Біомедична інженерія і технологія, № 14
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Система зворотного зв’язку для оцінки ефективності серцево-легеневої реанімації(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Маркова, Єлізавєта Дмитрівна; Давидович, Ілля ВікторовичСерцево-легенева реанімація є однією з найважливіших процедур першої допомоги. Тренінги та семінари з надання першої допомоги та тактичної медицини, у рамках яких вивчають також проведення серцево-легеневої реанімації, набирають популярність у суспільстві. Ефективність таких тренінгів та, надалі, якість проведення серцево-легеневої реанімації постраждалим у критичних ситуаціях, залежить від забезпечення якісного зворотного зв’язку при виконанні процедури. У даній статті запропоновано прототип системи зворотного зв’язку для надання серцево-легеневої реанімації, у складі якої є пристрій, що виконує оцінку виконуваної процедури та програмне забезпечення, яке виконує візуалізацію усіх рухів під час компресій грудної клітини. Використовуючи дані акселерометра, пристрій обраховує силу, глибину та частоту натискань на грудну клітину при виконанні серцево-легеневої реанімації. Вбудоване програмне забезпечення для пристрою було розроблено у рамках операційної системи реального часу для мікроконтролерів FreeRTOS, що гарантує контрольовану та своєчасну обробку усіх дій що виконуються над системою зворотного зв’язку. У статті описано розробку пристрою на основі MEMS акселерометру та здійснення апробації пристрою у реальних умовах із залученням медичного фахівця та тренувального манекену. Створений пристрій, дані з якого візуалізуються за допомогою програмного забезпечення, показав результат тестування у 98.72% правильно зафіксованих компресій грудної клітини. Використання цього пристрою зворотного зв'язку у поєднанні з програмою візуалізації покращить результати проведення тренінгів першої медичної допомоги та сприятиме підвищенню якості надання медичної допомоги в екстрених ситуаціях.Документ Відкритий доступ Ієрархічний алгоритм мультикласифікації стадій фіброзу печінки з інтегрованим аналізом областей інтересу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Бабенко, Віталій Олегович; Настенко, Євген Арнольдович; Павлов, Володимир Анатолійович; Дикан, Ірина МиколаївнаУльтразвукове дослідження є провідним методом у діагностиці таких патологій, як хронічний гепатит і цироз печінки. Однак ефективність даного інструменту значною мірою залежить від кваліфікації лікаря, а інтерпретація зображень є суб'єктивною. Точна оцінка ультразвукових зображень вимагає значного досвіду фахівця в цій галузі. Впровадження автоматизованих систем класифікації стадій фіброзу печінки може стати розв’язанням проблеми нестачі висококваліфікованих радіологів, особливо в регіонах з обмеженими ресурсами. Дослідження, метою якого є розробка подібної системи, базувалося на матеріалах державної установи «Інститут ядерної медицини та променевої діагностики Національної академії медичних наук України». У дослідженні використовувався набір даних з 1059 сегментованих вручну областей інтересу з 585 ультразвукових зображень 162 пацієнтів. Кожному пацієнту була проведена біопсія печінки з подальшим гістопатологічним аналізом за системою METAVIR. Для класифікації оцінок METAVIR використовувались ансамблеві методи машинного навчання, а саме: випадковий ліс, XGBoost, LightGBM і ВЛДОС. Ефективність цих методів на різних стадіях фіброзу печінки оцінювалась за допомогою таких показників, як точність, чутливість і специфічність. Найкращі результати показали LightGBM (82% точності на тестовому наборі в задачі “F0-1 проти F2-4”, 86% точності в задачі “F0-2 проти F3-4” і 96% точності в задачі “F0-3 проти F4”) і ВЛДОС (77% точності в задачі “F0 проти F1-4”). При використанні цих моделей в запропонованому ієрархічному алгоритмі мультикласифікації стадій фіброзу була досягнута точність 99% для всіх суб’єктів. Результати дослідження підтверджують ефективність запропонованого алгоритму для визначення конкретної стадії фіброзу печінки за системою METAVIR з використанням звичайних ультразвукових зображень у В-режимі. Це відкриває перспективу швидкої та точної діагностики без необхідності використання додаткового обладнання або тестових процедур, що робить цю технологію потенційно корисною для підтримки діагностичних можливостей радіологів у клінічних умовах.