Применение методов кластеризации для диагностики болезни Альцгеймера на основе ПЕТ-изображений

Робота присвячена використанню методів кластеризації в системах нечіткого виводу для класифікації ПЕТ-зображень з метою діагностики хвороби Альцгеймера. Оцінені характеристики кожного з трьох представлених кластеризаційних методів: Subtractive Clustering, C-means та Fuzzy Grid Partition. На-дані рекомендації щодо використання методу Subtractive Clustering у системах нечіткого виводу для автоматичної діагностики хвороби Альцгеймера, як методу, що показав найкращі результати з AUC=0,8791.This work was dedicated to clustering methods application in fuzzy inference system for Alzheimer’s disease diagnosis using PET-images. Three methods (Subtractive Clustering, C-means and Fuzzy Grid Partition) of clustering were discussed and their performance in Alzheimer’s disease diagnosis were measured. Recommendation of the future use of Subtractive Clustering algorithm in the computer-aided diagnosis system for Alzheimer’s disease are given. The performance of this algorithm is AUC=0,8791.Данная работа посвящена применению методов кластеризации в системах нечеткого вывода для классификации ПЭТ-изображений с целью диагностики болезни Альцгеймера. Оценены характеристики каждого из трех представленных методов кластеризации: Subtractive Clustering, C-means и Fuzzy Grid Partition. Представлены рекомендации касательно использования метода Subtractive Clustering в системах нечеткого вывода для автоматизированной диагностики болезни Альцгеймера, как метода, который показал наилучшие результаты с AUC=0,8791

Різні патерни ентропії перестановок електроенцефалограми при епілептиформній активності

Behavior of permutation entropy for the orders from 3 to 7 was shown for the electroencephalogram (EEG) containing epileptiform activity. It was revealed that changing the order in the range from 3 to 7 has no significant effect on the results. Two different EEG groups containing epileptiform activity were distinguished, one with the tendency to a permutation entropy decrease in areas where epileptiform activity persists, another with increase of permutation entropy during epileptiform activity.Reference 17, figures 6  Показано поведение временной зависимости энтропии перестановок при изменении порядка c третьего до седьмого для электроэнцефалограмм (ЭЭГ), содержащих эпилептиформную активность. Установлено, что изменение порядка в пределах от трех до семи не имеет существенного влияния на получаемые результаты. Было выделено две различные группы сигналов, содержащих эпилептиформную активность, одна со снижением энтропии перестановок в области с эпилептиформной активностью, а другая – с увеличением энтропии перестановок при эпилептиформной активности. Библ. 17, рис. 6Показано поведінку часової залежності ентропії перестановок при зміні порядку з третього до сьомого для електроенцефалограм, що містять епілептиформну активність. Встановлено, що зміна порядку в межах від трьох до семи не має істотного впливу на одержувані результати. Було виділено дві різні групи сигналів, що містять епілептиформну активність, одна зі зниженням ентропії перестановок в області з епілептиформною активністю, а інша - із збільшенням ентропії перестановок при епілептиформній активності.Бібл. 17, рис. 6

Техніка та методи аналізу біосигналів для моніторингу глибини анестезії

У роботі представлено основні існуючі методи та засоби визначення глибини анестезії. Серед розглянутих методів виділено такі групи: аналіз електроенцефалограм, аналіз електрокардіограм (ЕКГ) та комплексний аналіз біосигналів. Систематизовано отримані у попередніх роботах результати та визначені перспективні напрямки подальших досліджень, зокрема використання засобів машинного навчання для аналізу електрокардіограм та їх характеристик та глибоке навчання нейронних мереж. З метою вивчення можливостей нейронних мереж як систем класифікації біосигналів було побудовано глибоку згорткову нейронну мережу для класифікації сигналів ЕКГ з наявністю або відсутністю аритмій. Вхідними даними для такої мережі були 30-секундні сигнали ЕКГ без попередньої обробки, і точність класифікації склала 68,3%. Результати роботи такої системи класифікації свідчать про доцільність застосування глибокого навчання для визначення аритмій та про необхідність використання попередньої обробки ЕКГ та попередньо виділених характерних ознак, серед яких можуть бути величина енергії сигналу у різних частотних діапазонах, параметри сигналу після видалення тренду та параметри сигналу у часовому домені. Бібл. 54, табл. 1

