Багатофункціональний апаратно-програмний комплекс неінвазійної дігностики та сенергетичної терапії з валідацією діагностично-терапевтичних ознак (Комплексний проект)
Ескіз недоступний
Дата
2013
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"
Анотація
Том 1 звіту з НДР: с., рисунків, таблиць, джерел посилань.
Мета роботи - створення апаратно-програмного комплексу діагностики та синергетичної електромагнітної, ультразвукової та компресійної фізіотерапії.
Актуальність роботи обумовлена сучасними потребами медицини в нових засобах лікування та реабілітації з урахуванням індивідуальних особливостей пацієнта за результатами багатосторонньої діагностики організму як складної біологічної та інформаційно-комунікаційної системи.
Спрямованість НДР - розробка нових методів, алгоритмів, методик, технологій, процедур, протоколів та апаратно-програмних засобів фізіотерапії та діагностики з метою підвищення якості та ефективності неінвазівних методів профілактики та запобігання хвороб.
На основі аналізу існуючих методик та засобів обгрунтувано вимоги до технічних характеристик комплексу. Запропоновано методику, яка враховує резонансний характер багатьох фізико-хімічних та біологічних процесів в системах організму, окремих органах, молекулах та клітинах. Викладено погляд на подальший розвиток фізіотерапії на молекулярному та клітинному рівні.
Розроблено та виготовлено макетний зразок апаратури електромагнітної низькочастотної фізіотерапії з двома модулями багатоелементних індукторів для роботи в розширеному діапазоні частот (від 1 Гц до 20 кГц) та інтенсивностей (від 1 мТл до 500 мТл). Реалізовано режими змінного, пульсуючого, біжного, обертального та комбінованих магнітних полів, а також спеціальні види модуляції: шум, звуки природи, музика. Методика та протокол фізіотерапевтичної процедури може бути обраний лікарем індивідуально для кожного пацієнта як за даними діагностики, так і з бази даних, яка має бути сформована.
В склад фізіотерапевтичної частини включено також засоби багаточастотної (від 22 кГц до 1 МГц) ультразвукової терапії. Одночасна дія електромагнітних та ультразвукових хвиль із синхронною модуляцією сигналів забезпечує помітний синергетичний ефект, який дозволяє суттєво зменшити тривалість процедур та інтенсивність електромагнітних хвиль.
Додатковий ефект релаксації забезпечує метод керованої компресії верхніх кінцівок. Технічно метод реалізується на основі модернізації автоматичного тонометра.
Попередня медична апробація апаратури проводились з волонтерами за участю професійних лікарів на безоплатній основі. Обсяг випробувань – близько 20 пацієнтів з різноманітними проблемами. Результат випробувань в переважній більшості випадків суттєво позитивний.
Визначено особливості процесу впровадження багатофункціонального комплексу в медичну практику, розроблено рекомендації щодо впровадження комплексу з урахуванням діючих нормативно-технічних вимог та з валідацією діагностично-терапевтичних ознак, розроблено методи зменшення впливу випадкової складової похибки вимірювальних каналів інформаційно-вимірювальної системи. Відзначається, що провести складні багатофакторні вимірювання магнітних полів та проаналізувати їх вплив на організм в одній лабораторії майже неможливо, тому необхідним є міжлабораторний експеримент.
При випробуванні та затвердженні дозвільними органами методів та протоколів фізіотерапії доцільно встановити відповідність параметрів сигналів створюваного апаратно-програмного комплексу аналогічним параметрам приладів, що використовуються. Ця відповідність встановлюється за розробленою методикою валідації.
Дослідження впливу магнітних полів на окремі органи, на міжклітинну рідину, клітини і наноструктури мають проводитися з використанням сучасного обладнання. В даній роботі питання таких перспективних досліджень розглянуто стосовно використання засобів електронної мікроскопії при створенні та впровадженні комплексу фізіотерапії та діагностики в медичну практику.
З технічної та комерційної точки зору запропонований комплекс закриває нішу між вартісним імпортним стаціонарним обладнанням та простими приладами з обмеженими можливостями.
