Ковирьова О. В. Моделі і інструментальні засоби експресної діагностики для застосування в біології та медицині

English version

Дисертація на здобуття ступеня кандидата наук

Державний реєстраційний номер

0424U000107

Облікова картка дисертації

0424U000107.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 05.13.06 - Інформаційні технології

08-05-2024

Спеціалізована вчена рада

Д 26.194.03

Інститут кібернетики імені В. М. Глушкова Національної академії наук України

Анотація

Дисертація присвячена створенню нових моделей, нових інформаційних технологій та інструментальних засобів експресної діагностики для біологічно-медичного застосування. Встановлено, що в існуючих промислових системах точного землеробства в рослинництві практично відсутні засоби та методики вимірювання динамічних змін стану рослин. Головними недоліками існуючих традиційних, як правило, біохімічних методів та засобів діагностики стану рослин є тривалість у часі, велика вартість, необхідність підготовки зразків об’єктів вимірювання та складність реалізації. На відміну від стандартних методів, метод індукції флуоресценції хлорофілу (ІФХ) є експресним і не має спеціальних вимог до підготовки зразків для діагностики. Доведено, що альтернативним до стандартних методів діагностики стану рослин є експресний метод індукції флуоресценції хлорофілу, реалізація якого дозволяє досліджувати стан рослин на всіх етапах розвитку. Аналіз показав, що цей метод є потужним інструментом для діагностики динамічних змін стану рослин. Показано, що існуючі моделі фотосинтезу слабо пов’язані між собою і відображають окремі стадії цього процесу. В результаті аналізу параметрів існуючих приладів встановлено, що основним їх недоліком є недостатній інтелект. Зараз кінцева обробка даних здійснюється у комп’ютері або у хмарному середовищі. Вбудовані компоненти штучного інтелекту дозволять здійснювати інтерпретацію результатів вимірів та доведення управлінських рекомендацій до природної мови безпосередньо в приладі. Крім того, більшість приладів мають значні розміри та енергоспоживання. На відміну від закордонних приладів розроблені в Інституті кібернетики, портативні прилади сімейства "Флоратест" мають на порядок меншу вартість, відкритість програмного забезпечення, можливість перепрограмування та модернізації сенсорів під задачі користувача. Проаналізовані параметри та умови застосування промислових приладів на основі поверхневого плазмонного резонансу (ППР) для експресного визначення бактеріальних та вірусних інфекцій. Показано, що сучасний стан таких приладів поки що обмежує їх використання лабораторними умовами, що не відповідає умовах скринінгу для виявлення епідемічних ситуацій. На відміну від промислових ППР-приладів дослідні ППР-прилади, розроблені в ІК НАН України, мали можливість працювати у польових умовах у віддаленому режимі в зонах епідемій. Доведено, що основним засобом масової оцінки якості життя на сьогодні є опитувальники. За оцінкою якості життя пацієнтам можуть бути надані необхідні медичні послуги. Для експресної оцінки якості життя використовуються інформаційні технології, які побудовані як відкриті системи і які постійно вдосконалюються. Виконані дослідження параметрів флуоресценції хлорофілу показали, що при розробці методики оцінки стану рослин методом індукції флуоресценції хлорофілу слід брати до уваги розташування сенсора на листку рослини. Досліджено вплив метеопараметрів на форму кривої ІФХ, а саме: температури і вологості ґрунту і повітря, сонячної радіації тощо. Доведено, що під час моніторингу стану довкілля потрібно враховувати зв’язок параметрів флуоресценції хлорофілу з метеопараметрами. Розроблено програмний засіб для аналізу кривих індукції флуоресценції хлорофілу "CFiAnalyzer", який дозволяє замінити криву ІФХ на рівняння. Програма дозволяє спростити аналіз, а саме об’єднати криві ІФХ, розрахувати значення середньої кривої ІФХ, розрахувати параметри флуоресценції та побудувати модель ІФХ методом крокової регресії. На основі результатів аналізу кривих ІФХ розроблено методичне забезпечення для діагностики стану рослин методом ІФХ, яке включає перелік рослин індикаторів, ознаки надлишкового вмісту елементів в ґрунті, приклад схеми експерименту та шаблон журналу експерименту. Розроблено інформаційну систему для попередньої діагностики на основі медичних опитувальників. Це дає можливість оцінювати стан здоров’я пацієнта у віддаленому режимі без відвідування лікаря та зменшити час на обробку даних опитування. Розроблено програмний засіб для оцінки якості життя "QofLQ", який дозволяє проводити опитування пацієнтів за допомогою опитувальника MOS SF-36 та мобільний додаток "Калькулятор оцінки адекватності менструального циклу (MenstrualCalc)", призначений для виявлення відхилень менструального циклу від норми. Результати роботи, а саме удосконалене методичне забезпечення для оцінки стану рослин, а також програмні засоби для оцінки якості життя та виявлення менструальних відхилень, впроваджені відповідно в установах аграрного та медичного профілю як в Україні, так і за кордоном. Ключові слова: інформаційна система, індукція флуоресценції хлорофілу, флуорометр, аналіз і обробка даних, якість життя, SF-36.

