CC BY
34
14. Смолин, Д.В. Введение в искусственный интеллект: конспект лекций/Д.В. Смолин - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 208 с.
Аннотации:
Статья посвящена анализу современных технологий вычислительного интеллекта и их методов. Обозначены и охарактеризованы основные компоненты вычислительного интеллекта, определены их взаимосвязи и направления дальнейшего развития.
Ключевые слова: генетический алгоритм, нейронная сеть, интеллектуальные системы, вычислительный интеллект, нечеткая логика.
The article is devoted to the analysis of modern technologies of computing intelligence and their methods. The main components of the computational intelligence have been identified and characterized, their interrelations and directions for further development have been determined.
Keywords: genetic algorithm, neural network, intelligent systems, computational intelligence, fuzzy logic.
УДК 004.67
НЕС ТРУГИНА ЕС., к.т.н. (ГОУ ВПО «ДонНУ»), ЧИЧИКАЛО НИ., д.т.н. НТУУ «КПИ им. И. Сикорского»), ЛАРИНА ЕЮ. к.т.н. НТУУ «КПИ им. И. Сикорского»)
Информационная технология сбора информации о состоянии опорно-двигательной системы человека в процессе реабилитации после травмы
Nestrugina E.S., Cand. Sci. (Tech.) (Donetsk National University),
Chichikalo N.I. Dr. Sci. (Tech.), (National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky
Kyiv Polytechnic Institute"), Larina E.U. Cand. Sci. (Tech.) (National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute")
Information technology for collecting information about the state of the human musculoskeletal system in the process of rehabilitation after trauma
Введение
Последствия травмы являются одной из причин функциональных нарушений опорно-двигательной системы человека. От 4% до 6% населения ежегодно получают повреждения опорно-двигательной системы. 16% инвалидности по данным ВОЗ является последствиями травмы. [1-4].
Оценка функционального
состояния опорно-двигательной
системы человека является сложной задачей. Диагностика нарушений двигательной функции и определение динамики её развития являются существенной проблемой медицинской реабилитации органов опоры и движения после травмы, что особенно актуально в настоящее время [1, 5-8].
Двигательная функция не может быть объективно оценена с помощью органов чувств, что не позволяет раскрыть картину имеющейся
двигательном патологии и определить возможности предлагаемых методов в её диагностике. Несмотря на активное развитие клинических биомеханических исследований, имеющиеся в
распоряжении врача клинические средства определения нарушений двигательных функций человека не позволяют получить точную
количественную и качественную информацию. Имеющиеся
современные технологии
восстановления или изменения двигательной функции не
соответствуют средствам диагностики ее изменений. В настоящее время среди существующих методов нет такого, который стал бы универсальным и широко применялся в клинической практике [1-4, 9-11].
В современной жизни стало незаменимым применение
информационных технологий. Для ускорения решения исследовательских и проектных задач в различных отраслях науки и техники используют пакеты прикладных программ. Одним из таких инженерных комплексов является мощный инструмент для моделирования ЬаЬУШ'^
представляющий собой среду графического программирования,
ориентированную на лабораторные исследования, измерения и сбор данных, способных решать не только математические задачи, но и визуализировать сложнейшие
технологические процессы на экране. Компьютерное трёхмерное
моделирование, анимация позволяют человеку создавать приборы и системы со 100-процентной сходимостью с реальными устройствами. Для решения этих задач также необходимо наличие инженерных знаний и интуиции [1-5, 812].
В области исследования двигательных функций человека последние тридцать лет применяют новые
информационные технологии,
использующие достижения биомеханики, широкий спектр теоретических и прикладных наук. Неоспоримые успехи в развитии восстановительной медицины тесно связаны с внедрением в повседневную клиническую практику медицинской компьютерной техники с применением аппаратных методов коррекции движений и технических средств реабилитации [1, 8]. В этой области известны работы Волк М.И., Витензона A.C., Воронова А.В., Вороновича И.Р., Гриценко В.И., Семеновой К.А., Стегний А.Ф., Янсона Х.А. и других.
Высокий уровень травматизма, важность проведения диагностики состояния опорно-двигательной системы человека в процессе реабилитации, отсутствие унифицированной
объективной оценки изменений этого состояния, доказывает актуальность разработки метода автоматизированного сбора информации положении позвоночника и нижних конечностей человека.
