Search

Stresas yra ganėtinai dažna sveikatos problema, susijusi su didesniu sergamumu ir mirštamumu nuo širdies ir kraujagyslių ligų. Jam įvertinti dažniausiai naudojami širdies ritmo variabilumo parametrai. Tačiau pastariesiems apskaičiuoti reikia ilgo laiko lango, o tai lemia didelį vėlinimą grįžtamojo ryšio sistemoje ir kitus nepatogumus sistemos vartotojui. Šiame darbe siūloma naudoti alternatyvius, greičiau kintančius streso lygio žymenis, įvertinamus fotopletizmogramos (FPG) signaluose. Stresui valdyti ir mažinti biologinis grįžtamasis ryšys galėtų būti pritaikomas kaip lėtasis gilusis kvėpavimas rezonansiniu dažniu. Šiame darbe įvertinti septyni demoduliuoto FPG signalo pulsinės bangos parametrai – FPG impulso sistolinis ir diastolinis plotai As ir Ad, nuolydžio koeficientai Sb-c ir Sb-d, laiko intervalai Ta-b, Tb-c ir Tbd. Taip pat papildomai apskaičiuoti FPG signalo pulsinės amplitudės varijavimas PAV ir impulso trukmė PP. Kvėpavimo dažnis apskaičiuotas remiantis FPG signalų analize. Parametrų psichofiziologinei reakcijai į patiriamą trumpalaikį fizinį stresą ir gilųjį kvėpavimą ištirti užregistruota 51 tiriamojo signalų duomenų bazė. Tiriamiesiems asmenims stresas sukeltas panaudojant šalčio sukėlimo testą. Signalai užregistruoti Kauno technologijos universiteto Biomedicininės inžinerijos instituto darbuotojų sukurtu prietaisu ,,Nautilus 2.0“. Atlikus FPG signalo parametrų statistinę analizę nustatyta, kad fiziniam stresui ir kvėpavimui jautriausias yra pulsinės amplitudės varijavimo parametras PAV (Cohen’o d vertės – 1,444; 1,129; 1,030). Todėl biologinį grįžtamąjį ryšį sistemoje būtų galima įgyvendinti remiantis būtent šiuo parametru su galimybe papildomai sekti kitus signalo parametrus. Tokio tipo streso valdymo sistema potencialai padėtų mažinti fizinio streso sukeliamą skausmą, kurį dažnai jaučia sunkias fizines traumas patyrę asmenys. Įgyvendintas ganėtinai tikslus kvėpavimo rezonansinio dažnio vertinimo algoritmas (mediana - 6,229 kart./min). Tačiau reiktų paminėti, kad giliojo kvėpavimo įtaką FPG signalo parametrams ateityje būtų galima ištirti išsamiau, nes ne visi parametrai jautriai sureagavo į giliojo kvėpavimo stimulą. Galbūt būtų galima padidinti giliojo kvėpavimo fazės trukmę, koreguoti įkvėpimo, iškvėpimo ir sulaikymo periodus arba iškvėpimą atlikti atvira burna., Stress is a fairly common health problem associated with increased morbidity and mortality from cardiovascular disease. Parameters of heart rate variability are most commonly used to evaluate it. However, the evaluation of these parameters requires a long time window, which leads to long time delays in feedback system and other inconveniences for user of system. In this work, it is proposed to use alternative, faster-changing stress level markers evaluated from photoplethysmogram (PPG) signals. In order to manage and reduce stress, biological feedback could be applied as slow deep breathing at the resonant frequency. In this work, seven pulse wave features of demodulated PPG signal were evaluated – systolic and diastolic areas of PPG pulse As and Ad, slope coefficients Sb-c and Sb-d, time intervals Ta-b, Tb-c and Tbd. In addition, the pulse amplitude variability PAV of PPG signal and pulse duration PP were estimated. Respiratory frequency was calculated based on the analysis of PPG signals. A database of signals from 51 subject was registered to investigate the psychophysiological response of the features to the short-term physical stress and deep breathing. Subjects were stressed using a cold pressor test. The signals were registered with the device "Nautilus 2.0" developed by the staff of the Institute of Biomedical Engineering of Kaunas University of Technology. Statistical analysis of PPG signal parameters revealed that the most physical stress and breathing sensitive parameter is the pulse amplitude variability PAV (Cohen’s d values – 1,444; 1,129; 1,030). Therefore, biological feedback in the system could be implemented based on this parameter with the possibility to additionally monitor other signal parameters. This type of stress management system has a potential to help reduce a pain caused by physical stress, which is often felt by people who have experienced severe physical injuries. A rather accurate algorithm for estimation of the respiratory resonant frequency has been implemented (median - 6,229 breaths/min). However, the influence of deep breathing on pulse wave features of PPG signal should be investigated in more details in the future, because not all parameters responded sensitively to the stimulus of deep breathing. It may be possible to increase the duration of deep breathing phase, adjust inhalation, exhalation, and holdup periods, or perform exhalation with the mouth open.

The aim of this work is to develop a system which detects and classifies pain into 4 categories, based on finger photoplethysmographic signal. To accomplish the task first medical literature was analyzed to find how to experimentally stimulate pain and how the body reacts to pain, what are expected physiological changes and how currently pain is measured, it was found that with pain there is an increased activation of sympathetic nervous system, and with it changes in cardiovascular system. Currently the golden standard for pain estimation is patient self-report, in cases where this is not possible there are scales based on patient’s movement, body position, sound, etc. Then technical literature review was performed to find state of the art in automatic pain recognition and classification., it was found that almost all research is focused on using facial video recordings and very few methods used physiological signals, and only one used photoplethysmogram signals, this is due to limited available databases and open databases having only ECG, EDA, and EMG signals. Other methods relied heavily on EDA signal due to its large initial reaction to pain. Methods were constructed to extract and process heartbeat pulses from PPG signals, features were then extracted to describe the pulse morphology. The extracted pulses were then passed through a quality control algorithm which determined is the PPG pulse artefact free. The extracted pulses were then separated into datasets by person. The task of 4 classes was split into 2 neural networks, an initial binary classifier for pain/no pain detection, and a secondary trinary classifier for pain class detection. Three different neural network architectures were designed with 10 different types of input. Results showed that all neural networks performed well in binary classification with feature based networks performing better than signal based networks. With highest achieved accuracy of 0.92 in testing dataset and 1.00 in training dataset. In trinary classifier all networks performed poorly, with signal based networks performing better than feature based. With highest achieved accuracy of 0.61 in testing dataset and 1.00 in training dataset., Šio darbo tikslas - sukurti sistemą, kuri atpažintų ir klasifikuotų skausmą į klases, naudojant piršto fotopletizmogramos signalą. Tam pirma buvo atlikta medicininės literatūros analizė siekiant išsiaiškinti kaip eksperimentiškai stimuliuoti skausmą, kaip kūnas reaguoja į skausmą ir kaip skausmas yra matuojamas. Buvo rasta, kad skausmo metu suaktyvėja simpatinė nervinė sistema ir dėl to yra pokyčių širdies veikloje ir kraujotakos sistemoje. Dabartinis skausmo vertinimo etalonas yra subjektyvios skausmo vertinimo skalės, pagal kurias pacientai patys įvertina patiriamo skausmo lygį. Tuo atveju kai pacientas negali apibrėžti patiriamo skausmo lygį, gydytojas, pasinaudodamas ilgamete praktika, vertina skausmą subjektyviai pagal paciento veido išraišką, judesius ir kitus intuityviai suprantamus požymius. Mokslinės techninės literatūros analizė atskleidė, kad beveik visi metodai remiasi veido vaizdo įrašais, tik keli tyrimai yra paremti fiziologinių signalų analize ir tik viename naudojama fotopletizmograma (FPG). Literatūros analizė taip pat parodė laisvai prieinamų duomenų bazių trūkumą. Siūlomas skausmo objektyvaus vertinimo algoritmas remiasi FPG signalo kokybės vertinimu, segmentavimu į širdies dūžius, signalo atkarpų aprašymu morfologiniais požymiais ir požymių klasifikavimu dirbtiniais neuroniniais tinklais (DNT) . FPG signalo segmentai buvo padalinti į 2 rinkinius, DNT apmokymui ir testavimui. Pirmajame DNT apmokymo etape buvo siekiama ištirti skausmo atpažinimo galimybes (binarinis klasifikavimas), o antrajame– skausmo lygio įvertinimo galimybes (klasifikavimas į 3 klases). Taip pat buvo įvertintas giliojo mokymo DNT efektyvumas klasifikuoti skausmo lygį remiantis FPG signalo morfologija nenaudojant jokio signalo parametrizavimo. Tyrimo rezultatai parodė, kad neuroniniai tinklai gerai pasirodė dvinarėje klasifikacijoje, savybių pagrindu veikiantys tinklai pasirodė geriau negu gryno signalo pagrindu veikiantys. Bendrai geriausi pasiekti rezultatai yra 0,92 tikslumas testavimo rinkinyje ir 1,00 apmokymo rinkinyje. Trinarėje klasifikacijoje visi tinklai pasirodė prastai, gryno signalo tinklai pasirodė geriau negu savybių pagrindo. Bendrai geriausi rezultatai pasiekti yra 0,61 tikslumas testavimo rinkinyje ir 1,00 apmokymo rinkinyje.

