Біомедична інженерія і технологія, Том 1, № 17
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Застосування оптоелектронних датчиків для визначення насичення крові киснем(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Данильчик, Юлія Олександрівна; Богомолов, Микола ФедоровичВимірювання насичення крові киснем має важливе значення для оцінки того, наскільки добре легені та кровоносна система доставляють кисень до органів і тканин тіла. Регулярний моніторинг допомагає контролювати ці стани, забезпечуючи пацієнтам належне лікування та кисневу терапію, коли це необхідно. . У статті представлено огляд сучасних підходів використання оптоелектронних датчиків, які охоплюють як неінвазивні, так і інвазивні технології. Пульсоксиметрія є неінвазивним методом і має вирішальне значення для людей із захворюваннями легенів і серця. Традиційні жорсткі комерційні пульсоксиметри стикаються з обмеженнями, такими як артефакти руху, що впливають на точність вимірювань. Альтернативою може стати заміна жорстких датчиків гнучкою технологією на основі органічних світлодіодів та органічних фотодекторів, пропонуючи такі переваги, як здатність до біологічного розкладання, легкий дизайн і покращений контраст. Однак артефакти руху залишаються проблемою, для подолання якої використовується двоетапний адаптивний алгоритм, що фільтрує шум та покращує стабільність вимірювань. У випадках, коли критично важливі точні дані про гази крові, часто використовуються інвазивні методи. Системи моніторингу крові CDI 500 та CDI 550 є важливими інструментами, які використовується в інтенсивній терапії та хірургічних установах для постійного моніторингу насичення крові киснем у реальному часі. Вони використовують технології вимірювання флуоресценції та відбиття для забезпечення точних вимірювань. Однак фактори, такі як вплив низьких температур та утворення тромбів на датчику, можуть вплинути на продуктивність систем. Для підвищення надійності вимірювань пропонується використання датчиків з гепариновим покриттям, яке зменшує утворення тромбів, зберігаючи функціональність сенсора, і інтеграція зовнішнього теплообмінника, який дозволяє підтримувати необхідну температуру при процедурах штучного кровообігу. Крім того, удосконалення оптоелектронних датчиків, зокрема завдяки використанню кисневочутливих мембран на основі платини-тетра-фтор-феніл-порфірину в оптродах, продемонстрували покращене вимірювання рівня кисню, якість зчитування даних, зменшення шуму і підвищення чутливості датчикаДокумент Відкритий доступ Optimization of scanning parameters for CT and CBCT: a systematic review(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Tsarenko, Mykola; Kalashnikova, LarysaComputed tomography (CT) and cone-beam computed tomography (CBCT) have revolutionized medical imaging by providing high-resolution, three-dimensional (3D) anatomical models for diagnostics, treatment planning, and surgical simulation. The accuracy of these models is highly dependent on scanning parameters such as slice thickness, spatial resolution, radiation dose, voltage, exposure time, and reconstruction algorithms. While optimized parameters can enhance image quality and segmentation accuracy, suboptimal settings may introduce artifacts, reduce anatomical fidelity, and compromise clinical outcomes [1]. CBCT is widely used in dentistry and maxillofacial surgery due to its lower radiation dose and high spatial resolution, whereas CT is preferred for comprehensive anatomical evaluations due to its superior soft tissue contrast [3]. The choice of scanning parameters requires balancing image clarity and patient safety. Studies have shown that an optimal slice thickness of 0.075–0.125 mm in CBCT and 0.5–1.25 mm in CT yields the best segmentation results [4]. Radiation dose must also be carefully adjusted; 0.1–0.3 mSv is typically sufficient for CBCT, while 2–5 mSv is recommended for CT [5]. Voltage settings of 80–100 kV (CBCT) and 100–120 kV (CT) help reduce beam hardening artifacts while maintaining contrast. Tube current should range between 4–10 mA for CBCT and 50–300 mA for CT to optimize noise reduction [6]. One of the major challenges in CT imaging is the presence of artifacts, including scatter artifacts, beam hardening artifacts, motion artifacts, and partial volume artifacts. Scatter artifacts degrade image quality due to unintended radiation deflection and can be mitigated using anti-scatter grids and beam collimation techniques [7]. Beam hardening artifacts, caused by differential X-ray absorption in dense structures, can be corrected using higher voltage settings and advanced reconstruction algorithms [4]. Motion artifacts, resulting from patient movement, can be minimized by reducing exposure time and employing motion correction software [3]. Partial volume artifacts, which affect the accuracy of tissue segmentation, can be addressed by reducing voxel size and applying high-pass filters. Traditional artifact reduction techniques such as high-pass filters, metal artifact reduction (MAR) algorithms, dual-energy CT (DECT), and Monte Carlo simulations have been widely implemented, but their effectiveness is often limited [8]. Recent advancements in Artificial Intelligence (AI)-based artifact correction have introduced new, data-driven methods that surpass conventional approaches in speed, accuracy, and adaptability [9]. This review provides a comprehensive analysis of CT and CBCT scanning parameters and typical artifacts, summarizing the optimal settings for different clinical applications. By refining scanning protocols and employing advanced artifact reduction techniques, the accuracy and reliability of anatomical models can be significantly improved, ensuring better diagnostic and therapeutic outcomes [10]Документ Відкритий доступ Метод багатовимірної інтерполяції бітових масок медичних зображень комп’ютерної томографії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Алфьоров, Андрій Ігорович; Настенко, Євген АрнольдовичПри обробці медичних зображень комп’ютерної томографії (КТ) та магнітно резонансної томографії (МРТ) широко застосовуються бітові маски, що представляють певний набір пікселів, що зазвичай представляють сегментований фрагмент самого КТ і власне можуть також представляти область де має бути розміщений протез або допоміжний елемент, що буде використаний під час медичного втручання. Самі бітові маски зазвичай мають роздільну здатність ідентичну самим даним КТ, але коли необхідно надрукувати сам протез або елемент необхідний для проведення медичного втручання то часто є потреба підвищити роздільну здатність цієї маски та отримати гладкі поверхні без гострих кутів. Дана робота пропонує метод інтерполяції бітових масок для довільної кількості просторових вимірів та параметрично задану радіальну базисну функцію (RBF) з допомогою якої побудовано метод. Цей метод дозволяє отримати маски будь якої, вищої за початкову, роздільної здатності отримуючи гладкі поверхні самої маски. Також метод дозволяє отримати маски вищої роздільної здатності, що представляють поєднання кількох бітових масок, що не перетинаються між собою і наприклад представляють об’єкти, що повинні прилягати один до іншого. Сам метод записаний для довільної кількості вимірів, а також розписані його часткові варіації для двох та трьох вимірів. Метод містить параметри при зміні яких можна налаштовувати гладкість результуючої поверхні, що представляє межі бітової маски. Також в даній роботі було розглянуто методи інтерполяції зображень які можуть бути застосовані до даних КТ та МРТ. Також так як запропонований метод записаний в загальному вигляді де кількість просторових вимірів є вхідним параметром то він також може бути застосований для інтерполяції масок в часі для тривимірних даних КТ та МРТ, що містять кадри, що відповідають певному часу тобто метод працюватиме з чотирма просторовими вимірами.