ВІСНИК
ХМЕЛЬНИЦЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОГО УНІВЕРСИТЕТУ
с е р і я : Т е х н і ч н і н а у к и
Затвердж ений я к фахове видання
Постановою президії ВАК України від 10.02.2010 № 1 -0 5 /1
(h ttp ://v a k .o rg .U a /d o c s//p ro fjo u rn a ls/jo u rn a lJist/w h o le .p d O
Засновано в л и п н і 1 9 9 7 р.
Виходит ь 6 р а з ів на р ік
Х м ельни цький, 2014, № 1 (209)
Засновник і видавець: Х м ельницький національний університет
(до 2005 р. - Технологічний університет Поділля, м. Хмельницький)
Включено до наукометричнкх баз: РИНЦ http://elibrary.ni/titlc_about.ftSp?id“37650Index Copcrnicus http://jml20l2.indcxcopemicus.com/passporl.php?id=4538&idjang=3 Google Scholar http://scholar.google.com.ua/citalions?hl;nilc&uscr=alUP90YAAAAJ Poliih Scholarly Bibliography https:Vpbn.nauka.gov.pl/}oumals'46221
Г оловн ий р е д а к т о р С киба M. Є., заслуж ений працівник н ар о д н о ї освіти України, член-кореспондент Національної академ ії педагогічних наук України, д.т.н., професор, ректор Х мельницького національного університету З асту п н и к г о л о в н о го р е д а к т о р а П а р ас к а Г. Б., д.т.н„ професор, проректор з наукової роботи Хмельницького національного університету В ідп овідальн и й с е к р е т а р Г у л яев а В. О., завідувач відділом ін тел екту альн о ї власності і трансф еру технологій Хмельницького національного університету Ч л е н и р е д к о л е г і ї Т ехнічні науки Б е р е а и е н х о М. П. д.т.и .. п р о ф . (К и їв , У к р а їн а ); Б у б у л и с А л г и м з н т а с , д .т л ., п р о ф . (К а у н а с , Л и т в а ) ; Г о р д е с и А. І , д .т.н ., п р о ф .; Г р а б к о 8. В , д .т.н ., п р о ф . (В ін н и ц я , У к р а їн а ); Д и х л О . В., д .т.и .. п р о ф .; Ж у л т о в с ь к и й Б о гд а н , д .т.и .. п р о ф . ( Би д го іііч. П о л ь щ а ); З у б к о в А. М , д.т.и ., н.с. (Л ь в ів , У к р а їн а); К а м б у р г В. Г., д . т . и , п р о ф . (П е н з а , Р с с с ія ); К а п л у н В. Г.. д .т .н ., п р о ф . Н а р в а н С. А , д . т . н , д о ц .; К а р т а ш о в В. М , д . т л , п р о ф .(Х ар кі» , У к р а їн а ); К н ч а к В. М „ д .т .м , п р о ф . (В ін н и ц я , У к р а їн а ); К ін и ц ь к и й Я. Т., д . т л , п р о ф .; К о н о в а л 8 . П., д .т.н ., п р о ф . (К и їв, У к р а їн а): К о р о б к о Є. В., д . т . и , п р о ф . (М ін сь к , Б іл о р у с ія ); К о с т о г р и з С. Г., д . т . н , п р о ф .; К о ф а н о в Ю. Н., д .т .и , п р о ф . (М о скв а. Р о сія ); М а.іур М. П ..д,т.н.. пр о ф .; М а н д з ю к 1. А.. д ,т.и ., п р о ф .: М е л ь н и ч у к П. И ,д ,т .н „ пр<іф.. (Ж и т о м и р , У к р а їн а ); М ясіщ ев 0 . А.. д .т .и , проф .; Н а т р іа ш в іл ІТ а м а з М а м іе в и ч , д .т .н , п р о ф ., (Т б іл ісі, Г р у зія); І іе л іи Є. А , д . т . н , п р о ф .. (К и їв , У к р а їн а )); П а в л о в С. В., д .т .н , п р о ф , (В ін н и ц я , У к р а їн а); П асту х 1. М , д .т.н ., п р о ф ; П о м о р о в а 0 . В , д .т.н ., п р е ф . ; П а н о в к о Г. Я , д .