Оценка функционального состояния человека при физических нагрузках по показателям конденсата выдыхаемого воздуха, регистрируемым полиселективными электрохимическими сенсорами, с применением проекционных методов многомерного анализа

Статья посвящена выполнению Проекта, который реализует новый принцип неинвазивной диагностики и медико-биологических исследований с применением искусственной мультисенсорной обучаемой аналитической системы "Электронный язык". Его сущность - в применении массива полиселективных сенсоров с перекрестной чувствительностью для оценки содержания физиологически значимых компонентов в конденсате выдыхаемого воздуха, их анализа c применением искусственных нейроподобных систем и математических методов обработки больших массивов многомерной информации. Разработана структура и создан макет аналитической системы, включающей модуль пробоподготовки для сбора конденсата выдыхаемого воздуха и три функциональных модуля: сенсорный, микропроцессорный измерительный и информационный, обеспечивающий формирование образов исследуемого объекта, их запоминание и распознавание. Разработаны составы рабочих растворов для калибровки, кондиционирования, хранения сенсоров и оценки их перекрестной чувствительности, а также методики сбора конденсата, подготовки сенсоров к измерениям, оценки их характеристик в контрольных растворах. Проведены технические и физиологические исследования, которые свидетельствуют об эффективности использованного принципа неинвазивной диагностики функционального состояния испытуемых в покое и при умеренных физических нагрузках, контролируемых по показателям сенсоров, чувствительных к различным компонентам конденсата выдыхаемого воздуха. Показана эффективность применения проекционного метода главных компонент для формирования образа реакции (изменения функционального состояния) человека на физические нагрузки. Традиционный способ построения корреляционной матрицы, использующий в качестве обучающей выборки массивы информативных сигналов обследуемых пациентов. Предложен альтернативный способ формирования корреляционной матрицы, основанный на аналогии форм выражений для коэффициента корреляции и косинуса угла между векторами. При этом координатами векторов являются коэффициенты чувствительности (тангенс угла наклона калибровочной характеристики) каждого полиселективного сенсора по отношению к различным тестовым веществам. Независимость выбора тестовых веществ обеспечивает ортогональность координат вектора. Тем самым коэффициенты корреляции численно равны косинусу угла между соответствующими векторами, а способ построения корреляционной матрицы позволяет отказаться от предварительного "обучения" диагностической системы с помощью испытуемых пациентов.