На правах рукописи

Новиков Владимир Анатольевич

Оптико-электронные приборы, методы и информационное обеспечение контроля реакций биообъекта

на лазерное воздействие

Специальность 05.11.07 — Оптические и оптикоэлектронные приборы и комплексы

Специальность 05.11.17 — Приборы, системы и изделия

медицинского назначения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ларюшин Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Козлов Владимир Константинович кандидат технических наук Житкова Маргарита Борисовна ГОУ ВПО «Казанский государственный тех

Ведущая организация:

нологический университет»

Защита состоится « 30 » июня 2011 г в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д409.003.01 при ФГУП НИИ «Полюс» им. М.Ф. Стельмаха по адресу:

117342, г. Москва, ул. Введенского, 3.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 117342, г. Москва, ул. Введенского, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха.

Объявление о защите и автореферат размещены на сайте:

http://www.polyus.info

Автореферат разослан «_» мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к. ф.-м.н., с.н.с. Кротов Ю.А.

Общая характеристика работы

Актуальность. Создание эффективных оптических и оптико-электронных приборов и систем является одной из важнейших задач современной науки и техники. Среди таких систем важное место занимают лазерные приборы и системы медицинского назначения и, в первую очередь, системы лазерной терапии. Однако проблема лазерной терапии — регистрация функции «воздействие — ответная реакция органа»

приобретает особую актуальность. Определение набора параметров ответных реакций организма на лазерное воздействие является основой для решения задач контроля и корректировки параметров воздействия (Картелишев А.В., Малиновский Е.А., 2006, РФ):

1) определение функциональной зависимости между параметрами воздействия и параметрами ответной реакции;

2) использование этой функциональной зависимости для управления самим воздействием. Терапевтические процедуры всегда тесно связаны с понятием количества воздействия на биообъект и индивидуальным контролем достаточности воспринятого количества воздействия организмом. Например, при проведении электро-лазерной стимуляции предстательной железы можно использовать температуру, по которой можно регулировать параметры воздействия (мощность, величину тока, длительность импульса, частоту и время). Аналогично можно применить фотоплетизмограф в качестве регистратора динамики кровенаполнения (Мошкевич В.С., 1970, РФ). При лазерной терапии воздействие направлено на конкретный орган – «мишень». Однако орган является частью организма, и изменение его состояния отражается на изменении всего организма. Регистрируя изменения, можно оценить эффективность терапии и регулировать ее параметры (Змиевской Г.Н.,. Галкин М.А., 2008, РФ).

Актуальность диссертации состоит:

1) в исследовании закономерной связи оптимальных параметров лазерного воздействия с фотоплетизмограммой – ФПГ (Johansson A., Zurbuchen J.M., 2000, США);

2) в выявлении закономерности температурного изменения органов в лазеротерапии.

Если с помощью прецизионного электронного термометра по заданной температуре органа можно оптимизировать параметры лазерного воздействия, то с помощью фотоплетизмографа возможно выделить набор терапевтических параметров для количественной оценки ответной реакции организма. На момент начала работы над диссертацией имелись публикации по применению в качестве регистратора одноканального пальцевого светодиодного ( 940 нм) фотоплетизмографа (Картелишев А.В. 2007, РФ).

Применение фотодатчика с = 940 нм ± 20 нм неизбежно приведет к «физиологической помехе» и погрешности регистрации ФПГ выше 30% за счет разных спектральных характеристик на этой длине волны основных информативных составляющих кровотока — окси- и дезооксигемоглобина. Для снижения погрешности регистрации фотоплетизмограммы до 5% необходим новый лазерный ( = 805 ± 0,75 нм, Р 0,1 мВт) двухканальный фотоплетизмограф класса точности 2,5. Данная длина волны излучения является «изобестической точкой» для окси- и дезооксигемоглобина, в которой спектральные характеристики этих двух веществ совпадают (Webster J.G., 1997, США). Публикаций по использованию прецизионного медицинского термометра с диапазоном +5°… 50°С, чувствительностью < 500 Ом/°С, погрешностью ± 0,1°С в качестве биотермокорректора не было. Следовательно, возникает актуальная необходимость разработать новые оптико-электронные приборы, методы и информационное обеспечение контроля параметров реакций органов на основе термометрии и фотоплетизмографии и использования их для корректировки параметров лазеров в процессе лечения.

Цель работы — разработка, создание и внедрение новых оптико-электронных приборов, методов и информационного обеспечения контроля реакций биообъекта на низкоинтенсивное лазерное воздействие для корректировки его терапевтических параметров в процессе лечения и предупреждения отрицательных реакций.

Задачи исследований:

1) анализ литературных и экспериментальных данных применения и выявление недостатков существующих приборов и методов контроля физиотерапевтических параметров; анализ физиологической роли параметрического дозирования низкоинтенсивного лазерного облучения биообъекта;

2) обоснование возможности использования реакции организма на низкоинтенсивное лазерное воздействие по гемодинамике периферического кровотока и разработка нового двухканального лазерного двухпальцевого фотоплетизмографа, обеспечивающего повторяемость фотоплетизмографического сигнала с погрешностью до 5% и корректировку параметров лечения;

3) обоснование возможности использования температурной реакции органамишени» на низкоинтенсивное лазерное воздействие в качестве обратной связи и разработка нового прецизионного электронного термометра, позволяющего клнтролировать изменение температуры внутренних органов с точностью до 0,1°С;

4) приборная реализация новых оптико-электронных приборов, методов и информационного обеспечения контроля терапевтических параметров в урологии, андрологии, гинекологии и онкологии на основе нового двухканального лазерного фотоплетизмографического и нового термометрического интегрирующих корректоров процесса лечения.

