Математична модель процесу поширення електричного потенціалу в тканинах поля хірургічного втручання та метод її ідентифікації на основі онтологічного підходу

Abstract

Статтю присвячено розробці та експериментальному дослідженню інформаційної технології інтраопераційного нейромоніторингу поворотного гортанного нерва, орієнтованої на зменшення ризику його інтраопераційного ушкодження під час хірургічних втручань на щитоподібній та паращитовидній залозах. Запропонований підхід базується на поєднанні онтологічного представлення предметної області, інтервального математичного моделювання поширення електричного потенціалу в тканинах операційного поля та методів інтелектуального аналізу інтраопераційних сигналів. Вперше розроблено інтервальну математичну модель поширення електричного потенціалу в тканинах операційної рани під час подразнення їх імпульсним електричним струмом та формування реакції на подразнення голосових зв'язок у вигляді акустичного сигналу, яка на відміну від існуючих моделює інтервальну відстань від точки подразнення до ПГН в залежності від амплітуди акустичного сигналу та амплітуди його головної спектральної складової, і забезпечує зниження ризику пошкодження ПНГ в процесі хірургічного втручання на щитоподібній залозі.  Вперше розроблено метод ідентифікації інтервальної математичної моделі поширення електричного потенціалу в тканинах операційної рани та формування реакції на подразнення голосових зв'язок у вигляді акустичного сигналу, який на відміну від існуючих грунтується на поєднанні аналізу інтервальних даних та онтологічному підході, що у сукупності знижує час налаштування моделі під особливості тканин операційної рани пацієнта і забезпечує використання цієї моделі в програмно –апаратному комплексі для зниження ризику пошкодження ПГН.

The article is devoted to the development and experimental investigation of an information technology for intraoperative neuromonitoring of the recurrent laryngeal nerve, aimed at reducing the risk of its intraoperative injury during surgical interventions on the thyroid and parathyroid glands. The proposed approach is based on a combination of ontological representation of the domain, interval mathematical modeling of electric potential propagation in the tissues of the surgical field, and intelligent analysis methods of intraoperative signals. For the first time, an interval mathematical model of electric potential propagation in the tissues of a surgical wound during stimulation by pulsed electric current and the formation of a vocal cord response in the form of an acoustic signal has been developed. Unlike existing models, it represents the interval distance the stimulation point to the recurrent laryngeal nerve as a function of the acoustic signal amplitude and the amplitude of its main spectral component, thereby reducing the risk of recurrent laryngeal nerve damage during thyroid surgery. Furthermore, for the first time, a method for identifying the interval mathematical model of electric potential propagation in surgical wound tissues and the formation of the vocal cord response in the form of an acoustic signal has been proposed. In contrast to existing approaches, the method is based on a combination of interval data analysis and an ontological approach, which together reduce the time required to adapt the model to the specific tissue characteristics of an individual patient and enable its use within a hardware–software complex to minimize the risk of recurrent laryngeal nerve injury.