резонансный тест. Методические рекомендации №99/96. М.: МЗ РФ, НПЦ ПМГМЗРФ, 2000.-27 с.

2. Мейзеров Е.Е., Блинков И.Л., Готовский Ю.В., Королева М.В., Каторгин B.C. Биорезонанская терапия М.: 2000. - 27 с.

3. Готовский Ю.В. и др. Электропунктурная диагностика и терапия с применением вегетативного резонансного теста "Имедис-Тест". -М.: Имеди", 1997.-86 с.

4. Готовский Ю.В. и др. Электропунктурная диагностика и терапия с применением вегетативного резонансного теста "Имедис-Тест" (дополнение) М.: Имедис, 1998. - 60 с.

5. Готовский Ю.В. Устройство для диагностики и адаптивной терапии. // Патент РФ №2070405 от 20.12.1996 г.

6. Алёхна Е.В., Малахов A.B., Макаревич A.B. АНТЭК аппарат электромагнитной терапии, носимый, компьютеризированный // 57 научно-техническая конференция МИРЭА. Сборник трудов. - т.З. - Технические науки. - М.: МИРЭА, 2008. с. 169-174.

7. Макаревич А.В Устройство бесконтактной электромагнитной и квантовой терапии // патент РФ на изобретение №2202822. М.: 2000.

8. Карагузов Т.И., Малахов A.B., Коваленко С.М., Макаревич

9. Микитин В.М., Малахов A.B. Методические указания по выполнению лабораторных работ (конструкторско-технологическое обеспечение производства). М.: МИРЭА, 2009, 20 с.

10. Бабаян Б.А., Бочаров A.B., Волин A.C. и др. Многопроцессорные ЭВМ и методы их проектирования / Под ред. Ю.М. Смирнова. М.: Высшая школа, 1990. - 143 с.

11. Бабаян Б.А. Основные результаты и перспективы развития архитектуры "Эльбрус" // Прикладная математика. М.: Финансы и статистика. 1989. -Вып 15. - с. 100-131.

12. Барский А.Б. Параллельные процессы в вычислительных системах. Планирование и организация. М.: Радио и связь, 1990. - 256 с.

13. Беркс А., Голдстейн Г., Нейман Дж. Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства: Пер. с англ.// Кибернетический сборник. М.: Мир, 1964. - Вып. 9, с. 7-67.

14. Бурцев B.C. Тенденции развития высокопроизводительных систем и многопроцессорные вычислительные комплексы М.: Препринт ИТМ и ВТ АН СССР 1977. - 28 с.

15. Бяков А.Ю., Кропачев Ю.А. Модульный конвейерный процессор (предварительное описание) / Под общ.ред. Г.Г. Рябова. М.: ИТМ и ВТ АН СССР, 1990-276 с.

16. Baer J.L. A Survey of Some Theoretial Aspects of Multiprocessing // Computer Surveys. 1973.- Vol. 5, N1, p. 31-80.

17. Colwell R.P., Nix R.R., O'Donnell J.J. et al. A VLIW Architecture for a Trace Scheduling Compiler // SIGPLAN. INMOS Transputer Reference Manual. New York: Prentice Hall, 1988. - 364 p.

18. Kung S.Y. VLSI Array Processors. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1988.

19. Mead C.A., Conway L.A. Introduction to VLSI Sysnems. Reading: Addison Wesley, 1980. - 396 p.

20. Pease M.C. The Indirect Binary n-cube Microprocessor Array // IEEE Trans. 1977. - vol. C-26, N5, p. 458-473.

21. Seitz C. Concurrent VLSI Architectures // IEEE Trans. 1984. -Vol. C-33, N12, p. 1247-1265.

22. Srini V.P. An Architectural Comparison of Data Flow Systems // Computer. 1986,- Vol. 19, N3, p. 68-88.

23. Редкин П.П. Микроконтроллеры ARM7 семейства LPC 2000. Руководство пользователя. М.: Додэка-XXI, 2007. - 555 с.

24. Мартин Т. Микроконтроллеры ARM7 семейства LPC 2000 компании Philips. Вводный курс М.: Додэка-XXI, 2006. - 238 с.

25. Макаревич А.В., Коноплёв С.П. Устройство электромагнитной бесконтактной терапии // Патент РФ на изобретение №2132707. М.: 1999.

26. Самохин А.В., Ставицкий В.А., Кяумайте И.А., Каргопольцев А.А., Чечельницкий Н.П. // Авторское свидетельство СССР №34590, 1990.

27. Самохин А.В., Готовский Ю.В. Практическая электропунктура по методу Ф.Фолля. М.: Имедис, 1997. - 672 с.