Документ Відкритий доступ Методології аналізу зображень для діагностичних застосувань (огляд)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Давидович, Ілля Вікторович; Бабенко, Віталій ОлеговичМедична візуалізація є невіддільною частиною сучасної клінічної практики та досліджень у галузі охорони здоров'я, слугуючи наріжним каменем у сфері діагностичних процедур та забезпечуючи критично важливу основу для вибору методів лікування, спрямованих на підвищення рівня виживання пацієнтів. Серед різних підходів, доступних для обробки та аналізу медичних зображень, нейронні мережі отримали найбільше визнання, головним чином завдяки їхньої здатності швидко обробляти знімки будь-якої модальності, забезпечуючи при цьому діагностичний аналіз з високою якістю. Однак широкому впровадженню таких технологій часто перешкоджають значні фінансові витрати та труднощі для медичних працівників при розшифровуванні результатів. Нейронні мережі, які є непрозорими у своїх процесах прийняття рішень, породжують дилему «чорної скриньки», хоча при постановці діагнозу остаточне рішення приймає лікар, а не мережа. Таким чином, існує потреба в розробці методологічної бази для обробки та аналізу медичних зображень, здатної забезпечити надійну підтримку прийняття діагностичних рішень. Дана наукова робота присвячена охопленню методологій порівняння зображень. Це фундаментальна процедура, яка дозволяє ідентифікувати невідповідності між зображеннями, не покладаючись на нейронні мережі або інші парадигми машинного навчання. Для досягнення мети було розглянуто низку методологій порівняння зображень, кожна з яких містить свій власний набір сильних і слабких сторін. Отриманий в результаті порівняльний аналіз дозволить дослідникам робити виважений вибір відповідно до індивідуальних потреб і вимог. Таким чином, дана праця робить значний внесок у постійний розвиток медичної візуалізації, тим самим сприяючи покращенню догляду за пацієнтами та підвищенню точності діагностики в цій галузі.Документ Відкритий доступ Ефективність застосування комп’ютерної томографії та сучасних інформаційних технологій у виявленні структурних змін серця при гострій формі COVID-19(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Гончарук, Максим Олександрович; Настенко, Євген Арнольдович; Линник, Микола ІвановичЗа допомогою комп’ютерної томографії та сучасних методів інформаційних технологій можливо оцінити не тільки стан ураження легень, а й визначити зміни в серці, які непомітні неозброєним оком безпосередньо під час КТдіагностики. Основною метою даного дослідження є аналіз структурних змін в серці, пов’язаних із гострим перебігом COVID-19. Отримані результати можуть бути приводом для призначення специфічних кардіологічних обстежень та лікувальних заходів. Використано відкритий датасет COVID-CT-MD та дані КТ обстежень, виконаних в Національному інститут фтизіатрії і пульмонології імені Ф.Г. Яновського НАМН України і Національного інституту серцево-судинної хірургії імені М.