The grounding of choice the mathematical model and methods of electroencephalographic and electromyographic signals processing for the mediate restoration of human communicative function

На основі порівняльного аналізу можливостей, що їх дають математичні моделі електроенцефалографічного та електроміографічного сигналів у вигляді суміші детермінованих функцій та стаціонарного випадкового процесу, проведено обґрунтування вибору математичної моделі таких сигналів у вигляді кусково стаціонарного випадкового процесу та методів опрацювання.On the basis of comparative analysis of the possibilities given by mathematical models of electroencephalographic and electromyographic signals in the form of a mixture of deterministic functions and stationary random process, the choice of mathematical model of such signals in the form of a piecewise stationary random process and methods of processing was made

The biosignals selection system for the task of communicative function restoring

Проведено обґрунтування структури та способів апаратної реалізації системи відбору електроенцефалографічних та електроміографічних сигналів для задачі відновлення комунікативної функції мови людини.The structure and methods of hardware implementation of the system of electroencephalographic and electromyographic signals selection for the task of restoring the human communicative function

Main theoretical basis of biosignals modeling

The phonocardiosignal (PCS) synchronously registered with electrocardiosignal simulation model was de- veloped in this work using the methods as: the real signal envelope calculation, the real PCS signal approximation using the piecewise, bandpass filtration for “frequency-filling vector” and band-limited white noise calculation. The software in the MATLAB environment for the PCS simulation as the means of heart pathology detection algorithms verification in cardiac diagnostic systems was developed.Palaniza Y.B. Modern approaches to the phono- cardiosignal processing and its mathematical model in the periodically correlated random process form / Y.B. Palaniza // Bulletin of the Khmelnytsky National Uni- versity. Technical sciences - 2016. - Issue. 2 (235). - pp. 90-93.Dragan Ya.P. MODEL OF THE TEST SIGNAL NOISE IN CHANNELS WITH DIGITAL SIGNAL PROCESSING. / Dragan Ya.P., Yavorskii B.I. // Radioelectronics and Communications Systems (English translation of Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Z. , 1986 — vol. 29, no. 9. — 17-21 — ISSN 00337870.TECHNICAL SCIENCES Palaniza Y.B., Shadrina H.M.,Khvostivskiy M.O., Dediv L.Ye.,Dozorska O.F. MAIN THEORETICAL BASIS OF BIOSIGNALS MODELING ........................................................... 39 Fayziboev Sh.S.,Samborskaya N.А., Soboleva I.Yu., Mamayev Sh.I., Аbdumannapova F.E. METHOD OF EXPERIMENTAL ESTIMATION OF DEFORMATIONS ON THE SURFACE OF A SIMPLE BANDAGE .............................................

The Method of Selection and Pre-processing of Electromyographic Signals for Bio-controlled Prosthetic of Hand

The method of electromyographic signals selection and pre-processing for the problem of construction of high-functional bio-controlled prostheses of hand is proposed. For this purpose, the design of dry active electrodes with a non-uniform shape of the sensitive surface and the type of their placement on the surface of the forearm are proposed. Electromyographic signals were selected and pre-processed using the method of spectral subtraction. The possibility of identifying the movements of individual fingers by such signals was estimated. For this purpose the Fisher criterion was used

The methods of biosignals processing and their implementation in the structure of the system of impaired human communicative function compensation

The methods of biosignals processing and structure of the system of impaired human communicative function compensation are proposed. The methods of biosignals processing are based on the application of spectral-correlation analysis methods using the sliding window method and include preparatory and main stages. The sequence of steps of biosignals processing at the preparatory and main stages is substantiated. Also technical parameters and features of practical realization of constituent elements of the system of impaired human communicative function compensation are offered. The principle of operation of the system is based on the parallel selection and processing of electroencephalographic and electromyographic signals. At the same time the features of electrode constructions for selection of electroencephalographic signals, which are widespread today, as well as possible artifacts that will arise in the process of selection of these signals are analyzed. The design of electrodes for registration of electroencephalographic and electromyographic signals is proposed, the selection and processing of which is the basis of the method of indirect compensation of the impaired communicative function, which is realized by this system. A variant of realization of the functional diagram of the block of biosignals selection is proposed. The proposed design of the system of impaired human communicative function compensation can be manufactured using 3D printing technology, which will reduce its cost

Математична модель електроенцефалографічного та електроміографічного сигналів для задачі відновлення комунікативної функції людини