Розділ 2 звіту з НДР 191 с., 114 рисунків, 26 таблиць, 291 джерела посилань. Метою роботи є розробка сучасних неінвазивних біомедичних технологій та основ побудови апаратно-програмних засобів біоімпедансометрії підвищеної точності для визначення функціонального стану біологічних об’єктів за критеріями, що одержуються в результаті отримання всіх параметрів електричного імпедансу (комплексної електропровідності) цих об’єктів. Об’єкт дослідження – динамічно змінюваний структурний, пошаровий склад та стан біологічних об’єктів як діелектричних зразків, що є провідниками із втратами. Предмет дослідження – методи, моделі, алгоритми і швидкодіючі широкосмугові вимірювальні засоби радіочастотного діапазону, що здатні забезпечити високу точність визначення поточного внутрішнього розподілу параметрів електричного імпедансу, і визначення на цій основі структури і функціонального стану об’єктів. Одержані результати. Обґрунтовано вибір методів та пропозицій щодо технологій неруйнуючої біоімпедансної діагностики структур і функціонального стану біологічних об’єктів за критеріями, що визначені на основі вимірювання складових електричного імпедансу. Розроблено основи багатоканальної широкосмугової швидкісної біоімпедансометрії з використанням методів широкосмугової ампліфазометрії і ампліфазової спектрометрії. Методами теорії кіл і електродинаміки розв’язано пряму і обернену задачі реконструкції внутрішніх структур об’єктів як діелектричних структур із втратами. Розроблено і експериментально досліджено макетні зразки нових засобів біоімпедансометрії та технологій імпедансної діагностики з їх використанням. Новизна результатів полягає в тому, що на основі виконаних досліджень обґрунтовано умови створення нових діагностичних систем підвищеного рівня інформативності, безпечних та комерційно доступних для широкого кола споживачів. Результати досліджень використані на радіотехнічному факультеті НТУУ «КПІ» при підготовці дисертаційних робіт та під час навчання студентів за спеціальностями «Радіотехнічні пристрої, системи та комплекси» (спеціалізація «Медичні радіоелектронні пристрої та системи»), «Біотехнічні та медичні прилади і системи» та «Інтелектуальні технології мікросистемної радіоелектронної техніки». Апробацію результатів роботи проведено у ДП НДІ радіосистем (м. Житомир). Отримані результати відповідають світовому рівню розробок у напрямку імпедансометрії і імпедансної діагностики, дають можливість вирішувати завдання біологічного і медичного моніторингу і замінити прямі руйнівні (інвазивні) та непрямі (проте складні і дороги за ціною) методи діагностики. Результати роботи є основою для подальшої розробки нових напрямків неруйнівної та неінвазівної діагностики і діагностичних систем підвищеного рівня інформативності.
Том 3 звіту про НДР, 117 с., 72 рисунки, 5 таблиць, 98 джерел в переліку посилань. Об’єкт дослідження – серцево-судинна система матері та плоду на різних етапах вагітності. Мета роботи – створення нових сучасних оперативних методів діагностики та прогнозування стану серцево-судинної системи матері та плоду шляхом удосконалення засобів моніторування і неінвазивної пасивної оцінки стану матері та плоду в перинатальний період на основі реєстрації, обробки, аналізу, інтерпретації та розпізнавання електрокардіосигналів, що супроводжують життєдіяльність організму матері та плоду, одержаних з абдомінальних електродів, з застосуванням розкладу у власних підпросторах, кратномасштабного розкладу, оцінки їх нелінійних характеристик. Розроблено теоретичні засади, моделі, методи, алгоритми та апаратне і програмне забезпечення засобів електрокардіографії високого розрізнення для оцінки стану серцево-судинної системи матері та плоду. Вперше розроблено новий метод виділення кардіокомплексу плоду із суміші електрокардіограми плоду та матері на основі ортогонального вейвлет- перетворення з адаптивним підбором масштабних рівнів розкладу та відновлення, що дозволяє виконувати аналіз ритмограм плоду з метою виявлення захворювань серцево-судинної системи на ранніх стадіях. Розроблено новий комплексний метод розділення ЕКГ плоду та ЕКГ матері на основі використання вейвлет-перетворення та методу аналіза незалежних компонент до абдомінальних