ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ПАВЛОВ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ
УДК 615.471.03:616.073
НЕІНВАЗИВНІ ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННІ ПРИЛАДИ ТА СИСТЕМИ ДІАГНОСТИКИ МІКРОЦИРКУЛЯЦІЇ ПЕРИФЕРІЙНОГО КРОВООБІГУ
Спеціальність 05.11.17 – Біологічні та медичні прилади і системи
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Вінниця – 2008
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України
Науковий консультант: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Кожем’яко Володимир Прокопович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри лазерної та оптоелектронної техніки
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Тимчик Григорій Семенович Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, завідувач кафедри виробництва приладів;
доктор фізико-математичних наук, професор Бих Анатолій Іванович,Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри біомедичних електронних пристроїв та систем;
доктор технічних наук, професорХаїмзон Ігор Ізєвич,Вінницький національний медичний університет ім. М.І. Пирогова, завідувач кафедри біофізики, інформатики та медичної апаратури
Захист відбудеться “30” травня 2008 р. о 930 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д05.052.02 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, 210 ГУК.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.
Автореферат розіслано “ 25 ” квітня 2008 р.
В.о. вченого секретаря
спеціалізованої вченої ради Злепко С.М.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Поширення серцево-судинних захворювань обумовлює створення сучасних приладів діагностики і моніторингу, що спрямовані на підвищення ефективності методів реєстрації та оброблення біомедичних показників, а також розвиток медичних засобів діагностики.
Особливості пошуку оптимальних рішень у медичній галузі пов'язано, насамперед, із забезпеченням доступності і масовості під час загального регулярного діагностування широких прошарків населення для раннього прогнозування і визначення профілактичних заходів підтримки на належному рівні стану здоров’я населення і, за необхідністю, проведення комплексного лікування та терапії хворого комфортними програмно-апаратними засобами. У такій ситуації найважливішими задачами на будь-якому етапі проведення медичної допомоги є оцінювання загального стану організму пацієнта, визначення глибини патологічного процесу та проведення оперативного контролю за ефективністю лікування з метою своєчасної її корекції.
Інтенсивні дослідження у галузях оптоелектроніки і нанотехнологій дозволяють зробити висновок про появу у найближчому майбутньому нових не інвазивних діагностичних приладів та систем з універсальними оптичними сенсорами. Головна перевага оптичного методу - можливість вимірювання гемодинамічних показників практично у будь-якій точці поверхні тіла, що дозволяє використовувати різні модифікації оптоелектронних приладів для розв’язання цілого ряду спеціальних задач, пов'язаних із дослідженням показників локального кровотоку.
Сьогодні значна кількість провідних науково-дослідних і промислових організацій (фірм) займаються розробленням та виробництвом медичної техніки в даному напрямку. Найвідоміші з|із| них: Philips, MEDIC (Medizinische Messtechnik GmbH), Nonin, Cas Medical System, Radiometer, Micromed, Criticare, Ютас (Україна) та інші.
Народженню та розвитку наукового напрямку оптичних методів діагностики та вимірювання неоднорідних біологічних середовищ, зокрема, створення оптико-електронних систем діагностики біологічних об’єктів, потрібно завдячити, насамперед, видатним науковцям, які залишили світові неоціненний скарб своїх наукових розробок і праць. Це відомі вітчизняні та зарубіжні школи: П. Бугера, Г.В. Розенберга, А.П. Іванова, С. Чандарасекара, Ж.Ж. Стокса, В.А. Амбарцумяна, В.П. Рвачова, А.Х. Тейлора, С.О. Майорова, В.П. Кожем’яка, М.М. Гуревича, В.В. Тучина, М.Ю. Сахновського, а також П.П. Орнатського, М.П. Цапенка, Ю.М.Туза, Є.Т. Володарського, В.Д. Ціделка, З.Ю. Готри, В.Г. Петрука, Г.С. Тимчика, А.І. Биха, С.М. Злепка,В.В. Кухарчука, І.І. Хаїмзона, А.Я. Хайрулліної, С.П. Власової та ін.
До неінвазивних оптичних методів діагностування периферійного кровообігу відноситься фотоплетизмографічний (ФПГ) метод. Саме ФПГ метод дозволяє підвищити достовірність контролю і діагностики стану локального периферійного кровообігу при діагностиці ранніх форм атеросклерозу, тромбофлебіту, облітеруючого ендоартеріїту, порушень мікроциркуляції у хребетно-рухомих сегментах при вертебродіагностиці, стану мікроциркуляції при захворюванні на системний червоний вовчак (СЧВ), оцінювання стану периферійних судин у щелепно-лицьовій ділянці при запалювальних процесах, визначення гемодинамічних показників кровотоку при пульсодіагностиці та ін. Крім того, ФПГ має допоміжне діагностичне і прогностичне значення при вивченні багатьох судинних і нервових захворювань, що є зараз найчастішою причиною смерті і інвалідності у молодому віці. Підгрунтям для виконання досліджень стали роботи, які проводяться з середини вісімдесятих років на кафедрі лазерної та оптоелектронної техніки ВНТУ, по створенню образного комп’ютера око-процесорного типу під керівництвом проф. В.П. Кожем’яка.