Документ Відкритий доступ Програмний модуль підтримки прийняття рішень лікарем при виборі тактики лікування(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Коваленко, Олександр Сергійович; Козак, Людмила Михайлівна; Аверьянова, Ольга Анатоліївна; Білявенко, Леонід Володимирович; Куцяк, Олександр АнатолійовичПерсоналізація лікувально-діагностичних заходів ґрунтується на аналізі великої кількості даних щодо лікування певних захворювань з метою визначення найбільш ефективних лікувальних впливів на здоров’я пацієнта. Широке застосування смартфонів та інших мобільних пристроїв, але й для надання порад, зворотного зв’язку, інструктажу або з’єднань з іншими ресурсами, які можуть принести користь людині з певним станом або захворюванням. Це призвело до появи мобільних застосунків, призначених для підтримки лікування та надання результатів аналізу процесу лікування. Програмний модуль, створюється для підтримки прийняття рішень лікарем при наданні медичної допомоги і створить умови спостереження стану пацієнтів (прогнози лікування, зміни показників, передбачення важкості стану тощо). Моделі, що пропонуються для аналізу клінічних даних базуються на методах Data mining. Програмний модуль складається з кількох блоків, які реалізують процеси збирання клінічних даних, створення бази даних, аналіз та формування лікарських рішень щодо персоналізації надання медичної допомоги. Програмні засоби розроблені на мові Python з використанням відповідних бібліотек. Загальний процес роботи із даними починається зі створення бази даних, яка реалізована на PostgreSQL. БД розташована у хмарі та наповнюється в трьох умовних режимах: розмічені дані; актуальні дані для обробки та класифікації (вносять лікарі, асистенти, мед сестри тощо);внесення фактичних клінічних даних, за результатами пацієнтів (за наявності). База даних складається з декількох умовних сегментів, структура яких залежить від способу введення клінічних даних. Після проведеного аналізу та отримання результатів, вони надсилаються на мобільний застосунок.Документ Відкритий доступ Перспективи застосування штучного інтелекту в аналізі даних проточної цитометрії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Крупко, Катерина Михайлівна; Богомолов, Микола ФедоровичІнтеграція штучного інтелекту (ШІ) у проточну цитометрію відкриває нові можливості для автоматизації аналізу даних в онкогематології, що є критично важливим у зв'язку зі зростаючими обсягами складних даних, які необхідно обробляти. Сучасна онкогематологія стикається з викликами, пов'язаними з необхідністю швидкої та точної діагностики, моніторингу захворювань та прогнозування клінічних результатів. Впровадження новітніх технологій, зокрема ШІ, дозволяє підвищити точність та ефективність діагностики, зменшити вплив людського фактора, мінімізувати суб'єктивні похибки та забезпечити відтворюваність результатів. Алгоритми машинного навчання відіграють ключову роль у цьому процесі, оскільки вони можуть бути застосовані для автоматизованої класифікації клітинних популяцій, виявлення рідкісних клітин, ідентифікації біомаркерів та прогнозування клінічних результатів пацієнтів. Це сприяє більш точній і швидкій діагностиці, покращенню стратифікації ризиків та персоналізації лікування. Автоматизований аналіз дозволяє лікарям швидше отримувати інформативні результати, що сприяє ухваленню своєчасних клінічних рішень. Крім того, інтеграція ШІ в онкогематологію узгоджується із сучасними тенденціями цифровізації та персоналізації медицини, спрямованими на підвищення якості медичної допомоги. Таким чином, використання ШІ у проточній цитометрії є перспективним напрямком, який має потенціал суттєво покращити стандарти діагностики та лікування онкогематологічних захворювань, оптимізуючи як процеси аналізу даних, так і результати терапії.Документ Відкритий доступ Зменшення геометричного шуму на термографічних зображеннях(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Шликов, Владислав Валентинович; Забіло, Ярослав СергійовичУ роботі розглянуто модуль програмно-електронної обробки термографічних зображень на основі періодичної корекції калібрувальної таблиці в залежності від зміни зовнішніх умов або температури фотоприймача. Основною проблемою, яку необхідно вирішити для підвищення співвідношення сигнал/шум в термографічних системах, є вирівнювання чутливості в окремих елементах фотоприймальної матриці. Розроблений модуль програмно-електронної обробки використовує для корекції адитивної складової