На правах рукописи

ГЕРАЩЕНКО Сергей Михайлович

ДЖОУЛЬМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ

БИОМЕДИЦИНСКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.17 – Приборы, системы и изделия

медицинского назначения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

ПЕНЗА – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор, ВОЛЧИХИН Владимир Иванович

Официальные оппоненты: ВИХРОВ Сергей Павлович доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет», заведующий кафедрой биомедицинской и полупроводниковой электроники;

СУШКОВА Людмила Тихоновна доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых», заведующий кафедрой биомедицинской инженерии;

ЧУВЫКИН Борис Викторович доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», профессор кафедры информационно-вычислительных систем ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный

Ведущая организация – технический университет»

Защита диссертации состоится «» мая 2012 г. в _ часов на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан «_»_ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Светлов Анатолий Вильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При проведении медицинских исследований и диагностике различных заболеваний в последние годы стали применяться методы, основанные на оценке электрохимических свойств тканей органов и жидкостей человека. Электрохимические характеристики тканей отражают нарушение структуры органов и выполняемых ими функций в процессе формирования патологии в организме. Жидкости, выделяемые организмом, при формировании воспалительных процессов способны характеризовать его активность. Экссудаты и гнойные экссудаты являются типичными электролитами с различными электрохимическими свойствами.

В хирургии для удаления гнойного экссудата производится установка дренажа, по которому образующаяся жидкость откачивается из очага воспаления. Исследуя электрохимические свойства жидкости, можно определять активность воспалительного процесса. Перспективность этих методов заключается в простоте их реализации и высокой эффективности по сравнению с известными методами.

Конкретные результаты, полученные в работах А. Ф. Калашника, Н. Н. Каншина, А. П. Хачатряна, С. И. Щукина, А. И. Мартяшина, А. Ю. Демина, И. Р. Добровинского, придают этим исследованиям теоретическую направленность и практическую значимость.

На основе признаков, характеризующих электрохимические параметры тканей и жидкостей, реализуются экспертные системы, решающие задачи получения информации для диагностики заболевания и распознавания образа исследуемого участка органа. Эти системы используют достаточно простой и эффективный математический аппарат искусственных нейронных сетей, описанный в работах Н. П. Абовского, А. И. Галушкина, А. Н. Горбаня, Т. Кохонена, А. И. Иванова и других и способный решать различные задачи обработки данных, в том числе и задачи классификации биомедицинских объектов.

С середины 1990-х гг. стало развиваться новое направление в диагностике биомедицинских объектов – джоульметрия. Джоульметрические исследования нашли отражение в работах В. И. Волчихина, С. И. Геращенко, В. И. Никольского, С. В. Сергеева, Е. Г. Юткиной, Д. Н. Хотько. Наряду с интегральной оценкой электрохимических свойств биомедицинских объектов, этот метод позволяет формировать многопараметрическое признаковое пространство, которое можно использовать при решении задач классификации различных форм патологий биомедицинских объектов.

В джоульметрических системах распознавания образа возникает проблема выбора структуры нейросетевого классификатора, поскольку он применяется для распознавания биомедицинских объектов с существенно отличающимися свойствами и характеристиками. Значения параметров различных классов могут отличаться на порядки, значительно меняется число наиболее информативных параметров (от 4 до 64 и выше). С учетом временных ограничений требуется разработка методов автоматического программирования нейросетевых экспертных систем. В настоящее время не разработаны четкие рекомендации по выбору конкретных архитектур и методов обучения нейросетей для всех классов встречающихся задач. На практике используются метод многократных испытаний возможных вариантов архитектур и оценки результата методами статистики.

Для отслеживания момента наступления критических состояний и заблаговременного принятия соответствующих мер необходимо решать задачи распознавания образов и прогнозирования состояния биомедицинских объектов, которые основываются на точной оценке состояния организма.

Поскольку время на принятие решения при определении границ резекции в хирургии при удалении новообразований, гангрен, ишемических участков кишечника и т.д. ограничено, существует проблема продолжительности осуществления процедур оценки параметров при реализации методов сканирования поверхности органов.

Ключевым вопросом при создании диагностических устройств экспресс-оценки состояния биомедицинских объектов является разработка информационно-измерительной системы, отличающейся способностью в рамках коротких промежутков времени, отводимого на исследования, формировать необходимое количество значимых параметров, и реализацией вычислительных процедур.

Для решения задачи разработки приборов и систем экспресс-оценки состояния биомедицинских объектов, основанных на использовании декомпозиционного джоульметрического метода, необходима разработка теоретических основ и инженерной методики проектирования, поскольку прямых аналогов подобных систем не существует.

Это делает проблему создания джоульметрических систем экспрессоценки состояния биомедицинских объектов актуальной. Ее решение представляет важную народно-хозяйственную задачу.

Целью диссертационной работы является разработка теоретических основ и практическая реализация декомпозиционного джоульметрического метода для экспресс-оценки состояния тканей и жидкостей в хирургии, оториноларингологии, онкологии, урологии, ортопедии.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Исследование потенциальных возможностей реализации экспрессоценки состояния биомедицинских объектов с ионным типом проводимости, представляющих диагностическую информацию для измерительных систем в реальном масштабе времени, основанных на использовании декомпозиционного джоульметрического метода.

2. Разработка и исследование математической модели процессов взаимодействия приборов с биомедицинскими объектами для сокращения времени оценки и оптимизации измерительных процедур.

3. Разработка и исследование вариантов многоэлектродных систем, реализующих джоульметрический декомпозиционный метод для точечных оценок состояния в процессе сканирования поверхностей органов, тканей и биомедицинских жидкостей.

4. Разработка принципов построения и математических моделей декомпозиционных джоульметрических систем, реализующих оперативное получение и обработку данных о состоянии биомедицинских объектов.

5. Разработка и исследование нейросетевых систем распознавания, основанных на джоульметрическом декомпозиционном методе и позволяющих повысить достоверность получаемых результатов классификации за счет использования дополнительных информативных признаков.

6. Разработка теоретических основ и инженерной методики проектирования приборов, основанных на джоульметрическом декомпозиционном методе, решающих проблемы экспресс-оценки динамики воспалительных процессов при гайморитах, абсцессах живота, панкреанекрозе, эмпиеме плевры, определения степени созревания косного регенерата, определения границ резекции патологических участков органов и тканей при проведении хирургических операций, солевого состава конкрементов при мочекаменной болезни.

