CC BY
17
сящиеся к одному и тому же классу на различных изображениях, имеют различную цветовую окраску. Во многих случаях сложности при сегментации изображения обусловлены тем, что объемные изображения с явно выраженными сегментами проецируются на двумерную плоскость. Проекции сегментов накладываются друг на друга, при этом образуются псевдосегменты, или искаженные сегменты, что приводит к снижению ценности априорных данных.
Для сегментации сложно структурируемых изображений разработано специальное программное обеспечение, функциональная особенность которого заключается в последовательном включении каждого модуля в технологический процесс анализа изображения. Модуль программного обеспечения сегментации состоит из двух программных блоков: 1) блока нейросетевой классификации пикселей изображения; 2) блока морфологического анализа сегментов изображения.
Программное обеспечение блока нейросетевой классификации пикселей изображения в процессе обучения осуществляет формирование моделей нейронных сетей для сегментации изображений. Основными технологическими операциями при этом являются: выбор размера маски (окна); выбор цветового канала (Л, О или В); формирование обучающей выборки; настройка параметров нейронной сети; обучение нейронной сети; сохранение модели нейронной сети в базе данных.
В процессе сегментации изображения программный модуль осуществляет выборку из базы моделей нейронных сетей модели, наиболее подходящей по цветовому окрасу к исследуемому изображению. Это
выполняется как в интерактивном, так и в автоматическом режимах.
После процедуры сегментации выбранного изображения выполняется препарирование сегментированного бинарного изображения посредством модуля морфологической обработки. В результате выполнения последовательности морфологических операторов получается бинарное изображение, которое необходимо для работы программного модуля классификации.
Предложенное программное обеспечение позволяет реализовать процессы сегментации и классификации сложно структурированных изображений на основе полного технологического цикла синтеза многоуровневых моделей нейронных сетей. Включает процессы формирования обучающих выборок, вычисления параметров нейронных сетей и определение диагностической эффективности полученных решающих модулей. Программное обеспечение прошло апробацию в задачах определения межклеточных соотношений по изображениям мазков периферической крови.
Практически все предлагаемые способы и алгоритмы прошли апробацию в клинической практике и (или) были промоделированы в наиболее широко известных пакетах математической обработки данных МЛТЬЛВ 7.10 и МЛТНСЛБ 14.
Ежегодно, в мае, начиная с 1998 года, основные результаты работы ученых кафедры докладываются и обсуждаются на международной научно-технической конференции по проблемам медико-экологических информационных технологий, в работе которой мы предлагаем принять участие уважаемых читателей журнала.
С. П. Вихров, д-р физ.-мат. наук, В. Н. Локтюхин, д-р техн. наук,
Рязанский государственный радиотехнический университет
Состояние и перспективы развития медико-технического образования и науки на кафедре «Биомедицинская и полупроводниковая электроника» РГРТУ
Кафедра образована в 1952 году одновременно с основанием в г. Рязани радиотехнического института. С 1965 года она стала выпускающей и начала подготовку специалистов в области микроэлектроники. В 1993 году кафедра открыла новую специальность 200401 «Биотехнические и медицинские
аппараты и системы». Кафедра также участвует в подготовке бакалавров и магистров по направлению 201000 «Биотехнические системы и технологии».
Кадровый состав кафедры биомедицинской и полупроводниковой техники (БМПЭ): докторов наук — 7,
Заведующий кафедрой «Биомедицинская и полупроводниковая техника» РГРТУ профессор С. П. Вихров
кандидатов наук — 14, сотрудников без ученой степени — 4; аспирантов и докторантов — 13, сотрудников до 35 лет — 11. С 1988 года кафедру возглавил Сергей Павлович Вихров, доктор физико-математических наук, профессор, Заслуженный деятель науки Российской Федерации. По итогам рейтинга кафедр Рязанского государственного радиотехнического университета (РГРТУ) кафедра последние четыре года занимает первое место.
Подготовка специалистов по разработке и эксплуатации медицинской техники базируется на симбиозе наукоемких технологий в области как технических, так и живых систем, интегрированных в биотехнические комплексы с использованием современных компьютерных и телекоммуникационных средств, био- и нанотехнологий.
Весь процесс обучения и подготовки специалистов осуществляется кафедрой совместно с кафедрой «Информационно-измерительная и биомедицинская техника» (зав. кафедрой доктор технических наук, профессор В. И. Жулев) с учетом особенностей образовательного профиля университета и характера развития обслуживаемого региона, прежде всего Рязанской области. При этом нами оперативно выбирались те специализации подготовки будущих инженеров, которые позволяли наиболее эффективно внедрять в учебный процесс результаты проводимых на кафедре научных исследований, дополняющих содержание обучения, определенного ФГОС и требованиями производства. Так, подготовка инженеров по специальности 200401 «Биотехнические и медицинские аппараты и системы» велась по специализации «Датчики, методы и средства компьютерной обработки биосигналов».
Для поддержки данной специализации учебный план, начиная с 3-го курса обучения, содержит дисциплины, в том числе и специализации, условно распределенные по следующим циклам: 1. «Основы физических и химических процессов в биологических объектах и системах»; 2. «Аппаратные средства компьютерных биомедицинских систем»; 3. «Математическое и программное обеспечение биомедицинских систем»; 4. «Разработка, технология и эксплуатация медицинской техники».
Для обеспечения учебного процесса преподавателями кафедры подготовлено и издано с грифом
Минобразования РФ и УМО более 20 учебных пособий, в том числе:
— Вихров С. П., Холомина Т. А., Бегун П. И., Афонин П. Н. Биомедицинское материаловедение. М.: Горячая линия — Телеком, 2006. 384 с.
