Модели биоимпеданса при нелинейной вольтамперной характеристике и обратимом пробое диэлектрической составляющей биоматериала

Abstract

Цель исследования: совершенствование скрининговых систем диагностики социально значимых заболеваний путем моделирования вольтамперных характеристик биоактивных точек (БАТ) и классификации получаемых моделей посредством компьютерных технологий. Задачи исследования: - разработать структурно-функциональную модель электрической проводимости биоматериала в аномальных зонах (в области точек акупунктуры); - разработать метод формирования пространства информативных признаков, предназначенного для классификаторов функционального состояния биоматериала. методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории линейных электрических цепей, методы математического моделирования. При моделировании проводимости биоматериала в качестве инструментария использовался Matlab 8.0. Материал и методы. Для моделирования вольтамперной характеристики БАТ предложено использовать структурно-функциональные модели с диодно-резистивными ячейками симметричной структуры. Разработан метод формирования пространства информативных признаков, предназначенного для классификаторов функционального состояния биоматериала, заключающийся в регистрации вольтамперных характеристик биоматериала в каждой биоактивной точке путем воздействия на них постоянным стабилизированным по уровню напряжением в диапазоне от -15 до 15 В, изменяемым с шагом в 1 В. Путем сопоставления характерных точек вольтамперной характеристики и параметров структурно-функциональной модели формируется вектор информативных признаков, предназначенный для нейросетевого классификатора. Результаты. Построена структурно-функциональная модель электропроводности биоматериала на основе диодно-резистивных ячеек. Проведен факторный анализ вольтамперных характеристик биоматериалов, на основании которого показано, что для построения структурно-функциональной модели электропроводности биоматериала достаточно семи диодно-резистивных ячеек. выводы. Полученные результаты позволяют построить классифицирующие модули для доклинической диагностики социально значимых заболеваний или заболеваний, маскируемых функциональным состоянием организма или профессиональной деятельностью, например пиелонефрита у беременных. Для диагностики достаточно ввести в компьютер координаты вольтамперной характеристики БАТ (30 значений), после чего программа получит семь значений омических сопротивлений, соответствующих модели биоимпеданса, которые используются в качестве входного вектора информативных признаков в нейросетевом классификаторе.Research objective: improvement of screening systems of diagnostics of socially significant diseases by modeling of volt-ampere characteristics of bioactive points (BAP) and classification of received models by means of computer technologies. Research problems: – development of structurally functional model of electric conductivity of a biomaterial in abnormal zones (in the field of acupuncture points); – development of a method of formation of space of the informative signs intended for qualifiers of a functional condition of a biomaterial. Material and methods. For the solution of objectives methods of the theory of linear electric chains, methods of mathematical modeling were used. When modeling conductivity of a biomaterial as tools Matlab 8.0 was used. For modeling of the volt-ampere characteristic of BAP it is offered to use structural-functional models with diode-resistive cells of symmetric structure. The method of formation of space of the informative signs intended for qualifiers of a functional condition of a biomaterial, the volt-ampere of characteristics of a biomaterial consisting in registration in each bioactive point by impact on them by the constant tension stabilized on level in the range from –15 V to +15 V, changed with a step in 1 V is developed. By comparison of characteristic points of the volt-ampere characteristic and parameters of structuralfunctional model the vector of informative signs intended for the neuronetwork qualifier is formed. Results. The structural-functional model of conductivity of a biomaterial on the basis of diode-resistive cells is constructed. The factorial analysis of volt-ampere characteristics of biomaterials on the basis of which it is shown is carried out that for creation of structural-functional model of conductivity of a biomaterial there are enough seven diode-resistive cells. Conclusions. The received results allow to construct classifying modules for preclinical diagnostics of socially significant diseases or the diseases masked by a functional condition of an organism or professional activity, for example, diagnostics of pyelonephritis at pregnant women. For diagnostics it is enough to enter BAР (30 values) then the program will receive seven values of the ohmic resistance corresponding to model of a bioimpedance which are used as an entrance vector of informative signs in the neuronetwork qualifier into the computer of coordinate of the volt-ampere characteristic.