7. Выполнение комплекса экспериментальных исследований созданных приборов, основанных на использовании декомпозиционного джоульметрического метода, для проверки основных теоретических положений.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы математического моделирования, статистической обработки данных, нелинейной цифровой фильтрации и обработки сигналов, теории робастных систем регулирования, теория автоматического управления, теории распознавания образов.

Научная новизна:

1. Впервые разработана математическая модель с замкнутой структурой, описывающая физико-химические процессы в межэлектродном пространстве, учитывающая специфику биомедицинских объектов и позволяющая осуществлять выбор рациональных вариантов конструкции, режимов работы и схемных решений при разработке средств контроля, основанных на оценке в динамике значений межэлектродных потенциалов и токов.

2. Разработаны теоретические основы и методики проектирования приборов, позволяющих производить экспресс-оценку состояния биомедицинских объектов на базе нового декомпозиционного джоульметрического метода.

3. Предложены декомпозиционный джоульметрический метод, реализуемый в гальваническом и потенциостатическом режимах работы, и методика идентификации и формирования дополнительных признаков на основе полиномиальных коэффициентов линейных авторегрессионных моделей и модели пространства состояний, позволяющие формировать двухмерное признаковое пространство и предоставляющие возможность выбора наиболее информативных признаков с целью увеличения эффективности алгоритмов нейросетевой классификации состояния биомедицинских объектов.

4. Предложены алгоритмы формирования измерительных токопотенциальных воздействий на биомедицинские объекты для джоульметрического декомпозиционного метода, позволяющие повысить достоверность оценки состояния биологических жидкостей непосредственно в очаге воспаления и по отделяемому экссудату из дренажа и биологических тканей путем сканирования их поверхности.

5. Для сокращения времени проведения исследований предложены новые варианты конструкций систем электродов для декомпозиционных джоульметрических систем, обеспечивающих оперативную оценку состояния биомедицинских объектов и сканирования поверхности органов с варьируемой глубиной исследования за счет изменения площади поверхности активного электрода.

6. Для снижения процента ошибок распознавания и расширения области применения джоульметрических систем разработан алгоритм обучения и оптимизации структуры нейросетевого классификатора на основе минимизации процента ошибок распознавания для признакового пространства, описывающего состояние биомедицинских объектов.

7. Впервые предложены приборы и методики их применения, позволяющие осуществлять оценку в реальном масштабе времени с требуемой точностью представления результатов для решения проблем оперативной оценки динамики гнойно-воспалительных процессов, протекающих во внутрибрюшной полости, околоносовых пазухах, при панкреанекрозе, оценки состояния костной ткани при переломах для решения задач определения границ резекции в хирургии с целью реализации тканесохраняющих методик.

Практическая значимость. Полученные в диссертационной работе результаты заключаются в выработке системных знаний, позволяющих развивать данное научное направление в практическом плане. Основные научные положения реализованы в джоульметрических приборах и комплексах на базе персональных ЭВМ. Джоульметрические диагностические приборы и методики их применения позволяют решать задачи оперативной оценки динамики гнойно-воспалительных процессов, протекающих во внутрибрюшной полости, околоносовых пазухах, при панкреанекрозе, оценки состояния костной ткани при переломах для решения задач определения границ резекции в хирургии с целью реализации тканесохраняющих методик проведения операций. В целом результаты проведенных исследований обеспечивают создание нового класса приборов медицинского назначения для экспресс-оценки состояния биологических объектов. Их использование позволяет внедрять в медицинскую практику методики прогнозирования состояния пациентов при острых формах воспалительных процессов и осуществлять тканесохраняющие методики проведения хирургических операций.

Реализация и внедрение результатов:

1. Приборы и методики определения динамики воспалительных процессов при гнойном гайморите и эмпиеме плевры, оценки джоульметрических свойств полипозных тканей и тканей поджелудочной железы в состоянии «нормы» и «патологии», реализованы в ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко».

2. Прибор и методика определения границ резекции и джоульметрический комплекс для определения границ резекции новообразований внутренних органов реализованы в ГБУЗ «Областной онкологический диспансер» (г. Пенза).

3. Прибор и методика оценки состояния биологических жидкостей и костного регенерата реализованы в ГБОУ ДПО «Пензенский институт усовершенствования врачей» Минздравсоцразвития России.

4. Выпущена промышленная серия приборов «ДИВО» для оценки динамики воспалительных процессов – ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» имени М. В. Проценко» (г. Заречный Пензенской области).

5. Прибор и методика исследования мочекаменных конкрементов реализованы в НИИ фундаментальной и клинической уронефрологии ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского» Минздравсоцразвития России.

6. Научные и практические результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Медицинские информационные системы и технологии» ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

7. Работа выполнялась в соответствии с грантами:

– «Разработка приборов для определения динамики воспалительных процессов в лобных пазухах и абсцессов живота» Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (г/к № 4250р/6689 от 26 июня 2006 г.);

– «Разработка и исследование джоульметрических методов и систем для оперативного контроля динамики воспалительных процессов» в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (г/к № 02.740.11. от 11 июня 2010 г.);

– «Развитие теории нелинейных динамических систем и нечетких регуляторов на основе экспертных оценок для джоульметрических информационных систем» по тематическому плану научно-исследовательских работ Пензенского государственного университета, проводимых по заданию Министерства образования и науки РФ в 2009–2011 гг.;

– «Исследование закономерностей протекания воспалительного процесса при панкреонекрозе джоульметрическим методом», научноисследовательская работа ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», проводимая в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ в 2012–2014 гг.

На защиту выносятся:

1. Комбинированный способ формирования измерительных токов и выявленные особенности и рекомендации его применения для разработки измерительных приборов медицинского назначения, предназначенных для оценки состояния биомедицинских объектов.

2. Нейросетевой классификатор, основанный на математической модели взаимодействия биологических объектов и измерительного прибора на основе декомпозиционного джоульметрического метода, отличающийся применением расширенного информационного пространства за счет использования увеличенного диапазона измерительных токов.

3. Структурно-алгоритмические и технические решения реализаций джоульметрических систем с комбинированным заданием измерительных токо-потенциальных воздействий на биомедицинские объекты в реальном масштабе времени для оперативной оценки их состояния.

4. Конструктивные решения и результаты экспериментальных исследований многоэлектродных систем для зондирования биомедицинских жидкостей и сканирования поверхности тканей и органов с варьируемой глубиной области зондирования.

