Біомедична інженерія і технологія, № 10
Постійне посилання зібрання
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Система для визначення особливостей ходи у пацієнтів з транстибіальною ампутацією(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Мельник, Ганна Віталіївна; Сніцар, Євген ВікторовичРеабілітація пацієнтів після ампутації нижньої кінцівки повинна базуватися на персоналізованих функціональних цілях для чого реабілітолог має отримати повну функціональну та фізичну оцінки стану пацієнта. Після ретельної оцінки розробляються індивідуальні програми вправ. Розуміння поняття нормальної ходи у пацієнтів з ампутаціями, відхилень і їх причин становить основу правильної реабілітації пацієнта. Варіативність методів, які можна використовувати під час реабілітації потребує постійного їх перегляду, щоб переконатися, що вони залишаються дієвими, та оскільки не всі вони є універсальними. При складанні програми реабілітації необхідно брати до уваги попередній рівень активності пацієнта з ампутованою кінцівкою, його загальний стан здоров’я та потенціал для покращення. Реабілітація пацієнтів після ампутації нижньої кінцівки має включати в себе виправлення відхилень ходи, адже вони створюють зміну моделі ходи, яка в подальшому може бути причиною дегенеративних змін опорно-рухового апарату. Для оцінки результатів реабілітації після ампутації нижньої кінцівки важливо мати індивідуальний підхід під час вибору відповідного валідованого показника результату, оскільки деякі показники результату можуть не забезпечити конкретної оцінки або не нести жодної інформації для пацієнта. Ця стаття має на меті описати систему для визначення особливостей ходи у пацієнтів з транстибіальною ампутацією, використовуючи запропонований тест. Запропонований оціночний тест має на меті виявити зміни в розподілі навантажень на здорову та протезну стопи пацієнта після ампутації нижньої кінцівки для оцінки прогресу реабілітації та виявлення можливих відхилень у ході пацієнта. Також тест можна використовувати для оцінки ходи пацієнтів з будь-якими дегенеративно-дистрофічними захворюваннями опорно-рухового апарату та больовими синдромами в областях тазу, коліна, спини, гомілки та стопи.Документ Відкритий доступ Metasurface design for determination of protein concentration in enzymatic reaction mixture(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Kuznetsova, Kateryna S.; Eremenko, Zoya E.; Pashynska, Vlada A.; Martynov, Artur V.; Kulish, Serhii M.; Voloshyn, Yuliia A.In the paper a standard multiwell plate structure was utilized to determine the concentration of human serum albumin in water solutions and enzymatic reaction mixtures. This study marks the first application of the multiwell plate structure as a resonant metasurface unit cell through numerical simulation using the COMSOL Multiphysics software. By adjusting the operating parameters of the proposed multiwell plate (MWP) metasurface, resonance phenomena within the microwave range could be observed. The complex permittivity (CP) values of the tested solutions, obtained experimentally using the microwave dielectrometry method, were employed for the MWP metasurface modelling. The correspondence between the resonance frequency shifts of the MWP metasurface and the changes in CP values of the tested solutions was demonstrated. For the convenience of the protein concentration determination, the concentration calibration graph was proposed. Our approach enables the detection of protein concentration in the reaction mixture after 60 minutes duration of the enzymatic reaction course. The study demonstrated the customization of metasurface dimensions to enable interaction with electromagnetic waves at specific frequencies. The availability of standard multiwell plates in different sizes allows for testing solutions across various frequency ranges.Документ Відкритий доступ Розробка універсального джерела живлення для лазерного скальпеля(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Богомолов, Микола Федорович; Євсєєва, Поліна ОлексіївнаЛазерна хірургія –один із найбільш яскравих прикладів використання високих технологій у медичній практиці. У основі дій на біологічні тканини високоенергетичних лазерів, що лежить трансформація світлової енергії випромінювання на теплову, з виникненням винятково високої температури. Наслідком цього є випаровування міжклітинної та внутрішньоклітинної рідин різних тканин з наступним утворенням газоподібних продуктів випаровування та горіння та формуванням хірургічного розрізу, в основі якого лежить термічний коагуляційний некроз тканин. У статті розглянута сучасна проблема польової медицини ,та прилади для лазерної хірургії,. наведені описи сучасних медичних технологій. За результатами огляду літературних джерел сформульовано медико-технічні вимоги до пристрою універсальний лазерний