Рассмотрены задачи адаптации существующих и разработки новых диагностических алгоритмов и методик дистанционного мониторинга физиологического состояния человека применительно к технологии интернета вещей. Для снижения энергопотребления носимого блока и датчиков биомедицинских сигналов, сокращения избыточности регистрируемой и передаваемой диагностической информации процесс распознавания критической ситуации разделен на два этапа. На первом контролируются основные показатели (частота сердечных сокращений и сигнал, информирующий о падении человека). В случае их несоответствия норме выполняется анализ дополнительных сигналов (второй этап) для подтверждения критической ситуации и определения степени тревоги.

Сегодня проблема восприятия визуальной информации людьми с аномалиями цветового зрения остается достаточно актуальной, что подтверждается наличием интереса к изучению этого вопроса не только в медицине, но и в области технических наук. В частности, исследователи по всему миру занимаются задачами создания алгоритмов и программ, дающих возможность преобразовывать изображения и видео в соответствии с корректным восприятием их людьми с цветовой слепотой. Однако в настоящее время не существует алгоритмов, позволяющих людям с любым видом, формой и степенью аномалии цветового зрения корректно воспринимать окружающую их визуальную информацию. На основании рассмотренных преимуществ и недостатков существующих алгоритмов сделаны выводы о требованиях к проектируемым реколоризирующим алгоритмам, которые планируется реализовать в программном обеспечении для помощи людям с особенностями цветовосприятия. Такие алгоритмы не просто позволят корректно преобразовывать видео для людей с дихромазией и монохромазией, но и предоставят возможность пользователям с любой степенью аномальной трихромазии наиболее точно воспринимать окружающий мир. Кроме того, данные алгоритмы будут отличаться высокой скоростью выполнения процесса реколоризации и «натуральностью» получившихся в процессе преобразований цветов.

Разработана математическая модель биомеханики дыхания человека. Для верификации этой модели предлагается использовать фотооптический метод регистрации биомеханики грудной клетки и живота совместно со спирометрией. Проведены экспериментальные исследования среди десяти мужчин 20–22 лет. Индекс массы тела испытуемых варьировался от 19,3 до 21,5 кг/м², рост – от 169 до 182 см, вес – от 55 до 70 кг. Корреляционно-регрессионный анализ результатов показал сильную взаимосвязь биомеханических движений грудной и брюшной стенок и изменений диаметров воздухоносных путей во время непрерывного процесса дыхания (коэффициент корреляции r = 0,89, уровень значимости p ≤ 0,05). Предложенная математическая модель может быть использована при косвенной оценке объема лёгких. 

Представлен метод электромагнитной активизации молекул салициловой кислоты per se (СК) посредством ультразвукового (20 кГц) комплексообразования с оксидированной цинк-графеновой структурой. Результатом разработки явились сформированные наночастицы «ZnO – частично восстановленный кислородсодержащий графен (кГ) – СК» со средним размером (5,53 ± 0,11) нм и гексагональной сингонией типа вюрцита оксида цинка с комплексами молекул салициловой кислоты. Комплексообразование салициловой кислоты с матрицей «ZnO – кГ» приводит к усилению электромагнитного поля салициловой кислоты в 10² раза с локальным увеличением при контакте с ZnO в 10³ раза и, как следствие, к избирательной электромагнитной активизации молекул лекарственного вещества. Разработанный метод формирования наночастиц с составом «ZnO – кГ – СК» можно применить ко многим другим лекарственным соединениям и устройствам на их основе, что представляет большой интерес для медицинской электроники и наномедицины. 

Системы захвата движений являются ключевым инструментом анализа и оценки техники движений в сложнокоординационных видах спорта. Перспектива развития и внедрения в практику прикладной биомеханики технологии безмаркерного захвата движений повышает научно-исследовательский интерес к особенностям использования подобных систем, а также к оценке их точности и достоверности в сравнении с маркерными системами захвата движений, которые сегодня являются золотым стандартом. Системы безмаркерного захвата движений обладают несравненными преимуществами перед маркерными. В частности, существенно уменьшены временные затраты на регистрацию и обработку данных, поскольку регистрация представляет собой съемку видео с разных ракурсов, а обработка сопровождается применением программных алгоритмов отслеживания силуэта спортсмена посредством компьютерного аватара. Однако до сих пор нет однозначного ответа относительно точности и достоверности данных, регистрируемых с использованием систем безмаркерного захвата движений применительно к конкретным видам спорта и спортивным движениям. В статье приведена оценка статистической взаимосвязи данных на основе корреляционного анализа биомеханических показателей на примере выполнения удара в гольфе, зарегистрированных с использованием маркерной системы оптического захвата движений Qualisys и безмаркерной системы захвата движений Simi Reality Motion.

