Программно-аппаратный исследовательский комплекс диагностики состояния человека на основе облачной микросервисной архитектуры

Аннотация

Предложена архитектура программно-аппаратного комплекса сбора, хранения, анализа и обработки диагностических сигналов. Архитектура программно-аппаратного комплекса представлена несколькими уровнями (модулями). Аппаратной основой является набор сенсоров для регистрации различных показателей с поверхности тела человека. За агрегацию и аккумуляцию данных с устройств сбора данных отвечает хаб, представляющий собой совокупность программного обеспечения, функционирующего на персональном компьютере. Особенностью программно-аппаратного комплекса является программный модуль, реализованный в облаке, предоставляющий авторизованным пользователям различные возможности анализа данных. Анализ сигналов производится аналитическими и нейросетевыми средствами, при необходимости проводится дообучение или корректировка алгоритмов анализа, которая осуществляется на отдельных выделенных мощностях – микросервисах. Разработаны две нейросетевые модели, адаптированных под две задачи сегментации и классификации сигналов ЭКГ. Нейронная сеть для задачи сегментации создана на основе модификации UNet и включает четыре блока, каждый из которых состоит из двух одномерных сверточных слоёв. Предложенная модель с высокой точностью локализуют кардиоциклы в сигнале. Для задачи классификации сигналов ЭКГ применялась базовая архитектура MobileNetV3, адаптированная под входные тензоры в формате (batch, 2, 5000), где batch – количество сигналов ЭКГ. Сформированы обучающая и тестовая выборки с учетом возможных проблем и неточностей, из сегментации исключены первый и последний сердечные циклы. Предложенная архитектура системы может быть масштабирована для других видов сигналов (например, сигналов головного мозга ЭЭГ) за счет выделения моделей в отдельный микросервис и возможностью последующей интеграции в развернутые аппаратно-программный комплекс сбора, хранения, анализа и обработки сигналов.