т .н , п р о ф . (М о ск в а. Р о сія ); П о п о в В , д .т.н ., п р о ф . (Б е р л ін , Н ім е ч ч и н а ); П р о х о р о в а І, А , д .т .н , п р о ф . (Х ерсон, У к р а їн а ); Р о г а т н н с ь к и й P. М , д .т.н ., п р о ф . (Т е р н о п іл ь , У к р а їн а); Р о й зм а н В. П., д .т.н ., пр о ф .; Р у д н н ц ь к и й В. Б , д .ф із ,- к а т .н „ п р о ф ; С ар іб ек о п Г. С., д .т .н , п р о ф . (Х е р со н , У к р а їн а ); С іл ій Р. 1., д .т.н ., пр о ф .; С л а в ін с ь к а А. Л „ д т .н .. п р о ф .: С о р о к а т и й Р. В., д .т .и „ п р о ф ; Т р о ц и ш и н І. В.. д .т .н . п р о ф . (О д еса , У к р а їн а ); Ш а л а п к о Ю. 1, д .т .и , пр о ф .; Ш и и к а р у к О . М , д т . н , п р о ф .; І іік л я р с ь к и й В. І , д т . н , п р о ф . (Л ь в ів , У к р а їн а ); Щ е р б а н ь 10. Ю.. д .т .н . п р о ф .; Ю р к о в М. К.. д.т.и ., п р о ф . (П е н за. Р о сія ); Я сн ій П. В , д .т.н ., п р о ф . (Т е р н о п іл ь , У к р а їн а) Технічний редактор Горящ енко К. Л , к.т.н. Редактор-коректор Брож енко В. 0. Р е к о м ен д о в ан о д о д р у к у р іш е н н я м в ч е н о ї р а д и Х м ел ьн и ц ьк о го н а ц іо н а л ь н о г о у н ів ер с и т ет у , п р о т о к о л № 5 в ід 2 9 .0 1 .2 0 1 4 р. Адреса редакції: р едакц ія ж урналу "Вісник Хмельницького національного університету" Х мельницький національний університет вул. Інститутська, 11, м. Хмельницький, Україна, 29016 • (0 3 8 -2 2 ) 2 -5 1 -0 8 w e b : h ttp ://J o u m a ls.k h n u .k m .u a /v e stn lk
e -m a il: visnyk_khnu@ rarnbler.ru h ttp ://v e stn ik .h o .c o m .u a h ttp ://v lsn ik tu p .n a ro d .ru h ttp ://lib ra ry .tu p .k m .u a /v isn y k _ tu p .h tm
Технічні науки ISSN 2307-5732
УДК 004.942:004.031.42
Р.А. ТКАЧУК, Г.Б. ЦУПРИК, Б.ї. ЯВОРСЬКИЙ
Т ер н о п іл ь сь ки й н ац іо н альн и й т е х н іч н и й у н івер си тет імені Іван а ПулюяПІДВИЩ ЕН НЯ Е Ф ЕК ТИ В Н О С ТІ Е Л Е К Т Р О Р Е ІИ Н О Г Р А Ф ІЧ ІІО Ї СИ СТЕМ И
В робот і наведено обґрунтування вибору мат емат ичної моделі р е а кц ії сітківки, стимульованої за допомогою променя світла н и зько ї інтенсивності, з урахуванням закону Вебера-Фехнера. Встановлено, що електроретинографія з низькою Інтенсивністю дозволяє оцінит и ризик нейрот оксикації на ї ї початковій стадії. Алгоритм оцінювання нейрот оксикації апріорно невідомими т оксикаптами за допомогою електроретинографії розроблено. Клю чові слова: низько інтенсивна електроретинографія, електроретиносигнал, шум. фільтр, електроретинограма, достовірність, ефективністьR.A.TKACHUK, H.B.TSUPRYK. B.I.YAVORSKYY T c m o p il N a tio n a l T e c h n ic a l U n iv e r s ity n a m e d a f te r lvap. P u lu i
ENHANCEMENT OF EFFICIENCY OF EI.FCTRORETINOGRAPHY SYSTEM
A bstract - The article g iv e s the rationale f o r the choice o f a m a them atical m o d el o f th e response o f th e retina th a t Is stim ulated with th e a id o f beam o f light o f low -intensity, ta kin g in to account o f the W eber• Fechner law.
