1. ELARTU — Інституційний репозитарій ТНТУ імені Івана Пулюя
  2. Роботи студентів
  3. Бакалавр
  4. 163 — Біомедична інженерія (бакалаври)
Mesedez, erabili identifikatzaile hau item hau aipatzeko edo estekatzeko: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/52579
Titulua: Автоматизована система для моніторингу ментального стану людини
Beste titulu batzuk: Automated System for Monitoring Human Mental State
Egilea: Яворська, Соломія Олегівна
Yavorska, Solomiia
Affiliation: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Bibliographic reference (2015): Яворська С. О. Автоматизована система для моніторингу ментального стану людини : робота на здобуття кваліфікаційного ступеня бакалавра : спец. 163 - біомедична інженерія / наук. кер. О. В. Гевко. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2026. 110 с.
Gordailuaren-data: 22-Jun-2026
Date of entry: 23-Jun-2026
Argitalpen: Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя
Country (code): UA
Place of the edition/event: Тернопіль
Supervisor: Гевко, Олена Василівна
Hevko, Olena
UDC: 615.47
004.9
616-071
Gako-hitzak: біомедична інженерія
пульсовий сигнал
діагностичні ознаки
програмне забезпечення
математична модель
алгоритм обробки
методи обробки
комп’ютерна обробка
Matlab
Guide
biomedical engineering
pulse signal
diagnostic features
software
mathematical model
processing algorithm
processing methods
computer processing
Page range: 110
Laburpena: У рамках кваліфікаційної роботи всебічно досліджено пульсовий сигнал та способи його реєстрації. Обґрунтовано математичну модель сигналу, а також проаналізовано основні методи його обробки: кореляційний, спектральний, спектрально-кореляційний та статистичний. На базі цих методів розроблено алгоритми, які стали основою для створення в середовищі MATLAB автоматизованої системи моніторингу психоемоційного стану людини. Практичним результатом роботи є функціональний програмний засіб для комп'ютерної обробки пульсових сигналів. Для зручності взаємодії з ним, за допомогою утиліти GUIDE, розроблено графічний інтерфейс користувача. Він забезпечує автоматизацію процесу обробки даних та наочне відображення результатів оцінювання ментального стану. Крім того, у роботі наведено та проаналізовано результати практичного застосування реалізованих методів.
As part of the qualification work, the pulse signal and methods of its recording have been comprehensively investigated. The mathematical model of the signal has been substantiated, and the primary methods of its processing have been analyzed: correlation, spectral, spectral-correlation, and statistical. Based on these methods, algorithms have been developed, which served as the foundation for creating an automated system for monitoring human psycho-emotional states within the MATLAB environment. The practical outcome of this work is a functional software tool for the computer processing of pulse signals. To ensure user-friendly interaction, a graphical user interface (GUI) was developed using the GUIDE utility. It automates the data processing and visually displays the results of the mental state assessment. Additionally, the paper presents and analyzes the results of the practical application of the implemented methods.
Deskribapena: Кваліфікаційна робота виконана на кафедрі біотехнічних систем Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя. Захист відбудеться 23.06.2026 р. о 10.00 на засіданні ЕК № 25.
