Розвиток теорії і методів побудови засобів високоінформативної електроретинографії

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-прикладної проблеми − розвитку теорії і методів побудови засобів електроретинографії з підвищеним рівнем достовірності. За результатом аналізу теоретичних засад побудови та застосування відомих методів і засобів електроретинографії запропоновано і обгрунтовано концепцію наднизькї інтенсивності світлового подразнення сітківки ока та на її основі розвинено відповідні науково-прикладні засади математичного моделювання, відбору, оброблення та реєстрації електроретиносигналу (ЕРС) у рамках спектрально-кореляційної теорії сигналів. Уперше враховано циклічність і стохастичність ЕРС, побудовано оцінку його інформативності та адаптивний рекурсивний оптимальний фільтр для оцінювання електроретинограми (ЕРГ) при наднизькій інтенсивності світлового подразнення сітківки ока. Обгрунтовано методи означення нового класу ЕРГ та побудовано метод ухвалення рішення про віднесення ЕРГ до визначеного класу. Побудовано ознаки прототипу електроретинографічної експертної системи (ЕРГЕС) для автоматизованого оцінювання ЕРГ. Досягнено зменшення на два порядки інтенсивності подразнення сітківки ока. Знижено тривалість ЕРГ-дослідження (in vivo) у 7–10 разів. Зростання впливу рівня шуму зменшено адаптивним оптимальним обробленням ЕРС. Отримано ЕРГ з роздільною здатністю, яка забезпечує ефективне та достовірне ухвалення рішення про віднесення її визначеного класу та означення нового класу. Мінімізовано кількість евристично-пошукових процедур при автоматизованому режимі ухвалення відповідних рішень. Верифіковано апаратне, алгоритмічне та програмне забезпечення електроретинографічної системи і результати її застосувань. Результати дисертаційного дослідження знайшли застосування при побудові прототипу ЕРГЕС, що забезпечує оптимальне до специфічних умов їх використання під час оперативного (in vivo) виявлення шкідливого впливу на функціональний стан людини речовин, поширених у довкіллі, дозування фармацевтичних засобів, наркотичних і стимулюючих препаратів тощо.

Диссертация посвящена решению важной научно-прикладной проблемы – развитию теории и методов построения средств высокоинформативной електроретинографии с повышением уровня достоверности диагностики и оценивания нейротоксикации человека. По результатам анализа теоретических основ построения и применения известных методов и средств електроретинографии предложено и обосновано концепцию сверхнизкой интенсивности светового раздражения сетчатки глаза и на ее базе развито научно-прикладное основание математического моделирования, отбора, обработки и регистрации електроретиносигнала (ЭРС) в рамках спектрально-корреляционной теории сигналов. Для повышения информативности электроретинографии впервые обоснована необходимость применения методов адаптивного рекурсивного оптимального оценивания ЭРС, полученного при сверхнизкой интенсивности светового раздражения сетчатки глаза. Учетом цикличности динамики и стохастичности ЭРС достигнуто требуемое быстродействие построения электроретинограммы (ЭРГ), повышение разрешающейся способности и прогнозируемой достоверности её. Обоснованы методы расчета параметров ЭРГ для принятия решения об принадлежности построенной ЭРГ к определенному классу. Построен прототип електроретинографической экспертной системы (ЭРГЭС) и установлены признаки для оценки ЕРГ и выявления априорно неизвестных нейротоксикаций, а также верификации аппаратного, алгоритмического, программного обеспечения высокоинформативной електроретинографической системы (ЭРГС) и результатов ее применений. Достигнуто уменьшение сложности обработки ЭРС благодаря развитию математической модели и применения современных технических средств. При этом минимизировано количество эвристически поисковых процедур и автоматизировано процесс. Уменьшением на два порядка интенсивности светового возбуждения сетчатки глаза снижена продолжительность ЭРГ-исследования (in vivo) в 7–10 раз. При этом уменьшено влияние уровня шума за счет использования оптимальной обработки ЭРС, построена ЭРГ с высшей разрешающейся способностью, которая обеспечивает быстрое принятие решения в офтальмодиагностике и неинвазивное выявление нейротоксикации человека с высокой достоверностью. Результаты диссертационного исследования нашли применение при синтезе электроретинографических систем оптимальных к специфическим условиям их использования во время оперативного (in vivo) выявления вредного влияния веществ, распространенных в окружающей среде – например, оценке показателей функционального состояния организма при комплексном действии нейротоксикантов. Результаты исследования также подтвердили перспективность использования таких систем в офтальмодиагностике в начальной стадии заболеваний сетчатки глаза и зрительного анализатора с достаточно высоким уровнем достоверности и существенном сокращении продолжительности проведения процедури исследования. Кроме этого построение прототипа ЭРГЭС позволяет обеспечить оптимальное до специфических условий их использования во время оперативного (in vivo) виявлення влияния на показатели функционального состояния человека вредных веществ, которые находятся в окружающей среде, дозирования фармацевтических средств, наркотических и стимулирующихся препаратов.

The dissertation is devoted to solving of the important scientific and applied problem – the development of theory and methods of construction of elektroretinography means with sufficient certainty to a human neyrotoxcisity risk assessment. According to the analysis of the theoretical foundations of the construction and application of known elektroretinography methods and means put forward a new concept of ultra-low-intensity light stimulation of retina and the spectral correlation theory of signals base for mathematical modelling, selection, processing and recording of elektroretinosignals (ERS). As the first case are taking into account the cyclical dynamics and stochastics of ERS and grounded the necessity of application of the adaptive recursive optimal estimation of ERS when ultra-low-intensity light stimulation of retina is applied. With the sufficient speed of the electroretinogram (ERG) estimations its resolution and predicted reliability are reached. Substantiated methods of ERG classification and decision on membership of ERG to a class are considered. Are installed features of elektroretinography prototype expert system (ERGES) to assess risk neyrotokxicity apriori unknown factors and verification of hardware, algorithms and software elektroretinography system and results of its applications. Decreasing of the complexity of ERS processing through unification of the mathematical model of ultra-low-intensity retinography is achieved. At the same time minimize the number of heuristic search procedures and automote them. Decreasing to 100 times the intensity of stimulation reduced the duration of the retinal ERG-researches (in vivo) in the (7–10) times. Effect of increased noise levels while reducing the optimal treatment of ERS was obtained ERG with a resolution that provides reliable decision about the risk of intoxication. The results of the research have been used in the synthesis of ERGES is optimal for the specific conditions of their using – evaluating of the functional state of the organism under the early stages of influence of neurotoxicants: drags, narcotics, dopings and nanoparticles are spread in the environment.