МЕТОДИ ОПТИМІЗАЦІЇ ІДЕНТИФІКАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ МОДЕЛІ ТЕСТОВОГО ЕЛЕКТРОРЕТИНОСИГНАЛУ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ РИЗИКІВ НЕЙРОТОКСИКАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.68(2).2024.318208Ключові слова:
електроретиносигнал, низька інтенсивність, нейротоксикація, оптимізація, параметрична ідентифікаціяАнотація
Стаття присвячена дослідженню та розробці оптимізаційних методів для моделювання електроретинографічних сигналів (ЕРС) у контексті виявлення ранніх стадій нейротоксикації. Електроретинографія (ЕРГ) є важливим інструментом для оцінки функціонального стану сітківки ока, що дозволяє діагностувати різноманітні зорові патології, включно з нейротоксикацією на різних етапах. Однак, низька інтенсивність стимуляції та шум у сигналах можуть значно ускладнювати процес обробки даних та їх інтерпретації.
У статті запропоновано використання методу Нелдера-Міда для оптимізації параметрів математичної моделі ЕРС. Цей метод оптимізації без похідних є ефективним для складних та нерівномірних цільових функцій, що робить його перспективним для застосування в задачах, пов'язаних з аналізом низькоінтенсивних сигналів. Було проведено оцінку часової складності алгоритму, що показала скорочення часу визначення коефіцієнтів моделі на 15% при забезпеченні необхідної точності відтворення тестового електроретиносигналу. Крім того, використання алгоритму Нелдера-Міда дозволило зменшити обчислювальні витрати на 30%, що робить його придатним для реального часу.
У дослідженні також описано структуру прототипу експертної інформаційно-вимірювальної системи для моніторингу змін у функціональному стані зорової системи під впливом нейротоксичних чинників. Результати можуть бути застосовані у медичній практиці для діагностики нейротоксикації та інших патологічних станів на ранніх етапах, що дозволить поліпшити якість медичних втручань та своєчасно запобігати серйозним наслідкам для здоров'я пацієнтів.
Посилання
E. E. Cornish, A. Vaze, R. V. Jamieson, and J. R. Grigg, “The electroretinogram in the genomics era: outer retinal disorders” Eye, vol. 35(12), pp. 2406-2418, 2021. DOI: 10.1038/s41433-021-01659-y.
D. L. McCulloch, M. F. Marmor, M. G. Brigell, R. Hamilton, G. E. Holder, R. Tzekov, and Interna-tional Society for Clinical Electrophysiology of Vision, 2015. ISCEV Standard for full-field clinical electroretinography (2015 update). Documenta Ophthalmologica, vol. 130, no. 1, pp.1-12. DOI: 10.1007/s10633-014-9473-7
A. J. Tatham, and F. A. Medeiros, “Detecting Structural Progression in Glaucoma with Optical Coherence Tomography”, Ophthalmology, vol. 124(4S), pp. S57-S65, 2017. DOI: 10.1016/j.ophtha.2017.07.015
A. G. Robson, J. Nilsson, S. Li, S. Jalali, A. B. Fulton, A. P. Tormene, G. E. Holder, and S. E. Brodie, “ISCEV guide to visual electrodiagnostic procedures”, Documenta Ophthalmologica, 136(1), pp.1-26, 2018. DOI: 10.1007/s10633-017-9621-y
R. A. Tkachuk, B. I. Yavorsky, and O. P. Yanenko, “Problems of neurotoxicity assessment with using of electroretinography”, Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, 0(61), pp. 108-115, 2015. DOI: 10.20535/RADAP.2015.61.108-115.
P. Tymkiv, and M. Bachynskiy, “Assessing neu-rotoxicity risk through electroretinography with reduced light irritation intensity”, Scientific Journal of TNTU, 111(3), pp. 58-66, 2023. DOI: 10.33108/visnyk_tntu2023.03.058
P. Tymkiv, “Analysis of the Complexity of Algorithms for Finding the Coefficients of the Mathematical Model of Low-Intensity Electroretinosignal,” in Advanced Applied Energy and Information Technologies 2021. Proc. of the International Conference, Ternopil, 15-17 December 2021, pp.145-150.
Tymkiv, P., Kłos-Witkowska, A. and Andrushchak, I., “Optimization Methods for Determining Coefficients of Mathematical Model of Electroretinosignal for Detection of Neurotoxicity Risks,” in Proc. of the 1st International Workshop on Computer Information Technologies in Industry 4.0 (CITI 2023). Ternopil, Ukraine, June 14-16, 2023, pp.109-116, 2023.
R. Byrd, G. M. Chin, W. Neveitt, J. Nocedal, “On the use of stochastic Hessian information in unconstrained optimization,” SIAM Journal on Optimization, vol. 21, is. 3, pp. 977-995, 2011. https://optimization-online.org/2010/06/
Reza Barati, “Parameter Estimation of Nonlinear Muskingum Models Using Nelder-Mead Simplex Algorithm,” Journal of Hydrologic Engineering, vol. 16, no 11, pp. 946-954, 2011. DOI: 10.1061/(ASCE)HE.1943-5584.0000379.
S Takenaga, Y Ozaki, M Onishi, “Practical initialization of the Nelder–Mead method for computationally expensive optimization problems,” Optimization Letters, Springer, 17:283–297, 2023. https://doi.org/10.1007/s11590-022-01953-y.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Павло Тимків, Роман Ткачук, Олексій Яненко
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