М. Амосова НАМН України. Спостереження були розділені на два класи: 1- особи, які не хворіли на COVID-19 та 2 – особи із гострою формою COVID19. В результаті розмітки КТ-серій і виключення обстежень із явними візуальними артефактами залишено 167 і 68 випадків(пацієнтів) COVID-19 і норми відповідно. Для балансування класів застосовано метод андерсемплінгу. Даний метод скоротив кількість випадків до 68 для кожного з класів. Для оцінки структурних змін в серці застосовано текстурну матрицю суміжності градацій сірого (GLCM) і ансамблеві (Random Forest, LightGBM, XGBoost) та класичні (SVM) класифікатори. Загальну вибірку розділено на тренувальну та валідаційну з частками 70% та 30% відповідно. Розроблено оригінальний алгоритм відбору інформативних ознак з GLCM, який включає відбір найбільш повторюваних відтінків сірого та їх комбінацій у сусідніх точках зображення у двох класах. Якість класифікації оцінено за наступними критеріями: точність, чутливість, специфічність та F-міра. Найкращий результат продемонстрував метод SVM з точністю 63% та F-мірою у 63% на тестовій вибірці. Встановлено, що специфічні структурні зміни в серці при COVID-19 можуть бути виявлені за даними КТ із застосуванням сучасних інформаційних технологій.Документ Відкритий доступ Оцінка впливу ортотропії кісткової тканини на напруженодеформований стан чисельної моделі остеосинтезу відкриваючої коригуючої остеотомії великої гомілкової кістки(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Панченко, Сергій Павлович; Колосов, Дмитро Леонідович; Онищенко, Сергій Валерійович; Чечель, Тарас Олегович; Зуб, Тетяна ОлександрівнаАнотація. Проблематика. Одним з ушкоджень нижньої кінцівки є О-подібна або Х-подібна деформація в колінному суглобі. Для лікування цього захворювання успішно використовують коригуючу остеотомію великої гомілкової кістки. Суть остеотомії полягає у перетині кістки з метою вирівнювання її осі та подальшою фіксацією в заданому положенні. За рахунок сучасних програмних комплексів можна оцінити ефективність запропонованої конструкції фіксатора. У більшості робіт, пов’язаних із вивченням напружено-деформованого стану систем «кістка – фіксатор», кісткова тканина розглядається як однорідне, ізотропне, пружне середовище. Очевидно, що таке припущення може призвести до неточності при оцінці результатів зазначеного дослідження. Мета. Дослідити вплив ортотропії механічних властивостей кісткової тканини на напружено-деформівний стан системи «кістка-фіксатор» чисельної моделі остеосинтезу високої відкриваючої коригуючої остеотомії великої гомілкової кістки. Методика реалізації. Дослідження виконувалось в спеціалізованому програмному комплексі заснованому на методі скінчених елементів. Для розв’язку поставленої задачі були побудовані дві тривимірні моделі зазначеного остеосинтезу. Моделювалися два випадки механічних властивостей матеріалу кістки: ізотропним та ортотропним середовищем. Результати. В результаті дослідження отримано розподіл напружень в елементах системи «кістка – пластинафіксатор». Для виконання оцінки впливу ортотропії механічних властивостей обрано еквівалентні напруження за Мізесом. Кількісні показники напружень в ізотропній та ортотропній моделях відрізнялись, проте якісні картини їх розподілу були подібними. Висновки. При зміні ізотропної моделі кісткової тканини на ортотропну відбулась зміна напруженого стану в системі «кістка-фіксатор» в більшу сторону. Найбільші і найменші зміни відбулись в фіксуючих гвинтах (8-58 %), в пластині і кістці ці зміни склали 15-20 %. Враховуючи, що при використанні ізотропних моделей кісткової тканини в розрахунках отримані величини напружень можуть бути значно занижені, необхідно це явище враховувати при аналізі результатів.Документ Відкритий доступ Перспективи використання лазерів в медичній практиці(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Колнаузов, І. О.; Богомолов, М. Ф.; Грибан, О. М.