1. ELARTU — Інституційний репозитарій ТНТУ імені Івана Пулюя
  2. Роботи студентів
  3. Магістр
  4. 163 — біомедична інженерія
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50583
Назва: Оцінювання психоемоційного стану людини за пульсовим сигналом
Інші назви: Evaluation of the Psychophysiological State of a Person Based on Pulse Signal Analysis
Автори: Лянгіфельд, Христина Олегівна
Lianhifeld, Khrystyna
Приналежність: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Ternopil Ivan Puluj National Technical University
Бібліографічний опис: Лянгіфельд Х.О. Оцінювання психоемоційного стану людини за пульсовим сигналом : робота на здобуття кваліфікаційного ступеня магістра : спец. 163 - біомедична інженерія / наук. кер. М. О. Хвостівський. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2025. 97 с.
Дата публікації: 19-гру-2025
Дата подання: 12-гру-2025
Дата внесення: 26-гру-2025
Видавництво: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Країна (код): UA
Місце видання, проведення: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, кафедра біотехнічних систем
Науковий керівник: Хвостівський, Микола Орестович
Khvostivskyi, Mykola
Члени комітету: Паляниця, Юрій Богданович
УДК: 004.414.2
004.93
616.12-008.3
519.23
Теми: 163
біомедична інженерія
пульсовий сигнал
фотоплетизмографія
психоемоційний стан
синфазний метод
кореляційні компоненти
ковзне вікно
алгоритм обробки сигналів
pulse signal
photoplethysmography
psychophysiological state
in-phase method
correlation components
sliding window
signal processing algorithm
Діапазон сторінок: 97
Короткий огляд (реферат): У кваліфікаційній роботі досліджено задачу об’єктивного оцінювання психоемоційного стану за пульсовим сигналом. Для підвищення достовірності запропоновано удосконалений алгоритмічно-програмний інструментарій обробки фотоплетизмографічних сигналів з урахуванням їх нестаціонарності та впливу зовнішніх чинників. Розроблено метод і алгоритм виділення інформативних ознак пульсового сигналу, чутливих до психоемоційного стресу. Підхід включає згладжування шумів, визначення меж пульсових циклів, аналіз часових параметрів та синфазну обробку у ковзному вікні для виявлення перехідних процесів. Алгоритм дозволяє виявляти маркери активації автономної нервової системи - зміни амплітудних і часових характеристик, варіабельності інтервалів, кореляційних та фазових компонент. Це забезпечує автоматизоване визначення стану спокою, стресу чи тривоги. Результати можуть бути застосовані у портативних діагностичних пристроях, системах стрес-моніторингу, медичних ІТ та біологічному зворотному зв’язку.
The qualification work investigates the task of objectively assessing the psychoemotional state based on the pulse signal. To improve accuracy, an advanced algorithmic and software toolkit for processing photoplethysmographic signals has been proposed, taking into account their non-stationarity and the influence of external factors. A method and algorithm for extracting informative features from the pulse signal, sensitive to psychoemotional stress, have been developed. The approach includes noise smoothing, determination of pulse cycle boundaries, analysis of temporal parameters, and in-phase processing in a sliding window to identify transient processes. The algorithm enables the detection of markers of autonomic nervous system activation - changes in amplitude and temporal characteristics, interval variability, and correlation and phase components. This ensures automated determination of states such as relaxation, stress, or anxiety. The results can be applied in portable diagnostic devices, stress-monitoring systems, medical IT, and biological feedback systems.
Опис: Кваліфікаційна робота виконана на кафедрі біотехнічних систем Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя. Захист відбудеться 22.12.2025 р. о 10.00 на засіданні ЕК № 26.