Постановка задачи
Для повышения эффективности процесса реабилитации, учитывая актуальность разработки информационной технологии мониторинга и контроля на основе объективной оценки состояния позвоночника, динамики параметров движения пациентов при реабилитации после травмы, не вызывает сомнения целесообразность моделирования
информационной технологии
автоматизированного сбора, обработки и передачи информации о положении позвоночника и нижних конечностей человека путем виртуального проектирования в пакете LabVIEW с целью контроля состояния опорно-двигательной системы человека.
Основная часть
Разработка концепции
моделирования и идентификации состояния опорно-двигательной
системы человека произведена с использованием автоматизированной системы научных исследований. Предлагаемый метод [1] основан на исследовании функционального
состояния опорно-двигательной
системы на основании изменений формы позвоночника, в том числе отклонений физиологических изгибов от первоначального положения, когда ось позвоночника расположена перпендикулярно к поверхности земли.
Для контроля состояния опорно-двигательной системы человека необходимо собрать достаточное количество данных о состоянии позвоночника и нижних конечностей в пространстве в реальном времени. От правильности установки
интеллектуальных устройств на 95% зависит работоспособность
измерительных технических средств. Конкретные точки крепления устройств определяет врач, выполняющий исследования [1, 8].
Смоделируем информационную технологию сбора информации о состоянии опорно-двигательной
системы человека. Для оценки состояния позвоночника человека предлагается на позвоночнике установить семь устройств
местоположения: первое - на уровне пятого шейного сегмента ^5), второе -на уровне седьмого шейного сегмента ^7), третье- на уровне третьего грудного сегмента (Ш3), четвертое - на
уровне одиннадцатого грудного сегмента (А 11), пятое- на уровне второго поясничного сегмента (Ь2), шестое- на уровне пятого поясничного сегмента (Ь5), седьмое - на уровне второго-третьего крестцового позвонка (рис. 1).
Это достаточное количество устройств местоположения, по которым можно контролировать возможные индивидуальные изменения формы позвоночника. С помощью этих устройств определяют положение позвоночника относительно осей х, у, z, чем обеспечивают контроль отклонений позвоночника от вертикального положения. Таким образом, получают фиксированные по времени положения контролируемых точек позвоночника [1, 9-11].
В трехкоординатной системе информативными параметрами
информационной технологии опорно-двигательной системы человека должны быть контрольные сегменты
позвоночника и расстояния в контрольных точках. Для каждого конкретного случая определяются от исходной точки до условно максимального значения пределы S-образной изогнутости. Кроме этого, все измерительные элементы снабжаются передающими устройствами, которые передают информацию расположенным извне приемникам об изменении положения устройств местоположения относительно осей х, у, z. а затем в вычислительное устройство. Таким образом, обеспечивается визуализация для анализа и принятия решений [1, 811].
Рис. 1. Расположение семи устройств местоположения на позвоночнике человека
Основой для принятия решения о возможности дальнейших лечебных мероприятий являются результаты контроля и оценки текущего состояния позвонков В реальности конкретное воплощение решаемой задачи является сугубо индивидуальным. Если информация получена своевременно, то она может быть учтена, а возможные негативные последствия сведены к минимуму [1].
При проектировании необходимо разработать систему контроля состояния позвоночника, позволяющую отслеживать его отклонения в реальном времени. В качестве предварительной разработки информационной
технологии для контроля отклонений формы позвоночника человека относительно вертикальной оси используются технологии виртуального проектирования [1, 9].
С помощью устройств
местоположения определяют
координаты в трехмерном пространстве относительно некоторой системы отсчета. С устройств снимается информация, представляющая собой
численные значения координат. Затем эти данные поступают в систему обработки по трем подканалам, каждый из которых представляет собой массив одноименных координат устройств. Следовательно, для трехмерного пространства имеются три независимых подканала. Подканалы группируются попарно, образуя проекции трехмерного расположения объекта на
горизонтальную, фронтальную и профильную плоскости соответственно [1, 9 - 11].
На основе автоматизированной системы научных исследований -программного продукта LabVIEW, смоделирована структурная схема виртуальной системы контроля состояния позвоночника человека (рис. 2) [1, 9 - 11].
Результаты моделирования S-изогнутого состояния позвоночника человека (7 контролируемых сегментов) приведены на рис. 3 [1, 8].
В идеальном случае, для получения целостной картины возможна установка устройства местоположения на каждом сегменте
позвоночника.
