CC BY
17
УДК 616-009.1
ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ СБОРА И ОБРАБОТКИ СТАБИЛОМЕТРИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ В КЛИНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Винарская Е.Н., Суслов В.Н., Фирсов Г.И.
Московский городской педагогический университет Институт машиноведения им. А.А.Благонравова РАН
SELECTION OF THE PARAMETERS OF COLLECTION AND PROCESSING OF STABILOMETRICAL INFORMATION UNDER THE
CLINICAL CONDITIONS
Vinarskaya Ye.N., Suslov V.N., Firsov G.I.
The Moscow Urban Pedagogical University Institute of the Engineering Science RAS
Аннотация
Рассматриваются основные требования к числу разрядов аналого-цифрового преобразования и длине записи при стабиломет-рическом исследовании в неврологической клинике.
Ключевые слова: стабилометрия, аналого-цифровое преобразование, число разрядов, динамический диапазон
Abstract
Are examined basic requirements for the numerical length of analog-digital conversion and the length of record during a stabilometrical study in the neurologic clinic.
Keywords: stabilometry, analog-digital conversion, numerical length, the dinamical range.
Применение компьютеров для анализа исходных данных, получаемых при стаби-лографическом исследовании, требует представления сигнала в цифровой форме. Выбор параметров цифровой обработки сигналов до настоящего времени представляется достаточно сложной задачей, успешное решение которой зависит от квалификации и субъективных представлений исследователя. Аналого-цифровое преобразование точных значений аналогового (непрерывного) сигнала в приближенные (дискретные) значения, привязанные к определенному моменту времени, заключается в выполнении двух операций: квантование по уровню и дискретизация по времени. Числа уровней квантования и дискретных отсчетов в единицу времени определяют точность приближения дискретных отсчетов к исходному непрерывному сиг-
налу. В работе [1] рекомендуется использовать для этой цели 12-разрядный АЦП. Выполненные нами исследования квантования по уровню при аналого-цифровом преобразовании с точки зрения получения результатов последующей спектральной обработки с учетом допустимой относительной ошибки определения спектральной плотности, дисперсии инструментального шума и информативного сигнала показал, что для случаев стабилографических исследований в неврологической клинике АЦП необходимо иметь не менее 16 разрядов. Действительно, обозначим величину допустимой относительной ошибки определения спектральной плотности через е2 =
I - соответственно дисперсия
инструментального шума и информативного сигнала. Тогда с учетом известной формулы для дисперсии шума квантования
4 где о}
BISSA 2017 Vol. 6 № 1
ORIGINAL ARTICLES
43. OOn
28.00
13.00
-2. 00
-17.
00
l.SS
3. 13
H. S3
S. 2S
7.81
3.33
a)
10. S4
бб.ООп
46.50"
27.00-
7.50-
-12.
°a
00
1.56
3.13
4.69
6.25
7.81
9.33
6)
10.94 Frequency
Рис. 1
= Дх2/12 получаем выражение для дисперсии минимально допустимого по уровню сигнала = Дх2/12е2 что соответствует величине минимальной амплитуды гармонического сигнала х......=
2<т,2 « 0.41Дх/е Подставляя полученное
выражение для величины минимального гармонического сигнала и выражение для динамического диапазона сигнала в децибелах, ПОЛучаеМ С учетом ТОГО, ЧТО Хтах/Хтт » 1 приближенное выражение I « 0.171 -3.321де - 1.36, где /- число двоичных разрядов, биты; /_ - динамический диапазон сигнала, дБ; 6 - допустимая относительная ошибка оценки минимального по уровню сигнала.
Таким образом, число двоичных разрядов шкалы квантования при аналого-цифровом преобразовании зависит от величин динамического диапазона и ошибки оценки минимального уровня сигнала. При этом амплитуда минимального непрерывного
сигнала должна быть, например, при е = 10%, больше, чем 4,1 единицы шкалы квантования.