Зміст: ВСТУП……..8 РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ МЕТОДІВ ОЦІНЮВАННЯ……...11 1.1 Психоемоційний стан людини та фотоплитизмографія…11 1.2 Пульсовий сигнал як індикатор зміни психоемоційного стану..16 1.3 Аналіз існуючих методів оцінювання психоемоційного стану людини за пульсовим сигналом……19 1.4 Висновки до розділу 1………………….22 РОЗДІЛ 2. МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ, МЕТОД ТА АЛГОРИТМ ОЦІНЮВАННЯ ПСИХОЕМОЦІЙНОГО СТАНУ ЗА ПУЛЬСОВИМ СИГНАЛОМ……..24 2.1 Методика реєстрації пульсового сигналу з психоемоційними станами…………24 2.2 Структура пульсового сигналу під час психоемоційного навантаження………..27 2.3 Математична модель взаємозв’язку параметрів пульсового сигналу з психоемоційними станами…32 2.3.1 Аналіз часових змін пульсового сигналу…40 2.3.2 Виявлення перехідних процесів у пульсовому сигналі на основі теорії періодично корельованих випадкових процесів……41 2.4 Система збору та реєстрації пульсового сигналу….42 2.5 Метод виділення інформативних ознак з пульсових сигнаів з психоемоційними станами………...45 2.6 Критерій оцінювання кореляційних компонент як показників психоемоційного стану людини…....................48 2.7 Алгоритм виділення інформативних ознак з пульсових сигналів з психоемоційними станами……………50 2.8 Висновки до розділу 2……….56 РОЗДІЛ 3. ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА РЕЗУЛЬТАТИ ОЦІНЮВАННЯ ПСИХОЕМОЦІЙНОГО СТАНУ ЛЮДИНИ ЗА ПУЛЬСОВИМ СИГНАЛОМ..…58 3.1 Розробка імітаційної моделі пульсового сигналу при різних психоемоційних станах…………………. 58 3.1.1 Моделювання частоти серцевих скорочень……... 58 3.1.2 Моделювання амплітудної пульсової хвилі……….. 59 3.1.3 Формування форми пульсової хвилі…………………………………………….. 60 3.2 Реалізація програмного забезпечення для синфазної обробки імітованих пульсових сигналів в рамках ковзного вікна…………………………………………...63 3.3 Результати синфазного оцінювання психоемоційного стану людини за пульсовим сигналом………………………………………………………………………………….67 3.4 Висновки до розділу 3………………………………………………………………67 РОЗДІЛ 4. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ……………………………………………………………………………..70 4.1 Охорона праці………………………………………………………………………...72 4.2 Безпека в надзвичайних ситуаціях. Стійкість роботи цехів та лабораторії з виготовлення електронної медичної апаратури. Заходи захисту виробничого персоналу………………………………………………………………………………....74 4.3 Висновки до розділу 4………………………………………………………………..76 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ………………………………………………………...............78 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ………………………………………………………………......80 ДОДАТКИ………………………………………………………………………………..86 ДОДАТОК А. СКРИПТ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОДЕЛЮВАННЯ ПУЛЬСОВОГО СИГНАЛУ ПРИ ПСИХОЕМОЦІЙНОМУ НАВАНТАЖЕННІ…….87 ДОДАТОК Б. СКРИПТ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СИНФАЗНОЇ ВІКОННОЇ ОБРОБКИ ПУЛЬСОВОГО СИГНАЛУ ПРИ ПСИХОЕМОЦІЙНОМУ НАВАНТАЖЕННІ……………………………………………………………………….90 ДОДАТОК В. КОПІЯ ТЕЗИ КОНФЕРЕНЦІЇ…………………………………………..92
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/50583
Власник авторського права: © Лянгіфельд Христина Олегівна, 2025
Перелік літератури: 1. Стрембіцька О. І. Методи та засоби оцінки пульсового сигналу при психоемоційному стресі у стоматологічній практиці : дисертація на здобуття ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 «Біомедична інженерія». Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2021.
2. Moskalyets V., Moser M., Radapov I. Psycho-emotional state recognition using EEG-signal dynamics. Journal of Neuroscience & Behavioral Studies, 2018.
