ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПУЛЬСОВОГО СИГНАЛУ ПІД ЧАС ФІЗИЧНОГО НАВАНТАЖЕННЯ ЯК ЗАСІБ ВЕРИФІКАЦІЇ МЕТОДІВ ОБРОБКИ

Анотація

У статті представлено математичну та імітаційну модель пульсового сигналу людини під час фізичного навантаження, що може бути використана для верифікації методів цифрової обробки біомедичних сигналів. Актуальність роботи зумовлена потребою у створенні контрольованих моделей, які дозволяють відтворювати фізіологічно обґрунтовану динаміку серцево-судинної системи без проведення складних експериментів. Запропоновано підхід, який поєднує параметричне моделювання частоти серцевих скорочень, часову дискретизацію процесу спостереження та морфологічне формування пульсових хвиль шляхом згортки окремих серцевих імпульсів із ядром судинної відповіді. Модель реалізовано у середовищі MATLAB, що забезпечує можливість чисельного експерименту, варіації параметрів навантаження та відтворення різних фізіологічних станів організму.

Частота серцевих скорочень у моделі описується кусково-гладкою функцією, що включає фази спокою, наростання, стабільного навантаження та відновлення, із плавними переходами між ними, що відповідає реальній реакції серцево-судинної системи. Імітація серцевих ударів базується на інтегруванні миттєвої частоти для формування фазової змінної, моменти переходу якої через цілі значення визначають появу окремих серцевих імпульсів. Морфологія пульсової хвилі формується як суперпозиція прямої та відбитої компонент, параметри яких контролюють амплітуду, затримку та асиметрію сигналу. Такий підхід дозволяє відтворити характерну форму пульсового сигналу, а також моделювати її зміну під дією навантаження.

Отриманий сигнал є фізіологічно достовірним, має контрольовані параметри і придатний для перевірки алгоритмів виявлення піків, фільтрації, адаптивної сегментації та оцінювання варіабельності серцевого ритму (HRV). Модель відзначається простотою реалізації, стабільністю та високою відтворюваністю результатів. Використання імітаційного моделювання як засобу верифікації дозволяє зменшити потребу в реальних клінічних експериментах, забезпечуючи стандартизовані умови для тестування методів цифрової обробки. Представлена робота створює підґрунтя для подальшого розвитку біоінженерних моделей серцево-судинної динаміки та вдосконалення інтелектуальних систем моніторингу фізіологічних параметрів людини.