5. Результаты теоретических и экспериментальных исследований приборов, реализующих джоульметрический декомпозиционный метод, для прогнозирования динамики протекания воспалительных процессов при абсцессах живота, гайморитах, панкреанекрозе, эмпиеме плевры и оценки состояния тканей полипов и поджелудочной железы.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на V Международном форуме «Информационные технологии и интеллектуальное обеспечение медицины – 98»

(Турция – Кемер, 1998); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 1998–2010); II Международной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии в медицине» (Пенза, 1999); III Международной конференции «Радиоэлектроника в медицинской диагностике» (Москва, 1999); Российской научно-технической конференции «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Москва, 1999); Междисциплинарной конференции с международным участием «Новые биокибернетические и телемедицинские технологии XХI века для диагностики и лечения заболеваний человека» (Петрозаводск, 2002); XI Международном симпозиуме «Мониторинг, аудит и информационное обеспечение в системе медико-экологической безопасности» (Испания – Коста Дуарда, 2002);

XV научно-технической конференции «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2003» (Москва, 2003); Международной научно-технической конференции «Информационные, измерительные и управляющие системы» (Самара, 2005);

II Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика – 2005» (Москва, 2005); VIII съезде травматологовортопедов России (Самара, 2006); Международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии и системы» (Пенза, 2006); Всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука.

Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2006, 2007); Межрегиональной научной конференции «Актуальные проблемы медицинской науки и образования» (Пенза, 2007); XXVIII Российской школе «Наука и технологии»

(Миасс, 2008); V съезде Общества биотехнологов России им. Ю. А. Овчинникова (Москва, 2008); Международной конференции «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (Рязань, 2009, 2010), I Международной научно-практической конференции «Современные проблемы отечественной медико-биологической и фармацевтической промышленности. Развитие инновационного и кадрового потенциала Пензенской области» (Пенза, 2011).

Достоверность научных положений и выводов подтверждается тем, что в теоретических построениях использовались законы и положения электрохимии, справедливость которых общепризнана, а также известный и хорошо зарекомендовавший себя математический аппарат, вводимые допущения и ограничения мотивировались известными из практики фактами.

Обоснованность рекомендаций по инженерному проектированию джоульметрических приборов и систем, выбору их параметров и организации алгоритмов работы подтверждается полученными положительными результатами экспериментальных исследований в реальных условиях лечебнопрофилактических учреждений.

Публикации. По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 94 печатные работы, в том числе 2 монографии, 5 патентов РФ, 2 свидетельства на полезную модель РФ, 14 статей в изданиях из списка ВАК, 50 статей.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 282 страницах машинописного текста, включая 80 рисунков, 9 таблиц. Библиографический список содержит 192 источника.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность работы, перечислены методы исследования, приведены сведения об апробации работы и публикациях, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе осуществлен анализ особенностей оценки состояния биомедицинских объектов и методов, применяемых на практике в настоящее время.

На основе анализа существующих электрохимических методов исследования биомедицинских объектов делается вывод о том, что наиболее близкими для решения поставленной задачи являются импедансные методы. В сравнении с другими электрохимическими методами они обеспечивают высокую точность оценки и дают обширную информацию о процессах электрохимической кинетики и свойствах объема исследуемого объекта.

Основные недостатки импедансного метода заключаются в том, что отличительные свойства тканей часто проявляются в области низких частот, где начинают сказываться фарадеевские составляющие, меняющие проводимость объекта, и, как следствие, вносятся изменения в измеряемый импеданс.

С целью обоснования целесообразности разработки проведено теоретическое описание электрохимических процессов применительно к джоульметрическим системам. Получена система уравнений кинематики концентрации вещества с учетом потенциала поля носителей заряда, которая подробно описывает процессы, происходящие в электрохимической ячейке при протекании через нее электрического тока. Структура электрохимической ячейки в дальнейшем разбита на три подобласти, каждая из которых описывается с позиции движения в поле заряженных частиц. Связь концентрации носителей заряда с потенциалом поля носителей раскрыта при помощи уравнения Пуассона.

Установлена связь скорости протекающей реакции в электрохимической ячейке с плотностью тока для объектов с ионным типом проводимости. В результате исследования установлено, что, зная свойства реакции в ячейке, можно судить о том, какой вклад вносит каждая из составляющих i-го вещества в значение межэлектродного напряжения и, как следствие, в интегральное значение работы, совершаемой током в ячейке. Проанализирована математическая модель физико-химических процессов внутри электрохимической ячейки применительно к джоульметрическому методу исследования.

На основе проведенных исследований определены основные проблемы, возникающие в процессе оценки состояния биомедицинских объектов.

Поставлена цель исследований, связанная с реализацией метода, основанного на разбиении общего значения работы на отдельные составляющие, характеризующие различные по природе процессы, протекающие в электрохимической ячейке.

Во второй главе проведены исследования с использованием замкнутой математической модели электрохимических процессов и средств контроля объектов с ионным типом проводимости и разработка теоретических основ декомпозиционного джоульметрического метода для экспрессоценки состояния биомедицинских объектов и вариантов его реализации.

На основе результатов моделирования и анализа значения энтропии электрохимических систем сделано заключение о возможности использования в качестве обобщенного интегрального показателя, характеризующего изменение электрохимических свойств биологических объектов, значения работы, затраченной на перевод их из одного состояния в другое.

В основу джоульметрического метода положено соответствие между работой, совершаемой внешним источником электрической энергии, и изменением состояния исследуемого объекта.

На основе рассмотрения динамических процессов преобразования разных видов энергии в электрохимической ячейке осуществлена разработка теоретических основ декомпозиционного джоульметрического метода для экспресс-оценки состояния биомедицинских объектов и вариантов его реализации в гальваническом и комбинированном режимах.