3. Allen J. Photoplethysmography and its application to the measurement of cardiovascular variables. Physiological Measurement. 2007. Vol. 28, No. 3. P. R1–R39.
4. Tamura T., Maeda Y., Sekine M., Yoshida M. Wearable photoplethysmographic sensors – past and present. Journal of Medical Systems. 2014. - Vol. 38, No. 4. - Article 45.
5. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Heart rate variability: Standards of measurement, physiological interpretation, and clinical use. Circulation. - 1996. - Vol. 93. - P. 1043–1065.
6. Selvaraj N., Jaryal A., Santhosh J., Anand S., Deepak K. S. Assessment of heart rate variability from PPG compared to ECG. Journal of Medical Engineering & Technology. 2008. Vol. 32, No. 6. P. 479–483.
7. Liang Y., Chen Z., Ward R., Elgendi M. Photoplethysmography and deep learning: trends and challenges. Biomedical Signal Processing and Control. 2020.Vol. 61. Article 102051.
8. Choi Y., Lee J. Pulse wave analysis techniques for arterial stiffness assessment. Current Hypertension Reviews. 2018. Vol. 14, No. 3. P. 213–221.
9. Yavorska Y., Strembitska O., Strembitskyi M., Hvostivska L. Evaluation of methods for determining abnormalities in cardiovascular system by pulse signal. Scientific Journal of Ternopil National Technical University. 2020. No. 4. P. 118–126.
10. Strembitska O. I., Yavorska Ye. B. Evaluation of methods for determining abnormalities in cardiovascular system by pulse signal under psychoemotional stress in dental practice. Scientific Journal of Ternopil National Technical University. 2020.
11. Яворська Є.Б., Стрембіцька О.І. Алгоритм опрацювання фотоплетизмографічного сигналу синфазним методом для визначення змін психоемоційного стану пацієнта у стоматології. ІІ Міжнародна науково-практична конференція «Інформаційні системи та технології в медицині» (IСM–2019): збірник наукових праць. Харків, 2019. С.118-119.
12. Yavorska Ye. B., Strembitska O. I. Computer simulation of photoplethysmographic signal under psychoemotional stress. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021.
13. Хвостівський М.О., Хвостівська Л.В. Синтез структури інформаційної системи реєстрації та обробки пульсового сигналу. Матеріали XVIII наукової конференції Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя «Природничі науки та інформаційні технології»: зб. тез доповідей (29-30 жовтня 2014 р.). Тернопіль, 2014. С. 105-106.14. Стручок В. С. Безпека в надзвичайних ситуаціях: методичний посібник. Тернопіль : ФОП Паляниця В. А., 2022. 156 с.
15. Хвостівський М.О., Хвостівська Л.В. Розвиток математичних моделей та методів аналізу пульсового сигналу для комп’ютерних систем діагностики стану судин людини. ІІ Міжнародна науково-практична конференція «Інформаційні системи та технології в медицині» (IСM–2019): зб. наук. пр. Харків: Нац. аерокосм. ун-т ім. М. Є. Жуковського «Харків. авіац. ін-т», 2019. С. 61-63.
16. Дунець В.Л., Хвостівський М.О., Сверстюк А.С., Хвостівська Л.В. Математичне та алгоритмічно-програмне забезпечення обладнання електрокадіосигналів при фізичному навантаженні у кардіодіагностичних системах: наукова монографія. Львів: Видавництво «Магнолія – 2006», 2022. 136 с.
17. Готь І. М., Винарчук-Патерега В. В., Ломницький І. Я. Методичні вказівки з клінічного обстеження хворих і написання історії хвороби з хірургічної стоматології. Львів, 2001.
18. Мордик М. Ю., Черкашин Р. Є. Особливості функціонального стану серцево-судинної системи під час розумової праці. Молодіжний науковий вісник. 2007 С. 47–50.