Анотація – Активний розвиток лазерних технологій призводить до їх широкого застосування у біомедичній сфері. У різних галузях медицини, таких як офтальмологія, кардіологія, стоматологія, лабораторна діагностика, хірургія, тканинна інженерія та онкологія, використання лазерів стає все більш поширеним. Дослідження показують, що лазерне випромінювання може позитивно впливати на організм людини, зокрема сприяти поліпшенню процесу загоєння ран, лікуванню карієсу, зниженню рівня стресу для пацієнтів, забезпеченню високої точності у хірургічних втручаннях та відсутності болісних відчуттів. Однією з головних переваг лазерної терапії є здатність точно та мінімально інвазивно впливати на проблемні ділянки без пошкодження навколишніх тканин. Це дозволяє зменшити ризик кровотечі, запобігти появі рубців та забезпечити швидше загоєння. Крім того, лазерна терапія часто асоціюється з меншим дискомфортом для пацієнта під час лікування та скорочує тривалість відновлення після процедур. Особливо важливе застосування лазерної технології у стоматологічних процедурах, де вона сприяє прискоренню регенерації тканин пародонта та швидкому загоєнню ясенних тканин. Новітні світлові методи відкривають перед медичною галуззю нові перспективи у покращенні якості медичного обслуговування та забезпеченні більш ефективного лікування пацієнтів. Завдяки постійним дослідженням та вдосконаленню технологій, можна очікувати подальший розвиток застосування лазерів у медицині, що дозволить досягти ще більших успіхів у лікуванні та діагностиці різноманітних захворювань, забезпечуючи пацієнтам більш швидке та ефективне відновлення здоров'я. У статті також досліджується вплив лазерної технології на розвиток стоматологічної практики та біомедичної інженерії.Документ Відкритий доступ Засоби та методи автоматизації контролю антропометричних показників дітей в лікарській практиці(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Вовянко Світлана Ігорівна; Козяр Василь Васильович; Колбасін Максим ОлександровичАнотація – Мета роботи: Аналіз засобів та методів автоматизації контролю антропометричних показників дітей, що можуть бути використані у лікарській практиці, для створення додатку із застосуванням автоматизованих засобів збору, збереження, аналізу і оцінки антропометричних показників для своєчасної корекції відхилень шляхом надання індивідуальних рекомендацій. Актуальність: Розрахунок антропометричних даних дитини включає в себе значну кількість показників. Лікар повинен проводити заміри до 20 відповідних показників та вести їх статистичний контроль, для кожної дитини індивідуально. Але, як показує практика, ця методика є досить складною та вимагає витрат великої кількості робочого часу. Тому автоматизація покликана зробити контролюючу та лікувальну методики більш ефективними. Новизна: Разом з оглядом наявних методах контролю антропометричних даних ми пропонуємо автоматизацію процесу контролю нутрієнтів, які споживає дитина під час харчування. Як метод корекції відхилень, згідно з наказом №1073 від 03.09.2017, ефективно використовують індивідуалізовану дієтотерапію з налаштуванням згідно вікових норм. Розробка та створення спеціальної інформаційно-комунікативної медичної системи здатна суттєво спростити роботу лікаря. Спеціаліст буде мати змогу проводити контроль за допомогою будь якого девайсу: телефону, комп’ютера, ноутбука. Це важливо в наших реаліях, адже не завжди лікар буде мати доступ до сучасних пристроїв, але майже кожен має смартфон. Саме тому під час розробки програмного застосунку, треба взяти до уваги програмне середовище, яке має давати змогу без зміни початкового коду, запускати програми на різних операційних системах. Здебільшого в дитячому віці проблему становить зайва маса дитини, що є причиною великої кількості соматичних захворювань. Розрахунковий модуль для батьків може бути дієвим і зручним інструментом вибору нутрієнтів, які необхідні дитині для нормального розвитку. Так само, розрахунковий модуль, батьки зможуть запускати з власного смартфону та проводити розрахунок нутрієнтів для своєї дитини. Це набагато зручніше, враховуючи, що в цьому модулі буде блок корекції, де лікар зможе змінювати норму кількості білків, жирів та вуглеводів, які треба спожити. Результати цього дослідження допоможуть не тільки виявити можливості впровадження передових технологій у медичну практику для моніторингу здоров'я дітей, а й визначити перспективні напрямки майбутніх досліджень у цій сфері.