автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Модели и комплекс программ для решения задач реабилитационной терапии травм нервов конечностей

На правах рукописи

Хохлова Татьяна Евгеньевна

МОДЕЛИ И КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РЕАБИЛИТАЦИОННОЙ ТЕРАПИИ ТРАВМ НЕРВОВ КОНЕЧНОСТЕЙ

Специальность 05 13 18 - «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск - 2005

Работа выполнена в Томском политехническом университете

Научный руководитель: доктор технических наук; профессор

Кочегуров Владимир Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бондаренко Владимир Петрович

кандидат технических наук, Пеккер Яков Семенович

Ведущая организация: Новосибирский государственный

технический университет (НГТУ)

Защита состоится « 16 » февраля 2006 г. в 1515 часов на заседании диссертационного совета Д212 268.02 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники по адресу 634034, г Томск, ул. Белинского, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, ул Вершинина, 74.

Автореферат разослан « 12 » января 2006 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д212 268.02

Клименко А Я

Аа&бА

7-9 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Повреждение периферических нервов конечностей составляет 20 - 30% от общего числа всех травм Довольно часто повреждение периферических нервов конечностей наступает вследствие производственных, транспортных, бытовых травм и сопровождается нередко переломами костей, вывихами в суставах, сдавлением нерва, гематомой, рубцами Вследствие этого нарушается передача сигналов в нервно-мышечной системе, вызывая расстройства двигательных функций, снижающих работоспособность верхних конечностей или опорную функцию нижних, что ограничивает возможности больного, приводит к потере трудоспособности и может явиться причиной инвалидности Анализ причин инвалидности, возникающих у травматологических больных, указывает на то, что они зависят не только от тяжести травмы или заболевания, но и от недооценки роли функционального восстановительного (реабилитационного) лечения

Для полноценного восстановления функций поврежденной конечности наряду с медикаментозной терапией целесообразно использовать в реабилитационном комплексе методы физиотерапии. Преимущество физиотерапевтических методов лечения заключается в том, что они обладают высокой терапевтической эффективностью и хорошо совместимы с другими лечебными средствами

Одной из актуальных проблем современной физиотерапии является обеспечение качества реабилитационного лечения, что возможно только при индивидуальном подходе к каждому пациенту Это предполагает решение следующих задач'

- индивидуальный выбор комплекса лечения;

- индивидуальная диагностика состояния (оценка степени тяжести);

- индивидуальное назначение дозы лечебного воздействия;

- индивидуальная расстановка процедур лечения Безусловно, решение поставленных задач является затруднительным

без использования математических методов и компьютерных комплексов, обеспечивающих анализ и оценку состояния пациента, что определяет актуальность диссертационной работы

Цель работы.

Разработка математических методов и программного обеспечения компьютерной технологии лечебно-реабилитационной терапии травм нервов конечностей, позволяющей врачу подойти к лечению каждого больного индивидуально

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи

мышечной системе конечности пациен^арОС. НАЦИОНАЛЫ- 41

БИБЛИОТЕКА | СПет^бувг >

09 »9 ГляяО А/,

2 Разработать математические методы индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы пациента (оценки степени тяжести)

3 Разработать математический метод индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры

4. Разработать математический метод анализа индивидуальной динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии,

5 Создать программный комплекс на основе разработанных математических методов

6. Внедрить разработанный комплекс программ в практику

Методы исследования.

Для решения поставленных задач в работе используются методы системного анализа, вейвлет-преобразования сигналов, векторного представления сигналов, синтеза электрических схем замещения, группового моделирования.

Научная новизна работы.

- Предложена модель нервно-мышечной системы (НМС) конечности, отличительной особенностью которой является использование электрической схемы замещения в виде четырехполюсника, состоящего из стандартных электрических элементов (сопротивления, емкости, индуктивности) Введена их оригинальная физиологическая интерпретация, которая позволяет определить патологию в НМС для назначения комплекса лечения

- Разработаны оригинальные индексы тяжести и предложено использование вейвлет-коэффициентов при моделировании индивидуальной диагностики состояния НМС пациента для индивидуального подбора лечебного воздействия и назначения необходимого количества процедур курса лечения

- Разработан оригинальный алгоритм индивидуального интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры, повышающий эффективность лечебного воздействия путем подбора числа циклов стимуляции реабилитационной процедуры

- Разработан оригинальный алгоритм индивидуальной внутрикурсовой коррекции лечения контроля динамики изменения показателей при лечебном воздействии, повышающий эффективность проводимого лечения в целом и сокращающий сроки реабилитационного лечения

Тезисы, выносимые иа защиту.

1 Модель анализа патологии НМС пациента при проведении реабилитационного лечения на основе электронейромиографии (ЭНМГ)

2 Метод формирования индексов тяжести для индивидуальной оценки степени тяжести, индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры, индивиду-

альной оценки динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии

3 Комплекс программ О ДИВ (определение дозы индивидуального воздействия), предназначенный для решения задач индивидуализации лечебных воздействий при проведении реабилитационного лечения методом ЭНМГ

Практическая ценность работы.

Разработан комплекс программ О ДИВ, позволяющий врачу не только проводить автоматизацию физиотерапевтического лечения методом ЭНМГ, но и назначать адекватное лечебное воздействие, создавать индивидуальный план лечения, оценивать эффективность лечения, проводить индивидуальную расстановку процедур, анализировать динамику курсового лечения, что в целом повышает эффективность лечения и сокращает сроки реабилитации больного

Внедрение результатов.

Разработанный комплекс программ ОДИВ внедрен в лаборатории функциональной диагностики ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии».

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных сессиях ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» (Томск, 2000); научных семинарах кафедры «Прикладная математика» Томского политехнического университета (Томск, 2002, 2003), 9-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология» (Томск, 2003), 4-ой всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2003), международном симпозиуме «Курорты Кыргызстана в новом тысячелетии» (Чолпон-Ата, 2004), научной конференции «Информационно-волновые технологии в комплексной реабилитации пациентов в лечебных учреждениях» (Томск, 2004)

Публикации:

По результатам исследований опубликовано 9 работ, из них 4 статьи (в том числе 3 в рецензируемых журналах) и 5 научных публикаций в материалах и трудах международных и Всероссийских конференций, подана заявка на официальную регистрацию разработанного комплекса программ ОДИВ в федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного содержания и заключения, изложенных на 151 странице, включая 37 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 89 наименований и 3 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи работы, приводятся сведения о практической ценности диссертации и результатах ее внедрения и апробации

В первой главе определены основная структура, свойства НМС конечности человека, характер поражений, процессы, происходящие при травмах конечностей

В качестве методики физиолечения рассматривается метод электроней-ромиографии (ЭНМГ) Данный метод лечения основан на регистрации и последующем анализе биоэлектрической активности мышечных и нервных волокон при электрической стимуляцией нерва различной интенсивности

Методику проведения ЭНМГ обследования можно представить следующей схемой (рис 1)

Рис 1 Структурная схема ЭНМ1 метода, где И(1) - воздействующий (стимулирующий) электрический сигнал, который является импульсным напряжением или током прямоугольной формы, ОД - электрический сшнал, начинаемый ЛУ-отпет, который являечея суммарным одновременным ответом двигательных единиц мышцы

Обычно при проведении комплекса лечения по утвержденной стандартной схеме пациенту назначают курс физиолечения методом ЭНМГ, состоящий из 15 процедур Каждая лечебная процедура состоит из нескольких циклов стимуляции точек (проксимальная, дистальная, срединная) нерва конечности Для каждой точки стимуляции фиксируют показатели состояния НМС конечности пациента форму кривой М-ответа, показатели амплитуды (А„р, Ад, Аср) М-ответа, скорость проведения нервных импульсов между точками нерва (СПИщ» СПИд) Циклы стимуляции точек в процедуре повторяют с интервалом 2 минуты Вся лечебная процедура продолжается около 30 минут