В гальваническом режиме на электроды подается стабилизированный ток I(t) = const и регистрируется зависимость падения напряжения на них от времени UМЭ(t). Работа, совершаемая в объекте, в соответствии с рисунком 1, на временном интервале от t01 до t21, раскладывается на следующие четыре составляющие:

– первая характеризует активность электрохимических реакций:

где Uн1 – падение напряжения в момент окончания заряда двойного электрического слоя;

– вторая характеризует сопротивление электрохимической реакции:

где U01 – падение напряжения на электрохимической ячейке в момент коммутации тока;

– третья характеризует емкость двойного электрического слоя:

– четвертая характеризует межэлектродное сопротивление:

Рисунок 1 – Графики, поясняющие джоульметрический декомпозиционный метод с воздействием разнополярными импульсами тока различной В комбинированном режиме регулированием амплитуды измерительного тока достигается стабилизация временного интервала заряда двойного электрического слоя и последующее поддержание межэлектродного напряжения на заданном уровне. Значение напряжения UР и момент времени t11 задаются регулятором согласно рисунку 2 и для исследуемых объектов остаются неизменными. Свойства объекта проявляются в изменении значений тока I(t), обеспечивающего требуемую зависимость изменения напряжения UМЭ(t). В комбинированном режиме принцип декомпозиции проще пояснить на совмещенном графике, характеризующем изменение U(t), I(t) и мощности W(t). Общая работа, совершенная током I(t) на временном интервале от t01 до t21 (рисунок 2), раскладывается на следующие составляющие:

Декомпозиция позволяет повысить чувствительность джоульметрического метода и увеличить число формируемых информативных признаков.

Разработан также многоуровневый джоульметрический метод для гальванического (рисунок 1) и комбинированного (рисунок 2) режимов работы. В нем осуществляется ступенчатое изменение значения рабочего тока. Этот метод предназначен для исследования нелинейных свойств объектов.

Совместное использование ступенчатой формы тока и декомпозиции отклика позволяет формировать двухмерное признаковое пространство.

Отдельные составляющие признакового пространства в виде n векторов, состоящих из четырех значений работ (k = 4) на каждом из n уровней, задаваемых рабочими токами I n для комбинированного режима, приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 – Составляющие многоуровневого признакового пространства, представленные в виде n векторов для комбинированного режима Применяя декомпозицию сигнала на различных энергетических уровнях, в джоульметрии можно формировать признаковое пространство в виде матрицы С помощью джоульметрического декомпозиционного метода со ступенчатой формой задания тока получено расширенное признаковое пространство для описания состояния биологических объектов.

Достоверность результатов измерений связана с их воспроизводимостью от опыта к опыту. Установлено, что основными причинами ее снижения являются заряд двойных электрических слоев и изменение состояния поверхности электродов.

В этой связи разработан джоульметрический декомпозиционный метод с воздействием разнополярным током различной амплитуды (рисунок 1).

При этом изменения, происходящие на поверхности электродов и в приэлектродном пространстве при пропускании через исследуемый объект импульса тока в обратном направлении, частично компенсируются за счет разряда электрохимической ячейки.

В третьей главе разработаны и исследованы системы электродов для оценки состояния биомедицинских объектов, позволяющие осуществлять точечные оценки и сканирование поверхности органов, и принципы построения виртуальных моделей декомпозиционных джоульметрических систем, реализующих оперативное получение и обработку данных о состоянии биомедицинских объектов.

Для исследования биомедицинских объектов предложены различные варианты систем электродов (СЭ), приведенных на рисунке 3.

Для определения границ резекции новообразований предложена конструкция матричной системы электродов, использование которой позволяет проводить несколько измерений при одной установке матрицы с электродами на поверхности сканируемого биомедицинского объекта (рисунок 3,а). При этом выполнение электродов с округлой рабочей поверхностью, контактирующих с исследуемой тканью, по сравнению с игольчатыми датчиками снижает травматичность при осуществлении измерений.

Использование двухэлектродных систем на основе активного электрода обусловлено тем, что с уменьшением площади одного электрода (активного) по сравнению с другим (пассивным) плотность тока вблизи активного электрода увеличивается пропорционально соотношению площадей. В результате плотность тока имеет наибольшее значение вблизи активного электрода, поэтому межэлектродное напряжение в наибольшей степени отражает свойства биологического объекта, расположенного вблизи точки контакта. Это позволяет получить высокую разрешающую способность и воспроизводимость результатов при сканировании поверхности биологических объектов, а за счет изменения площади поверхности активного электрода возможно варьирование глубиной исследования.

Рисунок 3 – Конструктивные решения систем электродов: 1 – коммутатор;

2 – тоководы; 3 – диэлектрическая основа; 4 – электроды; 5 – пассивный электрод; 6 – изолирующие прокладки; 7 – проводящие сегменты активного электрода; 8 – диэлектрический цилиндр; 9 – активные электроды;

10 – диэлектрический слой; 11 – диэлектрическая трубка;

12 – токовые электроды; 13 – индикаторные электроды На рисунке 3,б приведена конструкция СЭ для контроля состояния биологических тканей с коммутацией активных электродов различной площади, что позволяет получать несколько измерений при одной установке активных электродов на поверхности биомедицинского объекта и оптимизировать процесс исследований за счет достижения необходимой плотности тока в точках контакта СЭ с исследуемым объектом.

На рисунке 3,в приведена конструкция СЭ, сочетающая в себе преимущества конструкций матричной СЭ (рисунок 3,а) и двухэлектродной системы на основе активного электрода (рисунок 3,б).

Для оценки состояния костного регенерата непосредственно на участке сочленения предложена конструкция двухэлектродной системы (рисунок 3,г).

Для оценки динамики гнойно-воспалительных процессов разработаны следующие конструкции СЭ: двухэлектродная (рисунок 3,д), предназначенная для изучения биологических и электрохимических процессов, протекающих непосредственно в очаге воспаления, и четырехэлектродная система проточного типа (рисунок 3,е), предназначенная для исследования отделяемого экссудата.

Принцип работы декомпозиционных джоульметрических систем поясняется обобщенной структурной схемой, приведенной на рисунке 4. Она содержит формирователь измерительных токо-потенциальных воздействий (ФИВ), систему электродов (СЭ), объект измерения (ОИ), коммутатор (К), формирователь признаков (ФП), устройство обработки данных (УОД) и устройство управления (УУ).

Рисунок 4 – Обобщенная структурная схема джоульметрических систем Схема работает следующим образом. Ток с ФИВ, пройдя через ФП, коммутируется на СЭ. Формируемое на ОИ напряжение поступает через ФП и далее на УУ и УОД. В ФП производится оценка значений тока, поступающего на объект и формируемого на электродах напряжения. Их значения в зависимости от алгоритма обработки и метода формирования информативных признаков преобразуются в соответствующие значения параметров. УОД формирует обобщенное значение информативных параметров, характеризующих состояния исследуемого биомедицинского объекта.