Kraujo spaudimas yra vienas pagrindinių registruojamų fiziologinių parametrų padedančių įvertinti širdies ir kraujagyslių sistemos ligų riziką. Naktinio kraujo spaudimo registravimas leidžia aptikti padidėjusią infarkto bei insulto riziką. Dauguma tam naudojamų metodų reikalauja manžetės, kuri matavimo metu suslegia tiriamo žmogaus ranką ir jį pažadina. Dėl to, kraujospūdžio kitimo įvertinimui buvo pasiūlytas neinvazinis ilgalaikės kraujospūdžio kitimo stebėsenos metodas, besiremiantis pulsinės tūrinės bangos vėlinimo laiko registravimu. Šios metodikos tinkamumui įvertinti buvo suprojektuotas ant žasto dėvimas elektrokardiogramos ir fotopletizmogramos signalus registruojantis prototipas ir pulsinės bangos vėlinimo laiką iš užregistruotų signalų įvertinantis algoritmas. Tyrimų metu buvo tiriamas pulsinės bangos vėlinimo laiko kitimas atliekant kraujospūdį keičiančias užduotis (lėtai kvėpuojant ir panardinant ranką į šaltą vandenį) bei stebint vėlinimo laiko kitimą nakties metu. Iš gautų rezultatų galime apibendrinti, kad pulsinės bangos vėlinimo laikas kinta nedideliame diapazone ir yra atvikščiai proporcingas kraujo spaudimui, todėl turi potencialą būti panaudotas medicininėje diagnostikoje ilgalaikiam kraujospūdžio kitimui įvertinti., Blood pressure is one of the most widely used physiological parameters in cardiovascular system diagnostics. Nocturnal blood pressure monitoring might be used to evaluate increased risk of stroke. Most of the methods used in such circumstances require cuff which regularly awakens the person being monitored. Due to these reasons new method based on pulse transit time was suggested. In order to evaluate suitability of this method for blood pressure variability new prototype was developed capable of registering electrocardiogram and photopletysmogram signals on the upper arm. Based on these signals pulse transit time evatuation algorithm was developed. During investigation participats were asked to perform several tasks that affect blood pressure (slow breathing and insertion of hand in cold water) as well as to wear the prototype overnight for nocturnal pulse transit time monitoring. It was observed that pulse transit time varies in narrow range and is inversely proportional to blood pressure. Therefore, this method might be suitable for long term blood pressure variablity assesment.

Širdies ligos yra viena dažniausių mirties priežasčių visame pasaulyje. Kiekvienais metais Europoje dėl širdies sukeltų sveikatos sutrikimų miršta apie 3.8 milijonai žmonių. Lėtinės širdies ir kraujagyslių ligos taip pat yra ir didelė ekonominė problema dėl pacientų ir jų šeimų narių nedarbingumo, todėl svarbu kaip galima anksčiau atpažinti ligą ir laiku pradėti gydymą. Ieškant jautrių širdies ir kraujagyslių sistemos pokyčiams parametrų, neseniai buvo pasiūlytas širdies ritmo fragmentacijos parametras, apskaičiuojamas remiantis elektrokardiogramos (EKG) signalo analize. Nors EKG yra laikomas pagrindiniu klinikiniu įrankiu širdies ligų diagnostikos procese, tačiau šiam signalui registruoti reikalingi elektrodai, kurie varžo paciento judėjimą ir sukelia diskomfortą. Geram kontaktui tarp elektrodų ir odos užtikrinti naudojamas kontaktinis gelis, kuris geli sukelti odos alergiją arba laikui bėgant išdžiūti. Alternatyvus metodas širdies pulsui registruoti yra fotopletizmografija (FPG). FPG yra patogus ir sąlyginai paprastas metodas, pacientui tereikia dėvėti apyrankę. Šiame darbe siekiama įgyvendinti ir ištirti fotopletizmografijos būdu registruojamo širdies ritmo fragmentacijos parametrus. Tyrimui atlikti panaudotos 3 duomenų bazės, kurios užregistruotos: sveikiems jauniems tiriamiesiems, vagus nervo stimuliacijos eksperimento metu ir kardiovaskuline autonomine neuropatija sergantiems pacientams. Atliktas fragmentacijos parametrų įvertinimas parodė, kad fragmentacijos parametrai apskaičiuoti iš FPG signalo buvo artimi parametrams apskaičiuotiems iš EKG signalo. Nustatyta, kad fragmentacijos parametrai yra jautrūs autonominės nervų sistemos balanso pokyčiams. Didėjantis parasimpatinės nervų sistemos aktyvumas mažina fragmentacijos parametrus, tačiau simpatinės nervų sistemos aktyvumo pokyčiams fragmentacijos parametrai yra mažiau jautrūs. Fragmentacijos parametrai neparodė reikšmingo statistinio skirtumo tarp vagus nervo stimuliacijos ir placebo fazių, tačiau jie patikimai priskyrė pirmojo tipo diabetu sergančius pacientus su dar nediagnozuota kardiovaskuline autonomine neuropatija pacientams, kuriems kardiovaskulinė autonominė neuropatija jau diagnozuota. Kadangi fotopletizmografijos signalai yra jautrūs judesių triukšmams, rekomenduojama širdies ritmo fragmentacijos parametrus vertinti statinių testų ar miego metu. Fragmentacijos parametrų palyginimas su klasikiniais laiko srities širdies ritmo variabilumo parametrais parodė reikšmingus skirtumus, todėl galima teigti, kad fragmentacijos parametrai teikia papildomą diagnostinę informaciją., Heart diseases are one of the most common causes of death worldwide. Every year, around 3.8 million people in Europe die from heart disease. Chronic cardiovascular diseases are a significant economic issue for patients and their family members, so it is important to detect the diseases as early as possible and start treatment in time. In search of parameters sensitive to changes in the cardiovascular system, the proposed parameter of heart rhythm fragmentation was recently calculated based on electrocardiogram (ECG) signal analysis. Although the ECG is considered a key clinical tool in the diagnostic process of heart disease, electrodes are required to record this signal, which restricts patient movement and causes discomfort. Contact gel is used to ensure good contact between the electrodes and the skin, which can cause skin allergies or dry out over time. An alternative method to record pulse rate is photoplethysmography (FPG). FPG is a convenient and relatively simple method. The patient only needs to wear a bracelet. The aim of this work is to implement and investigate the parameters of heart rate fragmentation recorded by photoplethysmography. 3 databases were used for the study, which were registered: in healthy young subjects, during vagus nerve stimulation experiment and in patients with cardiovascular autonomic neuropathy. The evaluation of fragmentation parameters showed that the fragmentation parameters calculated from the FPG signal were close to the parameters calculated from the ECG signal. Fragmentation parameters have been found to be sensitive to changes in the balance of the autonomic nervous system. Increasing parasympathetic nervous system activity decreases fragmentation parameters, but fragmentation parameters were less sensitive to changes in sympathetic nervous system activity. Fragmentation parameters did not show a significant statistical difference between the vagus nerve stimulation and placebo phases, but they reliably assigned patients with type 1 diabetes with undiagnosed cardiovascular autonomic neuropathy to patients already diagnosed with cardiovascular autonomic neuropathy. Because photoplethysmography signals are sensitive to movement noise, it is recommended that heart rate fragmentation parameters be assessed during static tests or during sleep. Comparison of the fragmentation parameters with the classical time-domain heart rate variability parameters showed significant differences, so it can be argued that the fragmentation parameters provide additional diagnostic information.

