Метод снижения размерности пространства описания фотометрических параметров

Известия ТРТУ

МЕТОД СНИЖЕНИЯ РАЗМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВА ОПИСАНИЯ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Попечителев Е.П.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет, 197376, Санкт-Петербург, ул. проф. Попова, д. 5 Тел/Факс: (812) 234 01 33

Фотометрические системы (фотометры) нашли применение для оценки оптических свойств различных объектов исследования (ОИ), среди которых могут быть организмы и другие объекты внешней среды, изделия промышленности и т.п. Для оценки оптических свойств ОИ используются фотометрические методики, основанные на различных измерительных эффектах: поглощении, отражении, преломлении, изменении спектрального состава, угла полного внутреннего отражения или других свойствах лучистого потока, изменяющихся при взаимодействии излучения с ОИ. В процессе исследования ОИ облучается одним или несколькими (до 4-х) потоками оптического излучения. Количество потоков излучения определяет фотометрическую сложность фотометра. После взаимодействия исходных потоков с объектом, измеряются амплитуды сигналов на выходе фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), по которым рассчитывается выходной фотометрический параметр (ФП).

Для представления фотометрических параметров вводится п-мерное (по количеству потоков излучения) сигнальное пространство, в котором каждому объекту с разными оптическими характеристиками будет соответствовать точка, координаты которой определяются значениями сигналов ФЭП. Однако только при использовании одного потока излучения оптическое свойство передается через амплитуду сигнала. Обычно эти свойства определяются так, чтобы их оценки не зависели от абсолютных значений сигналов ФЭП. Так в двухлучевых фотометрах оптическое свойство ОИ оценивается по амплитудам двух сигналов, по которым рассчитывается ФП, связанный с этими амплитудами дробно-линейной функцией типа:

ф = {^1и1 +#2 и )/ +а4 и ) ,

где и1,и2 -сигналы фотоэлектрических преобразователей, а1-4 - весовые

коэффициенты, принимающие значения +1. Например, при (Х1 =а4 =1, а (Х2=а3=0,

ФП определяется как ф=и1/и2 - отношение первичных сигналов. Конкретный вид ФП зависит от используемой фотометрической методики. Более сложными являются расчеты ФП для трех- и четырех лучевых фотометров. В докладе рассматривается метод снижения пространства описания выходных фотометрических параметров -метод редукции - к одномерному случаю независимо от исходного количества потоков излучения, что позволяет воспользоваться известными результатами для однолучевой схемы и упростить анализ метрологических характеристик этих типов фотометров.

В качестве примера на рисунке построены сигнальные (пространства Кы и К2) и параметрическое (пространство Кн) пространства для спектрозональных фотометрических систем, в которых оптическое свойство ОИ оценивается по характеристикам взаимодействия ОИ с излучением в двух спектральных диапазонах. Результат исследования должен отображаться в четырехмерном сигнальном пространстве (по сигналам и1, и2, и3, и4). Однако задачу можно упростить, если вначале построить два двумерных "сигнальных" пространства для каждой спектральной области, например - К(и11,и21) и К(и12,и22). В них по сигналам от ОИ

определяются два первичных ФП - ф1, по ним строится новое двумерное

МИС-98

II. Аппаратные и программные средства медицинской диагностики и терапии

пространство вторичных ФП - ф2> , в котором и находится значение выходного

параметра для оценки искомого оптического свойства. В качестве ф2> здесь также могут использоваться различные параметры, в данном примере это параметр:

Нои = ф(1) / фф1 = Ьм / Ь2м . Значение НОИ определяется положением точки

пересечения прямых QMh, проведенной из начала координат и точку Мк, и QH^h2=1.

Амплитуды сигналов с блока ФЭП не остаются постоянными даже при исследовании стабильного по свойствам объекта. Они содержат не только характеристику исследуемого оптического свойства (полезную составляющую), но и мешающие составляющие (внешние помехи, колебания интенсивности излучения источника, нестабильность чувствительности и шумы ФЭП и т.д.). Эти составляющие искажают значения амплитуд, что сказывается на значениях рассчитанных по ним фотометрических параметров.

Рассмотренный метод редукции позволяет построить одномерное пространство отображения выходного параметра и по аналогии с системами автоматической регистрации амплитуд сигнала ввести отношение "фотометрический

параметр/флуктуация параметра" *¥ как отношение перепада параметра к

эффективному значению флуктуации выбранного параметра. Параметр *¥ будет совпадать с общепринятым отношением сигнал/шум только для случая однолучевого фотометра, когда в качестве выходного параметра выступает амплитуда сигнала ФЭП. При известных функциях плотности распределения флуктуаций ФП легко найти оценки размаха флуктуаций, а, следовательно, оценить помехоустойчивость фотометра, рассчитать его разрешающую способность и чувствительность.

Таким образом, метрологический анализ результатов фотометрических исследований сводится к изучению метрологических характеристик измерения фотометрических параметров, используемых в качестве оценок оптических свойств исследуемых объектов. Однако эти параметры связаны с первичными сигналами дробно-линейными функциями, что осложняет в общем случае теоретический анализ сформулированной проблемы. Использование двухмерных пространств отображения первичных ФП с последующим переходом к одномерным пространствам вторичных ФП позволяет упростить задачу, распространив известные результаты, полученные для одноканальных систем с автоматической регистрацией амплитуды выходного сигнала, на задачу исследования метрологических характеристик фотометров различной фотометрической сложности.

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАБОТЫ КЛИНИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Старцева О.Н., Попечителев Е.П., Семенов С.В.

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет,кафедра "Биомедицинской электроники и охраны среды"

Анализ деятельности клинико-диагностических лабораторий (КДЛ) медицинских учреждений показывает, что лабораторные исследования становятся одними из важнейших аспектов современного лечебно-диагностического процесса. КДЛ предназначены для получения диагностической информации о состоянии организма на основании проведения медицинских анализов проб, извлеченных из биообъекта (кровь, моча, лимфа, спинномозговая жидкость, различные выделения и другие вещества). Обследование больного в стационаре в значительной мере состоит