Читати повністю

Публікації

Romanov V., Fedak V., Galelyuka I., Sarakhan Y., Skrypnyk O. Portable Fluorometer for Express-Diagnostics of Photosynthesis: Principles of Operation and Results of Experimental Researches. 2007 4th IEEE Workshop on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications. Dortmund, Germany. 2007. P. 570–573. DOI: 10.1109/ IDAACS.2007.4488485.

Romanov V., Artemenko D., Galelyuka I., Kovyrova O., Sarakhan Y. and V. Fedak, Computer devices for precision agriculture. Proceedings of the 6th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems, Prague, Czech Republic. 2011. P. 26–29. DOI: 10.1109/ IDAACS.2011.6072704.

Palagin O., Romanov V., Galelyuka I., Voronenko O., Artemenko D., Kovyrova O., Sarakhan Y. Computer devices and mobile information technology for precision farming. 2013 IEEE 7th International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems (IDAACS), Berlin, Germany. 2013. P. 47–51. DOI: 10.1109/IDAACS.2013.6662637.

Romanov V., Galelyuka I., Antonova H., Kovyrova O., Hrusha V., Voronenko O. Application of Wireless Sensor Networks for Digital Agriculture. 2019 10th IEEE International Conference on Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications (IDAACS), Metz, France. 2019. P. 340–344. DOI: 10.1109/IDAACS.2019.8924267.

Romanov V., Galelyuka I., Hrusha V., Voronenko O., Kovyrova O., Antonova H., Kedych A. Smart Systems for Precision Agriculture, Environmental Protection and Healthcare. Proceedings of the The 12th IEEE International Conference on “Intelligent Data Acquisition and Advanced Computing Systems: Technology and Applications” (IDAACS’2023), Dortmund, Germany. 2023 7–9 September. P. 408–413. DOI: 10.1109/IDAACS58523.2023.10348758.

Romanov V.O., Galelyuka I.B., Hrusha V.M. et al. Wireless Sensor Networks for Digital Agriculture, Environmental Protection, and Healthcare. Cybern Syst Anal (2023). DOI: https://doi.org/10.1007/s10559-023-00638-3.

Ковирьова О.В. Моделі фотосинтезу та комп’ютерна оцінка стану рослин. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2010. № 9. С. 72–81. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46392.

Груша В.М., Ковирьова О.В. Дослідження чутливості флуориметра "Флоратест" до дії стресових факторів на стан рослин. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2012. № 11. С. 119–126. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/ handle/123456789/46495.

Ковирьова О.В. Огляд портативних приладів для вимірювання індукції флуоресценції хлорофілу. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013. № 12. С. 46–53. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/69708.

Антонова Г.В., Ковирьова О.В., Лаврентьєв В.М. Графоаналітичний метод аналізу параметрів флуоресценції хлорофілу. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2017. № 16. С. 66–75. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/ 123456789/131511.

Антонова Г.В., Ковирьова О.В. Бездротові технології як ланка цифровізації сільського господарства. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2018. № 17. С. 53–59. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/150607.

Антонова Г.В., Кедич А.В., Ковирьова О.В. Інтернет речей та бездротові смарт-мережі у точному землеробстві. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2019. № 18. С. 119–127. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/ 123456789/168487.

Романов В.О., Галелюка І.Б., Груша В.М., Вороненко О.В., Ковирьова О.В., Антонова Г.В., Кедич А.В. Смарт системи для прецизійного землеробства, захисту довкілля та охорони здоров’я. Cybernetics and Computer Technologies. 2023. 2. С. 58–73. DOI: https://doi.org/10.34229/2707-451X.23.1.6.

Палагін О.В., Романов В.О., Стародуб М.Ф., Галелюка І.Б., Скрипник О.В. Портативний прилад для експрес-діагностики пташиного грипу. Тези Міжнародної науково-технічної конференції "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (СЕМСТ-3). Одеський національний університет імені І.І. Мечникова (м. Одеса, 2–6 червня 2008 р.). С. 93.

Романов В.О., Стародуб М.Ф., Галелюка І.Б., Артеменко Д.М., Скрипник О.В. Інтелектуальний портативний сенсор для діагностики інфекційних захворювань. Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАН України, Інститут біохімії імені О.В. Палладіна НАН України. Матеріали Х Міжнародної конференції з біоніки та прикладної біофізики. (м. Київ, 27–28 листопада 2008 р.). Київ 2008. С. 54.

Ковирьова О.В. Використання інформаційних технологій для оцінки стану рослин. XV Ювілейний Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка і молодь в XXI ст.». Зб. мат. форума. Т. 1. Харків: ХНУРЭ. 2011. С. 257–258.

Romanov V., Hrusha V., Kovyrova O. Research of the fluorometer «Floratest» sensitivity impact of stress factors on the plants. Матеріали ХХ міжнародної конференції "Knowledge-Dialogue-Solution" (KDS-2014). Інститут кібернетики імені В.М. Глушкова НАНУ (м. Київ, Україна. 8–10 вересня 2014 р.). С. 126–127. URL: http://www.foibg.com/ibs_isc/ibs-31/IBS_ISC-No31-KDS2014.pdf.

