Інформаційно-вимірювальна система для неінвазійної спектрофотометрії біотканин - Автореферат

Робота викликана необхідністю розроблення спектрофотометричних інформаційно-вимірювальних систем для безболісної, неінвазійної діагностики біотканин, які можна використовувати в судовомедичній експертизі, криміналістиці, медицині катастроф тощо. У звязку з цим, розробка та впровадження в практику спектрофотометричних ІВС, зокрема, для неінвазійної діагностики, є завданням досить важливим і має велике значення як для розвитку оптичних засобів вимірювань, так і діагностики в медичній галузі. Робота виконувалась відповідно з програмами наукових досліджень Держкомітету у справах науки і технологій та координаційного плану науково-дослідних робіт на 1997-1999 рр. Міносвіти України “Науково-технічні основи створення медичних засобів” по держбюджетних темах за номерами їх держреєстрації: №0197U012591, №0298U000538, №0299U001666 та №0199U003429, у виконанні яких автор приймав безпосередню участь в якості відповідального виконавця. Методи дослідження - при розвязанні поставлених задач використовувались методи теорій вимірювань, похибок, теорії планування експерименту, переносу випромінювання, нечітких множин, математичної статистики і математичного моделювання, а також методи оптики світлорозсіювання. В роботі одержані такі наукові результати: - удосконалено математичну модель перетворення оптичного інформативного сигналу у сферичному первинному перетворювачі як основному елементі вимірювального каналу ІВС за способом Тейлора, що дало можливість врахувати тіньові ефекти в фотометричній головці, оптимізувати її оптико-геометричні та енергетичні характеристики для розвязання конкретних діагностичних задач і зменшити похибку вимірювань спектрофотометричних параметрів біотканин до 3,5-4,8%;Проведений аналіз показав, що сучасний стан методів і засобів оптичних вимірювань біомедичних обєктів вимагає подальшого розвитку і розробки експериментальних методик і неінвазійних методів вимірювань, що дасть можливість проводити якісну експертно-криміналістичну та судово-медичну експертизу і підвищить достовірність діагностики ряду захворювань. Застосування програмного пакету Maple V та MATHCAD8.0 дозволило одержати математичні моделі функціональних залежностей опроміненості сфери від багатьох факторів і крайових умов, в тому числі і тривимірній системі координат (Рис.2), що дозволило знаходити найефективніші оптико-геометричні та енергетичні характеристики фотометричної головки для вирішення конкретних прикладних задач. Визначено, що одним з головних факторів в цьому є розмір самого зразка, або точніше - відношення суми площ робочих отворів і зразка до площі всієї сфери (Si/Sсф). Особливу цінність така модель має в тому, що дає можливість визначити значення інформаційного сигналу в залежності від зразка вимірювання за відомими характеристиками - питомим показником поглинання середовища його кооперативним коефіцієнтом пропускання і товщиною самого зразка. Чутливість сферичного первинного перетворювача у значній мірі визначають: а) інтенсивність падаючого вхідного потоку; б) співвідношення площ робочих отворів і зразка до площі всієї сфери; в) світлосила сфери та внутрішньорезонаторні тіньові ефекти; г) чутливість фотоприймача; д) індикатриса розсіяння обєкта вимірювання; ж) кут падіння і поляризація падаючого пучка випромінювання.

Основний зміст дисертаційної роботи

1. Петрук В.Г., Томчук М.А., Гаркушевський В.С. Аналіз трансформації світлового поля у інтегрувальному резонаторі // Вісник ВПІ. ВДТУ, 1997. №1. С. 88-93.

2. Петрук В.Г., Томчук М. А., Чорноволик Г. О., Бозняк Ю. А. Розробка та аналіз математичної моделі трансформації випромінювання біотканиною // Вісник ВПІ. 2000. №2. С. 18-22.

3. Петрук В.Г., Томчук М.А., Моканюк О.І. Аналіз спектрів дифузного відбивання інтактної і травмованої біотканини // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 1998. №2. С. 149-151.

4. Томчук М.А. Експертна система визначення терміну нанесення ушкоджень в судовомедичній діагностиці // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 1998. №4. С. 122-126.

5. Слободяник А.Д., Гаркушевський В.С., Смолінський Є.С., Томчук М.А. Аналіз розподілу світлового потоку при спектрофотометричних дослідженнях // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технічних процесах. 1998. №2. С. 47-50.

6. Слободяник А.Д., Томчук М.А., Гаркушевський В.С., Петрук В.Г. Компютерно-вимірювальна система для вивчення оптичних характеристик світлорозсіювальних середовищ // Управляючі системи і машини. 1998. №3. С. 64-67.