Electroencephalography (EEG) is a non-invasive electrophysiological technique to record and monitor the electrical activity of the brain from electrodes placed along the scalp. In last two decades, a wide range applications of EEG signals have been proposed such as, not limit to, epilepsy detection and prediction, diagnosis of sleep disorders, depth of anesthesia and coma, Brain Computer Interfaces (BCI) applications, etc. The utilization of recorded EEG signals might be hindered due to artifacts and noise of physiological and non-physiological sources, e.g., eye blinks (EB), eye movements, muscle contractions, cardiac activity, electrical shift and linear trend (ESLT), power line interference, etc. The influence of these artifacts might lead to the wrong statistical and physiological analysis of the brain activity. In particular for long-term EEG recordings or autonomous BCI systems, where the noise contribution is random and cannot be supervised by the human expert, the automatic elimination of EEG artifacts is a necessary step before further processing and analysis. Amongst artifacts with the physiological origin, EB, due to its large amplitude and inevitable frequent appearance, is considered to have the most adverse influence on the EEG analysis. ESLT artifacts may emerge in EEG signals due to the temporary shift or lose of electrodes during the recording. In this thesis, low complexity approaches based on the Stationary Wavelet Transform (SWT) for the elimination of EB and ESLT artifacts from EEG signals are proposed. The main novelty of this research is to employ skewness and kurtosis to stop the decomposition level of SWT once it reaches the artifact components. It is shown that the skewness and kurtosis could be suitable artifact markers for EB and ESLT, respectively. The proposed methods are compared against the Automatic Wavelet Independent Components Analysis (AWICA) and Enhanced AWICA (EAWICA) which were presented for automatic EEG denoising. The performance of all algorithms have been tested on simulated and real contaminated EEG signals. Normalized Root Mean Square Error (NRMSE), Peak Signal-to-Noise Ratio (PSNR), and correlation coefficient (CC) between filtered and pure EEG signals are utilized to quantify artifact removal performance. The proposed approaches show smaller NRMSE and larger PSNR, and CC values compared to the other methods. Furthermore, the speed of execution for the proposed algorithms are considerably shorter than the algorithms for comparison, which makes them more suitable for the real-time processing., Elektroencefalografija (EEG) yra neinvazinė elektrofiziologinė technika, skirta smegenų elektriniam aktyvumui registruoti ir stebėti iš elektrodų, išdėstytų išilgai galvos odos. Per pastaruosius du dešimtmečius buvo pasiūlyta plataus spektro EEG signalų, tokių kaip epilepsijos nustatymas ir numatymas, miego sutrikimų diagnozavimas, anestezijos ir komos diagnozavimas, smegenų kompiuterio sąsajų (BCI) taikymas ir tt. įrašytų EEG signalų gali būti kliudoma dėl fiziologinių ir nefiziologinių šaltinių artefaktų ir triukšmo, pvz., dėl akių mirksėjimo (EB), akių judesių, raumenų susitraukimų, širdies aktyvumo, elektros poslinkio ir tiesinės tendencijos (ESLT), elektros linijos trukdžių, ir tt Dėl šių artefaktų įtakos gali būti neteisinga statistinė ir fiziologinė smegenų veiklos analizė. Ypač ilgalaikiams EEG įrašams ar autonominėms BCI sistemoms, kai triukšmo sklaida yra atsitiktinė ir negali būti prižiūrima žmogaus eksperto, automatinis EEG artefaktų pašalinimas yra būtinas žingsnis prieš atliekant tolesnį apdorojimą ir analizę. Iš fiziologinės kilmės artefaktų laikoma, kad EB dėl savo didelės amplitudės ir neišvengiamai dažno išvaizdos turi didžiausią neigiamą įtaką EEG analizei. ESLT artefaktai gali atsirasti EEG signaluose dėl laikino elektrodų poslinkio ar praradimo įrašymo metu. Šiame darbe siūlomi žemo sudėtingumo metodai, pagrįsti stacionariųjų bangų transformacija (SWT) EB ir ESLT artefaktų pašalinimui iš EEG signalų. Pagrindinė šio tyrimo naujovė yra pasitelkti skeptiškumą ir kurtozę, kad būtų sustabdytas SWT skilimo lygis, kai jis pasiekia artefaktų komponentus. Parodyta, kad trapumas ir kurtozė gali būti tinkami artefaktų žymekliai atitinkamai EB ir ESLT. Siūlomi metodai lyginami su automatine bangelių nepriklausomų komponentų analize (AWICA) ir patobulinta AWICA (EAWICA), kurios buvo pateiktos automatiniam EEG denotizavimui. Visų algoritmų veikimas buvo išbandytas imituojamais ir realiais užterštais EEG signalais. Artefaktų pašalinimo efektyvumui įvertinti naudojama normalizuota vidutinė kvadratinė paklaida (NRMSE), signalo didžiausio signalo ir triukšmo santykis (PSNR) bei filtruoto ir gryno EEG signalų koreliacijos koeficientas (CC). Siūlomi metodai rodo mažesnę NRMSE ir didesnę PSNR bei CC vertes, palyginti su kitais metodais. Be to, siūlomų algoritmų vykdymo greitis yra žymiai trumpesnis nei palyginimo algoritmų, todėl jie yra tinkamesni apdoroti realiuoju laiku.

Nocturnal non-dipping and morning surge in blood pressure for hypertensive patients are strong risk factors for cardiovascular events if untreated for prolonged time. Even though means for continuous and non-continuous monitoring of blood pressure parameters are available, there is a lack of methods for unobtrusive long-term monitoring. In this thesis, three different methods of pulse arrival time estimation from synchronously recorded electrocardiogram and photoplethysmogram are compared and later correlated with blood pressure parameters, such as systolic blood pressure, diastolic blood pressure, mean blood pressure and pulse pressure. The selected methods are middle amplitude of pulse slope, peaks of slope sum function and peaks of matched filtered photoplethysmogram. These methods are tested on thermal stress test database and breathing test database. The results were tested with two models such as Moens-Korteweg exponential arterial elasticity model and derivative of Moens-Korteweg linear model. The results show that volunteers from breathing test database have higher correlation than thermal stress test database. Also, the volunteers from breathing test database have moderate (0.4–0.59) to strong (0.6–0.79) downhill correlation for systolic blood pressure, mean blood pressure and pulse pressure, and very weak (0.0–0.19) to weak (0.2–0.39) correlation for diastolic blood pressure especially for middle amplitude of pulse slope method. When blood pressure estimation models based on pulse arrival time were created and tested, the correlation of real and predicted systolic blood pressure is moderate (0.4–0.59) to strong (0.6–0.79). Moreover, the models have good response such that their mean difference is, Naktinio kraujospūdžio sumažėjimo nebuvimas ar staigus rytinis kraujospūdžio padidėjimas yra svarbūs širdies ir kraujagyslių ligų ūminių įvykių veiksniai hipertenzija sergantiems pacientams. Nors nuolatinio ar protarpinio kraujospūdžio stebėjimo metodai yra prieinami, tačiau vis dar trūksta kasdienės veiklos nevaržančių ilgalaikės kraujospūdžio stebėsenos metodų. Šiame darbe lyginami trys pulsinės bangos atvykimo laiko vertinimo iš sinchroniškai užregistruotos elektrokardiogramos ir fotopletizmogramos metodai. Įvertinama šiais metodais gautų pulsinės bangos atvykimo laiko verčių koreliacija su kraujo spaudimo parametrais, tokiais kaip sistolinis, diastolinis, vidutinis ir pulsinis kraujo spaudimas. Charakteringam pulsinės bangos atvykimo taškui rasti naudoti metodai: pusinė pulso fronto amplitudė, suminės fronto funkcijos maksimumas ir suderintuoju filtru nufiltruotos fotopletizmogramos maksimumas. Šiems metodams ištestuoti naudotos šiluminio streso ir kvėpavimo testo duomenų bazės. Kraujospūdžio parametrams įvertinti panaudoti du modeliai: Moens-Korteweg eksponentinis arterinio elastingumo modelis ir išvestinis Moens-Korteweg tiesinis modelis. Tyrimo rezultatai rodo, kad analizuojant kvėpavimo testo duomenų bazę gaunama didesnė pulsinės bangos atvykimo laiko ir kraujo spaudimo parametrų koreliacija nei analizuojant šiluminio streso duomenų bazę. Kvėpavimo testo duomenų bazėje gaunama vidutinė (0.4–0.59) arba stipri (0.6–0.79) neigiama koreliacija sistoliniam, vidutiniam ir pulsiniam kraujo spaudimui, ir silpna arba labai silpna koreliacija diastoliniam kraujo spaudimui, ypač taikant pusinės pulso fronto amplitudės metodą. Sudarius kraujo spaudimo vertinimo iš pulsinės bangos atvykimo laiko modelius, gauta vidutinė (0.4–0.59) arba stipri (0.6–0.79) koreliacija tarp realių ir modeliu prognozuojamų sistolinio kraujo spaudimo verčių. Be to, abu modeliai pademonstravo gerą sutapimą, kadangi vidutinis skirtumas tarp realių ir prognozuojamų sistolinio kraujo spaudimo verčių buvo mažesnis nei 5 mmHg, o skirtumo standartinis nuokrypis nesiekė 8 mmHg visiems trims tirtiems metodams.