При проведении электрофизиологических исследований для регистрации биоэлектрических сигналов используют электроды, от правильного выбора и применения которых зависят достоверность и диагностическая значимость получаемых данных. Регистрация электрокардиограммы является стандартной процедурой в медицине, но ее мониторинг часто ограничивается 24 часами. Происходит это из-за ограниченной производительности электродов. Свойства границы кожа/электрод определяют качество работы медицинского оборудования. Следовательно, условия поверхности и состав материала, из которого изготовлен электрод, должны соответствовать требованиям устройства регистрации электрокардиограммы. Важно реализовать быструю передачу полезного сигнала с малыми потерями и без артефактов. Современные электроды с применением Ag/AgCl имеют ограниченный срок службы, так как их обезвоживание и деградация поверхности приводят к образованию различных артефактов на записи электрокардиограммы. Альтернатива – сухие гибкие электроды, основой которых могут послужить углеродные материалы (восстановленный оксид графена либо алмазоподобное покрытие) на пластиковой (пленочной) подложке. Акцент современных исследований направлен на разработку сухих электродов, которые предоставили бы возможность проводить качественную долговременную регистрацию электрокардиосигналов без гелей и клеев.

Рассмотрены особенности проектирования медицинских электронных устройств. Показано, что разработка современной медицинской электроники является комплексной задачей, включающей необходимость учета и строгого соблюдения специфических требований в области электромагнитной совместимости. Они гораздо жестче, чем при проектировании бытовой техники, поскольку сбои в работе медицинских приборов могут привести к трагическим последствиям, вплоть до гибели пациента. Обозначен ряд трудностей, возникающих при проектировании медицинского оборудования, представленных в виде иерархии принятия решений. Приведены основные стандарты проектирования медицинских электронных устройств, среди которых особое внимание следует обратить на IEC-60601-1-1 и IEC-60601-1-2, поскольку соблюдение требований данных нормативных документов имеет решающее значение для сертификации и выпуска на рынок произведенного оборудования. Даны рекомендации по применению матрицы управления рисками, используемой для предоставления количественных показателей для каждого возможного риска, связанного с медицинским устройством, в любом режиме работы и при любой возможной неисправности.

Предложен способ подведения поглощенной дозы на мишень при проведении брахитерапии рака шейки матки путем использования нового аппликатора, который состоит из кольцевой части и двух маточных каналов. Конструкция аппликатора позволяет осуществлять его внедрение на требуемую глубину с учетом анатомических особенностей, широко охватывать 100 % изодозой облучения шейку и тело матки, что дает возможность подвести запланированную дозу. Пациентке, поступившей в отделение брахитерапии, подводили первую фракцию лечения при помощи аппликатора Interstitial Ring, вторую и последующие фракции выполняли с использованием предложенного аппликатора (всего шесть фракций). В сравнении со стандартным аппликатором Interstitial Ring, применение предложенного аппликатора позволило повысить охват мишени предписанной дозой с 69,2 до 95,5 %. Это привело к увеличению поглощенной дозы на мишень за курс лучевой терапии с планируемых 70,4 до 85,4 Гр. Проанализированы 12 планов облучения для трех пациенток с использованием различных схем фракционирования дозы. Во всех трех случаях удалось повысить охват мишени предписанной дозой, что привело к увеличению суммарной поглощенной дозы на мишень, которая составила более 85 Гр. Предложенный способ успешно применяется в РНПЦ онкологии и медицинской радиологии имени Н. Н. Александрова при проведении брахитерапии рака шейки и тела матки.

Рассмотрена методика подготовки данных для обучения нейронных сетей на примере решения задач определения модальностей радиологических изображений: трёхмерных изображений компьютерной томографии и двумерных рентгенографических изображений. Предложен алгоритм подготовки данных для обучения свёрточных нейронных сетей. Дана оценка влияния этапов (разметки изображений, нормализации данных, определения динамического диапазона изображения, состава обучающей выборки) алгоритма на результат обучения. Наибольшее влияние при решении задачи проверки модальности оказывает выбор оптимальных значений динамического диапазона. Изменение состава обучающей выборки позволяет повысить точность классификации на 0,0073. При решении задачи проверки модальности изображений компьютерной томографии наибольшее влияние на результат обучения нейронной сети оказывает наличие этапа нормализации данных. Выдвигается предположение о наличии особых признаков изображений этой модальности.

Овладение иностранными языками представляет собой глубинный процесс, охватывающий несколько областей жизнедеятельности человека, включая не только психолингвистику, но и когнитивную психологию, затрагивая при этом область взаимодействия сознания и бессознательного. В XXI веке появился новый технологический базис, сочетающий в себе информационно-коммуникационные технологии и искусственный интеллект. Системный подход служит механизмом, позволяющим объединить современные технологии с теми методиками обучения иностранным языкам, которые ранее были доступны лишь узкому кругу специалистов. Целью исследований является разработка обучающей системы, создаваемой на основе современных информационно-коммуникационных технологий, для обретения речевых навыков владения иностранным языком взрослыми в массовом масштабе. В статье дано краткое описание психолингвистических аспектов, позволяющих значительно сократить продолжительность обучения. Предлагаемая к внедрению система управления обучением должна работать в сочетании с методологически точно интегрированной лингвистической системой и обеспечивать формирование речевой зоны обретаемого языка в сознании взрослого ученика в процессе обучения. Основным результатом можно считать концептуальное решение задачи одновременного взаимодействия языковой системы и средств информационно-коммуникационных технологий, обеспечивающих устойчивое формирование иноязычного мышления взрослых в процессе развития профессиональных и языковых навыков, представленное на системном уровне. А введение психики обучаемого непосредственно в контур управления учебным процессом следует рассматривать как новое направление в развитии электронного обучения. 