Content: ВСТУП РОЗДІЛ 1. АНАЛІТИЧНА ЧАСТИНА 8 1.1 Аналіз існуючих рішень поставленого завдання 8 1.2 Методики дослідження пульсового сигналу 10 1.3 Фотоплетизмографія як метод реєстрації пульсового сигналу 12 1.4 Аналіз існуючих систем для реєстрації та обробки пульсових сигналів 14 1.5 Аналіз актуальності виконання роботи 18 1.6 Методи та засоби вирішення поставленої задачі 22 1.7 Висновки до розділу 1 27 РОЗДІЛ 2. ПРОЄКТНА ЧАСТИНА 28 2.1 Технічне забезпечення комп’ютерної системи моніторингу ментального стану людини 29 2.2 Математична модель пульсового сигналу 33 2.3 Методи та алгоритми комп’ютерної обробки пульсового сигналу 38 2.3.1 Метод та алгоритм кореляційної обробки 39 2.3.2 Метод та алгоритм спектральної обробки 42 2.3.3 Метод та алгоритм спектрально-кореляційної обробки 45 2.3.4 Метод та алгоритм статистичної обробки 48 2.4 Проєктування та тестування програмного забезпечення автоматизованої системи моніторингу ментального стану людини 52 2.5 Висновки до розділу 2 59 РОЗДІЛ 3. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 62 3.1 Обґрунтування вибору середовища MATLAB для реалізації системи 62 3.2 Організація та методика проведення досліджень 64 3.2.1 Мета дослідження 66 3.2.2 Характеристика досліджуваних даних 67 3.2.3 Обладнання та програмне забезпечення 69 3.2.4 Підготовка до дослідження 71 3.2.5 Аналіз результатів комп’ютерної обробки пульсових сигналів 73 3.3 Оцінювання можливості визначення ментального стану людини за характеристиками пульсового сигналу 76 3.4 Висновки до розділу 3 79 РОЗДІЛ 4. БЕЗПЕКА ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ, ОСНОВИ ОХОРОНИ ПРАЦІ 81 4.1 Ергономічні аспекти та безпечність взаємодії 81 4.2 Загальні вимоги щодо технічної безпеки пристрою 83 4.3 Висновки до розділу 4 85 ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ 87 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 89 ДОДАТКИ
URI: http://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/52579
Copyright owner: © Яворська Соломія Олегівна, 2026
References (Ukraine): 1. ДСТУ 8302:2015. Інформація та документація. Бібліографічне посилання. Загальні положення та правила складання. Чинний від 2016-07-01. Вид. офіц. Київ : УкрНДНЦ, 2016. 16 с.
2. Хвостівський М. О. Методичні вказівки для виконання лабораторних робіт з дисципліни «Комп’ютерна обробка біомедичних сигналів та даних» для здобувачів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти за спеціальністю 163 «Біомедична інженерія» / уклад.: М. О. Хвостівський. Тернопіль : ТНТУ, 2024. 83 с.
3. Методичні рекомендації до виконання, оформлення та захисту кваліфікаційних робіт для здобувачів першого (бакалаврського) рівня вищої освіти за спеціальністю 163 «Біомедична інженерія» / уклад.: М. О. Хвостівський, Є. Б. Яворська, В. Г. Дозорський. Тернопіль : ТНТУ, 2024. 57 с.
4. Хвостівська Л. В. Математична модель та методи аналізу пульсового сигналу для підвищення інформативності фотоплетизмографічних систем : дис. ... канд. техн. наук : 01.05.02. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2021. 177 с.
5. Стрембіцька О. І. Методи та засоби оцінки пульсового сигналу при психоемоційному стресі у стоматологічній практиці : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.17. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет імені Івана Пулюя, 2021.
6. Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measurement. Physiological Measurement. 2007. Vol. 28, no. 3. P. R1–R39. DOI: 10.1088/0967-3334/28/3/R01.
7. Elgendi M. On the analysis of fingertip photoplethysmogram signals. Current Cardiology Reviews. 2012. Vol. 8, no. 1. P. 14–25. DOI: 10.2174/157340312801215782.
8. Photoplethysmogram Analysis and Applications: An Integrative Review / J. Park et al. Frontiers in Physiology. 2022. Vol. 12. Article 808451. DOI: 10.3389/fphys.2021.808451.
9. Wearable Photoplethysmographic Sensors — Past and Present / T. Tamura et al. Electronics. 2014. Vol. 3, no. 2. P. 282–302. DOI: 10.3390/electronics3020282.
10. Sun Y., Thakor N. Photoplethysmography Revisited: From Contact to Noncontact, From Point to Imaging. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2016. Vol. 63, no. 3. P. 463–477. DOI: 10.1109/TBME.2015.2476337.
