Неінвазивні оптико електронні прилади та системи діагностики мікроциркуляції периферійного кровообігу (стр. 3 из 8)

Наукові та практичні результати досліджень також демонструвалися на таких Міжнародних виставках та олімпіадах:

· II Всесвітній Олімпіаді винаходів „Genius-2000” (Будапешт, Угорщина, 2000) - отримано срібну та абсолютну бронзову медалі у номінації „Охорона здоров’я”;

· Виставці-презентації новітніх технологій України (Чаньчунь, КНР, 2004);

· Виставці-презентації нових технологій „Інноваційний та інвестиційний потенціал регіонів України” (Цзинань, КНР, 2004);

· Виставці-презентації “Дні Української науки і техніки в Індії” (Нью-Делі, Індія, 2004);

· Виставці-презентації високих та новітніх технологій в КНР (Шанхай, КНР, 2005);

· Виставці-презентації нових технологій „Інноваційний та інвестиційний потенціал регіонів України” (Цзинань, КНР, 2005);

· Виставці-презентації новітніх технологій України (Краків, Польща, 2006);

· Всесвітній виставці винаходів „Genius-2006” (Будапешт, Угорщина, 2006) - отримано золоту та дві срібних медалі;

· Міжнародній виставці винаходів (Ново Сад, Сербія, 2006) – отримано золоту медаль;

· Міжнародній виставці винаходів „Scientific Research and New Technologies - Inventika ” (Бухарест, Румунія, 2006) – отримано срібну та бронзову медалі;

· Міжнародній виставці винаходів ідей та новітніх технологій „ARCA 2006”(Загреб, Хорватія, 2006);

· Виставці-презентації наукових розробок і технологій України (Ханой, СРВ, 2006);

· Міжнародній виставці винаходів (Белград, Сербія, 2007) – отримано срібну медаль.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 98 наукових праць, з них 2 монографії, 32 статті у наукових фахових виданнях, 20 статей у науково-технічних журналах та збірниках праць науково-технічних конференцій, 22 тези конференцій, 22 патенти на винаходи України та Російської Федерації.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота містить вступ, сім розділів, висновок, список використаних джерел та шість додатків. Загальний обсяг дисертації − 349 сторінок, з яких основний зміст викладений на 277 сторінках і містить 94 рисунки, 30 таблиць. Список використаних джерел складається з199 найменувань. Додатки містять програми розв’язання задач на комп’ютері, рекламні матеріалитаактивпровадженнярезультатівроботи.

ОСНОВНИЙЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи для практичної медицини і медичного приладобудування України та її зв’язок з науковими програмами та темами, сформульовано мету і задачі досліджень, викладено наукову новизну тапрактичне значення отриманих результатів. Наведено дані про рівень апробації, представлення наукових та практичних результатів на різноманітних Міжнародних виставочних заходах, а також про кількість публікацій за тематикою виконаних досліджень,відомості щодо особистого внеску автора та структури дисертації.

У першому розділі проведено аналіз літературних джерел і виявлено, що розвиток нових не інвазивних біомедичних оптико-електронних технологій, а останнім часом створювані на їх основі ефективні оптико-електронні діагностичні та фотостимуляційні технології, викликає необхідність у розробленні принципів вибору існуючих та створенні нового покоління інтелектуальних біооко-процесорних оптико-електронних систем та приладів комплексного діагностування. Вони, відповідно до новітніх медичних програм, повинні забезпечувати ефективну та комфортну діагностику та терапію зосередженими променистими потоками, що в напрямку створення фізичних та конструкторсько-технологічних основ таких випромінювачів вимагає проведення комплексу теоретичних та експериментальних досліджень.

Запропоновано функціональну класифікацію фотоплетизмографічних і мікроциркулярних досліджень (рис. 1), де показано основні класифікаційні ознаки реєстрації та оброблення фотоплетизмографічної інформації. За рахунок використання оптоелектронних сенсорів реєстрацiї бiомедичних сигналiв, якi працюють в інфрачервоному та червоному діапазонах, забезпечується абсолютно безпечне такомфортне діагностування населення різних вікових груп i фізичного стану (включаючи дуже важких хворих, наприклад, пiсля аварiї, опiкiв i т.i.), безпечні умови праці обслуговуючого персоналу та пiдвищується якість медичного обслуговування.

