Дисертації (БМІ)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Розробка статичного та динамічного еквівалентів живих тканин та методики їх застосування(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024) Сніцар, Євген Вікторович; Худецький, Ігор ЮліановичСніцар Є.В. Розробка статичного та динамічного еквівалентів живих тканин та методики їх застосування. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – «Біомедична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, м. Київ, 2024. Робота виконувалася на кафедрі біомедичної інженерії факультету Біомедичної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі – розробці статичного та динамічного еквівалентів живих тканин та методики їх застосування при розробці та дослідженні електрохірургічної апаратури. В роботі обґрунтовано розробку теоретичних моделей статичного та динамічного еквівалентів живих тканин, створено робочі макети статичного та динамічного електричних імітаторів живих тканин. Розроблено методику використання електричного статичного імітатора живих тканин при діагностичних дослідженнях пацієнтів у доопераційний період. Розроблено методику використання електричного динамічного імітатора живих тканин на початкових етапах розробки та дослідження електрохірургічної апаратури. Проведений огляд та аналіз літературних джерел за темою дослідження формулює розуміння наявності проблем при розробці та дослідженні електрохірургічної апаратури. Сучасний етап розвитку електрохірургічної апаратури тісно пов’язаний з актуальними проблемами визначення життєздатності тканин організму та їх придатності до застосування електрохірургічної апаратури в процесі хірургічних втручань, автоматизації процесів зварювання, особливо – зварювання патологічно змінених живих тканин та автоматизації вибору режимів зварювання. На даний момент вирішення цих проблем відбувається шляхом проведення експериментальних доклінічних досліджень на біологічних еквівалентах живих тканин, та з використанням лабораторних тваринах. Але такий шлях веде до появи нових проблем, що може призвести до відсутності репрезентативності результатів; неможливість або важкість визначення точного віку тварини, з якої був отриманий зразок у відношенні до віку людини; необхідність використання в експерименті зразків з певними патологічними змінами, які не завжди можна отримати у свійської свині, у тому числі й зі сторони етичних аспектів. Основний зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про зв’язок роботи з науковими програмами, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, наведено наукові праці, які засвідчують апробацію матеріалів дисертації. У першому розділі дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» проведено аналіз основних тенденцій і проблем на кожному з етапів розробки електрохірургічної апаратури, розглянуто біофізичні характеристики живих тканин та їх властивості в електричному полі. Приділили велику увагу проблематиці проведення практичних експериментів з етичної за законодавчої точки зору. Другий розділ дисертаційного дослідження «Електричні еквіваленти живих тканин» присвячений аналізу наявних підходів, щодо заміщення біологічних тканин при експериментальних дослідженнях, та розробці нових актуальних теоретичних еквівалентів. Згідно з теоретичною моделлю, запропонованою Худецьким І.Ю., було розроблено еквівалентну схему електричну принципову заміщення живих біологічних тканин різних типів. Вона передбачає можливість задання різноманітних параметрів резисторів для імітації активних опорів шкіри (Rші), резисторів для імітації активних опорів м’язової тканини (Rmі) та конденсаторів (Cі), які моделюють реактивний опір біологічних тканин. При дії електрохірургічної апаратури на живі тканини їх показники імпедансу та активного опору змінюються динамічно, тому для розробки динамічного імітатора живих тканини в процесі впливу електрохірургічної апаратури запропонована модель еквівалентної динамічної схеми заміщення живих біологічних тканин різних типів з змінними параметрами(на основі Фріке), що дає можливість реалізації еквівалентів будь-яких тканин за допомогою використання змінних резисторів та конденсаторів для дослідження їх поведінки в умовах електротермічних впливів в процесі обробки та з’єднання (зварювання). У третьому розділі «Розробка статичного та динамічного