шуму калібрувальну матрицю в залежності від діапазону температур, у якому проходять вимірювання. Застосування алгоритму вирівнювання геометричного шуму дає можливість досягти еквівалентної шуму різниці температур тепловізора не більш ніж 0,1К. Для апробації розробленого алгоритму було виконано експериментальні дослідження із видаленим серцем свині з використанням тепловізора FLIR i7 та FLIR ThermaCAM E300. Дослідження з використанням тепловізора FLIR i7, який має точність вимірювання температури до 0,5°C, показали, що вирівнювання геометричного шуму може ефективно застосовуватися для підвищення температурного контрасту термографічного зображення. Підвищення у 2 рази температурного контрасту і роздільної здатності термографічного зображення дає можливість візуалізувати в умовах штучного зігрівання ділянки коронарної судини на поверхні міокарда. Достовірність проявлення нових елементів на термографічному зображенні після двократного застосування алгоритму підтверджується послідовно отриманими тепловими зображеннями, що реєструвались тепловізором FLIR ThermaCAM E300, який має більшу точність до 0,1°C і дозвіл фотоприймальної матриціДокумент Відкритий доступ Порівняльний аналіз графічних технологій Web canvas та PostScript (огляд)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Соломін, Андрій Вячеславович; Гетун, Галина В’ячеславівна; Богачук, Владислав Віталійович; Борисенко, Роман ВолодимировичНаразі стрімко розвиваються цифрові графічні технології, поступово заміщуючи класичні поліграфічні паперові аналоги. Але поступово помираюча зараз поліграфія пройшла довгий шлях у своєму розвитку і накопичила багатий досвід, у тому числі у сенсі комп’ютерної обробки інформації. Цей досвід дуже корисно використовувати зараз для удосконалення сучасних цифрових технологій, а аналіз результатів такого використання створює базу для їх подальших збагачень. У роботі було проведено порівняльний аналіз сучасної графічної web-технології canvas та найбільш досконалої цифрової поліграфічної технології PostScript. На основі виявлених аналогій проілюстровано тенденцію розвитку сучасних технологій та запозичення досвіду їх попередників. Схожість підходів класичних і сучасних засобів обробки і представлення графічної інформації проілюстровано на прикладах використання методів тимчасового збереження та відновлення станів графічної системи, поточної трансформаційної матриці з однорідними координатами, що дозволяє суттєво оптимізувати трансформації графічних об’єктів, представлення графічної інформації у вигляді комп’ютерних програм на відміну від статичних файлів. Деякі із запозичених методів використовуються наразі і в галузі тривимірної графіки, а поширення їх на інші галузі обробки графічної інформації досить перспективноДокумент Відкритий доступ Автоматизована IoT-система моніторингу вирощування мікробіологічних культур(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Зайцев, Даніїл Вадимович; Азархов, Олександр Юрійович; Сілі, Іван Іванович; Єфременко, Богдан Васильович; Балалаєва, Олена ЮріївнаУ статті розглянуто створення прототипу інтелектуальної системи моніторингу та оптимізації параметрів вирощування мікроорганізмів у лабораторних умовах. Згідно останніх даних, на 2018 рік у світі налічувалося 27 мільярдів пристроїв з IoT, всього за 7 років ця кількість зросла до 75 мільярдів. Дана технологія вже почала відігравати важливу роль у автоматизації всіх галузей виробництва завдяки розширеним можливостям з’єднання приладів за допомогою мережі інтернет. Враховуючи це, а також успішні приклади інтеграції інтернету речей у сфері охорони здоров’я постає питання подальшого впровадження даної технології у сферу мікробіології. Запропонована у даній роботі система базується на технології IoT та здатна проводити моніторинг та аналіз температури, вологості, кислотності, концентрації вуглекислого газу та кисню, освітленості. Завдяки системним та програмним можливостям мікроконтролерної плати ESP32 система також надає можливості відстеження часу інкубації до необхідної фази росту мікроорганізмів у рамках дослідження або технологічного процесу. Апаратна