19. Хвостівська Л. Фазово-часова структура пульсової хвилі як показник стану ригідності судини людини. Матеріали ХІХ наукової конференції ТНТУ ім. Ів. Пулюя, (м.Тернопіль, 18-19 травня 2016 р.). Тернопіль, 2016. С. 126-127.20.Остафійчук Д. І., Караняга А. О., Полікарпова І. С. Клінічні методи дослідження серцево-судинної діяльності (огляд літератури). Клінічна та експериментальна патологія. 2020.№ 2(72).С. 85–90.
21. Kuhlmann T. P., Sistrom C. L., Chance J. F. Light reflection rheography as a noninvasive screening test for deep venous thrombosis. Annals of Emergency Medicine. 1992. Vol. 21, No. 5. P. 513–517.
22. Нікітчук Т. М. Порівняльний аналіз методів реєстрації пульсової хвилі. Вісник Хмельницького національного університету. 2013. № 1. С. 183–186.
23. Astley J. D., Gresswell B. Comparative sphygmography. The Veterinary Journal and Annals of Comparative Pathology. 1984. Vol. 18, No. 6. P. 410–413.
24. Кацитадзе І. Ю. Вплив різних шляхів контролю частоти серцевих скорочень : дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук. Київ : Національна бібліотека України імені В. І. Вернадського, 2016. – 133 с.
25. Nelson M., Covalciuc M., Stepanek J. Noninvasive measurement of central vascular pressures with arterial tonometry: clinical revival of the pulse pressure waveform? 2010. Vol. 85, No. 5. P. 72–460.
26. Мінцера О. П. Сучасні методи і засоби для визначення і діагностування емоційного стресу : монографія. Вінниця, 2010. 228 с.
27. Moraes J. L., Rocha M. X., Vasconcelos G. G., et al. Advances in photoplethysmography signal analysis for biomedical applications. Sensors.2018. Vol. 18, No. 6. 1894.
28. Павлов С. В., Кожем’яко В. П., Петрук В. Г., Колісник П. Ф., Марков С. М. Біомедичні оптико-електронні інформаційні системи і апарати. Частина 1 : Неінвазивні методи діагностики серцево-судинної системи. Вінниця, 2003. 115 с.
29. Vos H. J., Voorneveld J. D., Jebbink E. G., et al. Contrast-enhanced high-framerate ultrasound imagin. Ultrasound in Medicine & Biology. 2020. Vol. 46, No. 11. P. 2875– 2890.
30. УЗД (доплерографія) судин шиї та голови [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://sono-med.com/uk/uzd-doplerografiya-sudin-shiyi-ta-golovi/.
31. Krapohl D. J., Shaw P. K. Fundamentals of Polygraph Practice. 2015. 348 p.
32. Хвостівський М.О., Хвостівська Л.В. Синтез структури інформаційної системи реєстрації та обробки пульсового сигналу. Науковий вісник Чернівецького університету: збірник наук. праць. Чернівці, 2015. Фізика. Електроніка. Т. 4, Вип. 1. С. 83-89. ISSN 2227-8842
33. Хвостівська Л. В. Аналіз математичних моделей пульсового сигналу / Лілія Хвостівська. Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Фундаментальні та прикладні проблеми сучасних технологій», 19–21 травня 2015 року Т.: ТНТУ, 2015 С. 158-159. (Комп’ютерно-інформаційні технології та системи зв’язку).
34. Білинський Й. Й., Огородник К. В., Юкиш М. Й. Випадкові сигнали та їх характеристики
35. Hvostivska L., Oksukhivska H., Hvostivskyy M., Shadrina H. Імітаційне моделювання добового пульсового сигналу для задачі верифікації алгоритмів роботи систем довготривалого моніторингу, Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (77). 2019. pp 66-73. doi: 10.20535/RADAP.2019.77.66-73.