Magnetiniai bistabilūs jutikliai dėl savo unikalių savybių sulaukia vis daugiau dėmesio. Šių jutiklių magnetinės histerezės plotis yra jautrus temperatūrai ir deformacijoms. Histerezės plotis yra įvertinamas nekontaktiniu būdu, registruojant jutiklio reakciją į kintantį magnetinį lauką. Nekontaktinis duomenų nuskaitymas itin palengvina šių jutiklių integravimą į medžiagų vidines struktūras ir suteikia joms plačias panaudojimo galimybes įskaitant mediciną ar aviaciją. Nors magnetiniai bistabilūs jutikliai ir yra aktyvi tyrimų sritis, informacijos apie jų taikymą sprendžiant praktinius uždavinius bei reakcijas į išorinius faktorius trūksta. Šio darbo tikslas yra ištirti magnetinių bistabilių jutiklių galimybę registruoti temperatūrą ir deformacijas nekontaktiniu būdu. Darbo analitinėje dalyje apžvelgiamos jutiklių gamybos technologijos, magnetinės savybės ir histerezės pločiui įtaką darantys veiksniai. Darbo metodinėje dalyje aprašoma temperatūros ir deformacijų tyrimų eksperimentinė įranga. Aiškinamas signalų modeliavimo algoritmas, skirtas signalų filtravimo ir parametrizavimo metodams testuoti. Rezultatų dalyje pateikiami žadinimo ričių sukuriamo magnetinio lauko modeliavimo rezultatai. Apžvelgiami atsako signalų filtravimo rezultatai gauti taikant modeliuotus ir realius signalus. Įvertinama sukurto histerezės pločio matavimo algoritmo paklaida. Analizuojama išorinių faktorių (temperatūros, deformacijų, nuolatinio ir žadinimo magnetinio lauko) įtaka jutiklio histerezės pločiui. Darbo pabaigoje pateikiami pasiūlymai tolimesniems tyrimams ir išvados., Magnetic bistable sensors due to their unique properties are getting more and more attention. Magnetic hysteresis width of bistable sensors is sensitive to temperature and mechanical stresses. In addition, hysteresis width is evaluated wirelessly by analyzing sensor’s reaction to the alternating magnetic field. Contactless measurement possibility allows to integrate bistable sensors inside the materials and makes them suitable for many monitoring applications like medicine and aviation. Although magnetic bistable sensors are an active research field, there is little information about their practical application and response to external factors. The aim of this work is to investigate the possibilities of wireless temperature and mechanical stress measurements using magnetic bistable sensors. In the analytic part of this work manufacturing technologies, magnetic properties and factors affecting hysteresis width of bistable sensors are described. Equipment for temperature and mechanical stress experiments is described in the methodical part of this work. Moreover, signal modeling algorithms for testing signal filtering and parametrization methods are explained there. Simulation results of magnetic field distribution generated by different types of excitation coils are presented and discussed in the results section. In addition, filtering quality results obtained from testing the proposed filtering method with simulated and real response signals are included. An error of automated hysteresis width measurement algorithm was also evaluated. Furthermore, impact of external factors (temperature, permanent and alternating magnetic field) to the hysteresis width of the sensors are described and analyzed. Conclusions and future directions are presented at the end of this work.

Cardiac health problems is a leading cause of mortality. Over one fifth of the total deaths in the world are caused by cardiac illnesses. Heart health problems usually develop gradually due to unhealthy behavior and lack of physical activity. A prophylactic, unobtrusive way of measuring heart condition could greatly improve the early detection of cardiac disease. Most of the commonly used tests are only performed clinically under controlled circumstances. Heart efficiency is parameter that determines hearts capability to perform under stress and recover afterwards it is important in clinical studies. Heart rate recovery is an important heart function which is closely associated with heart efficiency. Heart rate recovery is a viable cardiac health assessment method to be integrated into wearable devices. Improvements in unobtrusive measurement could motivate people to take care of their health and help them to monitor progress of fitness. In this study, we will test the ability to assess heart rate recovery parameters from data gathered using wearable device technology. Photoplethysmography will be tested as a possible surrogate to electrocardiogram for heart rate recovery assessment. An algorithm for heart rate recovery extraction from photoplethysmogram and electrocardiogram signals is presented and tested. A database of heart recovery recordings under different physical activity levels has been assembled from 23 people. The performance of electrocardiogram, photoplethysmogram and "Fitbit" provided heart rate signal was tested. Repeatability of parameters have been analyzed for all recording methods., Širdies sveikatos problemos yra pagrindine mirtingumo priežastis. Daugiau nei penktadalį visų mirčių pasaulyje sukelia širdies ligos. Širdies sveikatos sutrikimai paprastai vystosi palaipsniui dėl nesveikos gyvensenos ir fizinio aktyvumo stokos. Profilaktinis, veiklos nevaržantis širdies būklės matavimo būdas gali gerokai pagerinti ankstyvą širdies ligų aptikimą. Dauguma dažniausiai naudojamų testų atliekami tik kliniškai kontroliuojamomis aplinkybėmis. Širdies efektyvumas yra parametras, kuris nustato širdies gebėjimą veikti esant stresui ir atstatyti po padidėjusio širdies ritmo, jis yra svarbus klinikinių tyrimų metu. širdies ritmo atsistatymas yra svarbi širdies funkcija, kuri yra glaudžiai susijusi su širdies efektyvumu. Širdies ritmo atsistatymas yra svarbus širdies sveikatos vertinimo metodas, kurį įmanoma integruoti į nešiojamus prietaisus. Veiklos nevaržančio įvertinimo metodo tobulinimas gali motyvuoti žmones rūpintis savo sveikata ir padėti jiems stebėti fizinio pasiruošimo pažangą. Šiame tyrime mes išmėginsime įvertinti širdies ritmo atstatymo parametrus iš duomenų, surinktų naudojant dėvimų išmaniųjų prietaisų technologijas. Fotopletizmografija yra pasirinkta kaip galimas elektrokardiogramos pakaitalas širdies ritmo atsistatymo įvertinimui. Pateiktas ir išbandytas širdies ritmo atsistatymo įvertinimo algoritmas iš fotopletizmogramos ir elektrokardiogramos signalų. širdies ritmo atsistatymo įrašų duomenų baze su skirtingais fizinio aktyvumo lygiais buvo surinkta iš 23 žmonių. Išbandytos elektrokardiogramos, fotopletizmogramos ir \"Fitbit\" registravimo metodų galimybes įvertinant širdies ritmo atsistatymo parametrus. Parametrų pakartojamumas buvo ištirtas visiems įrašymo metodams.