Таким чином, очевидно, що одним із перспективних напрямків реєстрації фізiологічних параметрів є використання неінвазивних методів діагностування стану периферійного кровообігу, серед яких поширення набули оптико-електронні методи реєстрації та перетворення біомедичної інформації.
Наукова проблема, що вирішується у дисертаційній роботі, полягає у створенні нового класу інтелектуальних біооко-процесорних оптико-електронних систем та приладів діагностування периферійного кровонаповнення, що дозволить підвищити достовірність порівняно з традиційними методами діагностування (реоплетизмографічними, ультразвуковими та інш.), а також функціональні можливості біомедичних приладів та систем при експрес-діагностуванні стану периферійного кровообігу.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами
Проблема, вирішенню якої присвячена дисертація, випливає із задач у сфері науки та техніки, сформульованих відповідно до Закону України № 2623-III від 11 липня 2001 року „Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки на 2002-2006 рр”. Науковою базою дисертації стали результати, отримані в процесі виконання науково-дослідних робіт, що здійснювалися за планами наукових досліджень Вінницького національного технічного університету та Міністерства освіти і науки України за фаховими напрямками «Новітні біотехнології:діагностика і методи лікування найпоширеніших захворювань» та „Нові комп’ютерні засоби та технології інформатизації суспільства” у 1996 – 2007 роках.
Основні результати дисертаційної роботи отримані у ході виконання таких держбюджетних тем:
· "Створення оптоелектронних технологій аналізу стану серцево-судинної системи" (№ держ. реєстрації 0197U012663);
· "Ефективні методи і алгоритми високопродуктивної обробки і розпізнавання зображень в оптоелектронних паралельних процесорах" (НДР № 9-4);
· “Розробка оптико-електронних перетворювачів для формування статичних та динамічних еталонів-образів патології мікроциркуляції в щелепно-лицьовій області” (№ держ. реєстрації 0100U002933);
· “Лазерні та оптико-електронні технології в діагностиці, терапії та прогнозуванні стану серцево-судинної системи” (№ держ. реєстрації 0102U002272);
· „Створенняоптоелектронних та лазерних технологій для нетрадиційних методівдіагностикиітерапії серцево-судинноїсистемилюдини”(№ держ. реєстрації 0205U006580);
· “Образний відео-комп’ютер око-процесорного типу” (№ держ. реєстрації 0102U002261);
· „Розробка нових принципів діагностики стану нормальних і патологічних біотканин за спектрами дифузного відбивання (теоретичні і експериментальні дослідження)” (№ держ. реєстрації 0105U008426);
· Розробка інтерактивних оптичних засобів для діагностики біотканини та гуморальних середовищ на основіспектрофотометрії таполяриметрії (№ держ. реєстрації 0107U008337)
· Оптико-електронний квантово-розмірний образний комп’ютер око-процесорного типу: концепції, методологія, база знань (№ держ. реєстрації 0105U002434).
· „Створення автоматизованих діагностичних систем для оцінювання функціонального стану людини” (№ держ. реєстрації 0105U002421).
Мета і завдання дослідження
Мету роботи спрямовано на підвищення достовірності неінвазивної діагностики периферійного кровонаповнення шляхом створення теоретичних основ побудови неінвазивних інтелектуальних біопроцесорних оптико-електронних приладів та систем для реалізації методик визначення основних гемодинамічних показників периферійного кровообігу.
Відповідно до цієї мети треба розв’язати такі основні завдання:
• Дослідити та розробити теоретичні засади створення біооко-процесорних оптико-електронних систем та приладів дослідження центральної та периферійної гемодинаміки;
• Розробити коригуючі моделі розповсюдження оптичного випромінювання у біооб’єктах із всебічним урахуванням ефектів розсіювання та уніфіковані оптико-електронні технічні системи, призначені для досліджень та експрес-діагностики стану периферійних судин;
• Розробити нові алгоритми та методики реєстрації розсіюваного оптичного випромінювання, оброблення та визначення основних гемодинамічних показників периферійного кровообігу;
• Створити новий клас проблемно-орієнтованих інтелектуальних біомедичних систем діагностування, оброблення і збереження інформації для формування діагнозів, а також практично застосовувати основні результати у медичній практиці (вертебрологія, щелепно-лицьова хірургія, судинні порушення при захворюваннях на системний червоний вовчак, фіброміалгію, хірургія передньої черевної стінки);