Документ Відкритий доступ Виготовлення протезів нижніх кінцівок: виклики, аналіз та можливі рішення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Семінська Наталія Валеріївна; Мусієнко Ольга Станіславівна; Слободянюк Іванна Валентинівна; Белевець Ксенія Сергіївна; Степанова Анна Андріївна; Шитікова Наталія СергіївнаАнотація – Наразі наша країна стикається з багатьма викликами, на які ми спрямовуємо максимальні зусилля та увагу для їх вирішення. Серед головних завдань - відновлення людських ресурсів, економічна реабілітація після конфлікту, соціальна реінтеграція постраждалих від військових дій та забезпечення повноцінного життя. У прифронтових зонах, особливо там, де проходять активні бойові дії, багато людей стикаються з ризиком серйозних травм. Наслідком цього може бути повна або часткова втрата кінцівок. Це ставить перед медичною та науковою спільнотами складні завдання щодо забезпечення необхідної підтримки і реабілітації постраждалим. Тож у даній статті увага зосереджується на важливості виробництва куксоприймачів, які є ключовими компонентами в конструкції протезів нижніх кінцівок. Основна увага приділяється необхідності персоналізації та точності у їх виробництві, особливо в контексті зростаючої кількості ампутацій, що вимагає ревізії та оптимізації застарілих технологічних процесів. Авторами було переглянуто існуючі підходи та інноваційні методи, зокрема адитивні технології, які можуть сприяти ефективнішому виробництву та покращенню якості протезних виробів. Також у статті обговорюються різні матеріали для гільз, методи фіксації та вплив цих аспектів на комфорт та функціональність протезів. Дослідження і рекомендації, представлені в статті, мають на меті сприяти подальшому розвитку галузі протезування в Україні, покращенню якості життя постраждалих та їхній соціальній адаптації та реінтеграції. Важливою частиною аналізу є розгляд основних параметрів, які впливають на ефективність і прийнятність протезів. Запропоновано інженерні підходи, спрямовані на розв'язання цих критичних проблем.Документ Відкритий доступ Застосування нейронної мережі для керування рухами пальців біопротезу(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Гнєтнєв, Костянтин Юрійович; Шликов, Владислав ВалентиновичАнотація – Дана робота присвячена розробці системи керування біонічного протезу руки, яка використовує нейрону мережу для управління рухами пальців протезів, шляхом навчання нейронної мережі у процесі зчитування електроміографічних (ЕМГ) сигналів зі здорової руки та їх синхронізації з ЕМГ-сигналами у культі пацієнта. Такий підхід дає змогу пацієнтам швидше звикнути до протеза і ефективніше керувати ним під час використання. Крім того, застосування дешевих і вітчизняних складників дозволить зробити такі протези більш доступними для пацієнтів. Макетний зразок системи керування протезом має вигляд простого захоплюючого механізму, для керування яким використано один датчик, що приймає сигнали з відповідного м’язу здорової руки. Наприклад, для відтворення рухів згинання вказівного пальця обрано поверхневий м’яз згинання пальців (musculus flexor digitorum superficialis) як м’яз поверхневого шару м’язів передпліччя, який знаходиться в оточенні м’язів синергістів. Модель нейронної мереж має два прихованих шари та простий класифікатор: два прихованих шари по 200 нейронів, вхідний шар на 3 нейрони, і вихідний шар на 1 нейрон. Максимальне відхилення від точності 1.000 під час навчання нейронної мережі складає 0.013, що обумовлює достовірний результат за 100 епох. Після того, як нейронна мережа робить передбачення на основі рухів здорової руки, система керування протезом на основі мікроконтролера Arduino подає класифіковану подію на виконуючий двигун у вигляді коду: 0 – розкриття кисті, 1 – стискання кисті. Таким чином, у розробленій системі керування біонічним протезом руки увага зосереджена на забезпеченні легкого та швидкого процесу реабілітації та використання протезу.