Недостатком данной схемы лечения является то, что при назначении лечения не учитываются индивидуальное состояние пациента (степень тяжести травмы), а при проведении лечения - индивидуальные особенности восстановления функциональных возможностей НМС конечности пациента

В главе проведен анализ известных моделей НМС, показана их особенности и возможность использования для решения задач индивидуального лечения методом ЭНМГ В частности

- Модель двигательной единицы мышцы с применением теории информации может быть использована для оценки активности двигательных

единиц мышцы Было установлено, что ее использование для оценки состояния 11МС конечности и эффективности проводимого реабилитационного лечения методом ЭНМГ возможно на основе сигнала Л/-ответа, если связать меру мышечной потенциальной энергии с его нормой, поскольку сигнал М-ответ несет информацию о состоянии НМС в целом

- Упругая модель НМС, отражающая изометрическое напряжение мышцы при тетаническом (максимально эффективном), является продуктивной с точки зрения качественного анализа напряжения мышцы Однако ее использование для оценки состояния НМС требует наличие специального дополнительного оборудования при проведении лечения ЭНМГ, регистрирующего изометрическое напряжение мышцы

- Электрическая модель, разработанная Ходжкиным-Хаксли, позволяет получать и анализировать зависимость скорости распространения импульса по нервному волокну от параметров волокна и условий внешней среды, а также некоторые другие характеристики нервного волокна С помощью данной модели можно получить аналог сигнала М-ответа Но было установлено, что для использования данной модели необходимы биоэлектрохимические показатели свойств мембраны нервной клетки для конкретного больного, получение которых вызывают определенные сложности

В главе показана возможность использования комплексных показателей, отражающих гомеостатические свойства НМС, определяющих свойства внутренней саморегуляции - наличие совокупности сложных приспособи-тельских реакций, направленных на устранение или максимальное ограничение факторов, нарушающих относительное динамическое постоянство показателей внутренней среды

Во второй главе проведено моделирование НМС конечности пациента при реабилитационном лечении методом ЭНМГ Автором при моделировании НМС предложен подход замены ее электрической схемой замещения, параметры которой определяются по известным значениям электрических сигналов, полученных при реабилитационном лечении методом ЭНМГ Физиологическая интерпретация параметров определяет патологию в НМС пациента, что позволяет врачу обоснованно подбирать реабилитационный комплекс лечения.

Моделирования НМС состоит из нескольких этапов. Этап I. Математическое описание сигнала М-ответа, при котором используется вейвлет технология, когда сигнал представляется в виде

* ) и <

где ц/) к - это функций, называемая «материнский» вейвлет, <р) к - масштабная функция, называемая «отцовский» вейвлет, /„ - уровень разрешения, обеспечивающий точное приближение сигнала, а!М и <1 л- вейвлет-коэффициенты для у уровня разрешения, к - задает положение вейвлетов вдоль оси времени

В работе было использовано диадное вейвлет-преобразование не требующее больших вычислительных затрат и не имеющее избыточности в ходе его проведения

Прямое вейвлет-преобразование сводится к вычислению детализирующих коэффициентов для уровня разрешения у

В результате проведенного анализа в качестве «материнского» вейвле-та был выбран вейвлет «мексиканская шляпа», так как его временной образ описывается аналитическим выражением, необходимым для нахождения передаточной функции нервно-мышечной системы'

Было выявлено, что использование вейвлет-преобразования для математического описания Л/-ответа не только позволяет восстановить сигнал, но и оказывается удобным для исследования соответствия между особенностями М-ответа и степенью тяжести травмы нерва конечности, а гакже для разработки индексов тяжести, с учетом индивидуальных особенностей заболевания пациента

Этап II. Замена НМС конечности электрической схемой замещения в виде линейного мостового четырехполюсника

Это связано с тем, что при проведении ЭНМГ метода лечения НМС расположена между генератором электрического сигнала F(i) и приемником электрического сигнала Y(t) - А/-ответа Кроме того, воздействие F(t) временно выводит НМС из стационарного состояния, результатом чего является появление сигнала М-ответа, а после она возвращается в стационарное состояние

В работе был выбран симметричный мостовой четырехполюсник (рис 2), поскольку анализ формы сигнала М-ответа, показал, что для описания системы, генерирующей такой сигнал наиболее близки линейные электрические системы неминимально-фазовые, которыми являются мостовые четырехполюсники

Рис 2 Электрическая схема замещения НМС в виде мостового четырехполюсника На четырехполюсник подается воздействие в виде импульсного

тока прямоугольной формы, на его выходе включен приемник сигналов с высоким сопротивлением 2 который фиксирует выходное напряжение в виде

где a = 2J и Ь = к-2J

Обратное вейвлет- преобразование определяется.

! *

сигнала Y(t)^ U2 (%/-ответа) Использовали передаточную функции в операторной форме, представленную как рациональная дробь в виде отношения полиномов

к< „иг(Р> - а„ Р"Р~'+-+<>о

F(p) 1,(р) Ът р~'+... + Ь0'

раскладывая которую на простые дробей получили выражений для определения сопротивлений Z, и Z? четырехполюсника.

Для получения параметров Л/,С-схемы замещения (электрическая схема замещения, состоящая из сопротивления, индуктивности, емкости), уже рассматривали отдельно каждую ветку с сопротивление Z/ и Z2 и решали задачу синтеза двухполюсника, используя метод Кауэра, который реализуется в виде так называемых первой или второй цепных схем, основанный на алгоритме разложения в цепную дробь

Из полученных схем замещения каждой ветки определили вид электрической схемы замещения мостового четырехполюсника, состоящего из стандартных электрических элементов сопротивления, емкости, индуктивности

Этап III. Физиологическая интерпретация электрических параметров схемы замещения

Для этого было использовано понятие обобщенных переменных (усиление е, поток/ перемещение h и количество движение Р) и через них определены энергетические функции потенциальная энергия Еп = Je dh; кинети-

h

ческая энергия EK=jp df\ расход энергии Ер ~ je f dt

Г г

Автором определена связь между энергетическими функциями и параметрами схемы замещения и дана следующая физиологическая интерпретация

- ёмкость, С - аналог, характеризующий силу (упругость) мышцы и ее тонус, отражает потенциальные возможности производить активные действия, и может указывать на наличие или отсутствие атрофии;индуктивность, L - аналог скорости прохождения нервного импульса, характеризует способность совершать двигательные функции конечности, что дает возможность судить о нарушении связанных с выполнением нагрузки,сопротивление, R -аналог потерь в нервно-мышечной системе, отражает нарушение обменных (химических) процессов или вегето-трофических изменениях (отеки, гематомы, атрофии мышечных волокон и т д )

В работе проведено моделирование нервно-мышечной системы конечности для здоровых пациентов (группа из 30 человек) Для каждого пациента было проведено

- математическое описание сигнала А/-ответа,

- получена передаточная функция'

Г(/>)_°б /+<*s PS+"4 / + «, р3+"2

-5-4-3-2-•

г(Р) i>, р +64- рн+ь3 р +Ь2 р+bt p + bQ

- определена схема замещения в виде мостового четырехполюсника (рис 3);

- проведена их интерпретация

Для оценки погрешности моделирования был получен модельный сигнал Мответа (рис 4 на основе полученных схем замещения НМС конечностей пациентов с использованием прикладной программы Electronic WorkBench Данная программа предназначена для моделирования электрических процессов путем создания электрических схем из набора электротехнических элементов и измерительных устройств Оценка погрешности моделирования сигнала Мответа составила менее 7%

В работе проведено моделирование НМС конечности у пациентов с характерными патологиями и по анализу характера изменений параметров схемы замещения и их физиологической интерпретации было выявлено следующее