— Вихров С. П., Бигдай Е. В., Самойлов В. О., Чигирев Б. И. Сенсорные системы организма. Рязань, РГРТУ, 2005. 188 с.
— Вихров С. П., Холомина Т. А., Гривенная Н. В. Взаимодействие полей и излучений с биологическими объектами. Рязань, РГРТУ, 2005. 158 с.
— Локтюхин В. Н. Микропроцессоры и ЭВМ. В 4 кн. М.: Энергоатомиздат, 2000.
Предложенные преподавателями оригинальные методики преподавания представлены только за последние пять лет в трех статьях в журналах по перечню ВАК, а также в виде многочисленных докладов на Международных и Всероссийских научно-методических конференциях.
Подготовка кадров высшей квалификации для обеспечения учебно-образовательного процесса на кафедре осуществляется через аспирантуру и докторантуру, в основном, по специальностям «Приборы, системы и изделия медицинского назначения», «Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления» и др., с защитой выполненных исследований в диссертационном совете нашего университета. За последние пять лет защищено 10 диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Высокая профессиональная компетентность преподавателей подтверждается их многочисленными учебно-методическими и научными публикациями. Так, за последние пять лет ими опубликовано: 9 монографий, 43 учебно-методических издания, 194 статьи в отечественных и 28 статей в зарубежных журналах по направлениям исследований, 140 тезисов докладов на отечественных конференциях и семинарах.
Для реализации развития образовательного процесса приобретаются специальное медико-компьютерное оборудование, САПР и программное обеспече-
Студент 5-го курса А. Кирюхин презентует свой проект губернатору Рязанской области О. И. Ковалеву и ректору РГРТУ В. С. Гурову
биотехносфера
| № 2 (20)/2012
ние, поддерживающие процедуру проектирования и эксплуатации биотехнических систем медицинского назначения.
Проводится работа по обеспечению удаленного доступа студентов, исследователей, разработчиков к комплексу зондовых, атомно-силовых и электронных микроскопов для диагностики и комплексных испытаний нано- и биоматериалов.
За последние пять лет 37 научных работ студентов стали победителями 37 Всероссийских конкурсов; 178 студентов получили дипломы и грамоты за лучшие доклады на Международных и Всероссийских конференциях.
Научно-исследовательская деятельность кафедры осуществляется в рамках двух основных научных направлений:
1) медицинские измерительно-информационные системы с распределенной обработкой и преобразованием данных на основе нейробионических технологий;
2) самоорганизующиеся наноструктуры на основе упорядоченных и неупорядоченных полупроводников.
Научное направление, связанное с разработкой биомедицинского оборудования, возглавляют доктора наук В. Н. Локтюхин и А. А. Михеев.
В рамках исследований осуществляется разработка теоретических основ проектирования, принципов построения и методов анализа медицинских измерительно-информационных систем (ИИС) с обучением, распределенной обработкой и преобразованием видов данных. При этом решаются следующие научные и прикладные задачи:
— создание основ построения подсистем получения и первичного преобразования измерительных сигналов на основе нейросетевых технологий;
— разработка принципов формирования информативных признаков заболеваний, получаемых путем интегрального преобразования и обработки биосигналов и медицинских данных;
— проектирование нейронечетких систем поддержки принятия решений на основе информативных признаков заболеваний и функциональных нарушений деятельности организма человека;
— разработка аппаратно-программных средств беспроводного мониторинга и регистрации физиологических параметров человека с целью выявления его индивидуальных особенностей;
— приложение результатов нейробионической технологии построения медицинских ИИС для создания информационных систем нового поколения, в том числе нейрочипов-имплантантов, нейропро-цессоров ввода-вывода аналоговых сигналов, интеллектуальных датчиков и др.
Исследования проводятся в тесном контакте с учеными Рязанского государственного медицинского
Профессор кафедры БМПЭ А. А. Михеев проводит мастер-класс на международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Биомедсистемы-2009»
университета, разработчиками медицинской аппаратуры Елатомского приборного завода, врачами-специалистами медицинских учреждений г. Рязани и др.
По результатам исследований в указанных направлениях сотрудниками кафедры защищены 6 докторских и более 30 кандидатских диссертаций. Только за последние пять лет научный коллектив кафедры стал обладателем более 10 грантов Министерства образования и науки РФ, двух грантов Российского Фонда фундаментальных исследований в области фундаментальных научных исследований и др. Общий объем научных исследований за этот период составил около 70 млн руб.
Кафедра является одним из организаторов Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы», Всероссийской научно-технической конференции (НТК) студентов, аспирантов, Всероссийских школ-семинаров по направлениям «Наноматериалы» и «Диагностика наноматериалов и наноструктур».
Работы ведутся в тесном сотрудничестве с ведущими образовательными, научными и производственными центрами: ЛЭТИ, ФТИ им. Иоффе (Санкт-Петербург); МЭИ, МГУ, МИЭТ (Москва), Институт проблем управления РАН (Москва), Институт микроэлектроники РАН (Ярославль) и многими другими. Сфера сотрудничества непрерывно расширяется, в том числе и за пределы России и СНГ.
На базе кафедры действуют два научно-образовательных центра (НОЦ):
1) региональный Центр зондовой микроскопии коллективного пользования;
2) внутривузовский НОЦ.
Эти центры оснащены современным микроэлектронным оборудованием, что поддерживает эффективность проводимых исследований.