11. Poh M.-Z., McDuff D. J., Picard R. W. Non-contact, automated cardiac pulse measurements using video imaging and blind source separation. Optics Express. 2010. Vol. 18, no. 10. P. 10762–10774. DOI: 10.1364/OE.18.010762.
12. Verkruysse W., Svaasand L. O., Nelson J. S. Remote plethysmographic imaging using ambient light. Optics Express. 2008. Vol. 16, no. 26. P. 21434–21445. DOI: 10.1364/OE.16.021434.
13. Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use / Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology. Circulation. 1996. Vol. 93, no. 5. P. 1043–1065.
14. Malik M., Camm A. J. Heart Rate Variability. Armonk : Futura Publishing Company, 1995. 370 p.
15. Shaffer F., Ginsberg J. P. An Overview of Heart Rate Variability Metrics and Norms. Frontiers in Public Health. 2017. Vol. 5. Article 258. DOI: 10.3389/fpubh.2017.00258.
16. Heart Rate Variability and Cardiac Vagal Tone in Psychophysiological Research — Recommendations for Experiment Planning, Data Analysis, and Data Reporting / S. Laborde et al. Frontiers in Psychology. 2017. Vol. 8. Article 213. DOI: 10.3389/fpsyg.2017.00213.
17. Stress and Heart Rate Variability: A Meta-Analysis and Review of the Literature / H.-G. Kim et al. Psychiatry Investigation. 2018. Vol. 15, no. 3. P. 235– 245. DOI: 10.30773/pi.2017.08.17.
18. A meta-analysis of heart rate variability and neuroimaging studies: implications for heart rate variability as a marker of stress and health / J. F. Thayer et al. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 2012. Vol. 36, no. 2. P. 747–756. DOI: 10.1016/j.neubiorev.2011.11.009.
19. Thayer J. F., Lane R. D. A model of neurovisceral integration in emotion regulation and dysregulation. Journal of Affective Disorders. 2000. Vol. 61, no. 3. P. 201–216. DOI: 10.1016/S0165-0327(00)00338-4.
20. Influence of Mental Stress on Heart Rate and Heart Rate Variability / J. Taelman et al. 4th European Conference of the International Federation for Medical and Biological Engineering. IFMBE Proceedings. 2009. Vol. 22. P. 1366–1369. DOI: 10.1007/978-3-540-89208-3_324.
21. Healey J. A., Picard R. W. Detecting stress during real-world driving tasks using physiological sensors. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2005. Vol. 6, no. 2. P. 156–166. DOI: 10.1109/TITS.2005.848368.
22. PhysioBank, PhysioToolkit, and PhysioNet: Components of a New Research Resource for Complex Physiologic Signals / A. L. Goldberger et al. Circulation. 2000. Vol. 101, no. 23. P. e215–e220. DOI: 10.1161/01.CIR.101.23.e215
23. Kubios HRV — Heart rate variability analysis software / M. P. Tarvainen et al. Computer Methods and Programs in Biomedicine. 2014. Vol. 113, no. 1. P. 210–220. DOI: 10.1016/j.cmpb.2013.07.024.
24. An open source benchmarked toolbox for cardiovascular waveform and interval analysis / A. N. Vest et al. Physiological Measurement. 2018. Vol. 39, no. 10. Article 105004. DOI: 10.1088/1361-6579/aae021.
25. Перспективні напрямки у створенні системи віртуальної реальності для корекції психофізіологічного стану пацієнта / Д. В. Вакуленко, О. В. Гевко, Л. О. Вакуленко, В. М. Кіфер. Перспективні технології та прилади : зб. наук. пр. Луцьк, 2021. Вип. 19. С. 27–33. DOI: https://doi.org/10.36910/6775- 2313-5352-2021-19-4.
26. Інтегрована пупілометрія як інструмент автоматизованого моніторингу психофізіологічного стану людини / П. О. Тимків, О. В. Гевко, В. В. Петров. Перспективні технології та прилади : зб. наук. пр. Луцьк, 2025. Вип. 27. С. 187–195. DOI: https://doi.org/10.36910/10.36910/6775-2313-5352-2025-27- 25.