- У пациента с острой демиелинизирующей псшинейропатией патология в нервных волокнах (возможна их гибель) и нарушение обменных (химических) процессов Наблюдаются небольшие изменения в мышечных волокнах и уменьшение тонуса мышцы

- У пациента с токсической невропатией - незначительные изменения в нервных волокнах и значительные нарушения обменных (химических) процессов наблюдаются патология в мышечных волокнах и есть атрофия мышцы

Таким образом, был сделан вывод, что с помощью предложенного подхода замены НМС электрическим аналогом и соответствующей физиологической интерпретации его параметров врачу предоставляется возможность

оценить функциональные расстройства (патологию), не противоречащие медицинским выводам

В третьей главе приведены результаты моделирования индивидуального курса реабилитационного лечения у пациентов с травмами верхних конечностей

Для выполнения моделирования автором на основе средней геометрической были разработаны индексы

- для определения степени принадлежности индивида к группе эталона

где п - число переменных состояния НМС пациента, Пинд = \ [ ■ переменные состояния, характеризующие со-

стояние организма индивида, Пе = Я2„ ...• IIпт - среднее геометриче-

ское показателей состояния эталонной группы, Кнач - первая процедура лечения; К-ая процедура лечения.

Под группой эталона рассматривается однородная группа здоровых людей или однородные группы людей, сформированные по различным степеням тяжести заболевания.

Очевидно, что если в соотношении (1) показатели индивида принадлежат среднему геометрическому эталонной группы, то значение 1КХТ=1, соответственно и пациент принадлежит группе эталона, в противном случае имеет место отклонение показателей индивида и принадлежность его к другой группе

Очевидно, что если значения индекса 1КХдф\, то процедура лечения оказывает воздействие на организм пациента, в противном случае, процедура не оказывает воздействие (или оно очень мало) Таким образом, с помощью этого индекса можно оценивать динамику показателей состояния пациента

Моделирование индивидуального курса лечения состоит из следующих этапов

1 моделирования индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы пациента (оценка степени тяжести),

2 моделирования индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры,

3 моделирования индивидуальной динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии

(1)

для оценки динамики показателей состояния пациента

(2)

Рассмотрим каждый из этапов

Этап 1. Моделирование индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы пациента (оценка степени тяжести) На этом этапе использовались'

- коэффициенты вейвлет-преобразования,

- параметры схемы замещения НМС;

- индексы для определения степени принадлежности к группе эталона 1. Для групп пациентов с различной степенью тяжести по характеру и

количеству областей вейвлет-коэффициентов была проведена оценка степени тяжести заболевания Показано, что'

- у здоровых пациентов (30 человек) - ненулевые коэффициенты вейв-лет-разложения представлены тремя областями имеется одна область с положительными коэффициентами и две области с отрицательными (рис 5а);

- у пациентов легкой степени тяжести (27 человек) также имеется одна область с ненулевыми положительными коэффициентами, но она, по сравнению со здоровыми, значительно уже, а области с отрицательными коэффициентами - шире (рис 56),

- у пациентов со средней степенью тяжести (25 человек) появляется уже две области с ненулевыми положительными коэффициентами, которые чередуются с областями с отрицательными коэффициентами (рис 5в),

- у пациентов с тяжелой степенью тяжести (20 человек) - три и более области ненулевых положительных коэффициентов чередуются с тремя и более областями отрицательных коэффициентов (рис. 5г)

Рис 5 Области локализации значимых вейвлет-коэффициет-ов АУ-ответа а) для здоровых пациентов, б) для пациентов с легкой степенью тяжести, в) для пациентов со средней степенью тяжести, г) для пациентов с тяжелой степенью тяжести

I - область отрицательных коэффициентов,

II - область положительных коэффициентов

2. На основании параметров схемы замещения электрического аналога для групп пациентов с различной степенью тяжести была получена дополнительная информация о характере патологии НМС.

3. Для определения степени тяжести были получены индексы тяжести

(1)

- 1КХТ, где в качестве переменных состояния использовались показатели амплитуды (Ащ„ Ад, Аср) М-ответа и скорость проведения нервных импульсов (СПИ„Р и СПИд) (рис 6а),

- 1КХ"Г, где в качестве переменных состояния использовались параметры ЯЬС-схемы замещения НМС пациента (рис 66)

а) б)

Рис 6 Значения индексов тяжести 1КХТ, 1КХМТ, где в качестве эталона использовалась группа чдоровых пациентов

Анализ результатов показал, что индексы 1КХТ, !КХМТ, качественно одинаково характеризуют исследуемую группу и делят ее на три подгруппы в I пациенты принадлежат тяжелой степени тяжести, во П - средней степени тяжести, в Ш - легкой степени тяжести

По результатам I этапа врач подбирает лечебное воздействие (комплекс лечения) в соответствии со степенью тяжести заболевания и назначает необходимое количество процедур

Этап II. Моделирование эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры проводится от цикла к циклу стимуляции процедуры, и контроль осуществляется с помощью индекса 1КХД (2), оценивающего динамику показателей состояния пациента, где Киа., = (1-1)-ый цикл стимуляции, проводимой процедуры, К=(Ь) - цикл стимуляции процедуры

Анализ результатов показал, что для каждого пациента необходимо свое число циклов стимуляции во время процедуры и оно зависит от степени тяжести заболевания (рис 7)

Автором разработаны рекомендации о продолжении циклов стимуляции процедуры, обеспечивающие индивидуальный подбор их числа, которые осуществляются с помощью следующего критерия

- /0' 7 >1 - есть эффект от воздействия и рекомендуется дальнейшее проведение циклов процедуры,

- 1КХД х 1 - врачу следует повысить внимание и рекомендуется сделать еще один цикл стимуляции и, если результат тот же, то рекомендуется циклы стимуляции процедуры прекратить,

- 1КХД <1 - говорит об "усталости" мышцы и рекомендуется циклы стимуляции немедленно прекратить

,—,— ..т<4. -

К

ттрипая

■ • ■ • .... а) б) в)

Рис 7 Графики значения показателя КХд для среднего пациента а) с легкой степенью тяжести, б) со средней степенью тяжести, в) с тяжелой степенью тяжести

Этап III. Моделирование индивидуальной динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии Этот этап осуществляется с использованием индекса !КХД (2), где Кнач = (К-1)-процедура курса, К=(К)-ая процедура

Анализ результатов показал, что для каждого пациента необходимо свое количество процедур, которое не зависит от степени тяжести, а зависит только от индивидуальных особенностей НМС пациента к восстановлению своих функций (рис 8).

Автором разработаны рекомендации о продолжении процедур, обеспечивающие индивидуальный подбор их числа, которые устанавливаются с помощью следующего критерия

- 1КХД > 1 -лечебное воздействие процедуры эффективно, т е есть положительная динамика лечения - улучшение и рекомендуется продолжение процедур,

- 1ЮСД » 1 - врачу следует повысить внимание и рекомендуется сделать еще одну процедуру и если результат тот же, то рекомендуется процедуры прекратить,

- НОСд < 1 - лечебное воздействие процедуры не эффективно, рекомендуется провести корректировку плана лечения (подбора другого лечебного воздействия)

roiinecre« процсдл»

Ш и IJ

ЯВП!П11ПП!ЛГПВ!Я

■ ■ж iiiainiiiiiiiiSii ai

im iiiiiiiiiifssmsiss Ii

И1 * i ■ I I ■■■ ■ ■*

..!! !!!!!!!!Si:::i!i:!i: 13

Рис 8 Значения количества процедур для пациент а

В четвертой главе приведен обзор программных комплексов для проведения реабилитационного лечения методом ЭНМГ и сформулированы основные требования к разрабатываемому комплексу А именно, он должен осуществлять не только автоматизацию проведения процедур лечения методом ЭНМГ, но и с помощью алгоритмов, разработанных на основе математических методов, позволит врачу получать индивидуальную комплексную оценку проводимого лечения

Разработанный комплекс программ О ДИВ работает совместно с аппаратным комплексом, в который входит четырехканальный электромиограф MG-440 фирмы "Медикор" (Венгрия) с набором электродов (стимулирующих и регистрирующих), аналогово-цифровой преобразователь и персональный компьютер Электромиограф обеспечивает формирование воздействующего (стимулирующего) электрического сигнала в виде импульсного тока или напряжение прямоугольной формы длительностью 0,01-2 мс и амплитудой 0250 мВ или 0-300 мА, с частотой повторений от 20 Гц до 2 кГц При проведении ЭНМГ обследования с электромиографа в персональный компьютер через последовательный порт посредством дополнительного адаптера - аналогового цифрового преобразователя (АЦП) поступают данные сигналов биопотенциалов.