Груша В.М., Ковирьова О.В. Oсобливості обробки кривих індукції флуоресценції хлорофілу. XVIII Ювілейний Міжнародний молодіжний форум «Радіоелектроніка і молодь в XXI ст.». Зб. мат. форума. Т. 1. Харків: ХНУРЭ. 2014. С. 138–139.

Антонова Г.В., Ковирьова О.В. Розробка модуля для системи підтримки прийняття рішень в сільському господарстві та екології. XXIII Міжнародна конференція з автоматичного управління "Автоматика 2016". (м. Суми, Україна. 19–21 вересня 2016 р.) Суми, 2016. С. 199–200.

Сарахан Є.В., Антонова Г.В., Груша В.М., Вороненко А.О., Ковирьова О.В., Лаврентьєв В.М. Розробка методичного забезпечення бездротових інтелектуальних біосенсорів для застосування на великих територіях. VII Міжнародна науково-технічна конференція "Сенсорна електроніка та мікросистемні технології" (СЕМСТ-7) (з виставкою розробок та промислових зразків сенсорів) (Україна, Одеса, 30 травня – 3 червня 2016 р.): Тези доповідей / ред. кол. : В.А. Сминтина (гол. ред.); члени редколегії: О.Є. Бєляєв, І.В. Блонський, Я.І. Лепіх [та ін.]. Одеса: Астропринт. 2016 С. 108.

Foigt N., Romanov V., Kovyrova O. Smart communicator for small subpopulations health assessment using steps instrument Інноваційне підприємництво: стан та перспективи розвитку [Електронний ресурс]: Зб. матеріалів VІІ Всеукраїнської науково-практичної конференції. К.: КНЕУ, 2022. С. 272–276.

Romanov V., Tulchinsky V., Galelyuka I., Voronenko O., Kovyrova O. Wearable Sensors and Devices for People under Health Risk. 12th International conference on Applied Internet and Information Technologies (AIIT2022). Zrenjanin, Serbia. 2022, October 14th. P. 48–53. URL: https://aiitconference.org/ archive/Proceedings_AIIT2022.pdf.

Palagin O., Romanov V., Starodub M., Galelyuka I., Skrypnyk O., Skyba K. Smart portable sensor for bird blue express-diagnostics: principles of design. Intelligent Technologies and Applications: International book series "Information Science and Computing". Number 5: Supplement to International Journal "Information Technologies and Knowledge". Volume 2/2008. 2008. P. 80–84. URL: http://foibg.com/ibs_isc/ibs-05/IBS-05-p13.pdf.

Palagin O., Grusha V., Antonova H., Kovyrova O., Lavrentyev V. Application of biosensors for plants monitoring. International Journal "Information theories & applications". Volume 24, Number 2. Sofia. 2017. P. 115–126. URL: http://www.foibg.com/ijita/vol24/ijita24-02-p02.pdf.

Romanov V., Galelyuka I., Voronenko O., Kovyrova O., Mintser О., Pyatchanina T. Wireless sensor networks with elements of artificial intelligence for medicine. Information theories and applications Volume 28, Number 2. Sofia, Bulgaria. 2021. P. 139–156. DOI: https://doi.org/10.54521/ijita28-02-p03.

Ковирьова О.В. Методи обробки вимірів кривих індукції флуоресценції хлорофілу. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2014. № 13. С. 117–124. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/84837.

Антонова Г.В., Ковирьова О.В., Лаврентьєв В.М. Дослідження залежності індукції флуоресценції хлорофілу від температури та розташування сенсора на рослині. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2015. № 14. С. 90–100. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122848.

Антонова Г.В., Ковирьова О.В. Елементи методики випробувань дослідних зразків біосенсору на тестових культурах під впливом дії стресових факторів. Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2016. № 15. С. 51–58. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/122863.

Романов В.О., П’ятчаніна Т.В., Ковирьова О.В. Медичні комунікатори для сімейної медицини. Медична інформатика та інженерія (науково-практичний журнал). 2020. № 1. С. 78–83. DOI: https://doi.org/10.11603/ mie.1996-1960.2020.1.11132.

Читати повністю

Файли

autoreferat-avtoref-kovyrova-signed.pdf

dis-kovyrova.pdf

Схожі дисертації

0524U000111

Гончаренко Тетяна Андріївна

Методологічні основи формування єдиного інформаційного середовища для автоматизації об’єктно-просторових систем в проектах будівництва

0524U000108

Лях Ігор Михайлович

Методологічні основи інформаційної технології обробки даних експресії генів та її застосування в галузі біоінформатики

0524U000074

Шишацький Андрій Володимирович

Інтелектуальні методи управління засобами завадозахисту систем радіозв'язку в умовах дестабілізуючих впливів

0524U000069

Гнатчук Єлизавета Геннадіївна

Теоретичні та прикладні засади інформаційної технології підтримки прийняття медичних рішень з врахуванням цивільно-правових підстав

0424U000041

Шокарев Андрій Вікторович

Інформаційно-апаратне забезпечення усунення кренів багатоповерхових будівель