еквівалентів живих тканин» описано розроблену схему електричну принципову імітатора електричного еквіваленту живих тканин різного стану життєздатності для неінвазивного дослідження за розробленою моделлю на основі моделі Коула. Для створення макету розроблено його дизайн та підібрано відповідні компоненти. Було проведено випробування роботи імітатора та отримані осцилограми на частотах 1 кГц, 10 кГц, 66 кГц, 200 кГц амплітудах 1,5 та 5 В. Для створення макета динамічного еквіваленту живих біологічних тканин (що імітує поводження живих тканин при інвазивних дослідженнях), за основу було взято теоретичну модель еквівалентної динамічної схеми для заміщення живих біологічних тканин різних типів та їх поведінки в умовах електротермічних впливів в процесі обробки та з’єднання на основі моделі Фріке. Було розроблено електричну принципову схему макета динамічного еквіваленту живих біологічних тканин різних типів та їх поведінки в умовах електротермічних впливів, підібрано компоненти за зібрано робочий макет. Для обробки отриманих даних запропоновано метод обробки дослідних синусоподібних кривих двох напруг, з визначенням кута зсуву фаз між ними за допомогою математичного пакета MathCAD. Використання запропонованого методу автоматизує процес обробки отриманих під час експериментів даних та на порядок пришвидшує процедуру їх аналізу. У четвертому розділі «Експериментальні дослідження» викладено методологія проведення дослідження характеристик біоімпедансу з залученням волонтерів, отримано показники імпедансу неураженої тканин через шкіру, для різних вікових груп. Критеріями включення слугували зрілий вік та похилий вік (від 21 до 74 років), та відсутність виражених патологій. Осцилограми зняті на частотах 1 кГц, 10 кГц, 66 кГц, 200 кГц, було оброблено у середовищі Mathcad, згідно отриманих даних - побудовано графіки залежності ємнісного опору від частоти, для кожної з вікових груп. Отримані результати було порівняно з роботою макета імітатора електричного еквіваленту живих тканин різного стану життєздатності для неінвазивного дослідження за моделлю на основі моделі Коула. Далі було розроблено та проведено експериментальне дослідження для зняття показів активного та ємнісного опорів м’язової тканини при дії електрохірургічної апаратури в різні моменти часу. Дослідження проводилось із залученням біологічних зразків тваринного походження, а саме свині свійської, було досліджено сорок зразків біологічних моделей живих тканин в процесі зварювання з застосуванням електрохірургічної апаратури «БТА-300 М1». Заміри для визначення кута зсуву фаз знімались на трьох частотах 1 кГц, 66 кГц, 200 кГц. Згідно з отриманих даних було сформовано залежності зміни активного та реактивного опорів при дії електрохірургічної апаратури відносно часу. З проведеного аналізу графіків видно динаміку зменшення активного опору в період від 1 до 4 секунд, що характеризує процес руйнування мембран клітин, далі проходить процес кипіння - опір стабільний 200-400 Ом, рідина випаровується і опір росте, на цьому процес зварювання завершується, якщо продовжити вплив ВЧ тканина просто висохне і опір буде прагнути до безкінечності.. Знайдені залежності було застосовано для програмування роботи динамічного імітатора шляхом рівняння апроксимуючої поліноміальної кривої для середнього значення активного опору: y = 83,119x2 - 546,64x + 1100,6, рівняння апроксимуючої поліноміальної кривої для середнього значення реактивного опору при частоті 1кГц: y = 119,01x2 - 715,69x + 1252, рівняння апроксимуючої поліноміальної кривої для середнього значення реактивного опору при частоті 66 кГц: y = 46,532x2 - 433,37x + 1157, рівняння апроксимуючої поліноміальної кривої для середнього значення реактивного опору при частоті 200 кГц: y = 119,41x2 - 703,88x + 1039,3. Проведені порівняльні дослідження роботи макета статичного імітатора імітатора електричного еквіваленту живих тканин різного стану життєздатності, для неінвазивного дослідження з показами імпедансу отриманими при дослідженнях з волонтерами дають змогу стверджувати - запропонований нами статичний еквівалент дозволяє проводити дослідження придатності тканин організму людини до зварювання і проводити такі дослідження без залучення волонтерів та біологічних тканин. Проведені порівняльні дослідження роботи макета динамічного еквіваленту живих біологічних тканин різних типів та їх поведінки в умовах електротермічних впливів та вимірів отриманих при дослідженні активного та ємнісного опорів м’язової тканини при дії електрохірургічної апаратури в різні моменти часу, дозволяють стверджувати про можливість застосування розробленого динамічного електричного еквіваленту біологічних тканин різних типів в умовах електротермічних впливів для, можливості побудови алгоритмів автоматизації зварювання живих тканин та обробки ран. Робота містить 66 рисунків, 13 таблиць, 158 літературних джерел та 2 додатки.