i t has been established th a t th e n o w o f th e retina response a n d deviation fr o m th e n orm o f response o f retin a can be considered to be independent fr o m the stim u la tio n Intensity. Moreover, th eir influence on response retina additively. The resolution o f the measurements o f deviations Increasing significantly w h en in ten sity o f stim ulation Is decreasing (b y W e b e r - Fechner law ). Since this significantly reduces signal ю noise ratio, an o p tim a l filterin g o f response o f th e retin a requires. Reasoned decision fo r th e choice o f optim al filter structure found. C om puter sim ulations f o r elektroretinosignal, electrorsiinogrom a n d noise h a ve been developed. The fo tm u lu o f probability o f confidence (In sense o f Rorcl) o f study results has been determ ined f o r a g iven probability o f th eir fallibility. It has been applied fo r estim ation the effectiveness o f elektroretinography system.
The electroretinography w ith a low -intensity excitation will allow reaching neurotoxicity risk estim ation a t his initial stage. Algorithm fo r neurotoxicity a ssessm en t o f a priori u n kn o w n s' toxicants b y electroretinography is given.
Technical sciences Ю5Ы 2307-5732 (2) використано суму заспокійливого коливання вДО як ЕРГ (зі зміною параметрів кожної його хвилі [21) та шуму п (0 : х (ї) « 8 Г( 0 + п(1) (1) За певних умов (наприклад, під впливом зовнішнього середовища) ЕРГ може набрати вигляду
М о ,
(0 < / < 7і) = ©
[« Д О + **(<)» І, < / < / 2 де 5а0 ) — спричинені відхиленням від „норми" зміни на інтервалі [ / ,,/2] с 0 (рис.1,а,б; /, = 407^,/ 2 а 50Г, , 0 = 2007^, Т, — період дискретизації). В стандартних ЕРГС для можливості виділення з ЕРС х ( 0 Його інформативної частини 8 ,( 0 (отримання оцінки ЕРГ і г( / ) ) експозицію потоку енергії подразнення вибирають з регламентованого стандартом діапазону' задля забезпечення потрібного відношення енергії |] у ,( /) |2<Л інформативної частини в до енергії ]|ЛҐ(й>)|2</в> шуму (де N (0)) - спек-фапьна густина потужності шуму, О) - частота, о - 1 / 27^ — частота дискретизації, яка визначас й параметри аналогового поперелнього фільтру для уникнення ефекту накладання і визначається з врахуванням умов теореми Котсльникова та ширини спектрів шуму та біосигнату), необхідного лля отримання достатньої роздільної здатності оцінки .5 ,( 0 . Для моделі (2) змін викликаного сигналу величину' роздільної здатності визначає значення енергії Н = |І£(/)|< // . За законом Всбсра-Фехнера вважатимемо, що і — а д і г« і п § - , Р ) *гЬ — А де Ь.гі, ( 1і) ^ — значення потенціалі1 в інформативно важливі моменти часу; символ % означає відношення пропорційності. Індексом її позначено біофізично порогові значення відповідних величин (7]. Енергія відгуку сітківки ока залежить тільки від її клітин та ока (око, як біологічна система^ є відкритою системою). Енергія Е подразнення впливає тільки на ймовірність активацій тієї чи іншої частини елементів сітківки і є тільки спусковим чинником для появи відповідного відгуку. Шуми від інтенсивності подразнення також не залежать. Для математичної моделі ЕРС, на підставі (1-3) слушно