Предложена обобщенная схема ФИВ, представленная на рисунке 5, состоящая из формирователя уровней воздействия (ФУВ), регулятора (Р), сумматора (С) и источника стабилизированного тока управляемого напряжением (ИТУН). Блоки ФУВ и ИТУН используются для формирования измерительных воздействий на биомедицинские объекты в гальваническом режиме (связь обозначена пунктирной линией на рисунке 5), в комбинированном режиме – дополнительно задействуется регулятор с петлей обратной связи и сумматором.

Рисунок 5 – Обобщенная структурная схема формирователя измерительных токо-потенциальных воздействий На выходе ФУВ в зависимости от сигнала управления в и времени формируются значения UРn. В гальваническом режиме они поступают на ИТУН, в нем генерируется соответствующий стабилизированный ток, поступающий далее через коммутатор на систему электродов.

В комбинированном режиме значения UРn поступают на ИТУН через C и Р. В зависимости от разности напряжения UРn и напряжения на электродах исследуемого объекта U мэ F [U Р n (t )] регулятор, в соответствии с законом регулировки, формирует управляющее воздействие UРn (t), которым корректируется значение тока I n (t ) ИТУН.

При разработке регулятора учитывались особенности электрохимических объектов, связанные с их нестационарностью, высоким уровнем шумов в обрабатываемых сигналах и нелинейными свойствами. Сказанное существенным образом отражается на степени неопределенности исследуемой системы, выступающей в роли регулируемого объекта. В этих условиях задача проектирования регулятора заключается в синтезе закона регулировки, который сохраняет отклик системы и сигналы рассогласования в пределах заданного допуска, несмотря на неопределенности исследуемой системы.

Предложенный вариант реализации формирователя измерительных токо-потенциальных воздействий позволяет проводить исследования в реальном масштабе времени с исключением процедур предварительной настройки режимов работы джоульметрических систем.

В четвертой главе осуществлена реализация декомпозиционных джоульметрических методов экспресс-оценки состояния биологических объектов на основе робастных регуляторов и нейросетевой системы распознавания образов биомедицинских объектов.

Процесс получения признаков разделен на два вида.

Для первого формируются джоульметрические признаки, характеризующие значения отдельных компонент значений работ на различных энергетических уровнях. Представленные в работе алгоритмы обработки вольт-амперных кривых основаны на градиентных методах выявления характерных точек на каждом из уровней. Для реализации алгоритмов разработан пользовательский интерфейс в среде графического программирования LabView. В результате исследований разработана программа, позволяющая получать до 32 хорошо воспроизводимых параметров для биомедицинских объектов с различными свойствами с учетом присутствия шумов в обрабатываемых сигналах.

Для второго параллельно с оценкой джоульметрических характеристик реализуются процедуры идентификации. В качестве исходных применялись линейные динамические модели. Исследование процедур идентификации заключалось в нахождении типа модели, выборе ее порядка, определении значений коэффициентов полиномов, при которых представленная модель наилучшим образом описывает наборы наблюдаемых данных. Использование значений коэффициентов полиномов в качестве информативных признаков позволило расширить признаковое пространство на 32 параметра. С учетом присутствия шумов во входном и выходном сигналах наиболее приемлемой оказалась модель выходной ошибки второго порядка.

Нейросетевой классификатор реализован в виде специального программного обеспечения, состоящего из модуля формирования признакового пространства, модуля нейросетевой классификации и модуля формирования результата (рисунок 6).

Модуль формирования признакового пространства Наборы параметров, описывающих серию кривых нейросетевой нейросетевой нейросетевой нейросетевой Результат работы модулей нейросетевой классификации Для модели: значение «норма» – «патология» и средний процент ошибки распознавания Для реальных данных: значение «норма» – «патология»

Рисунок 6 – Обобщенная блок-схема нейросетевого классификатора Отличительная особенность разработанного нейросетевого классификатора заключается в использовании четырех независимых нейросетевых структур, каждая из которых обучается на основе определенного набора параметров и имеет в качестве цели обучения значение «норма» – «патология».

Каждый нейросетевой классификатор представляет собой совокупность архитектуры, функций и параметров обучения. Выбор структуры и оптимизация производятся на основе минимальной средней ошибки обучения на существенно уменьшенном контрольном множестве значений «норма» – «патология» методом взвешенной суммы с учетом влияния на конечный результат каждого оптимизированного классификатора на основании среднего процента ошибки распознавания. Использование предварительно настроенных четырех нейросетевых структур с последующим выбором наиболее эффективной позволяет существенно сократить время, связанное с подготовкой данных для ее обучения и осуществления процедур настройки сети.

В пятой главе рассмотрены основные принципы создания джоульметрических систем для экспресс-оценки состояния биологических тканей и жидкостей и их внедрение в медицинскую практику хирургических, оториноларингологических, онкологических, урологических и ортопедических отделений и разработка полиномиальных математических моделей для прогнозирования динамики воспалительных процессов на основе джоульметрических параметров.

Приведены общие методы построения джоульметрических приборов и систем для экспресс-оценки состояния биомедицинских объектов. Они основаны на концепции практического использования рассмотренных в работе джоульметрических методов и электродных систем в реальном масштабе времени. Техническая реализация связана с созданием дополнительных систем, обеспечивающих сопровождение джоульметрических измерений и представление результатов в наиболее простой и удобной для врачей форме.

На рисунке 7 приведена обобщенная структурная схема джоульметрического измерительного комплекса. Она содержит систему электродов (СЭ), джоульметрический прибор (ДП), состоящий из измерительного тракта (ИТ) и процессора цифровой обработки сигналов (ПЦОС), и персональную ЭВМ (ПЭВМ).

СЭ ПЭВМ

Рисунок 7 – Обобщенная структурная схема джоульметрического Для реализации отработанных методик исследования биомедицинских объектов при известных режимах работы предложены конструктивные варианты портативных автономных микропроцессорных приборов.

В них режимы работы устанавливаются на заранее заданные уровни для определенной конструкции электродной системы. Обеспечение режимов работы, получение, преобразование и представление информации осуществляет ДП. Отличительной особенностью этих приборов является простота конструкции и использования. В основном они предназначены для оценки динамики воспалительных процессов.