27. Effectiveness Application of the Analysis of Arterial Pulsations Registered during Blood Pressure Measurement Using the Oranta-AO Information System in Psychophysiology / D. Vakulenko, L. Vakulenko, L. Sas, O. Hevko. Arterial oscillography: New capabilities of the blood pressure monitor with the Oranta-AO information system / eds. D. V. Vakulenko, L. O. Vakulenko. USA : Nova Science Publishers, Inc., 2024. Chapter 26. P. 419–430. DOI: https://doi.org/10.52305/XFFR7057. URL: https://novapublishers.com/wpcontent/uploads/2024/10/Arterial-Oscillography-Ch26.pdf.
28. Prospect of Creating a Virtual Reality System with Feedback for the Correction of the Patient’s Psychological State Based on the Results of the Analysis of Arterial Pulsations Registered during Blood Pressure Measurement Using the Oranta-AO Information System / D. Vakulenko, L. Vakulenko, O. Hevko. Arterial oscillography: New capabilities of the blood pressure monitor with the Oranta-AO information system / eds. D. V. Vakulenko, L. O. Vakulenko. USA : Nova Science Publishers, Inc., 2024. Chapter 37. P. 587–599. DOI: https://doi.org/10.52305/XFFR7057. URL: https://novapublishers.com/wpcontent/uploads/2024/10/Arterial-Oscillography-Ch37.pdf.
29. Demonstrating the Validity of Methods for Studying and Evaluating the Results of Spectral Analysis of Arterial Oscillograms Recorded During Blood Pressure Measurement and AI Algorithms for Detecting Risks of Mental Diseases / D. Vakulenko, L. Vakulenko, V. Kaverinsky, K. Malakhov, V. Grushko, O. Hevko. Advances in Health and Disease / ed. L. T. Duncan. USA : Nova Science Publishers, Inc., 2025. Vol. 85, Chapter 1. P. 1–43. DOI: https://doi.org/10.52305/TRXV1786.
30. An Information System Evaluation of the Influence of Psychomodeling Factors on a Patient’s Psychophysiological State When Viewing, Contemplating, and Imagining / D. Vakulenko, O. Hevko, L. Vakulenko. Advances in Health and Disease / ed. L. T. Duncan. USA : Nova Science Publishers, Inc., 2026. Vol. 93, Chapter 2. P. 43–78. DOI: https://doi.org/10.52305/LRBL6032.
31. Oppenheim A. V., Schafer R. W. Discrete-Time Signal Processing. 3rd ed. Upper Saddle River : Pearson, 2010. 1108 p.
32. Proakis J. G., Manolakis D. G. Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications. 4th ed. Upper Saddle River : Pearson Prentice Hall, 2007. 1004 p.
33. Smith S. W. The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing. 2nd ed. San Diego : California Technical Publishing, 1999. 650 p.
34. Cooley J. W., Tukey J. W. An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series. Mathematics of Computation. 1965. Vol. 19, no. 90. P. 297– 301. DOI: 10.1090/S0025-5718-1965-0178586-1.
35. Welch P. The use of fast Fourier transform for the estimation of power spectra: a method based on time averaging over short, modified periodograms. IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics. 1967. Vol. 15, no. 2. P. 70–73. DOI: 10.1109/TAU.1967.1161901.
36. Cohen M. X. Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice. Cambridge : MIT Press, 2014. 600 p.
37. Kay S. M. Modern Spectral Estimation: Theory and Application. Englewood Cliffs : Prentice Hall, 1988. 543 p.
38. MATLAB Documentation / MathWorks. URL: https://www.mathworks.com/help/matlab/ (дата звернення: 14.06.2026).
39. Signal Processing Toolbox Documentation / MathWorks. URL: https://www.mathworks.com/help/signal/ (дата звернення: 14.06.2026).
