Шмид Александр Викторович

Application of medical data classification methods for a medical decision support system

2021 · CHAPTER · en

Decision support systems (DSS) allow us to help the doctor in making diagnoses to the patient, also medical DSS help to assess the need for a particular examination of the patient. In this article methods of medical data classification are considered, these methods are the part of the medical DSS. The paper includes investigation of data classification methods as hierarchical cluster analysis, k-means analysis and discriminant analysis. The selected methods are implemented using the example of cardiological data. A hypothesis is put forward that it is possible to determine the presence or absence of tuberculosis in a person from cardiological data by using data classification methods. Such indicators as sensitivity and specificity evaluate the effectiveness of the methods. In addition, ROC and AUC are presented. Thus, the DSS will be able to determine a certain degree of probability to assume the presence of tuberculosis in a person. The doctor will decide on the need for additional examinations depending on the values obtained.

Применение метода неинвазивного оценивания нарушений углеводного обмена при скрининге населения

2020 · ARTICLE · en

Применение метода неинвазивного оценивания нарушений углеводного обмена при скрининге населения

2020 · ARTICLE · ru

Разработана и описана методика проведения неинвазивного скрининга населения на нарушение углеводного обмена (НУО). Новизна методики заключается в том, что по неинвазивному типу скрининга еще не существует медицинских стандартов в области эндокринологии, поэтому методика составлялась на основе результатов клинического исследования по изучению электрокардиографических отклонений у больных с НУО, где использовался метод неинвазивного определения НУО по ЭКГ первого отведения [1]. Во время разработки методики был проведен дополнительный анализ выборки ЭКГ, полученной в ходе исследования [1]. В результате анализа сделаны выводы, что показатели эффективности метода (чувствительность и специфичность) слабо изменяются в зависимости от времени съема ЭКГ в течение суток. Это означает, что пациент может явиться на скрининг по методике неинвазивного определения НУО не только утром и не обязательно натощак, в отличие от инвазивных методик (тест глюкозы плазмы натощак и пероральный тест толерантности к глюкозе) [2]. Для принятия решения «есть подозрение на НУО»/«нет подозрения на НУО» пациенту достаточно снять до 2 ЭКГ.

Практика и перспективы применения семейства эмуляторов архитектур мейнфреймов IBM.

2020 · ARTICLE · ru

В статье представлено описание семейства эмуляторов архитектур мейнфреймов IBM, история их разработки, их функциональные особенности и возможности применения, а также опыт многолетнего развития (начиная с 1994 года) состава эмуляторов, и сфер их применения. Решена относительно простая по современным представлениям задача создания виртуальной машины в операционной системе VSE/ESA для переноса в эту целевую среду унаследованных платформозависимых приложений. Задача решена сначала для ЕС ЭВМ в РФ, а потом для машин IBM 9221 в ФРГ и других западных странах. Перенос осуществлялся в среду современной по тем временам OS/390, а также IBM AIX. Обеспечена возможность виртуального исполнения любых существующих операционных систем мейнфреймов IBM в средах основных серверных ОС: Linux, Windows, AIX, Z/OS, ZLinux. Разработано решение по объединению любых типов образовавшихся виртуальных вычислительных узлов в гетерогенные территориально распределенные вычислительные сети, обеспечивающие в частности множественное взаимное резервирование узлов в сети.

Fermi-Pasta-Ulam autorecurrence in the description of the electrical heart activity of patients with diagnosed tuberculosis

2019 · CHAPTER · en

В статье анализируются особенности форм электрокардиограмм у людей с поставленным диагнозом туберкулеза. Получаемые данные сравниваются с формами спектром Фурье электрокардиограмм здоровых людей и людей с поставленным диагнозом ишемии. Для работы используется база данных в примерно 93 тысячи электрокардиограмм. Выдвигается гипотеза о возможности выявления наличия у человека туберкулеза по форме спектра его электрокардиограммы с помощью кластеризации форм спектра Фурье электрокардиограмм.

Coupled blood pressure dynamics in magisterial and small arteries networks and its stabilizing effect on heart functioning within the framework of computer model

2018 · ARTICLE · en

Computer model coupled blood pressure dynamics in magisterial and small arteries networks and its stabilizing effect on heart functioning has been suggested. The Fermi-Pasta-Ulam auto recurrence in the description of the electrical activity of the heart has demonstrated the universal role of the FPU recurrence in the study of distributed dynamical systems. The heart electrical dynamics was described by the coupled Van der Pol differential equations with a time lag, linked with two additively coupled nonlinear differential equations circumscribing the blood pressure dynamics in the networks of magisterial and small arteries. The mathematical model developed by Yuen and Lake for description of the deep wave dynamics within the nonlinear Shrodinger (NSE) equation was used for description of the magisterial arterial blood pressure whereas for small arteries blood pressure dynamics was used the approach elaborated by Zabusky and Kruskal within the framework of the Korteveg de Vries (KdV) equation. The arterial blood pressure dynamics was interpreted as coupled FPU recurrences showing a rich variety of resulting FPU spectra, which were referred to different states of Cardio Vascular System. Synchronous registering of the real ECG and Pulse Wave Fourier dynamic images allowed to unify the characteristic Fourier pictures of the heart electrical activity with the hydrodynamic blood parameters developing in the networks of two types of arteries. The computer study of the suggested model and comparison of its results with the real data proved that the ECG Fourier parameters coupled with the Pulse Wave Fourier parameters form the FPU spectra that increase stability of Cardio Vascular System and can be used for diagnostics as well as for evaluation of the therapeutic arrangements results.