Prieširdžių virpėjimas (PV) yra labiausiai pasaulyje paplitusi klinikiniu požiūriu reikšminga aritmija. Nors pirmą kartą PV diagnozuotas prieš daugiau nei 100 metų, mokslininkai iki šiol nesutaria dėl virpėjimo metu prieširdžiuose vykstančių procesų mechanizmų bei įvairių aplinkos ir gyvenimo būdo veiksnių, lemiančių individualią kiekvieno sergančiojo PV ligos eigą. Norint geriau suprasti PV, reikalingas ilgalaikis ambulatorinis pacientų stebėjimas. Aritmijos metu užregistruotoje elektrokardiogramoje (EKG) matomų virpėjimo f bangų dažnis yra pagrindinė charakteristika neinvaziniu būdu apibūdinanti prieširdžiuose vykstančius elektrinius procesus. Deja, ambulatoriškai registruojant EKG, jos kokybė labai nukenčia dėl judesių keliamų artefaktų ir prasto elektrodų kontakto, todėl f bangų analizė tampa komplikuota. Šiame darbe siekiama ištirti galimybę sekti PV f bangų dažnį ambulatoriniuose EKG signaluose. Tyrime naudojamos modeliuotų ir ilgalaikių klinikinių PV EKG signalų duomenų bazės. Panaudojant pirmąją duomenų bazę, palyginti keturi f bangų dažnio vertinimo algoritmai: adaptyvieji juostinis ir užtvarinis filtrai, spektrinio profilio ir Welcho metodai. Ištirtos šių algoritmų absoliutinės dažnio vertinimo paklaidos priklausomybės nuo analizės lango trukmės bei signalo ir triukšmo santykio. Klinikiniams signalams analizuoti pasirinkus adaptyvųjį juostinį filtrą, f bangų dažnis įvertintas 38 ilgalaikiuose EKG įrašuose, užregistruotuose pacientams su diagnozuotu nuolatiniu PV. Pagal signalo kokybės indeksą įvertinus duomenų bazės signalų kokybę, nustatyta, kad 40 % signalų yra netinkami f bangų dažniui vertinti. Tyrimo rezultatai parodė, kad signalo kokybės vertinimas daro reikšmingą įtaką f bangų dažnio analizės rezultatams, todėl, atliekant ambulatorinių signalų analizę, į jį reikia atsižvelgti. Taikant signalo kokybės indeksą, pašalintos dėl prastos signalo kokybės atsirandančios f bangų dažnio įverčių išskirtys, taip sudarant sąlygas įvertinti tikrąjį f bangų dažnio varijavimą. Šiame tyrime ambulatorinėmis sąlygomis nustatytas 75 % pacientų f bangų dažnio sumažėjimas dėl paros ritmo ir 57 % pacientų f bangų dažnio pokytis dėl fizinio aktyvumo., Atrial fibrillation (AF) is the most prevalent clinically relevant arrhythmia worldwide. It was first diagnosed more than 100 years ago, however, scientists have not since agreed upon the mechanisms of the processes in the atria during fibrillation, and various environmental and lifestyle factors influencing the course of the disease in individual patients. Long-term ambulatory monitoring of AF may provide better understanding of the arrhythmia. Frequency of fibrillatory f waves, observed in electrocardiogram (ECG) during AF, is considered as the main non-invasive characteristic describing electrical processes in the atria. Unfortunately, poor signal quality due to motion artifacts and electrode movement is commonly encountered in ambulatory ECG recordings making f wave analysis particularly challenging. Therefore, this work investigates the feasibility of f wave frequency tracking in ambulatory ECG recordings. Two separate databases of simulated and long-term clinical ECG signals during AF are employed in the study. The simulated database is used for comparison of four algorithms for f wave frequency tracking, namely adaptive bandpass filter, adaptive bandstop filter, spectral profile method and Welch's method. The dependencies of their absolute frequency estimation error on the length of the analysis window and signal-to-noise ratio are investigated. After selecting adaptive bandpass filter for ambulatory f wave analysis, f wave frequency is estimated in long-term ECG signals recorded for 38 patients clinically diagnosed with permanent AF. Signal quality index-based database quality assessment shows that 40% of the signals are unsuitable for f wave frequency estimation. The results show that f wave signal quality assessment plays a significant role in f wave frequency estimation and, therefore, should be considered in ambulatory signal analysis. Application of signal quality index results in the exclusion of the f wave frequency outliers originating from poor quality signal segments, and consequently allows evaluation of the true f wave frequency variation. In this study, f wave frequency change induced by circadian rhythm and physical activity was ambulatorily observed in 75% and 57% of the patients, respectively.

Electrolytes play an essential role in the regulation of the heart, and the ECG can be a useful instrument for detecting metabolic disturbances. Potassium is important in several physiological processes, including in the maintenance of the resting cellular-membrane potential and the propagation of action potential for the excitability in cardiac tissue. Hyperkalaemia, usually clinically silent, is a medical condition known for higher serum potassium levels and it is one of the causes of sudden cardiac deaths of chronic kidney disease patients. These patients, with residual kidney function, rely exclusively on haemodialysis to eliminate toxic wastes and to maintain overall homeostasis. In order to develop a nonobtrusive method capable of monitoring potassium changes remotely, this study investigated which ECG parameters are sensible to fluctuations during the interdialytic period. Specifically, the study evaluated a hypothesis that new model-based ECG features are able to discriminate the changes of electrolytes. Short term ECGs (1-minute-long) were acquired from 33 patients immediately before and after haemodialysis using a multiparametric body scale. During the study, an algorithm was developed to denoise the signals and extract the principal features. The algorithm is capable of detecting the T wave, J point and QRS complex, and examining the T wave polarity. Only positive T waves were considered during this study. The last stage of the algorithm consists in modeling the T wave and ST segment onto a Gaussian and Lognormal function. The algorithm was implemented in MATLAB environment. Results show that T wave features: right slope, left slope, center of gravity, and lognormal fitting parameters show statistically significant differences if evaluated before and after haemodialysis. Therefore, it could be concluded that the proposed algorithm could be useful in developing of unobtrusive telemetry system for monitoring of hemodialysis patients at home., Elektrolitai vaidina svarbų vaidmenį širdies veiklos reguliavimo procesuose. Kalis, vienas iš elektrolitų, yra svarbus keliuose fiziologiniuose procesuose įskaitant ląstelių membranų potencialus, veikimo potencialų sklidimą. Kalio koncentracijos kraujyje padidėjimas (>5,3 mmol/l) sukelia hiperkalemiją. Ši, pavojinga, tačiau klinikiniais simptomais nepasireiškianti, būklė, yra viena iš lėtine inkstų liga sergančių pacientų staigios mirties priežasčių. Minimalią inkstų funkciją turintys pacientai organizmo homeostazei ir gyvybei palaikyti šiuo metu gali pasikliauti tik hemodializės procedūromis. Hemodializės atliekamos periodiškai kas 2, 3 dienas. Hiperkalemijos išsivystymo požiūru ypač pavojingi ilgieji savaitgaliai, kuomet hemodializės procedūros neatliekamos. Kyla klausimas ar hiperkalemijos požymius galima aptikti ambulatoriškai, neinvaziniu būdu ir imtis atitinkamų terapinių priemonių? Šiame darbe keliama hipotezė, kad netrukdančiu būdu (kūno kompozicijos svarstyklėmis) registruojamoje elektrokardiogramoje atsispindi elektrolitų disbalanso požymiai. Pagrindinė prielaida, kurios laikomasi šiame darbe - prieš hemodializę elektrolitų balansas yra skirtingas nei po hemodializės, t.y. sutrikęs. Hipotezei patikrinti buvo užregistruoti trumpi (1 min trukmės) 33 pacientų elektrokardiogramos signalai prieš ir po hemodializės procedūrą ir sukurtas signalų apdorojimo ir analizės algoritmas. Algoritmas leidžia padidinti signalų kokybę, atpažinti ir įvertinti elektrokardiogramos T bangų ir QRS kompleksų morfologijos pokyčius prieš ir po hemodializės procedūrą. Siekiant padidinti T bangos požymių įverčių atsparumą signalo trukdžiams buvo pasiūlyta nauja statistiniu modeliavimu (Gauso ir lognormaliuoju skirstiniais) pagrįsta signalo parametrizavimo metodika. Tyrimo rezultatai rodo, kad elektrokardiogramos T bangos požymiai: dešiniojo ir kairiojo šlaito statumai, T bangos gravitacijos centras, Gauso ir lognormaliojo skirstinių parametrai statistiškai reikšmingai skiriasi prieš ir po hemodializę todėl gali būti panaudoti kuriant nuotolinę hiperkalemijos (elektrolitų disbalanso) stebėsenos sistemą hemodializuojamiems pacientams.

