Імітаційне моделювання добового пульсового сигналу для задачі верифікації алгоритмів роботи систем довготривалого моніторингу

Autor: M. O. Hvostivskyy, H. M. Oksukhivska, L. V. Hvostivska, H. M. Shadrina
Rok vydání: 2019
Předmět:
Zdroj: Visnyk NTUU KPI Seriia-Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia; 77; 66-73
Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування; 77; 66-73
Вестник НТУУ" КПИ ". Серия радиотехника Радиоаппаратостроение; 77; 66-73
ISSN: 2310-0389
2310-0397
DOI: 10.20535/radap.2019.77.66-73
Popis: The imitation model of the daily (24 hours) pulse signal is developed on the basis of its mathematical model in the form of the periodically elongated sums of two functions with normal distribution and exponential attenuation. Unlike existing models this one takes into account the randomness arising as a result of the internal and external noises influence, periodicity related to the nature of the pulse signal generation, changing of the oscillation phase as a result of the vessels stiffness changing, the amplitude of the direct and reflected waves of the human vessels blood flow and the day and night structure (i.e. changes in the human cardiovascular system and brain functioning during the day and night). The imitation model makes it possible, based on known medical parameters, to simulate the daily pulse signals of pathologies and norms for the task of the methods for such signals processing in the long-term monitoring systems verification. This is important in the timely diagnosis of the human vessels state for the correct diseases treatment and prevention. Based on the imitation model and the Matlab environment software the algorithms of the daily pulse signal processing and the corresponding graphical user interface are developed. The magnitudes of the pulse signals amplitude, durations, moments of the blood filling maximum time and a number of the other parameters which are characteristic of the pulse signal direct and reflected waves, as well as the number of the day and night stages and their time duration are the input data for such signals simulation. The testing procedure of the developed software for the daily pulse signals modeling is carried out. It is established that obtained simulated implementation of daily pulse signals provide a complete reproduction of the experimental signals form in time and amplitude parameters of the direct and reflected waves. This gives grounds to assert that the developed imitation model is suitable for using in the long-term monitoring systems.
Разработана имитационная модель суточного пульсового сигнала сосудов человека на основе его математической модели в виде периодически удлиненных сумм двух функций нормального распределения с экспоненциальным затуханием. В отличие от существующих моделей эта модель учитывает случайность, которая возникает в результате воздействия внутренних и внешних помех, периодичность связанную с природой порождение пульсового сигнала, изменение фазы колебания как результат изменения жесткости сосудов, амплитуды прямой и отраженной волн кровенаполнения сосудов человека и структуру суток (то есть изменение функционирования сердечно-сосудистой системы и мозга человека в течение суток). Имитационная модель позволяет по известным медицинским параметрам моделировать суточные пульсовые сигналы патологий и нормы для задачи верификации методов обработки таких сигналов в системах длительного мониторинга. Это является важным при своевременном диагностирования состояния сосудов человека для корректности лечения и профилактики заболеваний. На базе имитационной модели и программного обеспечения среды Matlab разработаны алгоритмы обработки суточного пульсового сигнала и соответствующее программное обеспечение с графическим интерфейсом пользователя. Входными данными для моделирования таких сигналов являются величины их амплитуд, длительностей, моментов времени максимального кровенаполнения и ряд других параметров характерных для прямой и отраженной волн пульсового сигнала, а также количество стадий суток и их временные продолжительности. Осуществлена процедура тестирования разработанного программного обеспечения для моделирования суточных пульсовых сигналов. Установлено, что полученные имитированы реализации суточных пульсовых сигналов обеспечивают полное воспроизведение формы экспериментальных сигналов с временными и амплитудными параметрами прямой и отраженной волн. Это дает основания утверждать, что разработанная имитационная модель пригодна для использования в системах длительного мониторинга.
Розроблено імітаційну модель добового пульсового сигналу людини на основі його математичної моделі у вигляді періодично подовжених сум двох функцій нормального розподілу із експоненціальним затуханням. На відміну від існуючих ця модель враховує випадковість, яка виникає в результаті впливу внутрішніх та зовнішніх завад, періодичність пов’язану з природою породження пульсового сигналу, зміну фази коливання як результат зміни жорсткості судин, величину амплітуд прямої та відбитої хвиль кровонаповнення судин людини й структуру доби (тобто зміну функціонування серцево-судинної системи та мозку людини впродовж доби). Імітаційна модель дає можливість за відомими медичними параметрами моделювати добові пульсові сигнали патологій і норми для задачі верифікації методів опрацювання таких сигналів у системах довготривалого моніторингу. Це є важливим при своєчасному діагностування стану судин людини задля коректності лікування та профілактики захворювань. На базі імітаційної моделі розроблено алгоритми опрацювання добового пульсового сигналу та відповідне програмне забезпечення із графічним інтерфейсом користувача у середовищі Matlab. Вхідними даними для моделювання таких сигналів є величини їх амплітуд, моментів часу максимального кровонаповнення та ряд інших параметрів, характерних для прямої та відбитої хвиль пульсового сигналу, а також кількість стадій доби та їх тривалості. Здійснено процедуру тестування розробленого програмного забезпечення для моделювання добових пульсових сигналів. Установлено, що отримані імітовані реалізації добових пульсових сигналів забезпечують повне відтворення форми експериментальних сигналів за часовими та амплітудними параметрами прямої та відбитої хвиль. Це дає підстави стверджувати, що розроблена імітаційна модель придатна для використання у системах довготривалого моніторингу.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: