Архив рубрики: Выпуск №3(22)

КОМПЬЮТЕРНАЯ ДИАГНОСТИКА ГЕНЕТИЧЕСКИ ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТИ К ЗАНЯТИЯМ ОПРЕДЕЛЕННЫМИ ВИДАМИ СПОРТА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ОСОБЕННОСТЕЙ ПАЛЬЦЕВОЙ ДЕРМАТОГЛИФИКИ

УДК 575.116:004.42:796.08

Е.Н. Радченко , В.Н. Калаев ,А.П. Преображенский,Д.Е. Страхов,И.Я. Львович,И.Е. Попова,
А.В. Сысоев


В статье описан метод компьютерной диагностики генетически детерминированной предрасположенности к занятиям определенными видами спорта на основе исследования дерматоглифических рисунков пальцев рук с использованием программы «Спортивная специализация спортсменов на основе особенностей пальцевой дерматоглифики» (рег. номер: 2018614779). Программа разработана авторами и базируется на алгоритмах, созданных в результате анализа работ отечественных специалистов, изучающих особенности дерматоглифических узоров спортсменов. По результатам компьютерной диагностики можно выявлять людей, обладающих генетически детерминированными способностями к занятиям определенными видами спорта (для юношей — футбол, волейбол, баскетбол, академическая гребля и конькобежный спорт; для девушек — плавание, лыжные гонки, аэробика, художественная гимнастика, тхэквондо и фехтование), позволяющими им достичь значительных успехов в избранном виде спорта. Тестирование проводится на основании анализа легко определяемых дерматоглифических характеристик (дерматоглифический фенотип, суммарный дельтовый индекс и суммарный гребневой счет). Применение компьютерной диагностики может значительно повысить эффективность отбора в спортивные учреждения и результативность работы тренера. Метод неинвазивен, безопасен, не требует наличия специального образования, значительных затрат времени и средств, не имеет возрастных ограничений и может применяться у детей. Это является его существенным достоинством, так как для достижения высоких спортивных результатов необходимо начало тренировок в раннем возрасте.

Ключевые слова: алгоритм, компьютерная программа, дерматоглифика, спорт, специализация, дельтовый индекс, гребневой счет, узор.

Полный текст статьи:
RadchenkoSoavtori_3_18_1.pdf

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РЕЦИДИВА ИНСУЛЬТОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА НА ОСНОВЕ ГИБРИДНЫХ НЕЧЕТКИХ МОДЕЛЕЙ

УДК 616-005.4

Н.А. Кореневский, А.В. Быков, Е.В. Цымбал, В.В. Аксёнов,
Д.С. Родионов


Работа посвящена актуальной проблеме повышения качества и оперативности прогнозирования возникновения и рецидивов инсульта головного мозга за счет использования методологии синтеза гибридных нечетких математических моделей, разработанной на кафедре биомедицинской инженерии Юго-Западного государственного университета. В ходе проведенных исследований было сформировано пространство информативных признаков, объединенных в три подгруппы: данные опросов и осмотров; инструментальные методы исследования; ультразвуковая допплерография (всего 27 признаков). В соответствии с общей методологией синтеза гибридных нечетких решающих правил используя информативные признаки как базовые переменные в интерактивном режиме получены соответствующие функции принадлежности к классам высокий риск возникновения и рецидивов инсульта головного мозга по которым, с использованием модифицированных моделей Е. Шортлифа, синтезированы финальные прогностические модели.В результате экспертного оценивания и математического моделирования было показано, что полученные модели возникновения и рецидивов инсульта головного мозга обеспечивают уверенность в правильном прогнозе на уровне 0,9 и выше в зависимости от количества и качества информации собираемой о состоянии пациента. Этот показатель качества был подтвержден в ходе статистических испытаний на репрезентативных контрольных выборках, что позволяет рекомендовать их для использования в практике сосудистых хирургов и врачей ангиологов.

Ключевые слова: инсульт головного мозга, функции принадлежности, уверенность в принимаемом решении, прогноз.

Полный текст статьи:
KorenevskiySoavtori_3_18_1.pdf

МОДЕЛИРОВАНИЕ В 3D-ПАКЕТЕ И БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ, ПИТАЮЩИХ МОЗГ

УДК 534.7

Н.Н. Чернов , Н.П. Заграй ,М.В. Лагута ,А.Ю. Вареникова


В работе дано обоснование актуальности использования нелинейности биологических тканей при разработке методов ультразвуковой визуализации внутренних структур. Рассмотрены уравнения, лежащие в основе взаимодействия акустической волны с нелинейной биологической средой. В качестве основного уравнения, описывающего прохождение акустической волны, было принято уравнение простой волны. Оно было выбрано в связи с тем, что при небольших расстояниях, порядка десяти сантиметров затухание акустического сигнала не учитывается. В работе даны его описание и граничные условия. На его основе получено уравнение, описывающее поле вторичных источников внутри неоднородной биологической среды, состоящей из нескольких слоев с различными значениями нелинейного параметра. В качестве параметра акустической волны, на основе которого может проводиться восстановление распределения нелинейного параметра биоткани, была выбрана колебательная скорость. Проведено численное моделирование распределения амплитудных значений поля колебательной скорости волны второй гармоники для этой среды. При проведении расчетов использовалась трехмерная система координат. Для удобства проведения расчетов и представления результатов, толщина биологической неоднородной ткани была сведена к минимуму, относительно координаты Z. Результаты расчетов представлены в виде матрицы распределения значений колебательной скорости в плоскости. Проведен анализ полученных результатов численного моделирования.

Ключевые слова: ультразвуковая визуализация, томография, нелинейный параметр, поле вторичных источников.

Полный текст статьи:
ChernovSoavors_3_18_1.pdf

МОДЕЛЬ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ПЛОСКОСЛОИСТЫХ СРЕД ПРИ ПОСАДКЕ ВОЗДУШНОГО СУДНА ВЕРТОЛЕТНОГО ТИПА

УДК [621.396.96+53.082.74]

В.Г. Машков , В.А. Малышев, В.П. Стражник


Актуальность исследования обусловлена необходимостью создания радиолокационной системы посадки воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную площадку с возможностью зондирования подстилающей поверхности (места посадки), определения параметров и характеристик плоскослоистых сред и выдачи информации летному составу о возможности производства посадки либо отсутствия таковой. Штатные средства, установленные на воздушных судах вертолетного типа в настоящее время не способны обеспечить летный состав информацией о подстилающей поверхности (месте посадки) такой как глубина снега, толщина льда и др. соизмерив с фактической загрузкой и массой воздушного судна вертолетного типа. Вариант использования метода средней точки относящегося к бистатическому методу диагностики, базируется на измерениях временной задержки между прямой волной и отраженной от основания подповерхностного слоя, которая является функцией его толщины. Полученные данные, при определенных условиях, позволяют восстановить геометрические и электрофизические параметры слоистой структуры. Однако существует ряд факторов при диагностике плоскослоистых сред бистатическими методами, которые вносят весомый вклад в суммарную погрешность, особенно за счет незначительной продольной неоднородности, либо слабой дисперсии даже одного из слоев структуры, которые не могут быть учтены при моделировании. Тогда при диагностике реальных плоскослоистых структур на основе бистатических данных погрешность определения толщины слоев и электрофизических параметров увеличивается.

Ключевые слова: плоскослоистая среда; подповерхностное зондирования; посадка вертолета; место посадки; неподготовленная площадка.

Полный текст статьи:
MashkovSoavors_3_18_1.pdf

МОДЕЛИРОВАНИЕ В 3D-ПАКЕТЕ И БИОМЕХАНИЧЕСКОЕ
ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ КРОВЕНОСНЫХ СОСУДОВ, ПИТАЮЩИХ МОЗГ

УДК 612.76

Г. Башарова , П.И. Бегун ,О.В. Тихоненкова


Актуальность проведенного исследования обусловлена необходимостью междисциплинарного подхода к методам диагностики и лечения всё возрастающего числа заболеваний брахицефальных артерий, питающих головной мозг. В связи с этим разработаны алгоритм и методика оценки состояния кровотока в кровеносных сосудах, питающих мозг в норме, при патологических изменениях и коррекции. При выполнении работы использованы компьютерные томограммы и ангиограммы сосудов головного мозга человека компьютерные программы SolidWorks, Сosmos,. По срезам томограмм в программе SolidWorks построены трехмерные компьютерные модели брахицефальных артерий с Виллизиевом кругом. В программе Сosmos проведен анализ напряженно-деформированного состояния сосудов, а в программе Ansys анализ кровотока. Механические свойства структур сосудистого русла введены для людей пожилой возрастной группы (65-75 лет). Проведен анализ скорости кровотока в сосудистом русле при различном уровне стеноза, как в левой так, и одновременно обеих внутренних сонных артериях. Анализ влияния геометрических параметров атеросклеротического осложнения в узле бифуркации, а кровоток в Виллизеевом круге. Перекрытие левой внутренней сонной артерии на 70% вызывает резкое увеличение скорости кровотока в средней мозговой артерии и передней соединительной артерии.

Ключевые слова: брахицефальные артерии, кровоток, стеноз, компьютерные моделирование, скорость, давление.

Полный текст статьи:
BasharovaSoavtori_3_18_1.pdf

ОПТИМИЗАЦИЯ МАРШРУТОВ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ ПРОЦЕССА УБОРКИ СНЕГА НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА ТОМСКА

УДК 608.2

М.С. Крутько, Т.Е. Григорьева


На примере города Томска проведена оптимизация маршрута уборки снега с целью минимизации холостого хода и возникновения помех в движении частного и общественного транспорта. В связи с этим описываются маршруты движения снегоуборочной техники г. Томска, анализ которых показал, что они не являются наилучшими. Для построения оптимального маршрута снегоуборочной спецтехники предлагается применить теорию графов, так как транспортная сеть по уборке снега представляет собой связный ориентированный граф. Конкретно осуществляется поиск наименьшей общей длины гамильтонова контура с помощью задачи коммивояжера методом ветвей и границ. При выборе оптимального маршрута учитывается утверждённый регламент уборки снега, согласно которому улицы I категории должны быть убраны за 4 часа, улицы II категории – за 8 часов, улицы III категории – за 12 часов. Исходя из расчётов, полученный оптимальный маршрут теоретически может улучшить процесс уборки снега в городе. Причём, построение графа не привязано к специфике расположения улиц города, соответственно такой процесс построения маршрутов можно считать универсальным. Он должен сократить не только время уборки снега, но и время построения самих маршрутов.

Ключевые слова: уборка снега, маршруты, оптимизация, графы.

Полный текст статьи:
KrutkoGrigorieva_3_18_1.pdf

ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ГЛАЗКОВОЙ ДИАГРАММЫ ПО ПЕРЕХОДНОЙ И АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКАМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОННОЙ СЕТИ

УДК 621.396

А.В. Смирнов


Исследована возможность оценки ширины и высоты глазка глазковой диаграммы (ГД) с применением искусственных нейронных сетей (ИНС). С этой целью выполнено моделирование более 750 примеров каналов связи с различными передаточными функциями. Для каждого примера сформирована ГД путем свертки случайной последовательности импульсов с импульсной характеристикой канала и измерены ее параметры. Полученные результаты использованы для обучения ИНС, входными переменными которых являются параметры переходной характеристики: длительность задержки, длительность фронта, величина выброса и длительность колебательного процесса, а также значение АЧХ на частоте, равной половине тактовой частоты. Для каждого оцениваемого параметра отобрано несколько ИНС для разных поддиапазонов входных переменных. Среднеквадратическая погрешность оценки искомых параметров ГД с помощью этих ИНС составляет 2 — 4%. Коэффициент корреляции оценок и известных значений более 0,98. При этом достигается значительный выигрыш в затратах времени на расчет по сравнению с получением значений ширины и высоты глазка путем моделирования ГД. Изложенный метод может использоваться в процессе оптимизации характеристик канала связи в случаях, когда параметры ГД входят в целевую функцию.

Ключевые слова: глазковая диаграмма, переходная характеристика, амплитудно-частотная характеристика, нейронная сеть, аппроксимация.

Полный текст статьи:
Smirnov_3_18_1.pdf

ОПТИМИЗАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОДНОРОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В МНОГОАСПЕКТНОЙ ЦИФРОВОЙ СРЕДЕ

УДК 681.3

С.О. Сорокин


Дана характеризация системы однородных объектов, ее интер- и интрафункциональности. Предложена классификационная схема цифровизации и оптимизации функционирования системы однородных объектов. Показано, что цифровая трансформация приводит к формированию многоаспектной цифровой среды, по данным которой формируется множество математических моделей, характеризующих связи с управляющим центром, внешней средой и компонентами внутреннего функционирования. Обоснована необходимость построения инвариантных и аспектно ориентированных оптимизационных моделей решения ресурсных и структурных задач, обеспечивающих эффективность функционирования однородных объектов и удовлетворенность показателями функционирования объектов внешней среды.

Ключевые слова: цифровизация, многоаспектная цифровая среда, математические модели, ресурсная и структурная оптимизация.

Полный текст статьи:
Sorokin_3_18_1.pdf

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОПТОАКУСТИЧЕСКОЙ ПРОТОЧНОЙ ЦИТОМЕТРИИ

УДК 534:535

Д.В.Орда-Жигулина, М.В.Орда-Жигулина, И.Б.Старченко, Д.А.Кравчук


В современных биомедицинских исследованиях наблюдается тенденция к применению все большего количества неинвазивных технологий, из чего следует, что новые способы диагностики, в частности, базирующиеся на оптоакустическом эффекте, являются актуальными задачами для исследований. В данной статье приведено описание экспериментальной установки для исследования спектра акустического сигнала в неподвижной и движущейся модельной жидкости в присутствии наноразмерных объектов в качестве контрастных агентов при оптоакустическом преобразовании. Оптоакустические медицинские исследования представляют собой гибридные способы диагностики состояния объектов исследования с помощью ультразвуковых и лазерных методов, в которых по восстановлению распределения источников акустического сигнала в исследуемом объекте, то есть по форме временной реализации сигнала, можно делать выводы об объектах исследования. Объектами исследования при оптоакустических методах являются ткани и вещества, которые способны поглощать и отражать световые волны, в том числе биологические жидкости и ткани, к которым, например, относится кровь. В статье приведено подробное описание экспериментальной установки. В результате проведенного эксперимента была получена спектральная характеристика акустического сигнала для неподвижной и движущейся жидкости, обсуждены результаты и сделаны выводы про влияние скорости потока на суммарное акустическое поле, возникающее в результате оптоакустического преобразования. Разработанная экспериментальная установка и полученные результаты могут использоваться для проверки теоретических расчетов при разработке технологии оптоакустической проточной цитометрии.

Ключевые слова: оптоакустический эффект, проточная цитометрия, акустический сигнал, углеродные нанотрубки, лазерное возбуждение звука, экспериментальные исследования.

Полный текст статьи:
Orda-ZhigulinaSoavtori_3_18_1.pdf

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЦЕЛЕВОЙ ФУНКЦИИ ОРГАНИЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ

УДК 005

Т.Е. Смоленцева


В работе проведен анализ методов определения целевой функции в иерархических многоуровневых организационных системах с выявлением нормативных параметров. Оценку процесса функционирования осуществляем по нормативным параметрам в определенные моменты времени. Для определения необходимой меры пространства нормативов отслеживаем динамику изменения этих значений, в момент планирования за счет скорости их изменения. Обоснована возможность оптимизации структуры сложных систем, которая предполагает осуществление равномерного распределения между сотрудниками иерархических многоуровневых сложных систем: функциональных задач, распределение ресурсов и сырья. В качестве примера рассмотрено оптимизационное распределение функциональных задач сотрудников организационных систем. Такой способ имеет несколько ограничений по распределению функциональных задач между сотрудниками, в этом случае необходимо использовать метод балансировки, который осуществляет интегрирование показателей методом разверстки и позволяет более эффективно решать эту задачу. Рассмотрена проблема многокритериальной оценки эффективности функционирования сложных организационных систем. Для решения данной проблемы предложено определение интегрального критерия оценки функционирования и определение весовых коэффициентов относительной важности локальных параметров, которые определяют стратегию управления организацией, а также использование аддитивных систем стимулирования, которые определяют уровень достижения нормативных значений функционирования в рассматриваемых системах.

Ключевые слова: уровень интенсивности функционирования, весовые коэффициенты относительной важности, максимум целевой функции.

Полный текст статьи:
Smolenzeva_3_18_1.pdf