В работе описан разработанный комплекс программ О ДИВ, соргоящц^ из следующих модулей

- модуль считывания сигнала биопотенциала,

- модуль формирования и хранения базы данных пациентов;

- модуль проведения индивидуального курса лечения методом ЭНМГ Модуль считывания сигнала биопотенциала В данном модуле с помощью АЦП идет преобразование непрерывного сигнала электромиографа в дискретную форму, но интервал дискретизации настолько мал, что сигнал можно рассматривать как непрерывный Алгоритм считывания сигнала реализован с помощью языка программирования Pascal 7 0

Модуль формирования и хранения базы данных пациентов При разработке данного модуля использовалась система управления базами данных (СУБД) FoxPro 2 6 Это связано с одной стороны с характером информационной нагрузки, которую несет модуль большие объемы информации относятся к одному и тому же типу данных, с другой стороны обеспечение удобного и легкого интерфейса, оперативный доступ к данным

Модуль проведения индивидуального курса лечения методом ЭНМГ реализован с помощью языка программирования Borland С++ и его выполнение осуществляется по структурной схеме, представленной на рис 9 В данной схеме используются разработанные алгоритмы

- моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента в виде электрической схемы замещения и физиологической интерпретации ее параметров для выбора комплекса лечения в соответствии с патологией;

- индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента для подбора лечебного воздействия в соответствии со

степенью тяжести заболевания и назначения необходимого количества процедур,интерактивного контроля индивидуального состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры для повышения эффективности лечебного воздействия и подбора числа циклов стимуляции реабилитационной процедуры,

- внутрикурсовой коррекции лечения для контроля индивидуальной динамики показателей при лечебном воздействии для повышения эффективности проводимого лечения в целом и сокращения сроков реабилитационного лечения.

Рис 9 Структурная схема индивидуального курса реабилитационного лечения ЭНМГ меподом

Комплекс программ ОДИВ функционирует под операционной системой Windows 98/ 2000 Также разработано руководство по использованию комплекса программ ОДИВ

В данной главе продемонстрированы возможности применения моделирования индивидуального курса лечения методом ЭНМГ для пациентов с легкой и тяжелой степенью тяжести с помощью комплекса программ ОДИВ и без него (таблица 1)

Анализируя полученные данные, были сделаны следующие выводы

- У пациентов с легкой степенью тяжести моделирование повышает эффективность лечения в 2 раза.

- У пациентов с тяжелой степенью тяжести повышает эффективность

терапии в 3-4 раза

Таблица 1 Значения индекса 1КХТ

Индексы тя- С моделированием курса лечения Без моделирования курса лечения

жести До лечения После лечения До лечения После лечения

Степень тяжести легкая тяжелая легкая тяжелая легкая тяжелая легкая тяжелая

1КХТ 0,3 0,0003 0,2 0,01 0,3 0,01 0,2 0,03

дистальиая точка

1КХТ 0,5 0,009 0,2 0,04 0,2 0,06 0,2 0,02

проксимальная точка

Основные результаты работы:

1. Проведен анализ нервно-мышечной системы конечности человека и установлена связь между нервными и мышечными волокнами Показана природа возникновения и распространения нервного импульса, обусловленная электрическими явлениями и химическими процессами

2. Проведен анализ моделей, отражающих состояние нервно-мышечной системы конечности, показана их особенность и возможность использования для решения задачи оценки состояния нервно-мышечной системы и эффективности провидимого реабилитационного лечения методом электронейро-миографии

3. Разработаны методы математического описания сигнала Л/-ответа на основе вейвлет технологии, которая позволяет не только восстановить сигнал с требуемой точностью, но и дает возможность установить соответствия между параметрами восстановления и степенью тяжести травмы нерва конечности

4. Разработаны индексы, для индивидуальной оценки степени тяжести заболевания, эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры и динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии

5. Разработана модель нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении электронейромиографического физиолечения в виде электрической схемы замещения, являющейся четырехполюсником, который состоит из стандартных электрических элементов Установлена физиологическая интерпретация параметров схемы замещения на основе обменных процессов, происходящих между структурными элементами нервно-мышечной системы

6. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении реабилита-

ционного лечения методом ЭНМГ, с помощью которого врач может подобрать комплекс лечения с учетом вида патологии

7. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента, обеспечивающий для каждого пациента подбор лечебного воздействия в соответствии со степенью тяжести заболевания

8. Разработан алгоритм и программное обеспечение интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы, с помощью которого для каждого пациента проводится контроль эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры, повышающий эффективность проводимого лечения в целом, а также проводится корректировка плана лечения, с помощью определения числа циклов стимуляции лечебной процедуры

9. Разработан алгоритм и программное обеспечение внутрикурсовой коррекции лечения, с помощью которого для каждого пациента проводится контроль за динамикой изменения показателей от процедуры к процедуре выбранного комплекса лечения тем самым, обеспечивая индивидуальный подбор числа процедуры в курсе лечения, что повышает эффективность лечения в целом

10. Разработан и внедрен программный комплекс ОДИВ для обеспечения индивидуальной восстановительной терапии травм нервов конечностей

Публикации по теме диссертации:

1. Абдулкина Н Г, Костантинова Л И , Левицкий Е Ф , Хохлова Т Е Методы математического моделирования в оценке степени тяжести функциональных нарушений при травматическом поражении периферических нервов //Материалы научной конференции «Информационно- волновые технологии в комплексной реабилитации пациентов в лечебных учреждениях» -Томск,2004 - С 190-193

2. Абдулкина Н Г, Костантинова Л И , Левицкий Е Ф , Хохлова Т Е Метод математического моделирования в восстановительном лечении травматических поражений периферических нервов //Материалы международного симпозиума «Курорты Кыргызстана в новом тысячелетии» - Чолпон-Ата, 2004.-С. 15-18

3. Абдулкина Н Г, Кочегуров В.А, Костантинова Л.И, Левицкий Е Ф, Стрелис Л П, Хохлова Т Е Применение обобщенного показателя для оценки тяжести больных с травмами периферических нервов в процессе лечения //сб ст Актуальные проблемы реабилитации больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями с помощью физических методов - Красноярск, 1999 - С 110112

4. Абдулкина Н Г, Кочегуров В А , Костантинова Л И , Хохлова Т Е Оценка состояния нервно-мышечной системы конечностей по электрическим параметрам мышцы // Материалы международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» - Новосибирск, 2003 -Т 3 - С .42-43

5. Исаев Ю Н , Колчанова В А, Хохлова Т Е Определение параметров двухполюсника как эквивалентной схемы замещения электрического разряда при воздействии импульсного напряжения //Электричество, 2003 - № 11. -С. 63-69

6. Yu N Isayev, V A Kolchanova, Т Ye Khokhlova. Determination of the parameters of a two-termmal network subjected to a pulsed voltage //Electrical Technology Russia, - 2003 - №4, - P. 124 - 131.