Electroencephalography is a non-invasive technique which is used for recording the neurophysiological reactions in the brain. It measures the activity of neurons. This report consists of different steps taken for finding that it is possible to control bionic arm with imaginary data of motor movement. The electroencephalographic signals were obtained from Physionet biosignal database. Feature extraction and its analysis is done for ten subjects. The different features were calculated for different segments of the obtained signal. The features extracted were inspired by Hjorth parameters and a higher order statistics - kurtosis. The signal processing algorithm for the process is explained in the report. The supervised feature classification is implemented using the Linear Discriminant Analysis. The obtained accuracy for the classifier was found to be around 60-70% depending on the electrodes and type of data (real or imaginary)., Šio darbo tikslas - sukurti signalų apdorojimo algoritmą leidžiantį elektroencefalografiniuose signaluose atpažinti numanomus motorinius judesius ir paversti juos komandomis siunčiamomis į bioninę ranką. Analizuoti elektroencefalografiniai signalai gauti iš Physionet biosignalų duomenų bazės. Signalų apdorojimo algoritmą sudaro pirminio apdorojimo, požymių skaičiavimo ir klasifikatoriaus dalys. Siekiant algoritmo paprastumo ir greitaveikos pasirinkta požymius įvertinti laiko srityje analizuojant signalų variabilumo savybes. Signalų požymių rinkinį sudaro Hjorth‘o pasiūlyti parametrai (aktyvumas, mobilumas ir kompleksiškumas) bei ketvirtos eilės statistinis parametras – ekscesas. Klasifikavimui naudota tiesinė diskriminantinė analizė. Algoritmas ištirtas su signalais užregistruotais atliekant realius ir numanomus motorinius judesius. Gautas klasifikavimo tikslumas siekė 60-70 %, priklausomai nuo elektrodų ir duomenų tipo (realus ar numanomi).

Darbe pristatyta virtualia realybe paremta sistema periferinei vestibulinei funkcijai tirti. Sistema susidaro iš 4 dalių: nebrangių virtualios realybės akinių, nešiojamo kompiuterio, pultelio testams valdyti ir sukurtos programinės įrangos. Sukurtos dvi testų grupės: subjektyvios vertikalės testai ir galvos pokrypio testas. Virtuali realybė į testus leido įvesti trimačius trikdžius. Sukurtos sistemos efektyvumo tyrime dalyvavo 36 tiriamieji su sveika vestibuline sistema ir 16 tiriamųjų kuriems nustatyti vestibulinės funkcijos sutrikimai, visiems tiriamiesiems buvo atlikti nauji testai, prieš tai juos patikrinus atraminiais metodais. Eksperimento rezultatai rodo, kad sistema geba atvaizduoti reikiamus vizualinius stimulus ir pakankamai tiksliai išmatuoti nuokrypius nuo tikrosios gravitacinės vertikalės periferinei vestibulinei funkcijai tirti., A prototype of virtual reality based system for investigation of peripheral vestibular function was presented. The system uses low cost head-mounted display (HMD) Oculus Rift 1 with built-in head orientation tracker and custom developed software. There were two virtual reality based tests implemented for investigation of peripheral vestibular function: subjective visual vertical and head tilt. HMD allowed to extend the tests by inclusion of dynamic 3D type disturbances. 36 normal subjects and 16 subjects with suspected vestibular dysfunction participated in the pilot study and were screened by using the proposed and reference methods. The experimental results suggest that virtual reality system Oculus Rift is able to generate the required visual stimuli and measure orientation parameters during subjective vertical tests.

This research is motivated by the demand for unobtrusive methods to monitor blood pressure variability which emerges as a significant biomarker of cardiovascular control mechanisms. It was shown that short-term blood pressure fluctuations might have a prognostic relevance, predicting organ damage and cardiovascular events. There are evidences of positive correlation between increased blood pressure variability, higher average blood pressure level and age. The mentioned factors may accompany a high risk condition such, as diabetes mellitus. However, until now increased blood pressure variability indexes are not utilized in the clinical practice. One of the preventing factors is unavailability of long-term unobtrusive methods for continuous blood pressure registration. Gold-standard 24h blood pressure monitoring with 15 min intervals provides information on blood pressure fluctuations occurring in the “very low” frequency range, whereas the higher-frequency components of blood pressure variability go undetected and can only be assessed with a beat-to-beat measurement technique. The pulse volume waves unobtrusively registered as Photoplethysmogram is an attractive alternative to represent ongoing changes in the body hemodynamics. The primary goal of the performed research was to investigate correlations between the variability of blood pressure parameters and indexes extracted from the model-based analysis of Photoplethysmogram signal. The algorithms for tracking the systolic edge slopes of Photoplethysmogram were investigated primarily. Parametric models (linear and hyperbolic tangent) were fitted continuously over time to detected systolic edges of the hemodynamic pulses. Algorithms for tracking the extracted parameters over time were developed in Matlab software. The preliminary results of experiments show small association between extracted Photoplethysmogram parameters and blood pressure variation during the tilt table test., Šio tyrimo aktualumą sąlygoja poreikis monitoruoti kraujo spaudimo parametrų variabilumą, kuris tampa reikšmingu širdies ir kraujagyslių valdymo mechanizmų biomarkeriu. Literatūroje yra duomenų, kad trumpalaikes kraujo spaudimo fluktuacijos gali turėti prognostines vertės prognozuojant organų pažaidą ir kardiovaskulinius įvykius. Yra įrodyta, kad egzistuoja ryšys tarp padidėjusio kraujo spaudimo variabilumo, didesnio vidutinio kraujo spaudimo lygio ir amžiaus. Minėti faktoriai gali nulemti padidintos rizikos būsenas, tokias kaip cukrinis diabetas. Tačiau šiuo metu padidėjusio kraujo spaudimo variabilumo indeksai nėra naudojami klinikinėje praktikoje. Vienas iš trukdančiu faktorių yra ilgalaikių ir patogių nuolatinio kraujo spaudimo registravimo priemonių stoka. Aukso standartu laikomas 24 valandų kraujo spaudimo monitoravimas, kurio metu spaudimas registruojamas 15 minučių intervalais. Tačiau šis metodas pateikia informaciją apie kraujo spaudimo fluktuacijas vykstančias palyginti žemų dažnių diapazone. Aukšto dažnio kraujo spaudimo variabilumo komponentės lieka neįvertintos. Aukšto dažnio kraujo spaudimo variabilumo komponentės gali būti įvertintos tik analizuojant kraujo spaudimą kiekvieno širdies dūžio metu. Pacientui patogiai registruojama fotopletizmograma yra patraukli alternatyva hemodinamikos pokyčiams analizuoti. Šio tyrimo tikslas - ištirti ryšius tarp kraujo spaudimo parametrų ir indeksų išskirtų taikant modeliu grįstą fotopletizmografinio signalo analizę. Visų pirma, ištirti algoritmai vertinantys fotopletizmogramos sistolinio fronto nuolydį. Buvo pritaikyti parametriniai modeliai (tiesinis ir hiperbolinio tangento) sistolinių frontų charakterizacijai hemodinamikos impulsuose. MATLAB aplinkoje buvo sukurti algoritmai parametrų nuolatiniam vertinimui atlikti. Preliminarūs tyrimo rezultatai parodė silpną koreliaciją tarp išskirtų fotopletizmogramos impulsų priekinio fronto parametrų ir kraujo spaudimo parametrų variacijos. Gauti koreliacijos koeficientai neviršija 0,40±0,13. Tačiau tyrimas turi metodologinę vertę – pasiūlyti nauji būdai įvertinti fotopletizmografinių impulsų priekinio fronto statumui.