Для исследовательских целей и оценки состояния биологических тканей разработаны джоульметрические измерительные комплексы на базе ПЭВМ. Управление работой данной системы осуществляется с помощью специального программного обеспечения, состоящего из следующих функциональных модулей:

– модуля взаимодействия с ДП, который предназначен для обмена информацией между ДП и специализированным программным обеспечением по шине USB;

– модуля конфигурирования, предназначенного для выбора режима измерений, типа используемых датчиков, передачи управляющей информации на ДП, запуска и остановки процесса измерений;

– модуля отображения информации, осуществляющего функции визуализации результатов измерений в виде гистограмм значений работ и графиков измерений;

– модуля анализа информации и принятия решений, осуществляющего обработку при помощи специализированных алгоритмов поступающей от измерительного комплекса информации и принятие решения о состоянии исследуемого объекта;

– модуля управления базой данных, осуществляющего функции работы с базой данных: чтение, запись в базу данных, поиск по базе и т.д.;

– базы данных, содержащей информацию о пациентах и результатах измерений.

Применение данной архитектуры позволило решить задачу обработки, анализа информации и принятия решений с использованием специализированного программного обеспечения, работающего на ПЭВМ. ДП выполняет функции проведения измерений, хранения результатов последнего измерения и передачи результатов измерений на ПЭВМ.

Отработка программного обеспечения джоульметрического комплекса осуществлена в системе визуального моделирования SIMULINK пакета MATLAB с применением технологий системного моделирования.

Библиотечные функции MATLAB используются в качестве субблоков, на базе которых собраны отдельные функциональные блоки. Библиотечные функции составлены из специальных подпрограмм, реализующих необходимые алгоритмы обработки данных и представления результатов. Блок распознавания реализован на базе нейросетевого классификатора. При его настройке учитывались: четыре типа архитектуры нейросети, функции обучения и параметры обучения. Для обучения сети использовались данные, характеризующие биологические объекты с ярко выраженными признаками «нормы» и «патологии».

Отработка программы для джоульметрического декомпозиционного метода производилась в среде графического программирования LabView.

С использованием разработанных джоульметрических приборов и систем проведены экспериментальные исследования биомедицинских объектов.

Исследования тканей онкологически пораженных органов проводились в ГБУЗ «Областной онкологический диспансер» (г. Пенза). Исследовались ткани различных органов с ярко выраженными границами новообразования, удаленные в процессе проведения хирургических операций.

В результате проведенных исследований тканей удаленных органов у нескольких больных было установлено, что значения работы тока в пораженных участках существенно больше значений работ тока на здоровых участках и резко уменьшаются при движении датчика от здоровой ткани к пораженной. Так, при исследовании пораженных тканей на предмет обнаружения границ резекции применение разработанных алгоритмов робастного управления позволило получить до 16 уровней тока в диапазоне 5…190 мкА. Экспериментально установлено, что при классификации тканей почки в состоянии «нормы» и «патологии», а также для определения границ поражения органа достаточно 8 уровней тока, а для тканей желудка – 10 уровней. Вероятность правильной классификации при этом составляет 95 %.

Исследования биологических жидкостей проводились в оториноларингологическом отделении ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко». Исследовались жидкости, взятые у больных гнойным гайморитом, на протяжении периода лечения. Для исследований использовался четырехэлектродный датчик проточного типа.

В результате исследований было установлено, что при прогрессировании воспалительного процесса в околоносовых пазухах значения работы тока увеличиваются, а по мере снижения воспалительного процесса значения работы тока уменьшаются. Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том, что с помощью комбинированного джоульметрического метода можно осуществлять контроль за протеканием воспалительного процесса у больных гнойным гайморитом и по оценкам джоульметрических параметров судить о его активности. Экспериментально установлено, что при классификации активности воспалительного процесса достаточно четырех уровней тока в диапазоне 5…180 мкА. Вероятность правильной классификации активности воспалительного процесса при этом составляет 95 %.

Исследования костной ткани проводились в ГБОУ ДПО «Пензенский институт усовершенствования врачей» Минздравсоцразвития России.

Данные были получены в результате исследования пациентов с переломом нижних конечностей.

В результате исследований костной ткани у больных с переломами нижних конечностей и с необходимостью удлинения конечностей было установлено, что по мере преобразования костного регенерата в костную ткань значения работы тока уменьшаются и постепенно становятся постоянными, приближаются к значениям работы, измеренным в нормальной кости. Экспериментально установлено, что при классификации состояния костного регенерата достаточно четырех уровней тока в диапазоне 5…150 мкА. Вероятность правильной классификации состояния костной ткани при этом составляет 97 %.

Исследования полипов проводились в оториноларингологическом отделении ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко». Цель исследований заключалась в возможности определения четырех основных гистологических вариантов типов полипов полости носа неинвазивным джоульметрическим методом. В результате исследований экспериментально установлено, что для их классификации достаточно восьми уровней тока в диапазоне 10–120 мкА. Вероятность правильной классификации типа полипа составляет 81 %.

На базе ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко» проведено обследование тканей поджелудочной железы при панкреанекрозе джоульметрическим методом. Цель исследований заключалась в создании системы распознавания трех стадий воспалительного процесса: малоизмененная поджелудочная железа, нечетко дифференцированные изменения в ткани поджелудочной железы и выраженные некротические изменения поджелудочной железы. Параллельно проводились морфологические исследования. Экспериментально установлено, что чем выраженнее некротические изменения в ткани поджелудочной железы, тем выше значения работы тока. В 32 случаях (46,4 %) джоульметрические параметры более чем на сутки опережают появление негативной динамики со стороны маркеров воспаления. Для определения выраженных некротических изменений с вероятностью 85 % необходимо восемь уровней тока в диапазоне 5…210 мкА.

На базе ГБУЗ «Пензенская областная клиническая больница имени Н. Н. Бурденко» проведены исследования стадий воспаления эмпиемы плевры. Цель исследований заключалась в создании джоульметрической системы распознавания фибринозной, фибринозно-гнойной и репаративной стадий плеврита. Установлено, что для этого достаточно четырех уровней тока в диапазоне 10…80 мкА. Вероятность правильной классификации составляет 78 %.

Совместно с НИИ фундаментальной и клинической уронефрологии ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет имени В. И. Разумовского» Минздравсоцразвития России проведены исследования мочекаменных конкрементов в растворе соляной кислоты с целью возможности применения джоульметрического метода для распознавания уратов, фосфатов и оксалатов. Установлено, что при классификации конкрементов достаточно четырех уровней тока в диапазоне 10…270 мкА.

Вероятность правильной классификации составляет 97 %.