Документ Відкритий доступ Розробка методики оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Мельник, Ганна Віталіївна; Худецький, Ігор ЮліановичМельник Г.В. Розробка методики оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок. – Кваліфікована наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – «Біомедична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, м. Київ, 2023. Робота виконувалася на кафедрі біомедичної інженерії факультету Біомедичної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної задачі – розробці комплексної методики оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок на основі індивідуальних особливостей приймальної гільзи та опорно-рухового апарату пацієнта. В роботі обґрунтувано показники ефективності проектування та виготовлення приймальних гільз при протезуванні нижніх кінцівок, розроблено методику дослідження ефективності протезування нижніх кінцівок, сформовано стандартизований перелік тестової рухової активності та математичний апарат оцінки ефективності рухової активності та розроблено комплексну методику оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок пацієнта в процесі виконання стандартизованої та не стандартизованої рухової активності. Проведений огляд та аналіз літературних джерел за темою дослідження дає підставу вважати, що на даний момент не існує комплексної методики оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок, яка дозволяє об’єктивно оцінити якість протезування та прогрес реабілітації пацієнта. Можливість виявити недоліки протезування та виправити їх на дореабілітаційному етапі значно прискорюють увесь процес реабілітації та повернення пацієнта до повсякденної активності. Важливу роль у оцінці якості протезування має суб’єктивна оцінка пацієнта задоволеністю протеза, яка може бути не цілком об’єктивною внаслідок впливу різноманітних психологічних та емоційних факторів. Тому наявність об’єктивних методів оцінки якості протезування є вкрай важливим для прискорення реабілітації пацієнтів після ампутацій кінцівок. Основний зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, у яких викладено та обґрунтовано основні результати дисертації. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету та задачі дослідження, описано методи дослідження, надана інформація про зв’язок роботи з науковими програмами, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів, наведено наукові праці, які засвідчують апробацію матеріалів дисертації. У першому розділі дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» проведено аналіз методів оцінки ефективності протезування нижніх кінцівок, описано ключові фактори, які впливають на конструкцію приймальних гільз та якість посадки залишкової кінцівки, проведено аналіз методів вимірювання напружень на межі приймальна гільза – залишкова кінцівка та визначено основні критерії оцінки системи для вимірювання навантажень при протезуванні нижніх кінцівок. Другий розділ дисертаційного дослідження «Аналіз ходи та постуральний баланс пацієнта» присвячений розробці системи для визначення розподілу ваги тіла пацієнта. Мобільна порівняльна система для зняття навантажень зі стоп у динаміці складається з трьох основних блоків, що представляють собою 2 блоки зняття навантажень зі стоп та синхронізуючого блоку для обробки та передачі даних на персональний комп'ютер. Кожен з блоків зняття навантажень зі стоп являє собою систему п’єзорезистивних датчиків, що може регулюватись у залежності до розміру стопи та керуючої апаратної частини з автономним живленням та безпровідним передатчиком. Перевірка працездатності запропонованої системи у ході машинного експерименту дозволила визначені наступні характеристики системи: дрейф нуля – 0,11% при визначеному допустимому < 7%; нелінійність системи, але