In this doctoral thesis, a clinically relevant scientific-technological problem of brief episode paroxysmal atrial fibrillation (AF) detection in ambulatory monitoring applications is covered. For this purpose, a system for detection of paroxysmal AF have been proposed. The proposed methods has potential to be used for AF detection in high risk patient groups, i.e., after ischemic stroke or acute myocardial infarction., Disertacijoje sprendžiama klinikiniu požiūriu aktuali mokslinė ir technologinė problema – pirminių trumpalaikių paroksizminio prieširdžių virpėjimo (PV) aritmijos epizodų atpažinimas ambulatorinės širdies veiklos stebėsenos sistemoje. Sprendžiant šią problemą buvo pasiūlyta trumpalaikių PV epizodų atpažinimo sistema. Pasiūlyti metodai gali būti taikomi siekiant diagnozuoti PV padidintos rizikos pacientams, pavyzdžiui, patyrusiems smegenų insultą ar miokardo infarktą.

In recent years, there has been a great demand for the development of bio-artificial organs/tissues in the field of organ transplantation and in-vitro toxicological drug screening (L. G. Griffith & Swartz, 2006). Engineering of functional tissue/organs by controlling the cells microenvironment to resemble in vivo situation is of central importance. This has led to the evolution of various techniques for controlling the cellular microenvironment to facilitate cell proliferation, organization and differentiation. When engineering tissues in vitro, there is a requirement for structures or scaffolds that are able to support cell growth, and that closely mimic the physiological environment including the geometrical, topographical and physical features of the targeted tissue. Specifically for the generation of thick 3D tissues, the development of highly dense vascular networks that are able to meet the nutrient and oxygen requirements of large masses of living cells remains a tissue engineering challenge often limiting the size of engineered tissues to a few hundred microns (Khademhosseini, Vacanti, & Langer, 2009). The ideal tissue engineering scaffold supports the spatial distribution of cells in a three dimensional structure, provides mechanical stability to the cells and enables optimum nutrient transport and metabolic waste removal (Hoganson, Pryor, & Vacanti, 2008; Lu, Li, & Chen, 2013). There have been many approaches to create three-dimensional (3D) highly vascularized engineered tissue scaffolds to accommodate a high density of cells in high surface to volume ratio structures (Almeida & Bártolo, 2014; Lu et al., 2013). One strategy that has been employed is the use of highly porous structures with interconnected pores/micro channels that provide space for penetration and growth of cells and enable favourable mass transport characteristics (Langer, 2009)(Guillemette et al., 2010). The structural, mechanical and mass transport properties of such scaffolds are determined by parameters such as pore size, pore shape, porosity, pore interconnectivity, permeability, scaffold surface area, scaffold effective stiffness and scaffold material (Jeong & Hollister, 2010). This work presents a novel approach for manufacturing structured pores/channels in a scalable 3D elastomeric scaffold. The method involves 3D printing (using a commercially available 3D printer) a sacrificial PVA mould whose geometrical features are designed according to the required vascular channel network. In addition to its biocompatibility, PVA is an idea material for use as a sacrificial mould because it’s water solubility in combination with its high melting temperature (190°C) which makes it robust for subsequent polymer casting and curing steps. The required polymer is cast around the PVA mould and following cross linking, the mould is dissolved leaving behind a structured porous elastomeric scaffold. In brief, work carried out through these steps are, scaffold design is done through Solid Works and Make Ware software. 3D printing of mould by using PVA filament is done by Maker Bot printer. The two types of polymers are used, PDMS (synthetic polymer), Silk Protein (natural polymer) to fabricate tissue scaffolds. Fabrications steps are described below. Obtained scaffold was examined by using SEM and mechanical testing’s., Kepenų bioaudinių karkasų gamyba sudėtingas uždavinys. Šio darbo tikslas buvo sukurti ir ištirti biosuderinamą, porėtą kepenų bioaudinių karkasą su ištisiniais jungiamaisiais mikro kanalais panaudojant standžių, laisvų formų gamybos procesą. Darbe apžvelgti ir išanalizuoti 42 literatūros šaltiniai, išbandytos ir įvertintos bioaudinių karkasų gamybos technologijos: porėtų bioaudinių karkaso projektavimas programine įranga, medžiagų paruošimas, karkaso spausdinimas ir charakterizavimas. Praktiškai pagaminta keletas bioaudinių karkasų. Panaudojant elektroninį skenavimo mikroskopą įvertintas pagamintų bioaudinių karkasų porėtumas, porų mikrokanalų jungiamumo laipsnis. Darbe ištirtas ir aprašytas porėtų bioaudinių 3D spausdinimo būdas yra inovatyvus ir perspektyvus metodas.

Elektrofiziologiniai įvykiai, atspindintys jutiminius arba kognityvinius įvykius smegenyse – vizualinius sukeltuosius potencialus (VSP) – užrašomi kaip trumpi vienfaziai nuokrypiai, įsiterpę į foninį elektroencefalografinį aktyvumą. VSP parametrų kiekybinio vertinimo metu gaunama smegenų procesų tyrimams naudinga informacija; taip pat jie ypač svarbūs klinikinei diagnostikai. Daugelio vidurkinimo metodų arba daugiamate analize paremtų skleidimo baigtinių bazinių funkcijų skaičiumi technikų taikymas tam tikslui turi rimtų trūkumų apdorojant VSP su kintančia latencija. Mūsų pasiūlytame skleidimu baigtinių bazinių funkcijų skaičiumi paremtame metode naudojamas bazinių funkcijų adaptyvus laiko poslinkis ir gaunamos geresnės kiekvieno stimulo atsako rekonstrukcijos., Electrophysiological events reflecting sensory or cognitive actions in the brain - visual evoked potentials (VEP) – are registered as brief monophasic deflections embedded in the background electroencephalographic activity. Quantitative evaluation of VEP`s parameters provides useful information for studying the brain processes and is crucial in clinical diagnostics. Background EEG cancelation is the most important step in signal pre-processing. Various averaging approaches or multivariate analysis based truncated expansion technics applied for it has serious drawback when processing VEP`s with varying latency. Our proposed truncated expansion based method uses adaptive time shift of basis functions and shows better reconstruction of every single sweep.

Disertaciniame darbe ištirti gerklų ligomis sergantys ir sveiki asmenys, naudojant įvairiapusius metodus – klausimynus, akustinę analizę, balso lauko tyrimą, vaizdo laringostroboskopiją (VLS). Sukurta informaty¬viausia įvairialypių požymių sistema, padedanti spręsti apie tikimybę, kuriai gerklų ligų grupei priskirtinas tiriamasis asmuo. Sukurta originali VLS vaizdų matavimo metodika bei nustatyti svarbiausi parametrai, kurie tiksliausiai apibūdina klasifikuojamas gerklų ligų grupes. Disertacinio darbo uždaviniai: (1) nustatyti informatyviausius anamne¬zės bei demografinius faktorius, kurie leistų tiriamuosius klasifikuoti į sveiko ir patologinio balso, taip pat į gerklų ligų grupes; įvertinti šių faktorių efektyvumą pirminei gerklų ligų atrankai; (2) atlikti subjektyvią ir kompiuterinę akustinę balso analizę bei sudaryti informatyviausių balso parametrų sistemą gerklų ligų grupėms klasifikuoti; (3) atlikti ir kiekybiškai įvertinti VLS bei nustatyti kiekybinių VLS vertinimo parametrų patikimumą bei reikšmingumą klasifikuojant tiriamuosius į gerklų ligų grupes; (4) sukurti VLS paveikslų objektyvaus kiekybinio matavimo sistemą bei nustatyti VLS matavimo parametrų reikšmingumą klasifikuojant į atitinkamas gerklų ligų grupes; (5) jungiant anketinius duomenis, akustinę balso analizę, VLS vertinimo ir VLS matavimo parametrus, įvertinti gerklų ligų pirminės atrankos sistemos efektyvumą. In this dissertation were determined the most important questionnaire statements, parameters of perceptive and acoustic voice analysis and quantitatively evaluated and measured parameters of video laryngo-stroboscopy for classification tasks of laryngeal disorders. It was established the most sensitive and specific laryngeal and voice features system discriminating normal, pathological and other voice disorders groups. It was established the original VLS measurement methodic with original parameters. The objectives of the study: (1) to determine the most important questionnaire statements, discriminating normal and pathological voice, glottal cancer and other mass lesions, nodular, diffuse, paralysis and healthy classes and to evaluate their classification efficiency for screening of laryngeal diseases; (2) to perform perceptual, acoustic, aerodynamic vocal function measurements and to determine the most sensitive and specific parameters discriminating voice groups; (3) to evaluate quantitatively parameters of VLS and to determine the sensitivity and specificity of these parameters discriminating groups of laryngeal diseases; (4) to establish the system of quantitative objective VLS measurements revealing their reliability discriminating normal and pathological voice groups; (5) to establish the most sensitive and specific laryngeal and voice features system for laryngeal diseases screening purposes.