В приложениях приведены таблицы данных, фотоиллюстрации и документы, подтверждающие внедрение результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Доказана принципиальная возможность, с позиции движения в поле заряженных частиц, джоульметрического принципа оценки состояния объектов, обладающих ионным типом проводимости. Обсуждены основные подходы к направленному изменению метрологических характеристик джоульметрического метода. Установлено, что работа тока, определяемая на основе оценки значений межэлектродных потенциалов и токов в динамике, является интегральным показателем, характеризующим состояние и активность электрохимических процессов объекта, заключенного в межэлектродном пространстве системы электродов.

2. Рассмотрены процессы, учитывающие потенциал поля носителей заряда, происходящие в электрохимической ячейке при протекании через нее электрического тока различной плотности. Моделирование показало возможность применения ступенчатой формы задания внешних воздействий с целью расширения признакового пространства на основе рассмотрения процессов на различных энергетических уровнях.

3. Разработан, теоретически обоснован и применен на практике новый декомпозиционный джоульметрический метод, основанный на использовании оценки четырех составляющих значения работы, затрачиваемой на перевод объекта исследования из одного состояния в другое. Информативными составляющими метода являются: работа тока, затрачиваемая на омическую составляющую электрохимической ячейки; работа тока, затрачиваемая на заряд двойного электрического слоя электрохимической ячейки; работа тока, затрачиваемая на электрохимические реакции; работа тока, затрачиваемая на омическую составляющую межэлектродного сопротивления. Показано, что работа тока, затрачиваемая на электрохимические реакции, является наиболее информативным признаком. Это значение целесообразно применять в автономных джоульметрических приборах с целью снижения их сложности.

4. Представлены способы реализации декомпозиционного джоульметрического метода в гальваническом и комбинированном режимах работы, позволяющие формировать признаковое пространство до 32 параметров. Главная особенность декомпозиционного метода заключается в последовательном вовлечении в электрохимический процесс различных групп ионов на разных энергетических уровнях. Это позволяет осуществлять процедуры создания образа исследуемого объекта и на их основе производить детектирование отдельных комплексов ионов.

5. Рассмотрены новые подходы к использованию систем электродов.

Предложены новые варианты алгоритмов формирования входных воздействий на биомедицинские объекты в гальваническом и потенциостатическом режимах. Их отличительная особенность заключается в реализации исследований в реальном масштабе времени. При этом исключаются процедуры предварительной настройки режимов работы джоульметрических систем, что способствует существенному сокращению времени подготовки и проведения исследований.

6. Разработаны конструкции систем электродов для декомпозиционных джоульметрических систем. Показана принципиальная возможность использования активного электрода в качестве основного чувствительного элемента для экспресс-оценки состояния биомедицинских объектов. Это существенно упрощает процедуры практического использования джоульметрических методов и расширяет функциональные возможности и область применения за счет реализации процедуры сканирования поверхности органов разноповерхностными электродами и возможности направленного изменения глубины исследования.

7. Представлена методика идентификации и формирования дополнительных признаков на основе полиномиальных коэффициентов линейных авторегрессионных моделей и модели пространства состояний, позволяющая увеличить количество информативных признаков от 8 до 32 при прогнозировании активности воспалительных процессов.

8. Разработаны алгоритм оптимизации структуры нейросетевого классификатора и алгоритм его обучения, на основе минимизации процента ошибок распознавания, для расширенного признакового пространства, описывающего состояние биомедицинских объектов, при оценке динамики воспалительных процессов, что позволяет достичь максимального качества обучения нейросетевого классификатора и снизить процент ошибок распознавания.

9. Впервые разработаны диагностические приборы и методики их применения в биомедицинской практике для решения задач оперативной оценки динамики гнойно-воспалительных процессов, протекающих во внутрибрюшной полости, околоносовых пазухах, при панкреонекрозе, оценки состояния костной ткани при переломах, для решения задач определения границ резекции в хирургии. Доказано, что джоульметрические приборы обеспечивают воспроизводимость результатов при экспресс-оценке стадии воспалительного процесса в тканях и жидкостях. Показано, что джоульметрические приборы, основанные на декомпозиционном методе, выгодно отличаются от предыдущих приборов и существенно упрощают процедуру оценки активности воспалительного процесса.

10. Представлены обобщенные результаты проведенных биомедицинских исследований, позволившие впервые установить полиномиальные зависимости, характеризующие динамику воспалительных процессов при абсцессах живота, риносинуите, панкреонекрозе, эмпиеме плевры. Установлена высокая корреляция результатов джоульметрических параметров с результатами морфологических исследований. Это позволяет осуществлять процедуры прогнозирования тяжести состояния пациентов, оперативно менять тактику терапии и принимать реабилитационные методы заблаговременно.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Геращенко, С. М. Джоульметрические медицинские приборы и системы / В. И. Волчихин, С. И. Геращенко, С. М. Геращенко // Избранные труды Российской школы по проблемам науки и технологий. – М. : РАН, 2008. – 131 с.

2. Геращенко, С. М. Методы обработки информации в джоульметрических системах экспресс-контроля состояния биологических объектов / С. М. Геращенко. – Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. – 130 с.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК 3. Геращенко, С. М. Джоульметрические информационноизмерительные системы контроля биологических объектов / С. М. Геращенко // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия «Технические науки». – 2005. – № 33. – С. 211–214.

4. Геращенко, С. М. Выбор оптимальной структуры нейросети для фильтрации сигнала в задаче джоульметрического метода оценки состояния биологических объектов / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, И. Ю. Мартынов // Известия Таганрогского государственного радиотехнического университета (ТРТУ). – 2006. – № 11(66). – С. 68–69.

5. Геращенко, С. М. Диагностика гайморитов прибором «ДИВО» / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, В. Т. Елистратов, Л. Г. Комарова, В. Н. Мишин, Н. Н. Янкина, И. Ю. Мартынов // Новые промышленные технологии. – 2006. – № 3. – С. 54–56.

6. Геращенко, С. М. Оптимизация выбора структуры нейросетевого классификатора с помощью метода рейтинговых оценок в джоульметрических системах распознавания состояния биологических объектов / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, В. Т. Елистратов и др. // Новые промышленные технологии. – 2006. – № 4. – С. 57–61.

7. Геращенко, С. М. Разработка новых медицинских приборов и систем для экспресс-диагностики состояния биологических объектов и реализации тканесохраняющих методик проведения операций / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, В. Т. Елистратов и др. // Новые промышленные технологии. – 2008. – № 5. – С. 15–18.

8. Геращенко, С. М. Оценка параметров линейных динамических моделей биологических тканей / С. М. Геращенко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2008. – № 3. – С. 63–70.