7. Азаров О.Д., Томчук М.А., Іванов В.С., Скрипнік О.С. Аналогово-цифрове перетворення в задачах наукових досліджень // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. №3. 1998. С. 5-8.

8. Петрук В.Г., Томчук М.А., Столяр В.В., Мельник В.В. Неінвазивна експрес-діагностика ”КРАШ”-синдрому на основі вимірювального контролю спектрів дифузного відбивання біотканин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Хмельницький: ТУП. Вип. №3. 1999. С. 147 - 151.

9. Petruck V., Tomchuck M., Bilenky O., Bilyaga R. Method of diagnostic of absorption characteristics of humoral media // 20th International scientific symposium of students and young research workers.-Zielona Gora: Politechnika Zielonogorska: 1998. Vol. IV. Р. 72-76.

10. Пат. 33078А Україна, МКИ G 01N 21/47, 21/55. Пристрій для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів біомедичного походження/ В.Г. Петрук, М.А. Томчук, О.А. Біленький, Р.В. Біляга; Заявл. 03.11.98; Опубл. 15.02.01, Бюл. №1. 5 с.

11. Пат. 33082А Україна, МКИ G 01N 21/47, 21/55. Пристрій для неінвазивної оптичної діагностики матеріалів біомедичного походження / М.А. Томчук, В.Г. Петрук; Заявл. 03.11.98; Опубл. 15.02.01, Бюл. №1. 4 с.

12. Пат. 20379А Україна, МКИ G 01N21/47, 21/55. Пристрій для визначення відбиваючої здатності матеріалів біомедичного походження / В.Г. Петрук, І.В. Васильківський, М.А. Томчук, Г.А. Корчинський; Заявл. 19.05.95. Опубл. 27.02.98, Бюл. №1. 4 с.

13. Пат. 32696А Україна, МКИ G 01J 3/00, 3/40. Спосіб нормування світлового потоку в однопроменевих спектрофотометрах / А.Д. Слободяник, Є.С. Смолінський, В.Г. Петрук, В.С. Гаркушевський, М.А. Томчук; Заявл. 04.02.98; Опубл. 15.02.01, Бюл. №1. 2 с.

14. Моканюк А.И., Томчук М.А., Петрук В.Г. Изучение деструкции гемоглобина травмированных тканей с помощью спектрофотометрической ИИС// Матер. НТК,,Леотест-97’’. Славське, 1997. С. 80.

15. Петрук В.Г., Томчук М.А., Моканюк О.І. Оптичний метод та ІВС неінвазивної діагностики поверхневих патологій і давності тілесних ушкоджень // Матер. НТК “Фізичні методи та засоби контролю матеріалів і виробів “Леотес-97”. Славське, 1997. С. 81-82.

16. Томчук М.А., Беляга Р.В., Беленький А.А. Управление контрольно-измерительной системой неинвазивной диагностики.// Матеріали 6-го Всероссийского студенческого семинара “Проблемы управления”. Вып.3. Москва, 1998. С. 10-12.

17. Томчук М.А., Петрук Г.Д. Експертна система компютерно-вимірювальних досліджень спектральних характеристик кристалофосфорів // Праці ІІ Української науково-методичної конференції “Компютерні програми навчального призначення з хімії”. Донецьк: ДОНДУ, 1996. С. 29.

18. Петрук В.Г., Томчук М.А., Болюх Б.А., Васильківський І.В. Експресний контрольно-вимірювальний комплекс інфрачервоних спектрів поглинання гуморальними тканинами // Матер. ІІІ Міжнар. НТК “Контроль і управління в техн. сист.” Вінниця, 1995. С. 565.

19. Петрук В.Г., Васильківський І.В., Томчук М.А., Погорілий В.В. Метод біомедичної експрес-діагностики за спектрами дифузного відбивання з застосуванням виносного інтегруючого зонда // Матер. НК з Міжнар. участю. Хмельницький: ТУП. 1995. С. 237.

20. Петрук В.Г., Томчук М.А., Гаркушевский В.С. Поляризаційно-вимірювальна система неінвазивної діагностики // Матер. НТК з Міжнар. участю “Приладобудування-95”. Вінниця-Львів, 1995. С. 129.

21. Томчук М.А., Петрук В.Г. Діагностика поверхневих патологій шкіри за індикатрисами разсіяння // Сучасні інформаційні та енергозберігаючі технології життєзабезпечення людини. Київ: ФАДА, ЛТД. 2000. С. 430-433.