28. Табеева Д.М. Руководство по рефлексотерапии. М.: Медицина, 1980.-560 с.

29. Василенко A.M. и др. Электропунктурный вегетативный тест. Методические рекомендации М.: Научно-практический центр традиционной медицины и гомеопатии МЗРФ, 2000. - 28 с.

30. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника СПб.: БХВ- Петербург, 2001.-528 с.

31. Вальковский В.А., Малышкин В.Э. Синтез параллельных программ и систем на вычислительных моделях. Новосибирск: Наука, 1988. -129 с.

32. Валях Е. Последовательно-параллельные вычисления: Пер. с англ.яз. М.: Мир, 1985. - 456 с.

33. Водяхо А.И., Горнец Н.Н., Пузанков Д.В. Высокопроизводительные системы обработки данных. М.: Высшая школа, 1997. - 304 с.

34. Головкин Б.А. Параллельные вычислительные системы. М.: Наука, 1980.-520 с.

35. Евреинов Э.В., Косарев Ю.Г. Однородные универсальные вычислительные системы высокой производительности. Новосибирск: Наука, 1966. -304 с.

36. Евреинов Э.В., Хорошевский В.Г. Однородные вычислительные системы. Новосибирск: Наука, 1978. - 320 с.

37. Игнатущенко В.В. Организация структуры управляющих микропроцессорных вычислительных систем. М.: Энергоатомиздат, 1984. -184 с.

38. Орлов В.Н. Руководство по электрокардиографии. ~М.: Медицина, 1984, 526 с.

39. Останова В.В. Электромагнитное поле и жизнедеятельность организма // http://www.deta7.ru/pressa/mat270.htm.

40. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т. 8, Электродинамика сплошных сред. М.: Физматлит, 2005, 656 с.

41. Пашков Б.А. Радиоэлектроника квантовой медицине // Наука и технологии в промышленности, 2008, №3, с.57-61.

42. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т. 1, Механика М.: «Наука», 1965, 204 с.

43. Шалимов И.А., Милошенко A.A. Обзор моделей идентификации и информативные параметры речевого сигнала // Специальная техника, 2009, №5, с. 37-46.

44. Шалимов И.А., Костенко А.И. Методы повышения качества речи в сетях пакетной коммутации // Специальная техника, 2009, №5, с. 47 -54.

45. Коршаковский. С.И. Резонансная колебательная система за порогом чувствительности средств обнаружения информационных сигналов. Прикладная физика №5, 2007, с. 39~46.

46. Коршаковский С.И., Способ обнаружения сверхмалых радиосигналов и устройство для его реализации, патент РФ на группу изобретений №2359406, опубл. в Бюллетене «Изобретения. Полезные модели», №17, 2009.

47. Буга H.H., Фалько А.И., Чистяков Н.И. Радиоприемные устройства. М.: Радиосвязь, 1986.

48. Радиоприёмные устройства под ред. Фомина H.H. М.: Радио и связь, 2003.

49. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика, т. V, Статистическая физика. М.: Физматгиз, 2002, с. 437 - 443.

50. Алехин В.А. Электроника. Лабораторный практикум с использованием Миниатюрной электрической лаборатории МЭЛ компьютерного моделирования, MathCAD М.: МИРЭА, 2007. - 220 с.

51. Алексеев A.C. Интегрирующая роль математики и информатики//ЭКО 1997, N6, с. 3-18.

52. Полонский А.К., Добронравов O.E., Сатыбалдыев A.M. Аппарат "Ревмотер" для лечения больных воспалительными и дегенеративными заболеваниями костно-мышечной системы (ревматическими заболеваниями) // Патент РФ №1823795, 2008 г.

53. Каляев A.B. Многопроцессорные системы с программируемой архитектурой. М.: Радио и связь, 1984. - 240 с.

54. Карцев М.А. Вопросы построения многопроцессорных вычислительных систем // Вопросы радиоэлектроники. Сер.ЭВТ. 1970. - Вып. 5., с. 3-19.

55. Карцев М.А., Брик В.А. Вычислительные системы и синхронная арифметика. М.: Радио и связь, 1981. - 360с.

56. Компьютеры на СБИС: В 2 кн.: Пер. с япон. / Т. Мотоока, С. Томита, X. Танака и др. М.: Мир, 1988. - 392 е., 336 с.

57. Корнеев В.В. Архитектура вычислительных систем с программируемой структурой. Новосибирск: Наука, 1985. - 166 с.