36. Драган Я. П., Чорна Л. Б., Яворський Б. І. Алгоритм варіаційного визначення періоду корельованості періодично корельованого випадкового процесу як моделі голосових звуків. Вісник Державного університету «Львівська політехніка». 1998. № 337. С. 166–169.
37. Драган Я. П. Енергетична теорія лінійних моделей стохастичних сигналів. Львів, 1997. - 361 с.
38. Драґан Я. П. Структура і представлення моделей стохостичних сигналів. Київ, 1980. - 384 с.
39. Злепко С. М., Павлов С. В., Коваль Л. Г. Основи біомедичного радіоелектронного апаратобудування : навчальний посібник. Вінниця, 2011. 133 с.
40. Zahedi E., Chellappan K., Ali M. A. M., Singh H. Analysis of the effect of ageing on rising edge characteristics of the photoplethysmogram using a modified Windkessel model. Cardiovascular Engineering. 2008. Vol. 7, No. 4. P. 172–181.
41. Гніліцький В. В., Мужицька Н. В. Уточнення гармонічної моделі пульсової хвилі для експрес-діагностики за пульсограмами. Вісник Житомирського державного технологічного університету. Технічні науки. 2010. № 4(55). С. 28–38.
42. Wu Hau-Tieng, Wu Han-Kuei, Wang Chun-Li, Yang Yueh-Lung, Wu WenHsiang, Tsai Tung-Hu, Chang Hen-Hong. Modeling the pulse signal by wave-shape function and analyzing by synchrosqueezing transform. PLoS ONE. 2016. - Vol. 11, No. 6. - e0157135.
43. ДСТУ ISO 22301:2019. Системи управління безперервністю бізнесу. Вимоги. - Київ : Державне підприємство «Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості», 2019. - 54 с.
44. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин : ДСанПіН 3.3.2.007-98 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0007282- 98.
45. Санітарні норми виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку : ДСН 3.3.6.037-99 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http://arm.te.ua/docs/DSN3.3.6.037-99.pdf.
46. Про затвердження Вимог щодо безпеки та захисту здоров’я працівників під час роботи з екранними пристроями : НПАОП 0.00-7.15-18 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/main/z0508-18.
47. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин : ДСанПіН 3.3.2.007-98 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/rada/show/v0007282- 98.
48. Liangifeld Kh. Assessment of the psycho-emotional state of a person based on pulse signal using the synphase method // Proceedings of the 2nd International Scientific and Practical Conference “Current Challenges in Scientific Research”. – Wroclaw, Poland, 2025. – P. 516–518. – https://doi.org/10.70286/EOSS-01.12.2025.
49. Khvostivskyi M., Kirash V., Khvostivska L., Karabinenko Yu. Method and algorithm of window wavelet processing of photopletysmographic signal in the Mayer basis as a tool for diagnostic arrhythmias. Collection of Scientific Papers with the Proceedings of the 3rd International Scientific and Practical Conference «Modern Problems of Science and Technology» (September 22-24, 2025, Tallinn, Estonia). European Open Science Space, 2025. p.142-147. DOI: 10.70286/eoss-22.09.2025.004. ISBN 979-8-89704-951-6.
50. Хвостівський М.О., Яворська Є.Б. Методичні рекомендації з оформлення кваліфікаційних робіт магістра за спеціальністю 163 Біомедична інженерія. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2020. 23 с. 20. Хвостівський М.О., Яворська Є.Б. Методичні рекомендації з оформлення кваліфікаційних робіт магістра за спеціальністю 163 Біомедична інженерія. Тернопіль: ТНТУ імені Івана Пулюя, 2023. 57 с.
Тип вмісту: Master Thesis
Розташовується у зібраннях:163 — біомедична інженерія

Файли цього матеріалу:
Файл Опис РозмірФормат 
dyplom_lianhifeld.pdf2,68 MBAdobe PDFПереглянути/відкрити
Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики


Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищені авторським правом, всі права збережені.

Інструменти адміністратора