оскільки її можна адекватно змоделювати, запропоновані датчики допускаються у використанні системи; помилка гістерезису – 3.7% при визначеному допустимому значенні помилки гістерезису < 24 % та бажаному <7 %; помилка повторюваності – 8.64%при визначеному допустимому значенні помилки повторюваності < 15% та бажаному <5 %. Для визначення особливостей ходи у пацієнтів з ампутаціями нижніх кінцівок та створення математичного апарату оцінки ефективності рухової активності використовуючи розроблену систему було проведено клінічне дослідження. Визначення розподілу навантаження у окремих груп пацієнтів було виконано під час наступної визначеної стандартизованої рухової активності: аналізу ходи, тесту «сидіти – стояти», підйому та спуску по сходах, підйому та спуску по рампі, аналізу постурального балансу. В якості об'єкта дослідження було обрано дві групи людей: умовно здорові особи чоловічої статі віком 306 років, масою 9015 кг та зростом 1814 см без ампутацій нижніх кінцівок та відомих дефектів постави та захворювань опорно-рухового апарату, чисельність групи – 10 осіб; пацієнти чоловічої статі четвертого рівня активності з односторонньою ампутацією кінцівки, чисельність групи – 10 осіб. До другої групи були включені пацієнти з часом користуванням протезом від одного тижня до восьми років для можливості наступного порівння ефективності їх протезування та оцінки процесу реабілітації. У третьому розділі «Навантаження на межі приймальна гільза – залишкова кінцівка» методами аналізу та синтезу визначені оптимальні місця та необхідні робочі навантаження для розміщення датчиків системи для зняття навантажень на межі приймальна гільза – залишкова кінцівка в статиці та динаміці. До передньої групи датчиків визначені наступні розташування: дистальний відділ великогомілкової кістки з робочим навантаженням 100 Н, горбистість великогомілкової кістки з робочим навантаженням 100 Н, бічний виросток великогомілкової кістки з робочим навантаженням 50 Н, гребінь великогомілкової кістки з робочим навантаженням 50 Н, колінна чашечка з робочим навантаженням 50 Н. До латеральної групи датчиків визначені наступні розташування: дистальний відділ малогомілкової кістки з робочим навантаженням 50 Н, головка малогомілкової кістки з робочим навантаженням 20 Н, латеральний виросток стегнової кістки з робочим навантаженням 20 Н, латеральний виросток великогомілкової кістки з робочим навантаженням 20 Н. Медіальний виросток стегнової кістки та дистальний відділ великогомілкової кістки з робочим навантаженням по 20 Н визначені до медіальної групи кукси. Відповідно до визначеної кількості датчиків та навантаження розроблено мобільну систему для зняття навантаження на межі приймальна гільза – залишкова кінцівка. У четвертому розділі «Оцінка ефективності протезування нижніх кінцівок» описана стандартизована тестова рухова активність та сформовано математичний апарат оцінки ефективності рухової активності. Визначені наступні критерії відмінної ефективності протезування: відношення середнього навантаження на інтактну кінцівку до середнього навантаження на протезну кінцівку під час ходи (АХ1 = 120 10% відносних одиниць), відношення часу напівкроку інтактної кінцівки до часу напівкроку протезної кінцівки під час ходи (АХ2 = 100 10% відносних одиниць), відношення максимального навантаження фази кінцевої опори інтактної кінцівки до максимального навантаження фази кінцевої опори протезної кінцівки під час ходи (АХ3 = 100 20% відносних одиниць), відношення максимального навантаження фази початкового контакту інтактної кінцівки до максимального навантаження фази початкового контакту протезної кінцівки під час ходи (АХ4 = 100 15% відносних одиниць), відношення середнього навантаження на інтактну кінцівку до середнього навантаження на протезну кінцівку при виконанні тесту «сидіти-стояти» (СС = 150 50% відносних одиниць), відношення середнього навантаження на інтактну кінцівку до середнього навантаження на протезну кінцівку під час підйому по сходах (ПС = 118 15% відносних одиниць), відношення максимального навантаження фази кінцевої опори інтактної кінцівки до максимального навантаження фази кінцевої опори протезної кінцівки під час підйому та спуску по рампі (ПР = 100 6% відносних одиниць), відношення середнього навантаження на інтактну кінцівку до середнього навантаження на