7. Кочегуров В A , Константинова Л И, Хохлова Т Е Вейвлет преобразование вызванного потенциала мышцы // Известия ТТТУ -2004 - №1. - С 34-37

8. Хохлова Т Е Математическое описание формы потенциала мышцы, вызванного электрическим раздражением нерва //Современное развитие и применение математических методов. Сб. статей студентов и аспирантов -Томск, 2002 - С 52-56

9. Хохлова Т Е. Представление нервно-мышечной системы конечности эквивалентной электрической схемой замещения // Материалы конференции «Современная техника и технология» -Томск, 2003 -Т2 - С 12-14

В заключении автор считает своим долгом выразить огромную благодарность и признательность за плодотворное творческое сотрудничество и помощь при работе над диссертацией к.т.н, доценту кафедры прикладной математики ТТТУ Константиновой Людмиле Ивановне, а также доктору медицинских наук Абдулкиной Наталье Геннадьевне

А&&АА

*~12У§

Подписано к печати 30 12 2005t

Тираж 100 экз Заказ № 130 19стр

Бумага офсетная. Печать RISO

Отпечатано в типографии ООО «РауШ мбХ»

Лицензия Серия ПД № 12-0092 от 03 05 2001 г

634034, i. Томск, ул Усова 7, ком 052

тел (3822) 56-44-54

Введение.

Глава I. Методы изучения и оценки состояния нервно-мышечной системы конечности человека при реабилитационном лечении.

1.1. Описание объекта исследования.

1.2. Процессы, происходящие в нервно-мышечной системе при травмах конечностей.

1.3. Особенности реабилитационного физиолечения при травмах конечно

Р1 стей.

1.4. Обзор математических моделей анализа нервно-мышечной системы конечности.

1.4.1. Модель двигательной единицы мышцы с применением теории информации.

1.4.2. Упругая модель нервно-мышечной исполнительной системы.

1.4.3. Электрическая модель распространения импульсов по нервному волокну.

1.5. Использование моделирования свойств систем для формирования комплексных показателей.

Выводы.

Глава II. Моделирование нервно-мышечной системы конечности пациента при реабилитационном лечении.

2.1. Постановка задачи моделирования. $ 2.2. Математическое описание формы сигналаМ-ответа.

2.3. Представление нервно-мышечной системы конечности в виде электрической схемы замещения.

2.4. Физиологическая интерпретация параметров электрической схемы замещения.

2.5. Моделирование нервно-мышечной системы конечности пациентов с травмами нервов верхних конечностей.

2.6. Связь параметров электрической схемы замещения и формы модельного сигнала М-ответа.

2.7. Связь параметров электрической схемы замещения с основными показателями состояния нервно-мышечной системы.

Выводы.

Глава III. Моделирование проведения индивидуального курса реабилитационного лечения у пациентов с травмами верхних конечностей.

3.1. Разработка индексов тяжести для диагностики состояния и оценки эффективности применяемого реабилитационного лечения.

3.2. Моделирование диагностики состояния нервно-мышечной системы па- 86 циента.

3.2.1. Оценка степени тяжести по вейвлет-коэффициентам сигнала М- 86 ответа.

3.2.2. Оценка степени тяжести по параметрам электрической схемы 89 замещения нервпо-мышечной системы.

3.2.3. Оценка степени тяжести с использованием индексов.

3.3. Моделирование эффективности проводимого лечебного воздействия в 108 ходе реабилитационной процедуры.

3.4. Моделирование динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе 114 реабилитационной терапии.

Выводы.

Глава IV. Программный комплекс для проведения реабилитационной терапии при травмах нервов конечностей.

4.1. Обзор программного обеспечения физиотерапии при травмах конечно- 119 стей.

4.2. Описание программного комплекса.

4.3.Описание алгоритмов, разработанных в программном комплек

4.3.1. Алгоритм моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении реабилитационного лечения.

4.3.2. Алгоритм диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента.

4.3.3. Алгоритм интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры.

4.3.4. Алгоритм внутрикурсовой коррекции лечения.

4.4.Оценка качества программного комплекса.

Выводы.

Повреждение периферических нервов конечностей в мирное время составляет 20 - 30% из общего числа всех травм. Довольно часто повреждение периферических нервов конечностей наступает вследствие бытовых, производственных, транспортных, боевых травм и сопровождается нередко переломами костей, вывихами в суставах, сдавлением нерва, гематомой, рубцами [9]. Вследствие этого нарушается передача сигналов в нервно-мышечной системе, вызывая расстройства двигательных функций, снижающие работоспособность верхних конечностей или опорную функцию нижних, которые резко ограничивают бытовые возможности больного, и приводят к потере трудоспособности и может явиться причиной инвалидности [54, 71]. Анализ причин инвалидности, возникающих у травматологических больных, указывает на то, что она зависит не только от тяжести травмы или заболевания, но и от недооценки роли функционального восстановительного (реабилитационного) лечения [27,77].

Для полноценного восстановления функций поврежденной конечности наряду с медикаментозной терапией целесообразно использовать в реабилитационном комплексе методы физиотерапии. Преимущество физиотерапевтических методов лечения заключается в том, что они обладают высокой терапевтической эффективностью, не вызывают побочных эффектов и аллерги-зации организма и хорошо совместимы с другими лечебными средствами [1, 76, 81].

Одной из актуальных проблем современной физиотерапии является обеспечение качества реабилитационного лечения, что возможно только при индивидуальном подходе к каждому пациенту [1, 11, 31, 76]. Это предполагает решение следующих задач:

- индивидуальный выбор комплекса лечения;

- индивидуальная диагностика состояния (оценка степени тяжести);

- индивидуальное назначение дозы лечебного воздействия;

- индивидуальная расстановка процедур лечения.

Безусловно, решение поставленных задач является затруднительным без использования математических методов и компьютерных комплексов, обеспечивающих анализ и оценку состояния пациента, что определяет актуальность диссертационной работы и задаёт направление дальнейших исследований.

Целью данной работы является разработка математических методов и программного обеспечения компьютерной технологии лечебно-реабилитационной терапии травм нервов конечностей, позволяющей врачу подойти к лечению каждого больного индивидуально.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать модель индивидуального анализа патологии в нервно-мышечной системе конечности пациента.

2. Разработать математические методы индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы пациента (оценки степени тяжести).

3. Разработать математический метод индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры.

4. Разработать математический метод анализа индивидуальной динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии.

5. Создать и внедрить программный комплекс на основе разработанных математических методов.

Для решения поставленных задач в работе используются методы: системного анализа; вейвлет-преобразования сигналов; векторного представления сигналов; синтеза электрических схем замещения; группового моделирования.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- Предложена модель нервно-мышечной системы (НМС) конечности, отличительной особенностью которой является использование электрической схемы замещения в виде четырехполюсника, состоящего из стандартных электрических элементов (сопротивления, емкости, индуктивности). Введена их оригинальная физиологическая интерпретация, которая позволяет определить патологию в НМС для назначения комплекса лечения.

- Разработаны оригинальные индексы тяжести и предложено использование вейвлет-коэффициентов при моделировании индивидуальной диагностики состояния НМС пациента для индивидуального подбора лечебного воздействия и назначения необходимого количества процедур курса лечения.

- Разработан оригинальный алгоритм индивидуального интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры, повышающий эффективность лечебного воздействия путем подбора числа циклов стимуляции реабилитационной процедуры.

- Разработан оригинальный алгоритм индивидуальной внутрикурсовой коррекции лечения контроля динамики изменения показателей при лечебном воздействии, повышающий эффективность проводимого лечения в целом и сокращающий сроки реабилитационного лечения.