скальпель для роботи в польових умовах та розроблено блок-схему такого пристрою. Запропоновано діючий зразок твердотільного лазерного скальпелю, який забезпечений універсальним живленням приладу. Розроблений і досліджений пристрій має перспективу впровадження в польові шпиталі медичної допомоги, які використовують сучасну технологію лазерного лікування. Цей пристрій може допомогти медичному персоналу виконувати хірургічні процедури в різних умовах, забезпечуючи точність і контроль за процесом операції, а також покращуючи швидкість одужання пацієнтів. Зазначена у статті універсальність живлення пристрою може забезпечувати його використання в різних умовах, включаючи віддалені райони та кризові ситуації, де можуть бути проблеми з доступністю електромережі.Документ Відкритий доступ Удосконалення комп’ютерної моделі для обробки та аналізу спекл-інтерферограм крові людини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Байкова, А.Г.; Богомолов М.Ф., М.Ф.Наразі для діагностики багатьох захворювань людини широко використовується оптичне дослідження змін в клітинній морфології, зокрема в морфології еритроцитів. Такі зміни в клітинах крові можуть служити індикатором наявності патологій в організмі. Серед оптичних методів, що застосовуються для дослідження параметрів крові, варто виділити метод спекл-інтерферометрії, оскільки він дозволяє аналізувати оптично шорсткі поверхні, зокрема поверхню еритроцитів крові. Однак, для інтерпретації результатів таких досліджень необхідна обробка отриманих зображень. Недоліком існуючих комп'ютерних моделей для обробки спекл-інтерферограм є їх обмеження за кількістю аналізованих зображень, що ускладнює дослідження. В даній роботі була представлена удосконалена комп'ютерна модель для аналізу спекл-зображень крові, яка не має обмежень за кількістю аналізованих зображень. Це значно полегшує процес дослідження та робить його більш точним і ефективним. Удосконалена комп'ютерна модель відкриває нові перспективи для наукової спільноти, дозволяючи проводити більш об'єктивні та детальні дослідження змін клітинної морфології в крові. Вона може бути використана для пошуку нових маркерів захворювань або для підтвердження діагнозу шляхом аналізу оптичних властивостей клітин крові. Крім того, запропонована комп’ютерна модель зможе допомогти встановити зв'язки між оптичними властивостями клітин крові і розвитком різних захворювань, що може привести до появи нових способів профілактики та лікування.Документ Відкритий доступ Аналіз плазмідної карти векторної системи експресії нативного білка pYES2 і перспективи застосування у фармацевтичній біотехнології(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Решетняк, Людмила Расулівна; Коломієць, Ангеліна АланівнаЗ появою атомно-силових скануючих зондових мікроскопів із високим розрішенням з'явилися нові можливості аналізу змін на молекулярному рівні структурної організації життя, що виникають під час розвитку патологічних процесів і є їх фундаментальною основою. Результати досліджень молекулярних механізмів виникнення і розвитку багатьох патологій сприяли пошуку нових терапевтичних мішеней, розробці нових стратегій і підходів до лікування. Стала можливою детекція багатьох генних, геномних і епігеномних порушень, що майже завжди супроводжуються наявністю кількісних та/або якісних дефектів кінцевих продуктів експресії (протеїнів), а отже виникла потреба у заміщенні таких дефектних продуктів з метою лікування. На відміну від традиційних методів молекулярної біології сучасні технології синтезу генів дозволяють отримати майже будь-яку ДНК-конструкцію, зберегти час та ресурси. Синтетичні продукти відрізняються більш високим рівнем експресії, більшою стабільністю і якістю, оскільки проходять жорсткий контроль методом повного секвенування кінцевих продуктів із майже 100% «читабельністю» сконструйованих послідовностей. Висока якість кінцевих продуктів-протеїнів має особливе значення для фармацевтичної біотехнології оскільки дозволяє отримати високоякісні і високоафінні субстрати, такі як аналоги інсулінів із регульованим за тривалістю профілем дії, аналоги людського глюкагоноподібного пептида-1, аналоги соматотропного гормону тощо. Для отримання продуктів експресії сконструйованих генів використовуються векторні системи експресії нативного білка, за допомогою яких відбувається перенос інформації за схемою «ДНК – РНК – білок». Використання векторних систем експресії білка дозволяє налагодити виробництво великих об'ємів фармпрепаратів протеїнової структури із попередньо заданою конструкцією шляхом модифікування генетичного апарату мікроорганізмів- продуцентів, що не супроводжується особливими вимогами до культивування та дозволяє значно скоротити час на виробництво. У даній роботі проведено аналіз плазмідної карти сучасного вектора системи експресії білка pYES2.