протезну кінцівку під час дослідження постурального балансу (ПБ1 = 80 10% відносних одиниць) та відношення середнього навантаження на носок протезної стопи до середнього навантаження на п’яту протезної стопи під час дослідження постурального балансу (ПБ2 = 180 10% відносних одиниць). Методом оцінки приймальної гільзи на етапі проектування на основі індивідуальних особливостей залишкової кінцівки та опорно-рухового апарату пацієнта запропоновано аналіз математичної моделі залишкової кінцівки та спроектованої приймальної гільзи. На етапі реабілітаційного супроводу в ранньому періоді після протезування для його оцінки пропонується аналіз стандартизованої та не стандартизованої (повсякденної) рухової активності та оцінка динаміки зміни отриманих показників аналізу ходи. Робота містить 42 рисунки, 21 таблицю, 196 літературних джерел та 2 додатки.Документ Відкритий доступ Біоінженерні основи отримання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу для використання у кардіохірургії(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Щоткіна, Наталія Володимирівна; Галкін, Олександр ЮрійовичЩоткіна Н.В. Біоінженерні основи отримання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу для використання у кардіохірургії – кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – Біомедична інженерія. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”, Київ, 2023. Актуальність теми дослідження. На сьогодні в світі проводиться близько 275 тис. хірургічних операцій на рік з імплантації протезів серцевого клапана як механічного, так і біологічного походження. Однак їх використання має низку недоліків, таких як ризик тромбоемболії, потреба в довічній антикоагуляційній терапії (механічні протези), недовговічність і необхідність заміни протеза (біологічні). Альтернативою виступають біоімпланти, створені на основі ксенотканин (наприклад, коней, свиней, великої рогатої худоби (ВРХ)), що за своїми механічними та біологічними властивостями близькі до тканин організму людини. Імплантати, створені на основі позаклітинного матриксу, очищеного від клітин шляхом децелюляризації (біоінженерної трансформації) тканини, все частіше використовуються в реконструктивній та регенеративній медицині, оскільки забезпечують репопуляцію власними клітинами реципієнта, швидке зростання та відновлення. Крім того, такі біоімпланти вважаються менш схильними до кальцифікації та забезпечують ідеальні гемодинамічні параметри. За своїми біомеханічними властивостями позаклітинний матрикс мало відрізняється від власне перикардіальної тканини й тому підходить для використання при заміні серцевих клапанів у дорослих і корекції вроджених вад серця у дітей. На європейському й американському ринках представлені комерційні ксенотрансплантати для кардіохірургії, децелюляризовані за різними методиками. Однак існує низка факторів, що обмежують їх застосування. Поперше, методики їх виготовлення здебільшого передбачають використання цитотоксичних альдегідів, що може в одиничних випадках викликати відторгнення трансплантата. В той же час безглютарові матрикси зростають у вартості в 3-4 рази. Крім економічної складової, важливим аспектом є довготривалість сертифікації закордонної медичної продукції в Україні, що особливо ускладнено під час епідеміологічних обмежень і воєнного стану. З огляду на гостру потребу медицини в якісному біологічному матеріалі вітчизняними науковцями була розроблена унікальна методика децелюляризації тканинномодифікованого матриксу перикарда ВРХ, що вже успішно пройшла стадію доклінічних досліджень. Однак для подальшої сертифікації продукту постало завдання в налагодженні економічно вигідного виробництва із дотриманням стандартів і законодавчих вимог. У той же час потребує подальшого дослідження вплив стерилізації та ліофілізації на властивості новостворених трансплантатів, що і визначає актуальність визначення оптимальних параметрів технології, адже і стерилізація, і ліофілізація можуть суттєво впливати на стабільність тканини. Таким чином, актуальність цього дослідження обумовлена необхідністю оптимізувати параметри процесу виробництва тканинномодифікованого матриксу та забезпечити довготривале зберігання продукту без втрати функціональних особливостей. Створення унікальної технологічної карти виробництва дасть змогу сертифікувати виріб медичного призначення