Исследован эффект уменьшения количества и размеров клеток пораженных органов в разных областях человеческого тела (при карциномах, тромбозах головного мозга, сердечных приступах, пораженных участках грудной клетки и шейных позвонков, при коронавирусе и зубных пульпитах) с использованием галогенной лампы. Проведены тесты на пациентах в случаях лечения разных заболеваний с помощью периодического воздействия галогенной лампы (500 Вт) от 0,5 до 1 ч при контроле частоты и интенсивности ее света. Тесты выполняли на группе из 170 пациентов. Результаты оказались успешными при лечении: коронавируса – на 80 %, раковых опухолей, инсультов, инфарктов и пораженных участков шейных позвонков – на 70 %, зубных пульпитов – на 90 %. Анализируя полученные практические результаты, можно сделать вывод, что эффект уменьшения количества и размеров клеток пораженных органов с применением галогенной лампы можно использовать для лечения многих заболеваний. Наиболее важное из них – COVID-19.

Исследованы особенности нанесения оксида висмута на матрицы анодного оксида алюминия и оксида титана методом ионного наслаивания. Сформированные наноструктурированные системы изучены с помощью электронной микроскопии, рентгеновского микроанализа и рентгеновской спектроскопии. Нанокомпозиты представляют собой двухслойные системы из пористой матрицы или островковой пленки TiO₂, на поверхности которых находятся вертикально ориентированные пластинки Bi₂O₃. В спектре фотолюминесценции структуры Al₂O₃/Bi₂O₃ присутствуют два канала фотолюминесценции с пиками на 460 и 560 нм при 345 нм возбуждения. Анализ EDX-спектров показал, что атомарное соотношение Bi, Ti и O составило 31,46 % Bi : 3,78 % Ti : 51,05 % O. Показана возможность использования сложного нанокомпозита в качестве контрастирующего агента в рентгеновской диагностике и для защиты от ионизирующего излучения.

Представлены результаты анализа существующих методов кластеризации данных, получаемых при эндоскопии гортани. Предложена модификация метода Виолы-Джонса для распознавания изображений с использованием критерия гибкого выхода. Метод Виолы-Джонса исследует все области на изображении и принимает решение о принадлежности распознаваемой области к искомой путем прохождения через классифицированный каскад. Эндоскопические снимки имеют большое количество особенностей, таких как засветка, шумы и другие, которые ухудшают качество распознавания. Для улучшения качества распознавания предложена кластеризация с критерием гибкого выхода, которая удовлетворяет критериям масштабируемости – изменение решения вместо перехода к другой области распознавания. Установлено, что предложенная модификация метода Виолы-Джонса показывает высокие результаты распознавания для эндоскопических снимков.

Отсутствие универсальных (генерализированных) наборов данных и недостаток аннотированных данных делают необходимым исследование возможностей нейросетевых подходов для конкретных наборов данных. Важность построения алгоритмов для обнаружения внелёгочных патологий на рентгеновских изображениях грудной клетки продиктована социальной значимостью заболеваний данной группы (например, сердечно-сосудистых), условиями доступности таких изображений ввиду широкого распространения малоинвазивных и относительно дешевых рентгенологических методов диагностики. Одна из важных проблем при решении задач автоматизации классификации медицинских изображений – подготовка данных. В результате работы над базой изображений удалось повысить производительность итогового алгоритма с 75 до 95 %. Для медицинских учреждений обработка всего объема получаемых изображений и проведение их диагностики по широкому списку патологий затруднены ограниченностью ресурсов. В связи с чем целесообразно использовать автоматизацию процессов сегментации и распознавания, что уже на первых этапах ее применения дает возможность врачам перераспределить внимание на потенциально патологические случаи и обратить повторно внимание на те, которые ошибочно были идентифицированы как непатологические.

Разработана модель течения газовой смеси в дыхательном контуре аппарата искусственной вентиляции лёгких, которая может использоваться для расчета оптимальных значений показателя течения газовой смеси при проведении искусственной вентиляции лёгких. Также ее можно применять при моделировании различных ситуаций, возникающих в процессе лечения пациента. В статье приведены случаи, когда трубки оставались прямыми, когда на них оказывалось физическое давление и когда изменялась их геометрия (трубки были согнуты). Выполнены расчеты значений избыточного давления в дыхательном контуре аппарата искусственной вентиляции лёгких. Даны рекомендации по использованию модели течения газовой смеси в дыхательном контуре аппарата искусственной вентиляции лёгких.