Алгоритм оценки режимов потребления кислорода по данным газоанализа

Алгоритм оценки режимов потребления
кислорода по данным газоанализа
ступенчатого теста и его реализация на
платформе MATLAB
Тимме Е.А.
Сглаженные данные ступенчатого теста
VO2, л/мин
t,c
Когда проявляется медленный компонент
Трехфазная модель кинетики потребления кислорода
Трехфазная модель кинетики потребления кислорода при нагрузке
Основные параметры модели
А - общая амплитуда потребления кислорода
А0 - уровень потребления кислорода в покое
А1 – амплитуда кардиологического компонента потребления кислорода
τ1 – временной параметр крутизны кардиофазы
А2 – амплитуда основной фазы потребления кислорода
τ2 – временной параметр крутизны основной фазы
A3 – амплитуда медленного компонента потребления кислорода
τ 3 – временной параметр крутизны медленного компонента
TD1 – временная точка перехода кардиофазы в основную фазу
TD2 – временная точка перехода основной фазы в медленный компонент
График потребления О2 при различных значениях параметра τ
VO2  A(1  e

t TD

)
τ=30;40;50;60;70
τ -характерное время разворачивания аэробных процессов
Влияние тренировочной программы на кинетику потребления кислорода
Изменение профиля под влиянием тренировок служит критерием эффективности
тренировочной программы
Сравнение спортсменов с точки зрения кинетики потребления кислорода
У разных спортсменов по-разному разворачиваются процессы потребления
кислорода в ответ на одинаковый энергетический запрос
Реальные данные газоанализа ступенчатого теста
Скорость дорожки - V = 12,5 км/ч
VO2, л/мин
t,c
Результаты работы алгоритма определения
параметром кинетики потребления кислорода
VO2, л/мин
t,c
Вычисленные параметры трехфазной модели
кинетики потребления O2
А = 3.74
А0=0.22
А1=0.56
А2=2.49
A3=0.47
τ1=4.165
τ2=49.35
τ3=58.62
TD1=19.6
TD2=206.0
Оптимизационная задача
Нахождение минимума в пространстве параметров
S
TD1
TD2
S  f ( A0 , A1 , 1 , A2 , 2 , A3 , 3 , TD1 , TD 2 )  min
S
t max
2
(
y

VO
)
 min

2
t 0
Проблема:
нахождение
глобального
минимума
График и гистограмма распределения остатков
500
S   ( y  VO2 ) 2  min
t 0
S=9.84
Потребление кислорода во время нагрузки
Потребление кислорода после прекращения нагрузки
Идентификация системы по входу и выходу
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
ФАКТОРЫ И ШУМЫ
u(t)
СПОРТСМЕН
Нагрузка
V(t)
Потребление
Кислорода
VO2(t)
Профили кинетического ответа мышечной и
дыхательной систем
Идеальные модели
Реальные данные step-теста
Передаточная функция без запаздывания
0.07  0.00007 s
p 2
s  0.05s  0.00023
Реальные данные ramp-теста (bbb)
VO2
t
Временные интервалы
N интервала
Вопросы
• Идентификация системы по различным
протоколам (step, increment, ramp, incrementdecrement, stochastic)
• Исследование шума (сглаживание)
• Сопоставимость результатов тестов для одного
человека – поиск инвариантов
• Сопоставимость результатов тестов для группы
обследуемых - – поиск инвариантов
• Разработка «золотого стандарта»
Направления дальнейших исследований и
разработок
• Исследование новых явлений («замах» и т.д.)
• Разобраться со сглаживанием данных (вздох за вздохом)
• Разработка робастного алгоритма для анализа
несглаженных данных потребления О2 для равномерного
и неравномерноговременного шага
• Разработка аналогичного алгоритма при снижения
нагрузки
• Исследование кинетики различных физиологических
параметров для разнообразных профилей нагрузки
• Создание интерфейса и генерации итогового отчета с
рекомендациями об обследовании
• Написание программы для автоматизированной
обработки данных
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!