і пришвидшить процес його застосування в кардіохірургічній практиці. Метою роботи було обґрунтування біоінженерних підходів до одержання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу на основі перикарда ВРХ, придатного для використання в кардіохірургії. Для досягнення поставленої мети необхідно було розв’язати такі задачі: 1) удосконалити схему отримання тканинномодифікованого матриксу із перикарда ВРХ на основі аналізу критичних точок технології для покращення якісних і техніко-економічних характеристик ксеногенного біоімпланта; 2) удосконалити схему стерилізації тканинномодифікованого матриксу на основі перикарда ВРХ; 3) розробити технологічний прийом забезпечення стабільності тканинномодифікованого матриксу на основі перикарда ВРХ за умов довготривалого зберігання з використанням технології ліофілізації; 4) розробити апаратурну та технологічну схеми виробництва ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу на основі перикарда ВРХ. Наукова новизна отриманих результатів. Уперше обґрунтовано та розроблено апаратурну та технологічну схеми отримання ліофілізованого тканинномодифікованого біосумісного матриксу перикарда ВРХ на основі високоефективного методу децелюляризації ксеногенного біоматеріалу, яка забезпечує технологічне та біоінженерне оснащення виробництва біоімпланта. Вперше науково обґрунтовано й розроблено алгоритм стерилізації та ліофілізації тканинномодифікованого матриксу зі збереженням архітектоніки колаген-еластинового каркасу, що дає можливість використовувати його як біоімплант у кардіохірургічний практиці. Отриманий за розробленою схемою медичний виріб являє собою латку з перикарда ВРХ, призначену для усунення дефектів у серцево-судинній хірургії шляхом імплантації в організм донора. Результати роботи доповнили сучасні науково-методичні підходи до створення та довготривалого зберігання біосумісних ксеногенних матеріалів (трансплантатів) для використання в кардіохірургії. Практичне значення отриманих результатів. За результатами проведених експериментальних досліджень було отримано оптимізовану схему децелюляризації тканини перикарда ВРХ, що дало змогу більш ніж у 3 рази скоротити час виробництва біоімпланта. Визначення раціональних умов стерилізації шляхом опромінення та ліофілізації дає змогу зберегти структуру колаген-еластинового каркасу тканинномодифікованого матриксу, близьку за своїми характеристиками до нативного перикарда, що є важливим при кардіохірургічний пластиці. Результати роботи впроваджено з 2022/23 н.р. у викладання курсів “Біоматеріали і біотехнології” та “Клітинна, тканинна та біофармацевтична інженерія” для студентів спеціальності 163 – Біомедична інженерія на кафедрі трансляційної медичної біоінженерії КПІ ім. Ігоря Сікорського (довідка про використання результатів дисертаційної роботи від 11.07.2022 р.) та у виробничому процесі товариства з обмеженою відповідальністю «ІКСПАНД» (довідка про використання результатів дисертаційної роботи від 30.01.2023 р.). Основні положення роботи викладені в 11 наукових працях, у тому числі в 3 статтях у наукових фахових виданнях України за спеціальнічтю 163 - Біомедична інженерія, у 3 що включенні до міжнародної наукометричної бази даних Scopus, у тому числі в 2 статтях у закордонних фахових виданнях, у 4 тезах конгресів, з’їздів, наукових конференцій.Документ Відкритий доступ Комплексне удосконалення функціональних характеристик інтраокулярних лінз(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022) Поліщук, Олександр Сергійович; Козяр, Василь ВасильовичПоліщук О.С. Комплексне удосконалення і розробка інтраокулярних лінз. — Кваліфікована наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 163 – «Біомедична інженерія». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», МОН України, м. Київ, 2022. Робота виконувалася на кафедрі біомедичної інженерії факультету Біомедичної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Міністерства освіти і науки України. Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-прикладної проблеми – створенню нових моделей інтраокулярних лінз (ІОЛ) з покращеними властивостями. В роботі теоретично обгрунтовані та експериментально підтверджені методи підвищення оптичних характеристик ІОЛ та запропановані технічні рішення для попередження ускладнень імплантації ІОЛ для усунення катаракти. Проведений огляд та аналіз існуючих на цей час літературних джерел дає підставу вважати, що ІОЛ, представлені на сучасному ринку, мають ряд технічних і медичних недосконалостей, що призводить до появи після операції різних небажаних оптичних ефектів, які не задовольняють вимогам, як пацієнта, так і хірурга. Встановлено, що для усунення катаракти в багатьох випадках використовують лінзи товщиною менше 1 мм. При цьому відмічено, що тонкі ІОЛ збільшують глибину передньої камери ока, а також викликають розрідження скловидного тіла і, як наслідок, відшарування сітківки. Також, в 0,2 - 2,8% випадків трапляється зміна положення імплантованої ІОЛ. Дислокація пов’язана з багатьма факторами, серед яких - недосконалість гаптичних елементів та порушення контакту гаптик з капсулою кришталика з-за невідповідності розмірів ІОЛ та капсули. Розвиток вторинної катаракти після імплантації ІОЛ внаслідок міграції та розмноження залишкових епітеліальних клітин після факоемульсифікації має місце у 45-78% пацієнтів. Використовувані у даний час моделі ІОЛ недостатньо захищають задню стінку капсули кришталика та передню поверхню лінзи від осідання на них епітеліальних клітин. При падінні світла під певним кутом виникає залишкове Френелівське відбиття від поверхонь ІОЛ, яке дає різні негативні фотичні ефекти та викликає спотворення передачі оптичної інформації, що підсилюється абераціями нижчих та вищих порядків, в тому числі сферичною. Крім того, акомодаційні можливості штучних кришталиків обмежені порівняно із нативним кришталиком. На основі проведеного аналізу можна зробити висновок, що існуючі моделі ІОЛ не повною мірою замінюють функції природнього кришталика людини і викликають ряд ускладнень. Тому актуальною задачею є розробка ІОЛ нового дизайну, яка не має вище згаданих недоліків. Для вирішення поставлених задач при виконанні дисертаційної роботи проведені дослідження і запропоновано фундаментально нову модель ІОЛ, яка базується на об’ємозамінності нативного кришталика та нанесенні на оптичні поверхні основи шару політетрафторетилену (ПТФЕ). Розроблена ІОЛ має в собі низку технічних рішень, які дозволяють покращити оптичні параметри та позбутись інтра- та післяопераційних ускладнень. Об’ємозамінна ІОЛ компенсує об’єм вмістимого кришталика людини, що був видалений при проведенні катарактальної хірургії, та займає фізіологічне положення. Це, в свою чергу, забезпечує рівномірний розподіл навантаження на цинові зв’язки та зберігає контакт капсула-гіалоїдна мембрана. За рахунок того, що ІОЛ не містить гаптик, а є об’ємозамінною, ризик децентрації та дислокації мінімізується. Основний зміст дисертаційного дослідження викладений у чотирьох розділах, які присвячені: (і) встановленню інтра- та післяопераційних проблем, пов’язаних з дизайном інтраокулярних лінз; (іі) визначенню фізико-механічних недоліків, які спричиняють дислокації та розвиток вторинної катаракти; (ііі) оптичним розрахункам та дослідженням, розробці методів усунення оптичних паразитних явищ; (іііі) розробці ІОЛ з покращеними оптичними характеристиками і технічними особливостями, які не викликають інтра- та післяопераційні ускладнення, притаманні ІОЛ традиційного дизайну. У першому розділі даної дисертаційної роботи «Аналітичний огляд літератури» представлені результати літературного пошуку та аналізу наукових джерел, що розкривають проблематику основних порушуваних у дисертації задач. Наведені статистичні данні поширеності катаракти в світі, розглянуто еволюцію хірургічних методів боротьби із цим захворюванням. Проаналізовано конструкційні особливості сучасних ІОЛ, в тому числі їх матеріали. Приведений перелік та аналіз частоти інтра- та післяопераційних ускладнень в відсотковому співвідношенні при видаленні катаракти. Показано, що на сучасному етапі розвитку боротьби з катарактою, побічні явища, які супроводжують імплантацію ІОЛ, проявляються у вигляді нових ускладнень та недостатньому рефракційному ефекті. Другий розділ «Об’ємозамінна інтраокулярна лінза з покращеними технічними властивостями» присвячений аналізу міцності гаптичних елементів існуючих ІОЛ та їх удосконаленню з наступною розробкою власного варіанту гаптики ІОЛ. Проведено дослідження переміщення лінзи після імплантації з представленням інфографічних рисунків напруження, деформації, запасу міцності. Проведено симуляцію розвитку вторинної