58. Королев Л.Н. Структуры ЭВМ и их математическое обеспечение 2-е изд. - М.: Наука, 1978. - 352 с.

59. Котов В.Е., Марчук А.Г. Реализация концепции МАРС в архитектуре ЭВМ нового поколения // Разработка ЭВМ нового поколения: архитектура, программирование, интеллектуализация. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР, 1986. - с.155-160.

60. Коуги П.М. Архитектура конвейерных ЭВМ: Пер. с англ. М.:

61. Радио и связь, 1985. 358 с.

62. Ларионов A.M., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы, системы и сети. J1.: Энергоатомиздат, 1987. - 288с.

63. Лебедев С.А. Электронные вычислительные машины // Сессия Академии наук СССР по научным проблемам автоматизации производства. Пленарные заседания. М.: АН СССР.- 1957. - Т.2.

64. Мельников В.А., Дадаев Ю.Г. Высокопроизводительные ЭВМ // Техника и наука. 1985. - N12, с. 29-32.

65. Михалевич B.C., Капитонова Ю.В., Летичевский A.A. и др. Организация вычислений в многопроцессорных вычислительных системах // Кибернетика. 1984, N3, с. 1-10.

66. Мультипроцессорные системы и параллельные вычисления: Пер. с англ. / Под ред. Ф.Г. Энслоу. М.: Мир, 1976. - 384 с.

67. Параллельные вычисления: Пер. с англ./ Под ред. Г. Родригеса. -М.: Наука, 1986.-376 с.

68. Прангишвили И.В., Виленкин С.Я., Медведев И.Л. Параллельные вычислительные системы с общим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1983.- 312 с.

69. Прангишвили И.В., Стецюра Г.Г. Микропроцессорные системы. М.: Наука, 1980. - 238 с.

70. СБИС для распознавания образов и обработки изображений: Пер. с англ./ Под ред. К.Фу. М.: Мир, 1988. - 248 с.

71. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов: Пер. с англ./ Под ред. С. Гуна, X. Уайтхауса, Т. Кайлата. М.: Радио и связь, 1989. - 472 с.

72. Tabak D. RISC Architecture. New York: Wiley, 1987.

73. Treleaven P.C., Brownbridge D.R., Hopkins R.P. Data-Driven and Demand-Driven Computer Architecture // Computing Surveys. 1982.- Vol. 14,1. N1, p. 93-143.

74. Системы параллельной обработки: Пер. с англ. / Под ред. Д. Ивенса. М.: Мир, 1985. - 272 с.

75. Супер-ЭВМ. Аппаратная и программная организация: Пер. с англ./ Под ред. С.Фенбаха. М.: Радио и связь, 1991. - 320 с.

76. Тербер К. Дж. Архитектура высокопроизводительных вычислительных систем: Пер. с англ. М,: Наука, 1985. - 272 с.

77. Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных микропроцессоров: Пер. с англ.- М.: Мир, 1990. 413 с.

78. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и систем. М.: Радио и связь, 1987. - 256с.

79. Коршаковский С.И., Коваленко С.М., Малахов A.B. Определение характеристик сердечной деятельности человека по анализу его речевых фонем // Специальная техника, 2010. №5. с. 28-36.

80. Новиков A.A. Состояние и основные направления развития технической базы супер-ЭВМ.: в кн. Электронная вычислительная техника. Вып. 3, 1989, с. 66-89.

81. Файзулаев Б.Н. Предельное быстродействие и основные закономерности развития логических БИС ЭВМ:- в кн. Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Вып. 8, 1984, с. 5-15.

82. Быстродействующие матричные БИС и СБИС / Под ред. Б.Н. Файзулаева и И.И. Шагурина М.: Радио и связь, 1989. - 304 с.

83. Автоматизированное проектирование СБИС на базовых кристаллах / А.И.Петренко и др. М.:Радио и связь, 1988,- 160 с.

84. Keyes R.W. The evolution of digital electronic towards VLSI/ IEEE J. 1979, vol. SC-14, N2, p. 193-201.

85. Проскуряков A.B., Моисеева H.K., Анискин Ю.П. Экономика и организация разработок, освоения и производства изделий микроэлектроники. М.: Высш.школа, 1987. -144 с. // СБИС. - ТИИЭР, том 72, вып. 6, 1984, с.36-55.

86. Григорьев В.К. Пределы интеграции при резервировании. -Микроэлектроника и полупроводниковые приборы. Вып. 10, 1989, с. 117122.

87. Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1986. - 176 с.

88. Итоги презентации АПК «Марс» // http://www.vt.fvms.mirea.ru/nauches/text/mars.html.