Рис.2. Структурная схема виртуальной системы контроля состояния позвоночника
Рис. 3. Результаты моделирования состояния позвоночника человека
Можно проследить асимметрию любого участка опорно-двигательной системы человека, если установить восьмое и девятое устройства местоположения на каждой ноге на верхних концах бедренной кости, десятое и одиннадцатое - на каждой ноге на уровне колена, двенадцатое и
тринадцатое - на каждой ноге на уровне голеностопного сустава [1, 8, 11].
Результаты моделирования
состояния опорно-двигательной
системы человека показаны на рис 4, а система моделирования состояния опорно-двигательной системы человека приведена на рис. 5 [1, 9-11].
Рис. 4. Результаты моделирования состояния опорно-двигательной системы человека
Ко о рда н ата X1
Рис. 5. Структурная схема контроля состояния опорно-двигательной системы человека
Результаты исследования
выводятся на графики, которые обновляются в зависимости от входной информации, и служат основой для контроля возможных индивидуальных изменений формы позвоночника и опорно-двигательной системы человека в целом. Имея вариант исходного состояния позвоночника, после накопления различных вариантов состояний последовательностей
текущей информации, можно получить контурный график формы позвоночника в зависимости от уровня отклонений его от исходного состояния. В реальной системе текущая информация, поступающая от устройств
местоположения, подключенных через стандартный интерфейс к программе LabVIEW, будет пополняться с последующей обработкой и
аппроксимацией формы позвоночника [1, 9-12].
Выводы
1. Разработана структурная схема и виртуальная модель информационной технологии контроля состояния позвоночника и опорно-двигательной системы человека в реабилитационном периоде после травмы.
2. Предложен метод автоматизированного сбора, обработки и передачи информации.
3. Показано, что разработанная информационная технология определения состояния опорно-двигательной системы человека с целью принятия решений при проведении лечебно-методических мероприятий обеспечивает врача информацией, необходимой для определения текущих параметров движения составных частей опорно-двигательной системы человека; позволяет автоматизировать процесс
сбора информации, передачи, визуализации и обработки информации на ПЭВМ; отслеживать в реальном времени изменения состояния опорно-двигательной системы человека.
4. При использовании разработанной технологии выполнено моделирование позвоночника и нижних конечностей человека.
5. Показано, что моделирование, основанное на использовании разработанного метода считывания информации с информативных точек позвоночных сегментов, тазобедренных, коленных и голеностопных суставов, обеспечивает улучшение визуального восприятия, позволяет врачу судить о наличии асимметрии любого участка опорно-двигательной системы человека по отношению к опорным значениям.
6. Показана эффективность предложенного способа методами виртуального проектирования в инженерно-вычисли-тельном комплексе LabVIEW.
7. Предложен комплекс технических средств контроля состояния опорно-двигательной системы человека в процессе реабилитации после травмы для достижения целевой функции: автоматизации процесса сбора информации в реальном времени, передачи, обработки на ПЭВМ и визуализации для принятия решений.
8. Предложенная разработка может быть рекомендована медицинским учреждениям для целей определения эффективности лечебных мероприятий.
Список литературы:
1. Нестругина Е.С., Ларина Е.Ю., Чичикало Н.И. Информационная технология сбора информации о состоянии опорно-двигательной
системы человека / Е. С. Нестругина, Е.Ю.Ларина, Н. И. Чичикало // Вестник ДонНУ. Сер. А: Естественные науки. -2017. - № 1. - С. 70-77.
2. Скворцов Д. В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами: анализ походки, стабилометрия / Д. В. Скворцов. - М. : НМФ "МБН", 2007. -640 с.
3. Скворцов Д. В. Клинический анализ движений: Анализ походки / Д. В. Скворцов. - М. : НМФ "МБН", 2006.
- 344 с.
4. Батышева Т. Т. Современные технологии диагностики и реабилитации в неврологии и ортопедии. / Т. Т. Батышева, Д. В. Скворцов, А. И. Труханов. - М. : Медика, 2005. - 244 с.
5. Клинический анализ движений
- организационные, общие и методические аспекты / С. П. Миронов,
A. И. Романов, В. К. Решетняк, Д. В. Скворцов. // Кремлевская медицина. Клинический вестник. - М. : Медицина, 2009. - № 4. - С. 49-55.