Референсная архитектура систем для анализа биомедицинских данных

В данной работе были исследованы проблемы разработки универсальных и адаптивных систем анализа данных. На примере построения биомедицинских систем мониторинга состояния здоровья человека были выделены основные особенности работы и построения систем, которые анализируют мультимодальные данные. К основным нерешенным проблемам создания адаптивных систем можно отнести необходимость переконфигурирования системы под входную задачу. Для решения задач переконфигурации была предложена теоретическая стратегия построения адаптивной системы анализа данных. Особенностью предложенной системы является двухуровневая архитектура: независимая референсная система и подсистема, отвечающая за адаптивную работу. Библ. 12, рис. 5

МЕТОДИ ТА ЗАСОБИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛІННЯ ПРОТЕЗАМИ ВЕРХНІХ КІНЦІВОК

In this article means and methods of upper limb prostheses control are described. The analysis of merits and demerits of the invasive systems of registration of signals that control artificial limbs is carried out. The new technology of high-resolution electromyography (EMG HR) is described. The complexity of obtaining a signal without movement artifacts  is considered as the main problem of non-invasive EMG HR. The possible ways of applying the EMG HR systems for rehabilitation, optimization of electrodes placement and reducing their quantity during the fitting process of upper limb prosthesis are proposed. The possibility of using dynamic forecasting of prosthesis movements in real time in EMG HR systems and improvement of intuitive control of the upper limb prostheses is highlighted.Ref. 23, fig. 8.В статье рассмотрены средства и методы регистрации и анализа сигналов для управления протезами верхних конечностей и проанализировано современное состояние протезирования в данном направлении. Описано новое направление развития неинвазивных систем регистрации - применение электромиографии высокого разрешения (ЭМГ ВР). К проблемам неинвазивных систем регистрации поверхностной ЭМГ ВР отнесены сложность получения качественного сигнала без двигательных артефактов. Предложены возможные направления использования систем ЭМГ ВР для реабилитации, оптимизации размещения электродов и уменьшения их количества в процессе установки протезов людям с ампутациями верхних конечностей. Определена возможность использования динамического прогнозирования движений протеза в реальном времени на основе системы ЭМГ ВР для улучшения интуитивной взаимодействия человека с протезом.Библ. 23, рис. 8.В статті оглянуто засоби та методи реєстрації для аналізу сигналів  управління протезами верхніх кінцівок і проаналізовано сучасний стан протезування в даному напрямку. Описано новий напрям розвитку неінвазивних систем реєстрації - застосування електроміографії високого розрізнення (ЕМГ ВР). До проблем неінвазивних систем реєстрації поверхневої ЕМГ ВР віднесено складність отримання якісного сигналу без рухових артефактів. Запропоновано можливі напрями використання систем ЕМГ ВР для реабілітації, оптимізації розміщення електродів та зменшення їх кількості в процесі встановлення протезів людям з ампутаціями верхніх кінцівок. Визначено можливість використання динамічного прогнозування рухів протезу в реальному часі на основі системи ЕМГ ВР для покращення інтуїтивної взаємодії людини з протезом.Бібл. 23, рис. 8

