тезисы - Саратовский государственный университет

ВОССТАНОВЛЕНИЕ СЛОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ УЧАСТКА ТЕЛА
ЧЕЛОВЕКА ПО СИГНАЛУ РАДИОВОЛНОВОГО АВТОДИНА С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
Усанов Д.А., Постельга А.Э., Дорошенко А.А.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Саратовский государственный университет
имени Н.Г. Чернышевского»
При измерении характеристик вибраций и перемещений оптическими и
радиоволновыми методами используется явление интерференции, возникающее
при сложении падающей и отраженной от объекта электромагнитных волн.
Такого рода системы могут быть использованы в медицине для мониторинга
состояния пациентов [1].
В работах [2, 3] исследовалась возможность контроля биометрических
параметров, характеризующих движения человека, связанные с дыханием и
сердцебиением, с помощью методов радиоволнового зондирования с
использованием радиоволнового интерферометра на базе автодинного СВЧгенератора на диоде Ганна и двойного волноводного тройника.
В настоящей работе предложено аппроксимировать искомую форму
движений тела человека сложной непериодической функцией, что открывает
возможности в определении аритмии и других отклонений в сердечной
деятельности.
Теоретическое обоснование методики измерений
Для восстановления формы сложного непериодического движения
отражателя использовалась методика, описанная в [4], которая ранее применялась
для восстановления движения отражателя в системе с оптическим автодином.
Данная методика основана на одновременном измерении интерференционного
сигнала и его производной.
Интерференционный сигнал имеет вид [3, 4]:
U (t )  cos(  (4 /  ) f (t )) ,
где t – время,  – начальная фаза сигнала,  – длина волны зондирующего
излучения, f (t ) – функция движения плечевой артерии.
Вводится функция S (t ) – такая, что её спектр с точностью до постоянного
множителя соответствует спектру функции движения плечевой артерии.
Для восстановления искомой формы движения было предложено
использовать прямое и обратное вейвлет-преобразование. Для использования
вейвлет преобразований в вышеописанной методике необходимо выбрать две
вейвлет-функции так, чтобы одна была производной другой.
Затем восстанавливается функция движения грудной клетки, вследствие
сердцебиения [5]:
 
f (t ) 
  (1 /
  
a )C a, b  1 ((t  b) / a )(dadb / a 2 ) .
2
Восстановление сложного движения тела человека с помощью вейвлет
– преобразования
Изменение положения грудной клетки, вследствие сердечных сокращений,
фиксировалось с помощью автодинного сигнала, возникающего в генераторе под
действием СВЧ-сигнала, отраженного от грудной клетки пациента.
В исследовании принимали участие более 30 испытуемых. Для
иллюстрации возможности наблюдения различий в получаемой данным методом
информации приведены результаты обработки фиксируемого сигнала для
испытуемых: со здоровым сердцем (испытуемый №1), перенесшего инфаркт
миокарда, после операции аортокоронарного шунтирования (испытуемый №2),
перенесшего инфаркт миокарда (испытуемый №3).
На рис. 1 представлена восстановленная форма движения грудной клетки
человека вследствие сердечных сокращений при задержанном дыхании.
(а)
(б)
(в)
Рисунок 1 - Восстановленная форма движения грудной клетки человека
(а) со здоровым сердцем
(б) перенесшего инфаркт миокарда, после операции аортокоронарного
шунтирования
(в) перенесшего инфаркт миокарда
3
Формы вышеназванных движений существенно отличаются для
испытуемого со здоровым сердцем и испытуемых, перенесших инфаркт
миокарда.
Сравнение
приведенных
зависимостей
дает
представление
об
эффективности вышеуказанной методики для определения формы сложного
непериодического движения грудной клетки человека вследствие сердцебиения.
Заключение
Таким образом, показана возможность восстановления формы сложного
непериодического движения человека, связанных с сердцебиением, с помощью
методов радиоволнового зондирования с использованием радиоволнового
интерферометра на базе автодинного СВЧ-генератора на диоде Ганна с
обработкой результатов измерений методом вейвлет-преобразований.
1.
2.
3.
4.
5.
Литература
Бугаев А.С., Васильев И.А, Ивашов С.И., и соавт. Дистанционный контроль
параметров
кардиореспираторной
системы
человека
с
помощью
радиолокационных
средств
//
Биомедицинские
технологии
и
радиоэлектроника. 2004. №10. С. 24–31. 1
Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., и соавт. Радиоволновая
интерферометрия движений тела человека, связанных с дыханием и
сердцебиением // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2005.
№11–12. С. 44–51. 2
Усанов Д. А., Скрипаль А. В., Гангнус С. В. Решение обратной задачи для
восстановления параметров сложного периодического движения в лазерной
гомодинной системе // Автометрия. – 2001. - № 1. – С. 117-122. 3
Усанов Д.А., Постельга А. Э. Восстановление сложного движения участка тела
человека по сигналу радиоволнового автодина. // Медицинская техника. 2011.
№1. С. 8–10. 4
Астафьева Н.М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения //
Успехи физических наук. 1998. Т. 166. № 11. С. 1145–1170.