6. Гладков А. В. Клиническая биомеханика в диагностике патологии позвоночника. Обзор литературных данных / А. В. Гладков, Е. А. Черепанов // Хирургия позвоночника. - 2004 -№1.- С.103-109.
7. Компьютерный видеоанализ движений в научных исследованиях и клинической практике / А. В Воронов.
B. И. Доценко, К. Е. Титаренко, Н. Ю. Титаренко // Социальная педиатрия. Сборник научных трудов. Вып. III. - К. : Медицина, 2011. - 122 с.
8. Кулагин Б.В. Актуальное моделирование, визуализация и анимация / Б.В. Кулагин. - СПб. : БХВ-Петербург, 2005 - 456 с.
9. Нестругина Е. С. Концепция определения состояния двигательных функций человека в процессе
реабилитации после травматизма / Е. С. Нестругина, Н. И. Чичикало // Искусственный интеллект. - 2011. - № 2. - С. 60 - 65.
10. Нестругина Е. С. Моделирование процесса отклонений формы объекта от вертикального положения путем виртуального проектирования / Е. С. Нестругина, Н. И. Чичикало // Сборник научных трудов Донецкого института железнодорожного транспорта. - 2011.
- Вип. 27.- С. 151-158.
11. Чичикало Н. И. Информационно-измерительная система контроля текущего состояния опорной структуры человека / Н. И. Чичикало, Е. С. Нестругина // Науковi пращ Донецького нащонального техшчного ушверситету. Серiя: "Обчислювальна техшка та автоматизащя". - 2012. -Вип. 22 (200).- С.201-207.
12. Нестругина Е. С. Методика моделирования походки человека / Науковi пращ Донецького нащонального техшчного ушверситету. Серiя: "Обчислювальна техшка та автоматизащя". - 2013. - Вып. №1 (24).
- С.269 - 274.
Аннотации:
В статье предложено использование информационной технологии сбора
информации о положении позвоночника и нижних конечностей человека путем виртуального проектирования в пакете LabV^EW с целью контроля состояния опорно -двигательной системы человека. Предложен метод автоматизированного сбора, обработки и передачи информации. Показано, что разработанная информационная технология позволяет в реальном времени определять текущие параметры движения составных частей, состояние опорно-двигательной системы человека с целью принятия решений при проведении лечебно-методических мероприятий.
Ключевые слова: информационная технология; сбор, обработка информации;
передача данных; автоматизированный контроль.
The article proposes the use of information technology of collecting information about the position of the human spine and lower by virtual designing in the LabVIEW package for the purpose of monitoring the human musculoskeletal system condition. A method for automated collection, processing and transmission of information is
proposed. It is shown, that the developed information technology allows to determine in the real-time the current parameters of the components' movement, the human musculoskeletal system condition for the purpose of decision-making whilecarrying out medical and methodological events.
Keywords: information
technology; information collection and analysis; data transfer; automated control.
УДК 004.62
ДАНИЛОВ В.В., проректор по научной и инновационной деятельности (ГОУ ВПО
«Донецкий национальный университет») ТРЕТЬЯКОВ И.А., ассистент кафедры радиофизики и инфокоммуникационных
технологий (ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет») ШАЛАЕВ А.В., аспирант кафедры радиофизики и инфокоммуникационных технологий
(ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет») РУШЕЧНИКОВ Я.И., аспирант кафедры радиофизики и инфокоммуникационных
технологий (ГОУ ВПО «Донецкий национальный университет»)
Алгоритмы идентификации переходных участков экспериментальных кривых с применением аппроксимации
Danilov V.V, Vice-Rector of Research and Innovation Activity (DonNU) Tretyakov I.A, Assistant Lecturer at Department of Radiophysics and Infocommunication Technologies (DonNU)
Shalaev A.V, Postgraduate student at Department of Radiophysics and Infocommunication Technologies (DonNU)
Rushechnicov Y.I, Postgraduate student at Department of Radiophysics and
Infocommunication Technologies (DonNU)
Algorithms of identification of transitive sites of experimental curves using approximation
Введение
Анализ массивов
экспериментальных данных составляет значительную часть различных научных исследований. Во-первых, массивы экспериментальных данных не содержат в явном виде информации о
свойствах исследуемого процесса, а наиболее существенные свойства и характеристики исследуемого процесса оказываются недоступными для непосредственного измерения. Во-вторых, возникает вопрос «Какие именно данные являются полезной информацией в огромном массиве