40. App Designer Documentation / MathWorks. URL: https://www.mathworks.com/help/matlab/app-designer.html (дата звернення: 14.06.2026).
41. Fast Fourier Transform / MathWorks. URL: https://www.mathworks.com/help/matlab/ref/fft.html (дата звернення: 14.06.2026).
42. MATLAB GUI / MathWorks. URL: https://www.mathworks.com/discovery/matlab-gui.html (дата звернення: 14.06.2026).
43. EN ISO 6385:2018. Ергономічні принципи під час проєктування робочих систем (EN ISO 6385:2016, IDT; ISO 6385:2016, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2018.
44. EN ISO 9241-210:2022. Ергономіка взаємодії людина-система. Частина 210. Людиноорієнтоване проєктування інтерактивних систем (EN ISO 9241-210:2019, IDT; ISO 9241-210:2019, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2022.
45. EN ISO 10993-1:2022. Біологічне оцінювання медичних виробів. Частина 1. Оцінювання і випробування в рамках процесу управління ризиками (EN ISO 10993-1:2020, IDT; ISO 10993-1:2018, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2022.
46. EN 60601-1:2015. Вироби медичні електричні. Частина 1. Загальні вимоги щодо безпеки та основних технічних характеристик (EN 60601- 1:2006/A1:2013/AC:2014, IDT; IEC 60601-1:2005/A1:2012/COR1:2014, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2015.
47. EN 60601-1-2:2018. Вироби медичні електричні. Частина 1-2. Загальні вимоги щодо безпеки та основних робочих характеристик. Додатковий стандарт. Електромагнітні збурення. Вимоги та випробування (EN 60601-1-2:2015, IDT; IEC 60601-1-2:2014, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2018.
48. ДСТУ EN 60529:2018. Ступені захисту, забезпечувані кожухами (Код IP) (EN 60529:1991/A1:2000/A2:2013, IDT; IEC 60529:1989/A1:1999/A2:2013, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2018.
49. EN ISO 14971:2022. Вироби медичні. Настанови щодо управління ризиком щодо медичних виробів (EN ISO 14971:2019, IDT; ISO 14971:2019, IDT). Київ : ДП «УкрНДНЦ», 2022.
50. ISO 80601-2-61:2017. Medical electrical equipment — Part 2-61: Particular requirements for basic safety and essential performance of pulse oximeter equipment. Geneva : International Organization for Standardization, 2017.
51. IEC 62304:2006+A1:2015. Medical device software — Software life cycle processes. Geneva : International Electrotechnical Commission, 2015.
52. Про охорону праці : Закон України від 14.10.1992 № 2694-XII. Відомості Верховної Ради України. 1992. № 49. Ст. 668.
53. Державні санітарні правила і норми роботи з візуальними дисплейними терміналами електронно-обчислювальних машин : ДСанПіН 3.3.2.007-98. Київ : МОЗ України, 1998.
54. Розвиток методів та алгоритмів обчислення періоду стохастичних біомедичних сигналів для медичних комп’ютерно-діагностичних систем / Л. В. Хвостівська, Г. М. Осухівська, М. О. Хвостівський, Г. М. Шадріна, І. Ю. Дедів. Вісник НТУУ «КПІ». Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування. 2019. № 79. С. 78–84. DOI: 10.20535/RADAP.2019.79.78-84.
Content type: Bachelor Thesis
Bildumetan azaltzen da:163 — Біомедична інженерія (бакалаври)

Item honetako fitxategiak:
Fitxategia Deskribapena TamainaFormatua 
Yavorska_S_O_2026.pdfкваліфікаційна робота бакалавра3 MBAdobe PDFBistaratu/Ireki
Itemaren Dublin Core erregistro osatua erakusten du


DSpaceko itemak copyright bidez babestuta daude, eskubide guztiak gordeta, baldin eta kontrakoa adierazten ez bada.

Administratzailearen tresnak