Документ Відкритий доступ Перспективи використання енергії організму для енергозабезпечення медичних приладів(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Фелді, Діана Андріївна; Козяр, Василь ВасильовичДля енергозабезпечення дозуючих, моніторних, стимулюючих медичних приладів, особливо тих, які імплантуються, пропонується використовувати електроенергію, отриману від людського організму. Електрика може бути отримана в результаті перетворень інших видів енергії, які притаманні тілу людини: механічної (кінетичної), теплової, енергії окисно-відновлюваних біохімічних реакцій. Завдяки успіхам нанотехнологій з’являється більше можливостей для прогресу в цьому напрямку. З практичної точки зору, використання механічної енергії є найбільш перспективним. Рухи кінцівок або інших частин тіла без додаткового навантаження, навіть несвідомо, здатні забезпечити накопичення енергії, достатньої для медичних потреб. Генерація тілом теплової енергії є більш стабільною, порівняно із механічними рухами. Тому очікується, що отримання електричної енергії за рахунок конвертації тепла людини з використанням, наприклад, ефекту Зеєбека, буде мати певні переваги в плані гарантованості та надійності. Існує великий ряд практичних пропозицій отримання електрики для живлення медичних приладів за рахунок біохімічних реакцій, які відбуваються в організмі людини. Ці роботи поки залишаються на експериментальному рівні в пошуку більшої продуктивності. Теоретично, оптимальним є пряме, без перетворень, споживання електрики, яка реєструється при функціонуванні органів. Але при даному рівні наукового розвитку це практично неможливо.Документ Відкритий доступ Виявлення та класифікація пухлин молочної залози з використанням глибинного навчання(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Соколенко, Ольга Віталіївна; Данілова, Валентина АнатоліївнаЗа даними GLOBOCAN, рак молочної залози – це найпоширеніший вид раку серед всього населення. Серед жіночого населення він становить 24,5% від усіх випадків захворювання на рак та налічує 15,5% смертей від онкологічних захворювань. Для скринінгу на рак молочної залози найчастіше використовують мамографію. Тому проведення точного аналізу мамограм – це важлива, але складна задача. Правильність аналізу мамограм залежить від багатьох факторів: від досвіду лікаря, щільності молочних залоз, морфології та розташування пухлин. Тому для пришвидшення і покращення інтерпретації мамограм важливо використовувати комп’ютерні засоби аналізу мамограм, що допомагають у трактуванні зображення, прийнятті рішень щодо необхідності проведення додаткових обстежень та постановці діагнозу. Мета даної роботи – розробити систему для виявлення та класифікації пухлин молочної залози, засновану на глибинному навчанні. Для цього було використано модель YOLO- V4 для виявлення пухлин та модель Inception-V3 для класифікації пухлин відповідно до BI-RADS класифікації. У роботі було використаний набір даних INbreast, проведено його попередню обробку та поділено у співвідношенні 80/20 – 80% для навчання, 20% для тестування. В результаті навчання YOLO-V4 було отримано значення точності 93%, повноти 82% і mAP 86,6%; Inception-V3 – точність 82,61%, влучність 90%, повнота 78,26%.Документ Відкритий доступ Програмно-апаратний комплекс для онлайн-взаємодії лікаря і пацієнта з COVID-19(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Назаренко, Наталія Андріївна; Данілова, Валентина АнатоліївнаНа сьогоднішній день COVID-19 є дуже небезпечним інфекційним захворюванням, оскільки може призвести до таких ускладнень, як пневмонія, тромбоз, ураження органів. Симптоми коронавірусу часто схожі на звичайну застуду: висока температура, головний біль, кашель, задишка, втрата нюху та смаку. Деякі люди можуть не мати симптомів, проте вони можуть передавати вірус іншим. Під час контакту з хворим є велика ймовірність зараження, тому краще уникати близькості. У випадках, коли хворий не має тяжких ускладнень, або знаходиться на етапі реабілітації, лікування можна перевести в онлайн- формат. Для цього медичні компанії в Україні займаються розробкою спеціальних додатків та сайтів. У даній роботі запропоновано програмний продукт, який дозволяє дистанційно відстежувати стан пацієнта та коригувати його план лікування. Для розробки було використано середовище програмування PyCharm 2022, мову програмування Python, бібліотеку для створення веб-продуктів Streamlit. На платформі через особистий кабінет пацієнт може бачити призначення від лікаря та фіксувати їх виконання, а лікар відповідно бачити ці результати та вносити певні зміни в план лікування. Програма також має можливість завантажувати та одразу передавати лікарю дані про серцевий ритм пацієнта та його рівень насиченості крові киснем через взаємодію з давачем MAX30102, що працює на базі Arduino Uno Rev 3. Дані про пульс та сатурацію є важливими показниками для оцінки стану серцево-судинної та дихальної систем.