Проведено обгрунтування вибору математичної моделі ЕЕГ та ЕМГ сигналів для задачі опосередкованого відновлення комунікативної функції людини. Обгрунтування вибору математичної моделі проводилось виходячи із того, що якісна модель повинна бути адекватною фізичній природі такого роду сигналів та поставленій задачі опосередкованого відновлення комунікативної функції людини. Проаналізовано можливість подання ЕЕГ та ЕМГ сигналів у вигляді стаціонарного випадкового процесу та встановлено, що така модель відображає складність цих сиґналів у спектральному розподілі потужності, але не має засобів оцінювання їхньої часової структури, що є необхідним для виявлення та ідентифікації ознак окремих фонем, які є результатом реалізації комунікативної функції і на основі яких можна проводити компенсацію порушень або відновлення цієї функції. Шляхом аналізу процесу формування голосових сигналів при реалізації комунікативної функції показано, що в структурі ЕЕГ та ЕМГ сигналів мають проявлятись ознаки, за якими можна проводити виявлення та ідентифікацію окремих фонем. При цьому висунуто припущення, що ділянки ЕЕГ та ЕМГ сигналів у стані спокою (відсутність процесу мовлення) будуть стаціонарними, а ділянки таких сигналів, що відповідають процесу мовлення, також будуть стаціонарними, але з відмінними від аналогічних ділянок для стану спокою параметрами. Відповідно, як математичну модель ЕЕГ та ЕМГ сигналів обгрунтовано кусково стаціонарний випадковий процес. На основі обґрунтованої математичної моделі можна реалізувати методи опрацювання ЕЕГ та ЕМГ сигналів і реалізувати на їх основі технічні засоби опосередкованого відновлення комунікативної функції людини. The article is devoted to the questions of substantiation the mathematical model of the electroencephalographic signal, registered from the surface of head near the speech centers of brain, and the electromyographic signal, registered from the neck surface near the vocal folds, for the problem of indirect restoration the human communicative function. The possibility of representing these signals in the form of a stationary random process is analyzed and it is established that such a model is not adequate to the research problem, in particular, to identify the time moments of emergence the signs of the communicative function implementation. The mathematical model of electroencephalographic and electromyographic signals in the form of a piecewise stationary random process, that is adequate to their physical nature and research tasks, is substantiated

MATHEMATICAL MODEL OF VOCAL SIGNALS FOR THE TASKS OF HUMAN VOCAL APPARATUS DIAGNOSTIC

The necessity of voiced fricative sounds processing is grounded for the problem of human vocal apparatus diagnosis.The analysis of possibility of fricative sound modeling as the determined and stationary random process is conducted. The inadequacy of these models is found out for the task of vocal organs diagnostics on the early stages of disease, because they do not take into account the signal periodicity, eventuality of forms of pronunciation violation, related to the functional state of vocal organs. The mathematical model of fricative sounds as the periodically correlated stochastic process is grounded with the use of energy theory of stochastic signals, which takes into account a time structure, combination of eventuality and periodicity of signa

Виявлення розладки біомедичних сигналів із використанням ковзного вікна

В статті обґрунтовано актуальність задачі виявлення часових моментів появи розладки в структурі біомедичних сигналів, що характеризуватиме зміни у функціонуванні відповідних органів та систем. Для цієї задачі обґрунтовано математичну модель біомедичних сигналів у вигляді кусково стаціонарного випадкового процесу. Запропоновано спосіб встановлення часових моментів появи розладки біомедичних сигналів, зокрема електроенцефалографічного (для встановлення часових моментів появи ознак процесу мовлення) та електричних зонд-сигналів (для встановлення часових моментів закінчення процесу полімеризації), що ґрунтується на застосуванні методів спектрально-кореляційного аналізу із використанням методу ковзного вікна. Обґрунтовано параметри вікна (його ширина та величина кроку зсуву). В межах ковзного вікна проведено опрацювання ЕЕГ сигналів та встановлено, що інформативними ознаками процесу мовлення будуть усереднені оцінки середньої густини потужності. Також виявлено, що максимальна точність встановлення часових моментів появи розладки в структурі ЕЕГ сигналів, що характеризують процес мовлення, буде досягнута у випадку максимального перекриття попереднього та наступного вікна, тобто при мінімальній величині зсуву вікна (у випадку дискретних послідовностей мінімальна величина зсуву буде рівною періоду дискретизації ЕЕГ сигналу). Показано переваги, що їх дає застосування запропонованого методу до опрацювання електричних зонд-сигналів для задачі оцінювання стану стоматологічного процесу, зокрема оцінювання динаміки та встановлення часових моментів закінчення процесу полімеризації стоматологічного матеріалу.The article proposes the method of setting the time moments of biomedical signal disruption, in particular, the electroencephalographic (for establishing the time moments of the appearance of the processes of the speech process) and the electrical probe signals (for setting the time moments of the beginning and the end of the polymerization process) based on the application of the sliding window. The parameters of the window (its width and the value of the shift step) are substantiated. The results of elaboration of EEG signals within the sliding window are analyzed and it is established that the maximum accuracy of setting the time moments of the appearance of the disorder will be achieved in the case of the maximum overlapping of the previous and next windows, that is, with a minimum displacement value (in the case of discrete sequences, the minimum displacement value will be equal to the sampling period)