Тезисы, выносимые на защиту.

1. Модель анализа патологии НМС пациента при проведении реабилитационного лечения на основе электронейромиографии (ЭНМГ).

2. Метод формирования индексов тяжести для индивидуальной оценки степени тяжести, индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры, индивидуальной оценки динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии.

3. Комплекс программ ОДИВ (определение дозы индивидуального воздействия), предназначенный для решения задач индивидуализации лечебных воздействий при проведении реабилитационного лечения методом ЭНМГ.

Практическая ценность работы состоит в разработанном комплексе программ ОДИВ, позволяющем врачу не только проводить автоматизацию физиотерапевтического лечения методом электронейромиографии, но и дает возможность врачу назначать адекватное лечебное воздействие, создать индивидуальный план лечения, оценивать эффективность проводимого лечения, проводить индивидуальную расстановку процедур, анализировать динамику курсового лечения, что повышает эффективность проводимого лечения и сокращает сроки реабилитации больного.

Разработанный комплекс программ ОДИВ внедрен в лаборатории функциональной диагностики ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии».

Апробация результатов проводилась на базе лаборатории функциональной диагностики ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии». Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научных сессиях ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» (Томск, 2000); научных семинарах кафедры «Прикладная математика» Томского политехнического университета (Томск, 2002, 2003); 9-ой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современная техника и технология» (Томск, 2003); 4-ой всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (Красноярск, 2003); международном симпозиуме «Курорты Кыргызстана в новом тысячелетии» (Чолпон-Ата, 2004); научной конференции «Информационно- волновые технологии в комплексной реабилитации пациентов в лечебных учреждениях» (Томск, 2004).

По результатам исследований опубликовано 9 работ, из них 4 статьи (в том числе 3 в рецензируемых журналах) и 5 научных публикаций в материалах и трудах международных и Всероссийских конференций, подана заявка на официальную регистрацию разработанного комплекса программ ОДИВ в федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

В первой главе диссертационной работы определены: основная структура; свойства НМС конечности человека; характер поражений; процессы, происходящие при травмах конечностей.

Рассмотрены особенности проведения стандартной схемы курса реабилитационного физиолечения травм нервов конечностей методом электро-нейромиографии (ЭНМГ).

В главе проведен анализ известных моделей НМС, показана их особенности и возможность использования для решения задач индивидуального лечения методом ЭНМГ. Также показана возможность использования комплексных показателей, отражающих гомеостатические свойства НМС, определяющих свойства внутренней саморегуляции - наличие совокупности сложных приспособительских реакций, направленных на устранение или максимальное ограничение факторов, нарушающих относительное динамическое постоянство показателей внутренней среды.

Во второй главе проведено моделирование нервно-мышечной системы конечности пациента при реабилитационном лечении. Для этого автором предложен подход замены НМС конечности электрическим аналогом, в виде схемы замещения, состоящей из стандартных электрических элементов: сопротивления, емкости, индуктивности. На основании математического описания выходного сигнала, проведенного с помощью вейвлет преобразования, и входного стимулирующего сигнала определяются параметры электрической схемы замещения. Дана физиологическая интерпретация параметров схемы замещения, на основе обменных процессов, происходящих между структурными элементами НМС. Показана возможность использования параметров схемы замещения для определения патологии в НМС, что в итоге позволило адекватно назначать комплекс реабилитационного лечения.

В третьей главе приведены результаты моделирования индивидуального курса реабилитационного лечения у пациентов с травмами верхних конечностей, состоящего из моделирования: индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы пациента (оценка степени тяжести); индивидуальной оценки эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры; индивидуальной динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии.

Для выполнения моделирования автором на основе средней геометрической были разработаны индексы для индивидуальной диагностики состояния и индивидуальной оценки динамики реабилитационного лечения.

Также показана возможность использования коэффициентов вейвлет-преобразования, полученных при математическом описании выходного сигнала и параметров схемы замещения НМС для индивидуальной диагностики состояния.

В четвертой главе приведен обзор программных комплексов для проведения реабилитационного лечения методом ЭНМГ и сформулированы основные требования к разрабатываемому комплексу.

В главе представлены разработанные алгоритмы:

- алгоритм моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении реабилитационного лечения;

- алгоритм диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента;

- алгоритм интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры;

- алгоритм внутрикурсовой коррекции лечения.

Дано описание программного комплекса, разработанного на основе алгоритмов.

В заключении приведены основные результаты работы. Список литературы состоит из 89 наименований.

Выводы.

1. В данной главе приведен обзор программных комплексов для проведения реабилитационного лечения методом ЭНМГ и сформулированы основные требования к разрабатываемому комплексу. А именно, он должен осуществлять не только автоматизацию проведения процедур лечения методом ЭНМГ, но и с помощью алгоритмов разработанных на основе математических методов позволит врачу получать индивидуальной комплексной оценки проводимого лечения.

2. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении реабилитационного лечения методом ЭНМГ. Используя результаты работы алгоритма для каждого пациента врач может подобрать комплекс лечения, который выбирается с учетом вида патологии (нерв или мышца) на основе физиологической интерпретации параметров RLC схемы замещения, а так же проводить диагностику состояния НМС по вейвлет-коэффициентам М-ответа и параметров RLC схемы замещения.

3. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента. Используя результаты работы алгоритма для каждого пациента можно подобрать лечебное воздействие в соответствии со степенью тяжести заболевания, т.е. назначить необходимую силу (амплитуды стимулирующего импульса) лечебного воздействия методом ЭНМГ.

4. Разработан алгоритм и программное обеспечение интерактивного ► контроля состояния нервно-мышечной системы в ходе лечебной процедуры.

Используя результаты работы алгоритма для каждого пациента можно проводить контроль эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры, тем самым повышая эффективность проводимого лечения в целом. Проводить корректировку плана лечения, с помощью определения числа циклов стимуляции лечебной процедуры.

5. Разработан алгоритм и программное обеспечение внутрикурсовой коррекции лечения. Используя результаты работы алгоритма для каждого пациента можно проводить контроль за динамикой изменения показателей от процедуры к процедуре при выбранном комплексе лечения. Вывод о продолжении процедур выбранного курса лечения или необходимости корректировки плана лечения, (подбора другого комплекса лечения) обеспечивает индивидуальный подбор числа процедуры в курсе лечения, повышая эффективность лечения в целом.

6. На основе программного обеспечения разработанных алгоритмов создан программный комплекс ОДИВ (определение дозы индивидуального воздействия), который поможет врачу не только проводить электронейромио-графического исследования пациента, но позволяет врачу создать индивидуальный план лечения, оценивать эффективность проводимого лечения, при необходимости корректировать его, проводить индивидуальную расстановку процедур, анализировать динамику курсового лечения, который внедрен в лаборатории функциональной диагностики ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии». А так же подано заявка на официальную регистрацию разработанного комплекса программ ОДИВ в федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

7. Дано описание и оценка качества программного комплекса ОДИВ в соответствии ГОСТ Р ИСО/МЭК 12119-2000 и ГОСТ Р ИСО/МЭК 912693.

Заключение

В диссертационной работе были получены основные результаты:

1. Проведен анализ нервно-мышечной системы конечности человека и установлена связь между нервными и мышечными волокнами. Показана природа возникновения и распространения нервного импульса, обусловленная электрическими явлениями и химическими процессами.

2. Проведен анализ моделей, отражающих состояние нервно-мышечной системы конечности, показана их особенность и возможность использования для решения задачи индивидуальной оценки состояния нервно-мышечной системы и эффективности провидимого реабилитационного лечения методом электронейромиографии.

3. Разработаны методы математического описания сигнала М-ответа на основе вейвлет технологии, которая позволяет не только восстановить сигнал с требуемой точностью, но и дает возможность установить соответствия между параметрами восстановления и степенью тяжести травмы нерва конечности.