Документ Відкритий доступ Дослідження альтернативного композитного матеріалу в конструкції зовнішніх протезів нижніх кінцівок людини(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Фирса, Сергій Ярославович; Тарасова, Лариса ДмитрівнаКомпозитні матеріали застосовуються в зовнішніх протезах нижніх кінцівок людини з різних причин. Зокрема досліджуються їхні фізичні та механічні властивості, що дозволяє створювати протези, які мають високу міцність, легкість та зручність в експлуатації. Одним з найбільш поширених композитних матеріалів, який використовується в зовнішніх протезах нижніх кінцівок, є карбонове волокно. Цей матеріал має високу міцність та легкість, що дозволяє створювати протези, які не тільки ефективні у функціональному відношенні, але й комфортні в експлуатації. Крім того, карбонове волокно має високу стійкість до зношування та корозії, що дозволяє збільшити термін експлуатації протеза нижньої кінцівки людини. Ще одним композитним матеріалом, який використовується в зовнішніх протезах нижніх кінцівок людини, є скловолокно, що схоже за властивостями до карбонового волокна, але є дещо менш міцним та жорстким. Також, скловолокно більш тривалий час зношується, ніж карбонове волокно, що робить його перспективним для створення протезів, які мають бути зносостійкими. У даній роботі були проведені фізико-механічні дослідження деталі зовнішнього протезу нижньої кінцівки людини. Дана деталь є аналогом до тих, які використовують наразі. Було продемонстровано відмінності між типами даної деталі, та залежність зміни фізико-механічних властивостей від кута намотки волокна.Документ Відкритий доступ Зменшення втрат ліків при небулайзерній терапії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Козяр, Василь Васильович; Вовянко, Світлана Ігорівна; Сетченко, Катерина ЮріївнаНебулайзери широко застосовуються при лікуванні захворювань дихальної системи. В медичній практиці і в побуті використовують інгалятори різних типів. Найпоширенішими є компресорні інгалятори постійної дії. Використання таких інгаляторів у пацієнтів різних вікових груп не становить труднощів. Вони не вимагають спеціальної підготовки для користування такими приладами. Основною перевагою інгаляційної терапії є постачання ліків у вигляді аерозолю безпосередньо в осередок запалення. При цьому виключається ефект першого пасажу лікарських засобів через печінку. Розміри аерозольних часток, які генеруються небулайзерами, лежать в широких межах, однак найбільше терапевтичне значення мають частки розміром 1–10 мкм. Робота інгалятора в постійному режимі не є економною. Відбуваються втрати ліків з-за періодичності вдихів. Як наслідок, подовжується термін лікування і зменшується його ефективність. Крім того, надходження аерозолю лікарських препаратів в оточуюче середовище може мати негативний вплив на сторонніх осіб у вигляді реакцій непереносимості. Ще один негативний наслідок – зростання вартості лікування. Для усунення зазначених недоліків інгаляторів постійної дії проведене, як приклад, удосконалення поширеної моделі інгалятора. Суть удосконалення – забезпечення роботи інгалятора в періодичному режимі, із змінами частоти дихальних циклів та співвідношення тривалості фази вдиху і видиху. Для цього використаний модуль Arduino Nano та сенсорна панель керування із відповідним програмним забезпеченням. Експериментальне випробування модернізованого інгалятора підтвердило ефективність застосованих технічних рішень.Документ Відкритий доступ Using the peltier effect for intravascular cooling of donor organs(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Zabilo, Yaroslav; Shlykov, Vladyslav; Vovianko, SvitlanaThis work is devoted to the problem of perfusion preservation of donor organs under conditions of controlled cooling. For the purpose of cooling is promising to use the Peltier effect. In particular, the Peltier effect is one method of cooling that can be used to preserve and transport organs from donors to recipients. One of the advantages of using the Peltier effect is that this method does not require the use of additional liquid coolers, which allows you to avoid potential problems related to contamination of organs or disruption of their structure. In addition, cooling by means of the Peltier effect is quite efficient and can be controlled by changing the electric current. A separate problem is the development of the design of the intravascular cooling system to preserve the viability of the organ intended for transplantation, taking into account its characteristics. The developed insulated container with cooling system has good thermal insulation. To evaluate the efficiency of the cooling system, the calculation of cooling losses was carried out. According to the performed calculations, for cooling the solution with which the donor organ is perfused, it is advisable to use Peltier elements, that possible to develop a compact and inexpensive system for viability of donor organs. The use of such a system increases the viability of transplants, reduces the probability of ischemic and ischemic-reperfusion injuries accompanying the process of donor organs preservation.