електрокардіосигналів, який дозволяє оцінювати морфологію зубців та комплексів електрокардіосигналів плоду з метою ранньої неінвазивної діагностики. Удосконалено метод ентропійного аналізу ритмограм плоду на основі попереднього видалення зубців кардіоритмограми матері із 5 кардіоритмограми плоду, що дозволяє отримувати кількісні характеристики серцевої активності плоду. Створенно комплексну систему неінвазивної діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду, яка реалізує розроблені методи аналізу ЕКГ засобами високого розрізнення. Застосування розроблених в ході виконання НДР нових методів і засобів діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду дозволить визначати параметри неінвазивних сигналів електрокардіограм матері та плоду, а також варіабельності ритму серця матері та плоду на ранніх стадіях захворювання, що підвищить чутливість, специфічність та селективність діагностування, та прискорить надання своєчасної адекватної медичної допомоги та призведе до зменшення захворюваності та смертності. Результати роботи впроваджено в навчальний процес факультету електроніки при формуванні нових навчальних програм бакалавра та магістра в галузі знань «Електроніка» напряму «Мікро- та наноелектроніка» для спеціальності «Електронні та інформаційні біомедичні системи». Результати роботи є основою для подальших досліджень в нових напрямках діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду.
Розділ 2 звіту з НДР 191 с., 114 рисунків, 26 таблиць, 291 джерела посилань. Метою роботи є розробка сучасних неінвазивних біомедичних технологій та основ побудови апаратно-програмних засобів біоімпедансометрії підвищеної точності для визначення функціонального стану біологічних об’єктів за критеріями, що одержуються в результаті отримання всіх параметрів електричного імпедансу (комплексної електропровідності) цих об’єктів. Об’єкт дослідження – динамічно змінюваний структурний, пошаровий склад та стан біологічних об’єктів як діелектричних зразків, що є провідниками із втратами. Предмет дослідження – методи, моделі, алгоритми і швидкодіючі широкосмугові вимірювальні засоби радіочастотного діапазону, що здатні забезпечити високу точність визначення поточного внутрішнього розподілу параметрів електричного імпедансу, і визначення на цій основі структури і функціонального стану об’єктів. Одержані результати. Обґрунтовано вибір методів та пропозицій щодо технологій неруйнуючої біоімпедансної діагностики структур і функціонального стану біологічних об’єктів за критеріями, що визначені на основі вимірювання складових електричного імпедансу. Розроблено основи багатоканальної широкосмугової швидкісної біоімпедансометрії з використанням методів широкосмугової ампліфазометрії і ампліфазової спектрометрії. Методами теорії кіл і електродинаміки розв’язано пряму і обернену задачі реконструкції внутрішніх структур об’єктів як діелектричних структур із втратами. Розроблено і експериментально досліджено макетні зразки нових засобів біоімпедансометрії та технологій імпедансної діагностики з їх використанням. Новизна результатів полягає в тому, що на основі виконаних досліджень обґрунтовано умови створення нових діагностичних систем підвищеного рівня інформативності, безпечних та комерційно доступних для широкого кола споживачів. Результати досліджень використані на радіотехнічному факультеті НТУУ «КПІ» при підготовці дисертаційних робіт та під час навчання студентів за спеціальностями «Радіотехнічні пристрої, системи та комплекси» (спеціалізація «Медичні радіоелектронні пристрої та системи»), «Біотехнічні та медичні прилади і системи» та «Інтелектуальні технології мікросистемної радіоелектронної техніки». Апробацію результатів роботи проведено у ДП НДІ радіосистем (м. Житомир). Отримані результати відповідають світовому рівню розробок у напрямку імпедансометрії і імпедансної діагностики, дають можливість вирішувати завдання біологічного і медичного моніторингу і замінити прямі руйнівні (інвазивні) та непрямі (проте складні і дороги за ціною) методи діагностики. Результати роботи є основою для подальшої розробки нових напрямків неруйнівної та неінвазівної діагностики і діагностичних систем підвищеного рівня інформативності.