Kompleksinės sistemos pasižymi naujomis savybėmis, kurias neįmanoma prognozuoti tiriant atskirus tų sistemų elementus. Buvo pastebėta, kad žinomi nesudėtingų sistemų analizės metodai yra neadekvatūs naujiems uždaviniams, neatsako į užduodamus klausimus, todėl kompleksinėms sistemoms analizuoti reikia kurti naujus metodus. Kompleksinių sistemų teorija yra palyginti nauja teorija ir viena iš pagrindinių jos taikymo sričių yra žmogaus organizmo funkcinės būklės vertinimo, mokslinių hipotezių tikrinimo, naujų žinių paieškos uždaviniai. Pasirinkta darbo tematika neabejotinai yra aktuali šiandienos teorijai ir praktikai. Darbe buvo nagrinėjami šeši elektrokardiografiniai parametrai: trukminiai RR-DQRS-DJTp ir amplitudiniai AR-AT1-ATS2. Iš parametrų skirtumų sudaromos matricų sekos ir skaičiuojami invariantiniai parametrai. Trečios eilės charakteringosios lygties didysis ir mažasis diskriminantai atvaizduojami jungtinėje fazinėje plokštumoje. Duomenims buvo pasirinkti kriogeninės terapijos elektrokardiogramų parametrai., Complex systems have new features that can not be predicted testing of the individual elements of the system. It was noted that the known systems of simple analytical methods are inadequate for new tasks, not respond to questions, therefore, to analyze complex systems need to develop new methods. Complex systems theory is a relatively new theory, and one of its major application areas is human body's functional status assessment, scientific hypothesis testing, and the new knowledge-based search tasks. Selected topics of work are certainly actual today's theory and practice. Were analyzed six electrocardiographic parameters in this work: durational RR-DQRS DJTp and amplitudical-AR-AT1-ATS2. Differences between parameters of the sequence of matrices drawn up and calculated invariantical parameters. Third-order characteristic equations, great and small discriminants are represented in the united phase plane. Electrocardiograms cryogenic therapy parameters have been chosen for data.

Darbo tikslas: Sukurti kiekybinius signalų morfologijos, atspindinčių širdies veiklos reguliavimą, jos audinių gyvybingumą bei centrinę hemodinamiką, vertinimo metodus. Uždaviniai: 1. Ištirti signalų dekompozicijos baigtiniu bazinių funkcijų rinkiniu (truncated signal representation) metodų tinkamum��, širdies veiklą, jos audinių gyvybingumą bei centrinę hemodinamiką aprašančių signalų, morfologijos analizei; 2. Sukurti signalų, atspindinčių širdies audinių gyvybingumą, optimalaus aprašymo metodą; 3. Sukurti centrinę hemodinamiką atspindinčio krūtinės ląstos impedanso signalo struktūrinės bei morfologinės analizės metodą; 4. Sukurti elektrokardiogramos P-bangos morfologijos dinamikos, atspindinčios širdies veiklos autonominį reguliavimą, kiekybinio įvertinimo metodą. The aim: To elaborate the quantitative methods for evaluation of morphology of the signals reflecting viability of heart tissue, heart function control and central/peripheral hemodynamics. Objectives: 1. Investigation of usefulness truncated signal representation methods for analysis of morphology of the signals reflecting viability of heart tissue, heart function control and central/peripheral hemodynamics; 2. Elaboration of method for optimal representation of signals reflecting heart tissue viability; 3. Elaboration of method for quantitative evaluation of ECG P-wave morphology dynamics reflecting autonomous heart function control; 4. Elaboration of method for structural and morphological analysis of the chest impedance signals reflecting central hemodynamics.

Tortuosity of eye fundus blood vessels is one of parameters that describe state of the blood vessels. It can be detected from fundus images. The increase in vessel tortuosity was observed in eyes of patients with advanced background diabetic retinopathy, papilloedema, arterial hypertension, even in some completely healthy eyes (in this case tortuosity does not change in time). Thus the feature of the line – tortousity – could be used as the diagnostic feature in medical applications. Unfortunately, completely reliable definition and numerical estimation of tortuosity of line (blood vessel) does not exist, although there were some more or less successful attempts to define it. This work presents a new way to estimate the tortuosity using the integral of square derivative of curvature. It is compared with the existing methods both theoretically and experimentally. Three types of lines have been used for experimental comparison: theoretical models of retinal vessels (straight line, parabola, sinusoid and their combinations), lines extracted from real fundus images and lines extracted from optometric scale for retinal vessel evaluation. To ease the extraction of the lines from these images a new version of one of the methods for vessel tracking has been created and implemented.

Tortuosity of eye fundus blood vessels is one of parameters that describe state of the blood vessels. It can be detected from fundus images. The increase in vessel tortuosity was observed in eyes of patients with advanced background diabetic retinopathy, papilloedema, arterial hypertension, even in some completely healthy eyes (in this case tortuosity does not change in time). Thus the feature of the line – tortousity – could be used as the diagnostic feature in medical applications. Unfortunately, completely reliable definition and numerical estimation of tortuosity of line (blood vessel) does not exist, although there were some more or less successful attempts to define it. This work presents a new way to estimate the tortuosity using the integral of square derivative of curvature. It is compared with the existing methods both theoretically and experimentally. Three types of lines have been used for experimental comparison: theoretical models of retinal vessels (straight line, parabola, sinusoid and their combinations), lines extracted from real fundus images and lines extracted from optometric scale for retinal vessel evaluation. To ease the extraction of the lines from these images a new version of one of the methods for vessel tracking has been created and implemented.

The master student’s work analyzes water quality of the river Tatula above and below the tributary Juodupė saturated with municipal wastewater of Biržai town. Study object. The river Tatula is a 66.2-km long right tributary of the Mūša. The river Tatula belongs to the river Lielupė basin located in northern part of Lithuania. The Tatula is flowing via cultivated karst region. Objective of work: to determine the changes in water quality of the river Tatula within the period of 1994-2004, when old wastewater treatment facilities were functioning in Biržai town and the new facilities started working in 2003. Study methodology. The study is based on the data of water quality measurements conducted by the United Research Center of the Ministry of Environment as well as additional data collected by the author in 2003-2004 in the river Tatula above the Juodupė inflow (distance from the outlet 18.8 km; basin area 191.4 km2) and below the tributary (distance from the outlet 17.5 km, basin area 283 km2). To estimate the changes in water quality during the study period, 26 parameters indicating water quality were analyzed; the changes in concentrations of nitrogen and phosphorus were considered as topical issues. Water quality was estimated on the basis of river water classification. Water samples were analyzed in the laboratory of wastewater treatment facilities of Biržai town. Study results. As the study results have shown, according to all water quality parameters the stretch of... [to full text]