Проаналізовано методи математичного опису взаємодії випромінювання із біотканиною, при цьому найчастіше пропонується рішення цієї проблеми з позицій теорії радіаційного переносу, де біотканина аналізується як випадково неоднорідне середовище, яке розсіює та поглинає.

Проведено аналіз неінвазивних оптико-електронних приладів та систем для діагностики гемодинамічних показників відповідно до узагальненого критеріального оцінюванняефективності, а також сформульовано вимоги до створення біооко-процесорних оптико-електронних систем та приладів для оцінювання кровонаповнення та вимірювань оптичних характеристик біотканин.

У другому розділі наведено результати досліджень теоретичних питань, розвинення і вдосконалення розрахунково-аналітичних методів та розвинення математичних моделей розповсюдження оптичного випромінювання у біологічних об’єктах для подальшого використання при побудові біооко-процесорних оптико-електронних приладів та систем діагностики периферійного кровообігу та оцінювання стану мікроциркуляції кон’юнктиви ока.

Розвинено теорію шляхом побудови моделі пошарового розповсюдження оптичного випромінювання при оцінюванні рівня периферійної мікроциркуляції на заданій довжині хвилі зондуючого випромінювання. Глибина проникнення оптичного випромінювання в тканини є дуже важливою у практичному відношенні, оскільки, в залежності від неї, визначаються межі можливого використання випромінювачів.

Проаналізовано динамічні процеси взаємодії оптичного випромінювання з біооб’єктами з урахуванням моделі Монте-Карло. При цьому коефіцієнт поглинання може бути визначений як ймовірність фотона бути поглинений на одиницю довжини, а коефіцієнт розсіювання визначений як ймовірністьфотона бути розсіяним на одиницю довжини. Використання цих ймовірностей дає випадковий зразок траєкторій фотона.

Коефіцієнти поглинання

та розсіяння середовища зворотно пропорційні середньому вільному „пробігу” фотонів, які поглинаються та розсіюються і є параметрами самого об’єкту. Периферійні судини вважаються об’єктами, які випадково розсіюють оптичне випромінювання у біологічному середовищі. Таким чином, її можно представити як оптичну усереднюючу модель двох компонентів: тканини, яка знекровлена та крові.

З урахуванням цих процесів модель модуляції оптичного розсіяного світла пульсової хвилі кровіможе представити як (1).

де

та –коефіцієнти розсіяння та поглинання знекровленої тканини; та – коефіцієнти розсіяння та поглинання крові; –коефіцієнт поглинання артеріальної крові; V_кр. – питомий об’єм, в якому міститься кров; – зміна питомого об’єму крові під дією пульсової хвилі.

Коефіцієнт модуляції розсіяного випромінювання залежить від коефіцієнтів поглинання артеріальної крові та зміни питомого об’єму крові при проходженні пульсової хвилі і змінюється від певного значення інтенсивності та діапазону випромінювання світлового потоку (2).

Де - функція, яка є сталою,- функція, яка відображає гемодинамічні показники пульсової хвилі.

Взаємодiю оптичного випромінювання iз біотканиною зображено на рис.3.

Теоретичнi рiвняння для аналізу процесу розповсюдження світлового випромінювання в біооб’єкті записуютьсяу формi: (3)

де I_c+ та I_c- - колiмуючi зустрічний та зворотний потоки відповідно. I₊ та I_- - дифузiйнi потоки, K, S, k, S₁та S₂- коефіцієнти Кубелки-Мунки та вісь z направлена нормально до поверхнi шкiри.

Система рівнянь (2) розв’язуєтьсяпри використаннi граничних умов.Обчислення коефіцієнта абсолютної передачі T та дифузного відбиття R визначається за формулами: (4)

де F₀- потiк падаючого світла та d₀товщина біооб’єкту.

На основі використання принципу різницевих зрізів запропоновано метод та алгоритм сортування та вибірки числових масивів опрацювання фотоплетизмографічних сигналів. Відмінність цього алгоритму від інших полягає у тому, що він не потребує додаткових зважених сум ознак, а виконує їх порівняння в процесі оброблення біомедичної інформації, щодозволяє розширити функціональні можливості класифікації сигналів, особливо, коли ознаки образів мають багатовимірний характер, оскільки результати сортування можуть бути використані у подальшому для кластеризації образів.