припустити, що хЛ т Т ,) = Іп(ДГ5 ) [ 1 - е х р ( - а '/и 7 ’х)8Іп(2я7л7', // * ) ] (4) де К 2 т = 0 , М , ціле число ц визначається за значенням періоду коливань 5 ,, а значення числа а — за швнікістю заспокоєння цих коливань. Нехай в результаті деяких чинників на певному інтервалі часу в 5, виникають зміни * А т Т , ) = ^ ехр( ~ а т 1 \ )в іп (2я т Т , І {и ') , (5) де $4 < ІП{ К ^ ) ,М '< Ц • При матих значеннях К в тоді тестові ЕРГ (2) та ЕРС ( І ) матимуть вигляд, як на рис. 1а та рис. 16 відповідно: (0) Р и с . І . Г р а ф ік и коуш'юкрного ім іт а ц ій н о г о м о д г .ію и а ш ія І'.Р Г <я) т я Е Р С (б ), ш — н о м е р в ід л ік у Збільшення значення К . змінює вигляд ЕРС (1) — роздільна здатність ЕРГ при цьому зменшується (рис. 2а). Ще більше зменшується роздільна здатність ЕРГ при застосуванні фільтру, рекомендованого міжнародним стандартом ІБСЕУ (рис. 26).Технічні науки ISSN 2307-5732 законом Вебера-Фехнера). Оскільки при цьому значно зменшується відношення потужності біосигналу яо потужності шуму, то необхідна оптимальна фільтрація реакції сітківки. Для врахування нестаціонарності цієї реакції фільтр повинен бути зі змінними параметрами. Дня цього необхідне представлення біосигналу ях періодичнокорельованого процесу та застосування фільтру Калмана. Оцінювання виконувати усередненням — для апріорно невідомої ЕРІ', фільтром Калмана — для апріорно відомої ЕРГ. Для визначення інформативності адекватним є використання статистичної теорії вибору рішення (як перевірки гіпотез) за критерієм Неймана-ГТірсона, що водночас надає можливості визначення імовірності достовірності (за Королем) результатів досліджеїшя при заданій імовірності помилкового вибору. Р о б о їу ви к о п а н о з а п л ан о м ф у н л ам ем тал м ін х д о с л ід ж е н ь М О Н У , ю ж аз К г1177 в іл 30.11 2 0 1 0 р ., ге м а В І 3 2 - Н Т ІГ ГУ імені Ь а я а Пулюя. н о м ер д е ж р е о л р а ш ї 0 1 1 1U 00259 Л іт е р а т у р а 1. Ткачук Р. А. Оптимізація ретинографічної системи для виявлення прихованого біологічного впливу на організм людини / Р.А. Тхачук / / Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології.- 2009 - №2,-С. 145-152. 2. Ткачук Р. А. Повышение эффективности электрорстинографических систем / Р.А. Ткачук, Г.Ь. Цупрык, Б И. Яворский //У С иМ .-2013.-№ 4(246).- С.33-40. 3. Ткачук P., Яворський Б. Метод побудови біотехнічної системи для оцінювання електроретинограм з підвищеною вірогідністю та ефективністю / Р. Ткачук, Б. Яворський Б. // Вісник Тернопільського державного технічного університету.- 2009.- №3.- С .102-110.
4. Jianhong Shen, Yoon-Mo Jung On the Foundations o f Vision Modelling // IV.Weberized Mumford-Shah Model with Bose-Einstein Photon Noise: Light Adapted Segmentation Inspired by Vision Psychology, Retinal Physiology, and Quantum Statistics.-IMA Tech. Preprint No. 1949.
5. Fox D.A., Kala S.V., Hamilton W.R.,Johnson J.E., O’Callaghan J.P.Low-Level Human Equivalent Gestational Lead Exposure Produces Supernormal Scotopic Elecrrorctinograms, Increased Retinal Neurogenesis, and Decreased Retinal Dopamine Utilization in Rats// Environmental Health Perspectives.-2008.- № 5(116).- C.6I8- 625.