89. Кузовлев О.П., Лактионова Л.В. Структурно-резонансная терапия в клинической практике // Материалы I Всероссийского съезда врачей восстановительной медицины, Москва, 27.02-01.03.2007, с. 158.

90. Kouzovlev J.H., Khazina L.V., Laktionova L.V. Actual method of electromagnetic- and electrotherapy // Abstract Internationaler Medizinischer Kongress Evromedica-2007, 1-2. Juni 2007, Hannover. Pp. 64-65.

91. Губарева B.B., Кузовлев О.П., Котенко K.B., Лактионова Л.В. Структурно-резонансная терапия при гипоменструальном синдроме у женщин с ожирением // Материалы I Всероссийского съезда врачей восстановительной медицины, Москва, 27.02-01.03.2007, с. 48-49.

92. Безбах И.В., Кузовлев О.П., Цахилова С.Г., Лактионова Л.В. Клинический опыт применения структурно-резонансной терапии у больных с хроническим сальпингоофоритом // Физиотерапия, курортология и реабилитация, 2007. №6. - с. 45-46.

93. Яновский О.Г., Карлыев К.М., Королева Н.А., Кузнецова Т.В.,1. Готовский Ю.В. —

94. Методические рекомендации МЗ РФ М98/232. Возможности компьютеризированной электропунктурной диагностики по методу Р. Фолля в терапии методами рефлексотерапии и гомеопатии. — М.: НИИ TMJI МЗ РФ, 1999

95. Microsoft Office Excel 97-2007 binary file format specification Электронный ресурс. = Спецификации формата двоичных файлов Microsoft Office Excel 97-2007 —

96. Электронные текстовые данные (1 файл) — Официальный сайт компании Microsoft, 2007. —

97. Коршаковский С.И. Использование затухающих переходных процессов в резонансном контуре для обнаружения радиосигналов в условиях больших помех, Радиотехника, 2010, № 3.

98. Коршаковский С.И. Способ обнаружения сверхмалых радиосигналов и устройство для его реализации, патент РФ на группу изобретений №2359406, опубл. в Бюллетене «Изобретения. Полезные модели», №17, 2009.

99. Коршаковский С. И., Коваленко. С.М., Малахов A.B. Алгоритм формирования полезного радиосигнала в условиях больших помех. Специальная техника, №3, 2011. с. 28 36.

100. Радиоприёмные устройства под ред. Фомина H.H. -М.: Издательство «Радио и связь», 2003.

101. З.Кирьянов Д. Mathcad 13-СПб.: БХВ-Петербург, 2006, 608с.

102. Суранов А. Я. Lab VIEW 8.20: справочник по функциям. Издательство: ДМК Пресс, 2007.

103. Дж. Трэвис, Дж. Кринг Lab VIEW для всех. Издательство: ДМК Пресс, 2008.

104. A.B. Малахов «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОЙ И АБСОЛЮТНОЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ ГОЛОСОВЫХ ФОНЕМ»60 Научно-техническая конференция. Сборник трудов. М.: МГТУ МИРЭА, 2011. -Ч.З. Технические науки. - с.80-85.

105. Коршаковский С.И., Коваленко. С.М., Малахов A.B. Алгоритм формирования полезного радиосигнала в условиях больших помех с использованием переходных процессов. Специальная техника, №6. 2011. с. 21-29.

106. Смирнов С. С, Малахов А. В. « Методические указания по выполнению лабораторных работ»./МГТУ МИРЭА №1110.Москва 2011.

107. Малахов А.В.,Макаревич А.В.,Володин П.В. «Учебные программы в пограничных областях» МГТУ МИРЭА,61 НТК ч.4 2012г.с.5-12.1. БЛАГОДАРНОСТИ

108. Проект «МАРС» стал возможен благодаря вниманию и поддержке д.ф.-м.н., член-кор.РАН Александра Сергеевича Сигова, член.-кор. РАЕН Александра Васильевича Макаревича, (ИРФИ РАЕН.) , д.т.н. Мисак Оганесовича Вартанова , ( Международная школа бизнеса).

109. Автор сердечно признателен проф.Коваленко Сергею Михайловичу, проф.Микитину Владимиру Михайловичу и проф. Раеву Вячеславу Константиновичу за конструктивные советы и большую помощь на всех этапах подготовки диссертации.

110. Автор благодарит весь коллектив кафедры ВТ за доброжелательное, дружественное отношение к работе диссертанта над проектом АПК «МАРС».Особо благодарю инженера Карагузова Тимофея Ивановича за профессиональное и непосредственное участие в разработке.