реалізація концепту прототипу була здійсненна завдяки безкоштовному сервісу системи автоматизованого проектування TinkerCAD; програмне забезпечення створено в інтегрованих середовищах розробки Arduino IDE та Visual Studio Code; корпус розроблено у програмному забезпеченні Fusion360. Основними компонентами системи є мікроконтролерна плата ESP32, високоточний цифровий датчик температури AHT10 від ASAIR, аналоговий pH-метр від DFRobot, модуль датчика якості повітря MQ-135, електрохімічний сенсор кисню MIX8410 та фоторезистор. Завдяки здійсненню моніторингу параметрів вирощування мікроорганізмів у реальному часі та передачі даних через підключення до Wi-Fi система полегшує розширений контроль і подальшу оптимізацію культивування. Запропонована у даній статті система моніторингу підкреслює практичне застосування IoT приладах культивування, пропонуючи високу точність і повторюваність результатів для підвищення ефективності процесу культивування мікробіологічних культурДокумент Відкритий доступ Вихідний підсилювач для індуктивного навантаження в апаратах електромагнітної терапії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Шликов, Владислав Валентинович; Цвір, Дмитро Анатолійович; Тертишна, Світлана Олексіївна; Делавар-Касмаі, МохаммадУ роботі розглянуто високоефективний вихідний підсилювач для індуктивного навантаження, який забезпечує суттєве покращення масогабаритних параметрів магнітотерапевтичних приладів та зниження їхньої вартості. Представлене схемотехнічне рішення забезпечує незначне розсіювання потужності до 0,6 мВт на колекторах транзисторів для індуктивного навантаження. Підвищення ефективності підсилювача потужності з індуктивним навантаженням досягається за рахунок використання ключового режиму роботи транзисторів кінцевого каскаду, що підвищує коефіцієнт корисної дії підсилювача потужності до 55%. Показано, що ефективність вихідного підсилювача для індуктивного навантаження залежить від режиму роботи активних компонентів підсилювача і параметрів магнітного поля в індукторі, яке створюється струмом, що протікає через обмотку індуктора. Наведені у роботі розрахунки для випадку вхідного сигналу прямокутної форми є також справедливими для довільних випадків вхідних сигналів, причому коефіцієнт корисної дії підсилювача тим більше, чим меншу частину періоду транзистори кінцевого каскаду знаходяться в активному режимі. Представлене схемотехнічне рішення для вихідного підсилювача індуктивного навантаження є найбільш перспективним для застосування в апаратах електромагнітної терапії для терапевтичного впливу імпульсним магнітним полем на органи та тканини людини.Документ Відкритий доступ Технологія створення 3d-моделізі скінченно-елементною сіткою на основі серій КТ-зображень(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Соломін, Андрій Вячеславович; Гетун, Галина В’ячеславівна; Богачук, Владислав Віталійович; Борисенко, Роман ВолодимировичГалузь 3D-моделювання наразі є актуальною у багатьох аспектах. Найважливішими зараз є напрями, пов’язані з виготовленням протезів різного призначення. Тут в нагоді приходять методи використання 3D-сканерів або 3D-реконструкції моделей за серіями КТ (МРТ) зображень, що прискорюють та удосконалюють процедури протезування. При проектуванні 3D-об’єкта перед його виготовленням доцільно проводити попереднє тестування відповідної комп’ютерної моделі на міцність та щодо інших механічних характеристик. Для цього така модель має бути достатньої якості щодо можливості використання скінченно-елементного аналізу в пакетах програмного забезпечення CAE. Зазвичай на цьому етапі виникають труднощі, оскільки моделі, створені на основі реального 3D-сканування або 3D-реконструкції досить складні і не пристосовані для побудови на них якісної сітки скінченних елементів. В роботі пропонується та ілюструється на прикладі моделі колінного суглобу метод подолання цих труднощів, а саме штучний прийом, що полягає у заміні реального об’єкту (результату 3D-реконструкції) на штучний, який повністю повторює форму реального, але здатний до побудови якісної сітки скінченних елементів для подальшого математичного аналізу