катаракти при імплантації існуючих ІОЛ та розробленої моделі лінзи з конструктивним рішенням протидії розвитку вторинної катаракти. Із залученням розробленого приладу проведено експеримент, який імітував вплив циліарного м’яза на ІОЛ. Проведено експеримент щодо дослідження руху епітеліальних клітин при імплантації ІОЛ власної конструкції. Показані наочні та числові результати моделювання та експериментів. Третій розділ «Поліпшення оптичних характеристик інтраокулярної лінзи» присвячений оптичним розрахункам та моделюванню параметрів, якими повинна відповідати ІОЛ задля зменшення фотичних феноменів, фонового засвічення сітківки, підвищення контрастності зору та зниженням поздовжньої сферичної аберації. Запропоновано та обґрунтовано методи зменшення оптичних паразитних явищ. Приведені розрахунки та оптичне моделювання в програмних середовищах Zemax та Aber. Програмне забезпечення Aber Lite 1.05 (Україна) використано для оцінки модульно-передатної функції (МПФ) інтраокулярної лінзи. Процес нанесення шару ПТФЕ різної товщини на розроблену ІОЛ за допомогою установки вакуумного напилення УВН-74. Вимірювання товщини шару ПТФЕ виконувалось чотирьохканальним вимірювачем SQM–242 (Sigma Instruments, Inc., США) із залученням спектрофотометра модель ЕРР2000 (StellarNet, Inc., США), ВЧ генератора Cesar 0403 (Dressler AE. Inc., США), вакуумметра модель CMR365 (Pfeiffer vacuum GmbH, Австрія). Після напорошення ПТФЕ на ІОЛ за допомогою зондового мікроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000TM та конфокального лазерного скануючого мікроскопа LSM 500 META ZEISS проведено аналіз морфології зразків з плівкою, отриманою із газової фази (C2F4)n. Перед розрізанням ІОЛ з напиленням мікротомом - кріостатом CM 1100 (Leica Biosystems, GmbH, Німеччина), проводилась їx оцінка на мікроскопі BX41 (Olympus Iberia, slr., Іспанія). Підтверджено, що шари напилення мають завдану рівномірну товщину при високій якості поверхні. Проаналізовано величину поздовжньої сферичної аберації ІОЛ методом візуальних фокусувань Лінника на оптичній лаві ОСК-2. Після нанесення шару ПТФЕ встановлено суттєве зменшення поздовжньої сферичної аберації ІОЛ, порівняно із лінзами без напилення. Встановлено також, що з поміж напилень ПТФЕ товщинами 50 нм, 100 нм та 150 нм, найкраще задовольняє висунутим вимогам шар товщиною 100 нм. Крім того, ІОЛ без напилення і після нанасення шару ПТФЕ, досліджені на універсальному проекційному апараті з оптичною лавою ФОС-115. Визначено, що розміри фокусних плям ІОЛ з напиленням вірогідно менші, ніж розміри фокусних плям ІОЛ без напилення, що свідчить про кращі оптичні властивості перших. Четвертий розділ «Розробка псевдоакомодуючої інтраокулярної лінзи» присвячений підбору матеріалу, який по своїм параметрам максимально відповідав би висунутим фізико-механічним вимогам, був би подібний до нативного кришталика. Запропоновано оригінальну модель об’ємозамінної ІОЛ “NVision Optics”. Здійснено дослідження розробленої ІОЛ на акомодаційну здатність за допомогою ліцензійних програмних середовищ Comsol та SolidWorks. Показано, що лінза має можливість змінювати фокусну відстань за рахунок фізичного переміщення оптичної частини на відстань до 1,4 мм в напрямку рогівки. Осьове зміщення оптики призводить до скорочення/збільшення відстанів від лінзи до райдужки, забезпечуючи достатнє заломлення для зору на близьку та далеку відстані. Робота містить 97 рисунків, 10 таблиць, 215 літературних джерел та 4 додатки.Документ Відкритий доступ Біотехнологічні основи лактатдегідрогеназної системи для тестування гліопротекторів астроцитів зорового нерву(2018) Наумчук, Юлія Анатоліївна; Максименко, Вiталiй БорисовичДокумент Відкритий доступ Катетерна радіочастотна абляція аритмогенних зон серця підвищеної ефективності та безпечності(2017) Сичик, Марина Михайлівна; Максименко, Віталій Борисович; Лабораторія електрофізіологічних, гемодинамічних та ультразвукових методів дослідження з рентген-операційною; Національний інститут серцево-судинної хірургії імені М.М. Амосова Національної академії медичних наук УкраїниДокумент Відкритий доступ Система адаптивної магнітотерапії з пульсометричним зворотнім зв’язком(2017) Делавар-Касмаі, Мохаммад; Шлыков, Владислав Валентинович; біомедичної інженерії; біомедичної інженерії; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»