Метод діяльності кіберфізичної системи визначення рівня креатину в продуктах харчування
Вантажиться...
Дата
2026
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
Стаття присвячена розробці теоретичного підгрунтя для інноваційної кіберфізичної системи (КФС) визначення рівня креатину в продуктах харчування для контролю нутрієнтного стану пацієнтів із нейродегенеративними захворюваннями, зокрема спінальною м’язовою атрофією (СМА). Обґрунтовано ключову роль креатину у відновленні м’язової пам’яті та енергетичного метаболізму клітин, що є критично важливим для реабілітації хворих. Оскільки близько половини добової норми цієї речовини має надходити з їжею, виникає гостра потреба у верифікації вмісту креатину безпосередньо в продуктах харчування. Аналіз існуючих методів виявив їхню високу вартість та складність, що унеможливлює експрес-контроль у побутових умовах. Визначено вимоги до нової системи, головними серед яких є інклюзивність для людей із порушеннями зору та автоматизація інтерпретації результатів. Математичне забезпечення розробленої КФС базується на законі Бугера-Ламберта-Бера та моделях цифрового колірного аналізу, що дозволяють трансформувати оптичні сигнали в кількісні показники концентрації пікрату креатиніну, утвореного в ході реакції Яффе. Запропонований метод діяльності кіберфізичної системи визначення рівня креатину в продуктах харчування інтегрує фізикохімічну підготовку рідких екстрактів продуктів за допомогою імпрегнованих тест-смужок із кібернетичним зчитуванням кольорового сигналу через бюджетні RGB-датчики. Метод передбачає автоматичну нормалізацію умов сканування, звірку даних із еталонною базою знань та виведення голосового або текстового статусу про рівень креатину в аналізованому продукті харчування. Практична значущість дослідження полягає у створенні доступного інструменту, де собівартість одного тесту є мінімальною (0,04 грн), що дозволяє проводити регулярний моніторинг усім верствам населення. Попри обмеження щодо дотримання температурного режиму, система мінімізує вплив людського фактора та забезпечує високу достовірність результатів. Створення колективної хмарної бази знань закладає основу для інтелектуального моніторингу якості харчування, що має суттєве значення для підвищення якості життя пацієнтів із системними м’язовими розладами.
The article is devoted to the development of a theoretical basis for an innovative cyber-physical system (CPS) for determining the level of creatine in food products to monitor the nutritional status of patients with neurodegenerative diseases, in particular spinal muscular atrophy (SMA). The key role of creatine in restoring muscle memory and cellular energy metabolism, which is critical for patient rehabilitation, is substantiated. Since about half of the daily requirement of this substance must come from food, there is an urgent need to verify the creatine content directly in food products. An analysis of existing methods revealed their high cost and complexity, which makes rapid testing in everyday conditions impossible. Requirements for the new system have been defined, the main ones being inclusiveness for people with visual impairments and automation of result interpretation. The mathematical support of the developed CPS is based on the Beer-Lambert-Barr law and digital color analysis models, which allow the transformation of optical signals into quantitative indicators of the concentration of creatinine picrate formed during the Jaffe reaction. The proposed method of operation of the cyber-physical system for determining the level of creatine in food products integrates the physicochemical preparation of liquid extracts of products using impregnated test strips with cybernetic reading of the color signal through budget RGB sensors. The method involves automatic normalization of scanning conditions, verification of data against a reference knowledge base, and output of voice or text status about the creatine level in the analyzed food product. The practical significance of the study lies in the creation of an affordable tool, where the cost of a single test is minimal (0.04 UAH), allowing for regular monitoring of all segments of the population. Despite restrictions on temperature control, the system minimizes the influence of the human factor and ensures high reliability of results. The creation of a collective cloud-based knowledge base lays the foundation for intelligent monitoring of nutritional quality, which is essential for improving the quality of life of patients with systemic muscle disorders.
The article is devoted to the development of a theoretical basis for an innovative cyber-physical system (CPS) for determining the level of creatine in food products to monitor the nutritional status of patients with neurodegenerative diseases, in particular spinal muscular atrophy (SMA). The key role of creatine in restoring muscle memory and cellular energy metabolism, which is critical for patient rehabilitation, is substantiated. Since about half of the daily requirement of this substance must come from food, there is an urgent need to verify the creatine content directly in food products. An analysis of existing methods revealed their high cost and complexity, which makes rapid testing in everyday conditions impossible. Requirements for the new system have been defined, the main ones being inclusiveness for people with visual impairments and automation of result interpretation. The mathematical support of the developed CPS is based on the Beer-Lambert-Barr law and digital color analysis models, which allow the transformation of optical signals into quantitative indicators of the concentration of creatinine picrate formed during the Jaffe reaction. The proposed method of operation of the cyber-physical system for determining the level of creatine in food products integrates the physicochemical preparation of liquid extracts of products using impregnated test strips with cybernetic reading of the color signal through budget RGB sensors. The method involves automatic normalization of scanning conditions, verification of data against a reference knowledge base, and output of voice or text status about the creatine level in the analyzed food product. The practical significance of the study lies in the creation of an affordable tool, where the cost of a single test is minimal (0.04 UAH), allowing for regular monitoring of all segments of the population. Despite restrictions on temperature control, the system minimizes the influence of the human factor and ensures high reliability of results. The creation of a collective cloud-based knowledge base lays the foundation for intelligent monitoring of nutritional quality, which is essential for improving the quality of life of patients with systemic muscle disorders.
Опис
Ключові слова
креатин, спінальна м’язова атрофія, кіберфізична система, метод Поппера, реакція Яффе, колірний сенсор, паперові тест-смужки, оптична детекція, хмарна база знань, мобільний застосунок, creatine, spinal muscular atrophy, cyber-physical system, Popper's method, Yaffe reaction, color sensor, paper test strips, optical detection, cloud knowledge base, mobile application
Бібліографічний опис
Говорущенко Т., Квасніцький Д., Говорущенко О. Метод діяльності кіберфізичної системи визначення рівня креатину в продуктах харчування // Herald of Khmelnytskyi National University. Technical Sciences. 2026. Vol. 363, No. 2. P. 662-669.