Том 3 звіту про НДР, 117 с., 72 рисунки, 5 таблиць, 98 джерел в переліку посилань. Об’єкт дослідження – серцево-судинна система матері та плоду на різних етапах вагітності. Мета роботи – створення нових сучасних оперативних методів діагностики та прогнозування стану серцево-судинної системи матері та плоду шляхом удосконалення засобів моніторування і неінвазивної пасивної оцінки стану матері та плоду в перинатальний період на основі реєстрації, обробки, аналізу, інтерпретації та розпізнавання електрокардіосигналів, що супроводжують життєдіяльність організму матері та плоду, одержаних з абдомінальних електродів, з застосуванням розкладу у власних підпросторах, кратномасштабного розкладу, оцінки їх нелінійних характеристик. Розроблено теоретичні засади, моделі, методи, алгоритми та апаратне і програмне забезпечення засобів електрокардіографії високого розрізнення для оцінки стану серцево-судинної системи матері та плоду. Вперше розроблено новий метод виділення кардіокомплексу плоду із суміші електрокардіограми плоду та матері на основі ортогонального вейвлет- перетворення з адаптивним підбором масштабних рівнів розкладу та відновлення, що дозволяє виконувати аналіз ритмограм плоду з метою виявлення захворювань серцево-судинної системи на ранніх стадіях. Розроблено новий комплексний метод розділення ЕКГ плоду та ЕКГ матері на основі використання вейвлет-перетворення та методу аналіза незалежних компонент до абдомінальних електрокардіосигналів, який дозволяє оцінювати морфологію зубців та комплексів електрокардіосигналів плоду з метою ранньої неінвазивної діагностики. Удосконалено метод ентропійного аналізу ритмограм плоду на основі попереднього видалення зубців кардіоритмограми матері із 5 кардіоритмограми плоду, що дозволяє отримувати кількісні характеристики серцевої активності плоду. Створенно комплексну систему неінвазивної діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду, яка реалізує розроблені методи аналізу ЕКГ засобами високого розрізнення. Застосування розроблених в ході виконання НДР нових методів і засобів діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду дозволить визначати параметри неінвазивних сигналів електрокардіограм матері та плоду, а також варіабельності ритму серця матері та плоду на ранніх стадіях захворювання, що підвищить чутливість, специфічність та селективність діагностування, та прискорить надання своєчасної адекватної медичної допомоги та призведе до зменшення захворюваності та смертності. Результати роботи впроваджено в навчальний процес факультету електроніки при формуванні нових навчальних програм бакалавра та магістра в галузі знань «Електроніка» напряму «Мікро- та наноелектроніка» для спеціальності «Електронні та інформаційні біомедичні системи». Результати роботи є основою для подальших досліджень в нових напрямках діагностики стану серцево-судинної системи матері та плоду.
Опис
Ключові слова
електромагнітна фізіотерапія, ультразвукова фізіотерапія, компресійна фізіотерапія, синергетика, фізіотерапевтична апаратура, діагностика організму, валідація, атестація, біоімпеданс, біоімпедансометрія, комплексна електропровідність, комплексна діелектрична проникність, електроімпедансна томографія, електрокардіографія, електрокардіографія високого розрізнення, стан плоду, ентропійний аналіз, спектральний аналіз
Бібліографічний опис
Багатофункціональний апаратно-програмний комплекс неінвазійної дігностики та сенергетичної терапії з валідацією діагностично-терапевтичних ознак (комплексний проект) : звіт про НДР (заключ.) НТУУ "КПІ" ; кер. роб. Є. А. Мачуський. - К., 2013. - 423 л. (Т.I + Т.II + Т.III) + CD-ROM. - Д/б №2532-1п, 2532-2п, 2532-3п