4. Разработаны индексы, для индивидуальной оценки степени тяжести заболевания, эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры и динамики лечения от процедуры к процедуре в курсе реабилитационной терапии.

5. Разработана модель нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении электронейромиографического физиолечения в виде электрической схемы замещения, являющейся четырехполюсником, который состоит из стандартных электрических элементов. Установлена физиологическая интерпретация параметров схемы замещения на основе обменных процессов, происходящих между структурными элементами нервно-мышечной системы.

6. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования нервно-мышечной системы конечности пациента при проведении реабилитационного лечения методом ЭНМГ, с помощью которого врач может подобрать комплекс лечения с учетом вида патологии.

7. Разработан алгоритм и программное обеспечение моделирования индивидуальной диагностики состояния нервно-мышечной системы конечности пациента, обеспечивающий для каждого пациента подбор лечебного воздействия в соответствии со степенью тяжести заболевания.

8. Разработан алгоритм и программное обеспечение интерактивного контроля состояния нервно-мышечной системы, с помощью которого для каждого пациента проводится контроль эффективности проводимого лечебного воздействия в ходе реабилитационной процедуры, повышающий эффективность проводимого лечения в целом, а также проводится корректировка плана лечения, с помощью определения числа циклов стимуляции лечебной процедуры.

9. Разработан алгоритм и программное обеспечение внутрикурсовой коррекции лечения, с помощью которого для каждого пациента проводится контроль за динамикой изменения показателей от процедуры к процедуре выбранного комплекса лечения тем самым, обеспечивая индивидуальный подбор числа процедуры в курсе лечения, что повышает эффективность лечения в целом.

10. Разработан программный комплекс ОДИВ для обеспечения индивидуальной восстановительной терапии травм нервов конечностей.

11. Комплекс программ ОДИВ внедрен в лаборатории функциональной диагностики ФГУ «Томский научно-исследовательский институт курортологии и физиотерапии» и подана заявка на официальную регистрацию разработанного комплекса программ ОДИВ в федеральный орган исполнительной власти по интеллектуальной собственности.

В заключении автор считает свои долгом выразить огромную благодарность и признательность за плодотворное творческое сотрудничество и помощь при работе над диссертацией к.т.н., доценту кафедры прикладной математики ТПУ Константиновой Людмиле Ивановне, под руководством которой я занимаюсь научной работой по теме диссертации со студенческих лет, а также доктору медицинских наук Абдулкиной Наталье Геннадьевне.

1. Абдулкина Н.Г. Оптимизация методов физиотерапии в реабилитации больных с заболеваниями периферической нервной системы: Атореф. дис. на соискание ученой степени доктора мед. наук. - Томск, 2000. - 41 с.

2. Адо А.Д., Новицкий В.В. Патологическая физиология. Томск, 1994. -466 с.

3. Айвазян С.А., Бежаева З.И., Староверов О. В. Классификация многомерных наблюдений. М.: Статистика, 1974. - 200 с.

4. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Теория вероятностей и прикладная статистика. М .: ЮНИТИ - Дана, 2001. - 656с.

5. Акимов Г.А. Современные методы диагностики и классификации травм периферической нервной системы // Воен.-мед. Жур. 1992. - №1. -С. 38-41.

6. Антомонов Ю.Г. Моделирование биологических систем. Киев: Нау-кова думка, 1987. -260 с.

7. Антонов И.П. Классификация и формулировка диагноза заболеваний периферической нервной системы. // Невропатология и психиатрия. 1985. -вып. 4.-С. 481-487.

8. Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: Основы теории и примеры применения//Успехи физ наук. 1996.- Т. 166.- №11.-С. 145-170.

9. Баевский P.M. Временная организация функций и адаптационно-приспособительная деятельность организма // Сб. ст. Теоретические и прикладные аспекты анализа временной организации биосистем.- М.: Наука, 1986. -С. 88-111.

10. Баевский P.M., Чернышев М.К. Некоторые аспекты системного подхода и анализа временной организации функций в живом организме. М.: Наука, 1986.- С. 174-186.

11. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: В.Ш., 2000. -463 с.

12. Бассвиль М., Вилски А., Банвенист А. и др. Обнаружение изменения свойств сигналов и динамических систем / Пер. с англ., под ред. М. Бассвиль. -М.: Мир, 1989.-278 с.к

13. Бахтиаров Г.Д. и др. Аналого- цифровые преобразователи. М.: Сов. Радио, 1980. -227 с.

14. Беленький В.В., Гришин А. А., Кривошеина Е.Н. Аппаратно-программный комплекс для восстановления ходьбы и сложных движений рук. // Вестник новых медицинских технологий. 2004. - Т. XI. - №1-2.k С.80-81.

15. Белых Ю.Н, В.Я. Кислов и др. Элементы биоуправления: системный подход при диагностике и коррекции функционального состояния организма человека // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2003. - №8. -С. 36-42.

16. Берещанский Д.Г. Практическое программирование на dBase. М.: Финансы и статистика, 1989. - 192 с.

17. Брезье М. Электрическая активность нервной системы. М.: Иностранной литературы, 1990. - 249 с.

18. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. -М.: Конкорд, 1992. 183 с.

19. Вебер Р. Конфигурирование Пк на процессорах 386/486. Пер с нем. -М.: Мир, 1995.- 192 с.

20. Венецкий И.Г., Венецкая В.И. Основные математико-статистические понятия и формулы в экономическом анализе. М.: Статистика, 1979. - 447с.

21. Вентцель А.Д. Курс теории случайных процессов. М.: Наука, 1975. -320с.

22. Воробьев В.И., Грибулин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразования. СПб.: ВУЗ, 1999. - 208 с.

23. Гайко Г.В., Гончаровский В.И., Хохол М.И. Инвалидность от травм и заболеваний опорно-двигательного аппарата, вопросы реабилитации // Ортопедия, травмалогия и протезирование. 1992. - №2. - С.76-78.

24. Танеев P.M. Математические модели в задачах обработки сигналов. -М.: Телеком, 2002. 83 с.

25. Говорухин В.Н., Цибулин В.Г. Компьютер в математическом исследовании. Спб.: Питер, 2001. - 624 с.

26. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986.-512 с.

27. Горелова Ю.В. Сравнительная эффективность магнитостимуляции и электростимуляции у больных с травмами периферических нервов. Автореферат дисс. на соискание ученой степени кандидата мед.наук. Томск, 1999. -23 с.

28. Гурлея A.M., Багель Г.Е. Физиотерапия и курортология нервных болезней. Минск, 1989. - 398 с.

29. Гусев Е.И, Коновалов А.Н., Беляков В.В. Методы исследования в ней-рологии и нейрохирургии. М.: Нолидж, 2000. - 336 с.

30. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояний в теории управления. М.: Наука, 1970. - 620 с.

31. Дрёмин Н.М., Иванов О.В., Нечитайло В.А. Вейвлейты и их использование. // Успехи физ наук, 2001. Т.171. - №5. - С. 53-128.

32. Дунаевская Г.Н. Структура диагноза нервно-мышечных заболеваний. -// Эпидемиология и организация неврологической и психиатрической помощи, 1997.-№2.- с.39-42.

33. Дьяконов В.П. Вейвлеты от теории к практике. М.: Солон Р, 2002. -448 с.

34. Дэйвис P.M. Моделирование мышцы с применением теории информации // Труды международного симпозиума по техническим и биологическим проблемам управления. Ереван, 1978. - С. 46-55.

35. Евдокимов Ф.Е. Общая электротехника. М.: Высш. Шк., 1990. - 351 с.

36. Епанешников A.M., Епанешников В.А. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. М.: Диалог- Мифи, 1993. - 288 с.