Рассмотрим спектральные оценки ста-билографических сигналов, представленные на рис. 1. На рис. 1, а показан спектр колебаний в сагиттальной плоскости практически здоровой 24-летней женщины. Очевидно, что динамический диапазон оценки спектра в рабочем диапазоне частот составляет примерно 60 дБ, т,е. в данном случае при 10%-ной ошибке достаточно 12 разрядного АЦП. В случае более жестких требований к точности получаемых спектральных оценок (до 5%) следует использовать, как минимум, 13-разрядный АЦП. Такие требования к преобразователю характерны для стабилографов, используемых в задачах спортивной медицины, предрейсового контроля водителей, профотбора и профориентации. При анализе стабилограмм неврологических больных, у которых область движений несколько больше (рис 1, б - случай мультисистемной атрофии мозга в
Bulletin of the International Scientific Surgical Association
11
оливопонтоцеребеллярной форме) требования к АЦП по динамическому диапазону возрастают и составляют около 80 дБ, что предопределяет использование 16-битного АЦП. Отметим, что результаты работ, проведенных в ОКБ «Ритм» [2], также привели разработчиков стабилоанализаторов серии «Стабилан» к использованию 16-разрядных АЦП.
Еще один важный вопрос связан с длительностью стабилографического исследования. Так, создатели программного пакета «Клинический анализ движений» [3] заложили по умолчанию время регистрации равное 50 с, в методике [4] рекомендуется 20-секундное обследование, французские исследователи остановились на 51,2 секундах. В работе [5] принята 30-секундная регистрация стабилограмм. Подобные длительности экспериментов позволяют использовать визуальные и статистические методы обработки стабилограмм, но проведение спектрального анализа с помощью
алгоритмов БПФ предъявляет достаточно высокие требования к длительности экспериментальных записей. В частности, с учетом требований по точности и разрешения по частоте спектрального анализа требуется не менее 4096 значений временного ряда, что при частоте дискретизации 25 Гц приводит более чем 160-секундной записи. В целом ряде случаев, особенно при экспериментах при закрытых глазах, больные просто физически не могут выдержать подобной длительности стояния. Поэтому актуальным представляется переход к так называемым параметрическим методам спектрального анализа, характерными свойствами которых являются возможность работы с достаточно короткими реализациями, гибкость и относительная простота вычислительных процедур.
Список литературы
1. Гаже П.-М.,Вебер Б. Постурология. Регуляция и нарушения равновесия тела человека- СПб.: Издательский дом СПб-МАПО, 2008.-316 с.
2. Слива С.С., Кондратьев И.В., Кривец Д.В. Концепция построения компьютерных стабилоанализаторов типа КСК-4 // Известия ТРТУ. Медицинские информационные системы. Таганрог: ТРТУ, 2000, № 4 (18). - Стр. 106-111.
3. Скворцов Д.В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами: анализ походки, стабилометрия. -М.: Т.М. Андреева, 2007. - 640 с.
4. Тренировка функции равновесия методом биоуправления по стабилограмме у больных с постинсультными гемипаре-зами. Методические рекомендации для специалистов в области двигательной реабилитации / Устинова К.И., Черникова Л.А., Слива С.С., Переяслов Г.А. - М.: НИИ неврологии РАМН, 2000. - 20 с.
5. Лучихин Л.А. Показатель функциональной стабильности системы равновесия как один из критериев донозологической диагностики // Вестник оториноларингологии. - 1987. -Ы 5 - С. 39 - 44.
Поступила в редакцию 14.02.2017
Сведения об авторах:
Винарская Елена Николаевна - Московский городской педагогический университет (МГПУ), докт.мед.наук, профессор
Суслов Владимир Николаевич - Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, научный сотрудник
Фирсов Георгий Игоревич - Институт машиноведения им. A.A. Благонравова РАН, старший научный сотрудник, e-mail: firsovgi@mail.ru