6. Barlow H.B. Retinal N oise and Absolute Threshold// Journal o f the Optical Society o f America.- 1956- №8(46).- C.634-639.
7. Grawford B.H., Pirenne M.H.Steep Frcquency-of-Seeing Curves// J. Physiol.-1956.-J&126.- C .404-411. 8. Борель Э. Вероятность и достоверность / 3 . Борель. Москва: Гос. издат. физ.мат. лит., 1961 -120с.
R e fe re n c e s
1. T k ach u k R A P o v y sb c 'n ic e’ffck tiv n o sii c ’lc k u o re tu x jg ra fic h c slix s is tc m /R .A . U cach u k , G В T su p ry k , B .l Y a v o rs k y y //U S iM - 2013.-№ 4(246).- p p .33-40.
2. T k ach u k R .A . O p iy m izalsiy n r e ty n o g ta fic ta o y i sy stem y d ly a v y y a v te n n y a p ry k h o v an o h o b io lo h ich n o h o vplyvu n a orhani/.in l y u d y n y R A T k a c h u k // O p ty k o -e k k u o n n i infurn-.auiyno-cncrhciycJiiii te e h n o lo h iy i- 2 0 0 9 - N s 2 - p p . 145-152.
3. T k a ch u k R., Y av o ttk y y B . M c to d p o b u d o v y b io tech n ich n o y i s y ste m ) d ly a o ts m y u v a n n y a c le k tro re ty n a h ra m г pidvyshchciui>u virchiitoistyu ta c fck ty v n isty u / R T k a ch u k , B. Y av o rsk y y / / V isn y k T c tn o p ilsk o h o d e rz h a v n o n o tc k h m c h n o h o u n iv ersv tetu .- 2009,- K°3 - pp.102-110.
4 Ju m h c n g S h c n , Y o o n -M o J u n g O ti ih c F o u n d atio n s o f V isio n M o d ellin g itIV W c b crizc d M u m fo rd -S h ah M o d el w ith Bose-F.instein Photon N oise: L ig h t A d ap te d S cam cn tatio n ln x p ired b y V isio n Psvc-holo©-. R etinal P h y sio lo g y , a n d Q u an tu m S la tistic s.-IM A T cch . P rep rin t No. 1949.
5 Fox D .A ., K aln S .V .. H am ilto n W R .Johnson J.E .. O 'C a lla g h a i J P L o w - L e v c l H u m a n E q u iv ale n t G estatio n al l^cad E x p o siu e P foducesSupernofm alScotopic E le ctro re tin o g ra m s. In creased R etinal N cu ro g en esis.aitd ІЗс.теїк еїІ R etinal D o p am in e U tiliz a tio n in R ats// Envirw im cntil H ealth P e rs p e c tiv e s - 2 0 0 8 ,- Л%5(116).- p p .6 18-625.
6. B ailo w H В R etinal N o is e a i d A b so lu te T h re sh o ld ’/J o u rn a l o f ihe O p tical S o cie ty o f A m e ric a.- 1956 - № 8 (4 6 ).- pp.634-639 7 G raw ford B .H ., P iie ta ie M H .S tecp F req u cn cy -o l-S e cin g C u rv e s // i. P h y sio l -1 9 5 6 .-№ 1 2 6 .- p p .4 0 4 - tl 1
8 ВогеГ E‘. V erov atn o st' і d o s to v e m o it'/ fc" ВогсГ. - M o sk v a : Go j. iw lat fiz.-m al. lit.. 1 9 6 1 - p 120
Рецензія/Реег review : 9.12.2013 p. HaApyKOBaiia'Prtnted :6.2.2014 p, Рецензент: .т.н., проф., завідувач кафедри світлотехніки та джерел світла Тернопільського
національного технічного університету імені Івана Пулюя Лндрійчук В.А.