Splitting of the ECG Pattern is Not only a Sign of Possible Myocardial Infarction or Cardio Pathology, But one of Many Possible Normal States of the Nonlinear Dynamics of the Heart as Well

2018 · ARTICLE · en

The ECG features analysis in a patient born in 1946 led to repeated statement of misdiagnosis, particularly of myocardial infarction. About 2,500 patients’s ECGshave been analyzed for the three-year period of the patient’s observation. A Fourier analysis of the spectra of the ECGs of the patient 2506 allowed to assume that there exists an additional leading center in his myocardium, with a variable start phase of the myocardium relative to the phase of the fundamental frequency of contractions of the myocardium. Experimental confirmation of this hypothesis is in particular; found in the patient jump-like transition from synchronous phase daily changes in the function dynamics of the P wave width and the PQ segment to the antiphase ones, which reflects the change in the conditions for triggering the process of myocardial contraction. As a result, the coupling of the two leading frequencies of the myocardium, with a variable phase shift of the triggering, can be expressed both in the extra systoles appearance as well as in unusual cardio cycles not coinciding in the form and phase of cardio cycles of a single ECG. Cluster analysis of the entire set of collected patient’s ECGs in the similarity of their forms revealed 18 separate clusters of similarity. While cluster analysis of the ECG samples in other 4857 patients in most cases led to the identification of only one cluster characteristic for a certain patient’s ECG form. Mathematical modeling of the proposed hypothesis about the presence of more than one leading center of myocardial triggering which resulted in getting model patterns of split ECGs, qualitatively corresponding to the split forms of ECGs observed in the studied patient, confirmed its validity.

Кластеризация медицинских больших данных как инструментарий систем поддержки принятия решений в математической кардиологии с использованием облачных технологий

2018 · ARTICLE · ru

Массовое использование мобильных устройств для съема электрокардиограмм (ЭКГ) приводит к количественному росту доступных для исследования ЭКГ множества пациентов. Таким образом, появляются новые возможности исследования колебательных процессов долговременной динамики индивидуального состояния сердечно-сосудистой системы (ССС) любого пациента. В статье демонстрируются новые возможности долговременного постоянного наблюдения за состоянием ССС массы пациентов, позволяющие выявить закономерности динамики ССС, которые приводят к выдвижению гипотезы о существовании адекватной модели ССС как распределенной нелинейной автоколебательный системы класса моделей возвратов Ферми-Паста-Улама (ФПУ). Наличие содержательной математической модели ССС возврата ФПУ, как уточнение традиционной модели изучения вариабельности сердечного ритма (ВСР), далее позволяет предложить новые вычислительные методы анализа ЭКГ и прогнозирования динамики ССС для более детальной диагностики и оценки эффективности проводимого лечения.

Big Data Clustering in Cardeology Based on Modeling of Electrical Dynamics of the Heart in the form of Fermi-Pasta-Ulam Auto-Recurrence as a New Tool for the Study of Cardiac Activity

2018 · ARTICLE · en

The mass application of mobile cardiographs already leads to both explosive quantitative growth of the number of patients available for ECG study, registered daily outside the hospital (Big DATA in cardiology), and to the emergence of new qualitative opportunities for the study of long-term oscillatory processes (weeks, months, years) of the dynamics of the individual state of the Cardiovascular system of any patient. The article demonstrates that new opportunities of long - term continuous monitoring of the Cardiov ascular system state of patients ' mass allow to reveal the regularities (DATA MINING) of Cardiovascular system dynamics, leading to the hypothesis of the existence of an adequate Cardiovascular system model as a distributed nonlinearself - oscillating system of the FPU recurrence model class [1]. The presence of a meaningful mathematical model of Cardiovascular system within the framework of the FPU auto – recurrence [2], as a refinement of the traditional model of studying black box, further allows us to offer new computational methods for ECG analysis and prediction of Cardiovascular system dynamics for a refined diagnosis and evaluation of the effectiveness of the treatment.

FPU recurrence electromagnetic spectrum as a possible physiotherapeutic tool

2018 · ARTICLE · en

The idea of forced external synchronization of the heart dynamics by the canonical FPU spectrum with a purpose to lower the rate of its desynchronization in some pathological cases has been hypothesized by the authors. It was concluded that a heart being a multi resonant distributed dynamic ion containing system may be resonantly influenced by applying to it the canonical FPU electromagnetic spectrum, which can supposedly decrease the rate of desynchronization in the ECG Fourier spectrum for example in case of arrhythmia. The complex FPU recurrences found in the deep-water dynamics studies were compared with real ECG Fourier images in a sequence of time periods. For choosing the appropriate form of the external FPU canonical spectrum, the two different forms of the ECG Fourier spectra were studied: a rectangular pulse spectrum and exponential pulse spectrum. The two functions were taken to form the external synchronizing canonical FPU recurrence spectrum and were put into the right part of the equations of the previously developed mathematical model as perturbing functions. The computer study of the model simulating arrhythmia with a synchronizing perturbing part in a form of the canonical FPU recurrence spectrum changed the solutions of the model to the forms characteristic for normally functioning heart. Thus, the hypothesis has been confirmed,