Ентропія перестановок серцевого ритму плоду при вилученні ударів серця матері

Development and application of maternal and fetal physiological states identification techniques based on the noninvasive electrical heart activity monitoring is of great clinical importance during pregnancy. In this paper, new possibilities of applying one of nonlinear measures of time series behavior analysis to the fetal heart rates are explored, and permutation entropy (PE) characteristics of fetal rhythmograms are used to get new insight on the fetal heart rhythm parameters. The new technique of fetal electrocardiogram (fECG) extraction is used, based on filtration in wavelet domain and reconstruction of fECG using detalization coefficients. Permutation entropy analysis is applied to obtain PE values and trends for the case of raw fetal rhythmograms and those obtained with excluded maternal heart beats. The assumption about the need to extract maternal heartbeats from initial rhythmogram is proven by the difference in PE values for two cases.Ref. 11, figs. 11.Разработка и применение методов идентификации физиологических состояний матери и плода, основанных на неинвазивном мониторинге сердечной деятельности, имеет большое клиническое значение при беременности. В данной работе исследуются новые возможности применения энтропии перестановок (ЭП) - одного из нелинейных методов временного анализа сердечных сокращений плода. ЭП используется для описания ритмограмм плода с целью получения новых данных о характеристиках сердечного ритма плода. Используется новая методика выделения фетальной электрокардиограммы (фЭКГ), основанная на фильтрации в вейвлет-пространстве и реконструкции фЭКГ с использованием коэффициентов детализации.Энтропия перестановок применяется для получения числовых значений и временных зависимостей ЭП для сердечного ритма в случае необработанных ритмограмм плода и ритмограмм, полученных с выделенными ударами сердца матери. Предположение о необходимости удалять удары сердца матери из начальной ритмограммы подтверждается разницей в значениях ЭП для двух случаев.Библ. 11, рис. 11.Розробка і застосування методів ідентифікації фізіологічних станів для матері та плоду, заснованих на неінвазивному моніторингу серцевої діяльності, має велике клінічне значення під час вагітності. У даній роботі досліджуються нові можливості застосування ентропії перестановок (ЕП) – одного з нелінійних методів часового аналізу серцевих скорочень плода. ЕП використовується для описання ритмограм плоду з метою отримання нових даних щодо характеристик серцевого ритму плода. Використовується нова методика виділення фетальної електрокардіограми (фЕКГ), заснована на фільтрації у вейвлет-просторі та реконструкції фЕКГ з використанням коефіцієнтів деталізації.Ентропія перестановок застосовується для отримання  числових значень та часових залежностей ЕП для серцевого ритму у випадку необроблених ритмограм плоду та ритмограм, отриманих з виділеними ударами серця матері. Припущення про необхідність видаляти удари серця матері із початкової ритмограми підтверджується різницею у значеннях ЕП для двох випадків.Бібл. 11, рис. 11

Методы и средства интеллектуального управления протезами верхних конечностей

В статті оглянуто засоби та методи реєстрації для аналізу сигналів управління протезами верхніх кінцівок і проаналізовано сучасний стан протезування в даному напрямку. Описано новий напрям розвитку неінвазивних систем реєстрації - застосування електроміографії високого розрізнення (ЕМГ ВР). До проблем неінвазивних систем реєстрації поверхневої ЕМГ ВР віднесено складність отримання якісного сигналу без рухових артефактів. Запропоновано можливі напрями використання систем ЕМГ ВР для реабілітації, оптимізації розміщення електродів та зменшення їх кількості в процесі встановлення протезів людям з ампутаціями верхніх кінцівок. Визначено можливість використання динамічного прогнозування рухів протезу в реальному часі на основі системи ЕМГ ВР для покращення інтуїтивної взаємодії людини з протезом.In this article means and methods of upper limb prostheses control are described. The analysis of merits and demerits of the invasive systems of registration of signals that control artificial limbs is carried out. The new technology of high-resolution electromyography (EMGHR) is described. The complexity of obtaining a signal without movement artifacts is considered as the main problem of non-invasive EMG HR. The possible ways of applying the EMG HR systems for rehabilitation, optimization of electrodes placement and reducing their quantity during the fitting process of upper limb prosthesis are proposed. The possibility of using dynamic forecasting of prosthesis movements in real time in EMG HR systems and improvement of intuitive control of the upper limb prostheses is highlighted.В статье рассмотрены средства и методы регистрации и анализа сигналов для управления протезами верхних конечностей и проанализировано современное состояние протезирования в данном направлении. Описано новое направление развития неинвазивных систем регистрации - применение электромиографии высокого разрешения(ЭМГ ВР). К проблемам неинвазивных систем регистрации поверхностной ЭМГ ВР отнесены сложность получения качественного сигнала без двигательных артефактов. Предложены возможные направления использования систем ЭМГ ВР для реабилитации, оптимизации размещения электродов и уменьшения их количества в процессе установки протезов людям с ампутациями верхних конечностей. Определена возможность использования динамического прогнозирования движений протеза в реальном времени на основе системы ЭМГ ВР для улучшения интуитивной взаимодействия человека с протезом