Документ Відкритий доступ Способи вимірювання температури біологічної тканини під час електрохірургічних операцій (огляд)(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Житковський, Андрій Романович; Дубко, Андрій ГригоровичМетоди електрохірургії широко використовуються у медичній практиці, наприклад, при хірургічних операціях по надрізанню, видаленню, розсіканню, зварюванню живої тканини зі сприянням процесу гемостазу або ж для припинення кровотеч. Ефект кожної з операцій досягається за рахунок резистивного нагрівання біологічної тканини при проходженні через неї струму високої частоти, який подається за допомогою електрохірургічних інструментів. Подача струму має бути строго контрольованою задля уникнення перекоагуляції біологічної тканини. Значна кількість теплоти, яка утворюється у тканині, через яку пропускають електричний струм, поширюючись може призвести також до небажаного перегрівання та руйнування навколишніх тканин. Дані про температуру тканини у зоні операції дають змогу краще зрозуміти закономірності температурного розподілу та завадити перекоагуляції. Точне вимірювання температури біологічної тканини дає змогу перевірити математичні моделі поширення тепла для конкретного виду електрохірургічного втручання або ж створити систему зворотного зв’язку, яка, використовуючи значення виміряної температури, буде приймати рішення про відновлення або припинення подачі струму. Також знання показників температури тканини підвищує обізнаність хірурга про стан тканин і дає можливість приймати рішення про доцільність відновлення або припинення подачі струму безпосередньо у ході операції. Наразі доступно багато методів моніторингу температури біологічної тканини під час проведення над нею електрохірургічної операції. Дана робота охоплює методи на основі термісторів, термопар, інфрачервоних камер та волоконно-оптичних вимірювачів температури Кожен із цих методів має як переваги, так і недоліки при його використанні під час конкретного виду втручання. У даній роботі виконано огляд різних способів вимірювання температури біологічної тканини у місці електрохірургічного втручання, проаналізовано особливості кожного з них та порівняно їх між собою, що дасть змогу у подальшому обирати той метод вимірювання температури тканини, який найбільше відповідає вимогам конкретної ситуації.Документ Відкритий доступ Експериментальний комплекс для дослідження нейрофізіологічних характеристик при різних формах тренування лучників(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Литвякова, Дарина Костянтинівна; Овчаренко, Ганна Романівна; Білошицька, Оксана КостянтинівнаВ роботі запропоновано інструментальній метод кількісної оцінки психологічної підготовки спортсменів, а особливо – стрільців, оскільки було помічено, що при бездоганній ззовні техніці виконання пострілу поставлені результати не досягаються. Безліч помилок психологічного характеру знайдено та описано у всіх видах спорту, проте лише за наявності об’єктивних методів діагностики можна говорити про точні вказівки та інструкції при підготовці спортсменів. До цих пір виявлення помилок такого роду залежало лише від тренерського досвіду та таланту. Для об’єктивізації виявлення помилок запропоновано використовувати ЕЕГ. При наявності чіткого алгоритму щодо аналізу та використання ЕЕГ в цілому кожен спортсмен зможе самостійно зрозуміти свої помилки. Та й невірне тлумачення буде більш малоймовірним. Крім того, вивчення ЕЕГ дає змогу більш глибоко зрозуміти процеси, що відбуваються в спортсмені в момент виконання пострілу. Це може відкрити нові напрями удосконалення техніки, що, в свою чергу, дасть принципово новий результат. В ході роботи було виконано візуальний аналіз ЕЕГ, домінуючих та субдомінуючих ритмів у стрільців, а також картування. Проведено аналіз вкладів ритмів з допомогою критеріїв Краскела-Уолліса та Манна-Уітні. На основі отриманих результатів дано чіткі методи визначення шістьох основних помилок в стрільбі з луку (зацілювання, підловлювання точки прицілювання, очікування пострілу, втрата концентрації, невідповідність перенесення уваги з алгоритмом та невірне виконання ідеомоторного тренування). Знайдено «мічені ритми», за допомогою яких можна контролювати проходження уявного тренування. Також виявлено домінантність дельта- та тета-ритмів, що говорить про глибоку зажуреність спортсмена у відчуття власного тіла, а не навколишнього світу. При цьому не виявлено впливу прицілювання на роботу мозку, що говорить про паралельність цієї дії основному алгоритму.