37. Зевеке Г.В., Ионкин П.А. Основы теории цепей, 1996. 475 с.

38. Зуев С.М. Статистическое оценивание параметров математических моделей заболеваний. -М.: Наука, 1988. 176 с.

39. Исаев Ю.Н. Синтез вейвлет-базиса для анализа оптических сигналов. 4.1 Ортогональный вейвлет- базис // Оптика атмосферы и океана. 2002. -Т.15. -№11. - С. 974-981.

40. Исаев Ю.Н. Синтез вейвлет-базиса для анализа оптических сигналов. Ч.Н Биоортогональный и комплексный вейвлет- базис // Оптика атмосферы и океана. 2003. - Т.16. - № 4. - С. 329-336.

41. Исаев Ю.Н. Численно аналитическое моделирование восстановления оптических сигналов и изображений: Атореф. дис. на соискание ученой степени д.ф-м. наук. - Томск, 2004. - 40 с.

42. Исаев Ю.Н., Колчанова В.А., Хохлова Т.Е. Определение параметров двухполюсника как эквивалентной схемы замещения электрического разряда при воздействии импульсного напряжения // Электричество, 2003. № 11. -С. 63-69.

43. Yu. N. Isayev, V. A. Kolchanova, Т. Ye. Khokhlova. Determination of the parameters of a two-terminal network subjected to a pulsed voltage. "Electrical Technology Russia", 2003. - №4, - P. 124 - 131.

44. Кадыров X.K., Антомонов Ю.Г. Синтез математических моделей биологических и медицинских систем. Киев: Наукова думка, 1984. -128с.

45. Константинова Л.И. Математические модели и алгоритмы оценки риска заболеваний детей первого года жизни: Автореферат диссертации кандидата технических наук. Томск, 1987. - 21 с.

46. Кочегуров В. А., Константинова JI. И. Применение математических методов и ЭВМ в медико-биологических исследованиях. Томск. ТЛИ, 1988. -134 с.

47. Кочегуров В.А., Константинова Л.И., Хохлова Т.Е. Вейвлет преобразование вызванного потенциала мышцы // Известия ТПУ. -2004. №1. - С. 3437.

48. Кравченко Ф.К., Рвачев В.А. Вейвлет системы и их применение обработке сигналов // Зарубежная радиоэлектроника. - 1996. - №4. - С. 3-20.

49. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир. - 1975850 с.

50. Лакомкин А.И., Мягков И.Ф. Электрофизиология. М., 1997. - 259 с.

51. Ласков В.Б. Применение сочетаний электронейростимуляции для лечения компрессионных повреждений периферических нервов. // Журнал невро-паталогии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 1989. - Т.89. - №12. - С. 32-35.

52. Маергойз Л.С., Варава Б.Н. Способ математического прогнозирования динамики процессов гомеостатического типа. Киев: Наукова Думка. - вып. 70. - 1986. - С.46-50.

53. Макрюер Д.Т., Магдалено Р.Э., Моор Дж. П. Модель нервно-мышечной исполнительной системы // Труды международного симпозиума по техническим и биологическим проблемам управления. Ереван, 1978. - С. 20-39.

54. Малоземов, А. Б. Певный, А. А. Третьяков. Быстрое вейвлет-преобразование дискретных периодических сигналов и изображений // Прб-блемы передачи инф. 1998. Т. 34. - Вып. 2. - С. 77-85.

55. Манойлов В.Е. Электричество и человек -Л.: Энергоиздат, 1982. 152 с.

56. Марчук Г. И. Математические модели в иммунологии. М. Наука, 1985.-239 с.

57. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Линейные цепи. М.: Высш. Шк., 1990. - 396 с.

58. Матханов П.Н. Основы синтеза линейных электрических цепей М.: Высш. Шк., 1986.-208 с.

59. Милсум Дж. Анализ биологических систем управления. М.: Мир, 1968.-501с.

60. Новгородцев А.Б. 30 лекций по теории электрических цепей. Спб.: Политехника, 1995. - 520 с.

61. Общий курс физиологии человека и животных Т.1 Физиология нервной, мышечной и сенсорной систем. М.: Высш. Шк., 1991. - 512с.

62. Патент № 2149582, 2000г. Способ прогнозирования эффективности лечения травм периферических нервов / Абдулкина Н.Г., Стрелис Л.П.,Левицкий Е.Ф.,Константинова Л.И., Кочегуров В.А.,Гриднева Т.Д.

63. Патент № 2150882 2000 г. Способ внутрикурсовой коррекции лечения травм периферических нервов разной степени тяжести./ Абдулкина Н.Г., Левицкий Е.Ф.,Стрелис Л.П.,Константинова Л.И., Кочегуров В.А., Горелова Ю.В.

64. Перминов О.Н. Программирование на языке Pascal. М.: Радио и связь, 1988.-220с.

65. Попов А.А. Программирование в среде СУБД FoxPro. Построение систем обработки данных. М.: Радио и связь, 1994. - 352 с.

66. Рао С.Р. Линейные статистические методы и их применение. -М.: Наука, 1978. 550 с.

67. Руководство пользователя программой «НЕЙРОМИАН». Таганрог: Медиком МТД, 1999. - 225 с.

68. Самотокин Б.А., Соломин А.И. Анализ врачебных ошибок в диагностике и лечении повреждений нервов конечностей // Вопросы нейрохирургии им. И.И. Бурденко. 1989. - №6. - С.17-19.

69. Сато Ю. Обработка сигналов М.: Додэка, 2002. - 176 с.

70. Сахаров В.Л., Буланов С.Н., Котляров В.В. Компьютерный комплекс для проведения электромиографических обследований // Программные продукты и системы. 2002. - С. 41-52.

71. Смоленцев Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB. -Кемерово: кемеровский государственный университет, 2003. 200с.

72. Стрелис Л.П., Левицкий Е.Ф., Абдулкина Н.Г., Лаптев Б.И. Физиотерапии травм периферических нервов. Томск, 2001. - 315 с.

73. Стрелкова И.И. Физиотерапия травм периферических нервов конечностей // Вопросы курортологии, физиотерапии и ЛФК. 1996. - №3. - С. 4850.

74. Судаков К.В. Функциональные системы организма. М.: Медицина, 1987.-432 с.

75. Теоретические основы электротехники / Н.С. Демирчан, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровин. СПб: Питер, 2003. - 578 с.

76. Толстов Г.П. Ряды Фурье. М.: Наука. Физматлит.,1980. - 356 с.

77. Улащук B.C. Анализ некоторых проблем физиотерапии с позиции теории функциональных систем // Вопросы курортологии, физиотерапии и ЛФК. -1994.-№5.-С. 7-10.

78. Улащук B.C. Очерки общей физиотерапии. Минск, 1994. - 200 с.

79. Фасхутдинов P.P. Автоматизированная система для изучения сократительных свойств мышц голени // Информационные технологии в здравоохранении. 2002. -№5. - с. 12-15.

80. Фомин С.В., Беркинблит Математические проблемы в биологии. Москва: Наука, 1983.-200 с.

81. Ходжкин А. Нервный импульс. М., 1959. - 187 с.

82. Хохлова Т.Е. Математическое описание формы потенциала мышцы, вызванного электрическим раздражением нерва // Современное развитие и применение математических методов. Томск, 2002. - С.52-56.

83. Хохлова Т.Е. Представление нервно-мышечной системы конечности эквивалентной электрической схемой замещения // Материалы конференции «Современная техника и технология». Томск, 2003. - Т.2. - С.12-14.

84. Чигирева И.Б., Козлова O.JI. Имитационная модель состояния рефлекторной дуги человека.

85. Шебес М.Р., Каблукова М.В. Задачник по теории линейных электрических цепей. М.: Высш. Шк., 1990. 544 с.