9. Геращенко, С. М. Оптимизация структуры нейросетевого классификатора, используемого при диагностике в оториноларингологии / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, Н. Н. Янкина, И. Ю. Мартынов, В. С. Абубекирова // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. – 2008. – № 3–4. – С. 53–57.

10. Геращенко, С. М. Комбинированный джоульметрический метод на базе робастных регуляторов / Н. О. Голотенков, С. М. Геращенко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2008. № 1. – С. 105–112.

11. Геращенко, С. М. Джоульметрический метод контроля объектов с ионной проводимостью // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2008. – № 2. – С. 106–114.

12. Геращенко, С. М. Использование нейросетевого классификатора для идентификации новообразований / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, Н. Н. Янкина, Ф. Ш. Енгалычев // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. – 2008. – № 9. – С. 77–79.

13. Геращенко, С. М. Джоульметрический декомпозиционный метод контроля состояний биологических объектов и его реализация / С. М. Геращенко, А. А. Митин, С. И. Геращенко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. – 2009. – № 4. – С. 93–100.

14. Геращенко, С. М. Вопросы моделирования электрохимических методов и средств контроля динамики воспалительных процессов / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, Е. В. Кучумов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2010. – № 3. – С. 165–172.

15. Геращенко, С. М. Построение замкнутой математической модели электрохимических методов и средств оценки состояния биологических объектов / С. М. Геращенко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2011. – № 2. – С. 90–97.

16. Геращенко, С. М. Исследование взаимосвязи джоульметрических параметров с воспалительными изменениями тканей пародонта / С. М. Геращенко, П. В. Иванов, Л. А. Зюлькина и др. // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6. – URL: www.science-education.ru/100дата обращения: 24.12.2011).

17. Пат. 2217049 Российская Федерация. Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса и устройство для его осуществления / Волчихин В. И., Енгалычев Ф. Ш., Геращенко С. М., Сергеев С. В., Янкина Н. Н., Голотенков Н. О. ; патентообладатель Пензенский государственный университет. – № 2002102164/14 ; заявл. 23.01.2002 ; опубл.

27.11.2003, Бюл. № 33.

18. Пат. 2218077 Российская Федерация. Устройство для прогнозирования динамики воспалительного процесса / Волчихин В. И., Геращенко С. И., Геращенко С. М., Енгалычев Ф. Ш., Чистова Ю. С., Иванов А. В. ; патентообладатель Пензенский государственный университет. – № 2002102163 ; заявл. 23.01.2002 ; опубл. 10.12.2003, Бюл. № 34.

19. Пат. 2224458 Российская Федерация. Способ прогнозирования динамики воспалительного процесса и устройство для его осуществления / Волчихин В. И., Енгалычев Ф. Ш., Геращенко С. И., Геращенко С. М., Киреев А. В., Голотенков Н. О. ; патентообладатель Пензенский государственный университет. – № 2002108201 ; заявл. 01.04.2002, опубл.

27.02.2004, Бюл. № 6.

20. Свидетельство на полезную модель РФ № 24088. Устройство для диагностики заболеваний и лечения слизистой оболочки придаточных пазух носа / Сергеев С. В., Геращенко С. М., Никольский В. И. ; патентообладатель Пензенский государственный университет. – № 2002104189/ ; заявл. 18.02.2002 ; опубл. 27.07.2002, Бюл. № 21.

21. Пат. 2264796 Российская Федерация. Устройство для контроля состояния дистракционного костного регенерата / Геращенко С. И., Кислов А. И., Геращенко С. М., Янкина Н. Н., Кибиткин А. С., Спиридонов В. А. ;

патентообладатель Пензенский государственный университет. – № 2003132627/14 ; заявл. 06.11.2003 ; опубл. 27.11.2005, Бюл. № 33.

22. Пат. 2338461 Российская Федерация. Устройство для диагностики состояния биологических объектов / Геращенко С. И., Геращенко С. М., Капустин К. А., Мартынов И. Ю. ; патентообладатель Геращенко С. И. – № 2006130943/14 ; заявл. 28.08.2006 ; опубл. 20.11.2008, Бюл. № 32.

23. Свидетельство на полезную модель РФ № 86431. Диагностический датчик / Геращенко С. И., Геращенко С. М., Калашникова С. Ю., Логинов С. Н., Сергацкий К. И., Юткина Е. Г. ; патентообладатель Геращенко С. И. – № 2009113522/22 ; заявл. 10.04.2009 ; опубл. 10.09.2009, Бюл. № 25.

24. Калашникова, С. Ю. Использование метода джоульметрии в диагностике различных форм полипозного риносинуита / С. Ю. Калашникова, С. В. Сергеев, С. М. Геращенко // Российская оториноларингология. – 2009. – № 5 (42). – С. 63–66.

25. Геращенко, С. М. Цифровая фильтрация при джоульметрическом контроле в медицине / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, Н. Н. Янкина, И. Ю. Мартынов, А. И. Кислов, А. С. Кибиткин // Мир измерений. – 2006. – № 12. – С. 102–105.

26. Геращенко, С. М. Многопараметрические джоульметрические системы контроля / С. М. Геращенко // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Серия «Медицинские науки». – 2002. – № 2. – С. 98–103.

27. Геращенко, С. М. Оценка состояния костного регенерата джоульметрическим методом / С. М. Геращенко, С. И. Геращенко, А. И. Кислов, Н. Н. Янкина, А. С. Кибиткин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. – 2007. – № 1. – С. 12–22.

28. Геращенко, С. М. Обеспечение электробезопасности джоульметрического медицинского аппаратно-программного комплекса / С. М. Геращенко, Д. А. Толмачев, Ф. Ш. Енгалычев, Н. Н. Янкина, Н. О. Голотенков, А. В. Иванов // Надежность и качество : труды Международного симпозиума (Россия, Пенза, 21–31 мая 2001 г.). – Пенза : Инф.изд. центр ПензГУ, 2001 – С. 411–413.

ГЕРАЩЕНКО Сергей Михайлович

ДЖОУЛЬМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ

БИОМЕДИЦИНСКИХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.17 – Приборы, системы и изделия Технический редактор А. Г. Темникова Компьютерная верстка А. Г. Темниковой Распоряжение № 12/2012 от 27.02.2012.

Подписано в печать 28.02.2012. Формат 60841/16.

Усл. печ. л. 1,86. Заказ № 34. Тираж 100.

Пенза, Красная, 40, Издательство ПГУ Тел./факс: (8412) 56-47-33; e-mail: [email protected]