Объект, предмет и методы исследований.

Объектом исследований является функциональная зависимость между совокупностью лазерных терапевтических параметров воздействия и соотносимыми параметрами реакции организма для корректировки параметров воздействия.

Предметом исследования является разработка новых оптико-электронных приборов и методов, обеспечивающих повышение точности регистрации, и использования параметров реакций организма, как вторичных эффектов, в качестве биологической обратной связи для корректировки лазерных терапевтических параметров, как первичных эффектов, и автоматизации процессов лечения.

Методы исследований:

1) плетизмографический метод регистрации изменения кровенаполнения тканей не по динамике их объема, а по изменению их оптических свойств — фотоплетизмографический метод;

2) контактные температурные методы контроля реакции органа–«мишени» на низкоинтенсивное лазерное воздействие;

3) закон Бугера-Ламберта-Бера (величина абсорбции света прямопропорциональна толщине слоя поглощающего вещества);

4) закон Арндта-Шульца (биофизическая оценка реакций, проходящих в биообъектах, в зависимости от параметрической дозы лазерного воздействия);

5) метод Монте-Карло (метод статистических испытаний).

Научная новизна Предложены и реализованы:

1. Двухканальный двухпальцевый лазерный фотоплетизмограф (ФПГ), научная новизна которого состоит:

1) в применении в качестве излучателей лазеров с длиной волны 805 нм, позволяющих использовать условия пересечения спектральных характеристик окси- и дезоксигемоглобина, являющимися основными информативными составляющими кровотока, в «изобестической точке» 805 нм, с целью устранения «физиологических помех», связанных с различными спектрами оптического поглощения и содержанием кислорода этих двух веществ;

2) в использовании второго фото-лазерного канала как опорного и нормирование оптического сигнала с первого канала относительно опорного с целью повышения качества, информативности, адекватности, повторяемости ФПГ-сигнала и в обеспечении необходимой погрешности до 5% регистрации кривой фотоплетизмограммы;

3) в регистрации параметров гемодинамики кровотока с целью использования фотоплетизмограммы в качестве биологической обратной связи в аппаратах, воздействие которых связано с изменением гемодинамики, вызванным процедурами, и, как корректора, управляющего параметрами лазерного терапевтического воздействия с компьютера.

2. Термометрический метод оценки температурной реакции органов как вторичных эффектов на сочетанное электро-лазерное и свето-вакуумное воздействие, с целью параметрического дозирования терапевтических параметров как первичных эффектов, научная новизна которого заключается:

1) в использовании температуры в качестве биологического параметра обратной связи между лазерным воздействием и реакцией на него организма;

2) в развитии исследований по изучению температурного «отклика» организма с целью корректировки терапевтических параметров (частота и сила тока, плотность мощности и время электро-свето-лазерного облучения и др.).

3. Приборное, методическое и информационное обеспечение контроля реакций биообъекта на основе лазерного двухканального фотоплетизмографического и термометрического интегрирующих корректоров, научная новизна которых состоит в возможности адаптирования процесса лечения под различные лазерные терапевтические аппараты и конкретного пациента.

Практическая значимость работы.

1. Результаты диссертационной работы использованы при создании:

- интегрирующего фотоплетизмографа (ФПГ-2КЛ), обеспечивающего замкнутость системы «фотоплетизмограф – лазерный терапевтический аппарат» для корректировки параметров лечения за счет использования информации фотоплетизмографического сигнала в ОАО «ICL – КПО вычислительных систем (г. Казань);

- интегрирующего термометра (ИТМЦП-1), обеспечивающего замкнутость системы «ТМЦП-1 — лазерный терапевтический аппарат» для корректировки параметров лечения за счет использования обратной температурной связи «температура объекта — величина лазерного параметра воздействия» в ОАО «Завод Элекон» (г. Казань).

2. Полученные в диссертации результаты также используются:

1) двухканальный лазерный фотоплетизмограф — в ЗАО «Яровит-Ярь» (г. Москва) в урологии и андрологии при лечении хронического простатита и эректильной дисфункции, в Тюменском областном перинатальном центре в гинекологии при лечении воспалительных процессов;

2) прецизионный электронный термометр — в ЗАО «Яровит-Ярь» в урологии, в ЦКБ № 2 им. Н.А. Семашко при лечении онкобольных;

3) в учебном процессе Московского энергетического института (ТУ) при изучении дисциплины «Оптико-электронные приборы для медицины».

Положения, выносимые на защиту 1. Лазерный двухканальный двухпальцевый фотоплетизмограф с применением в качестве излучателей лазерных диодов с 805 нм позволяет:

1) реализовать условия регистрации ФПГ-сигнала в «изобестической точке»

805 нм, в которой поглощение света основными информативными составляющими разными по своему составу и содержанию кислорода окси- и дезоксигемоглобином одинаково, с целью исключения «физиологических помех»;

2) использовать второй фото-лазерный канал как опорный и нормировать оптический сигнал с первого канала относительно опорного с целью обеспечения качества, информативности и адекватности ФПГ-сигнала; обеспечить допустимую погрешность до 5% регистрации кривой ФПГ;

2. Приборная реализация двухканального лазерного фотоплетизмографа класса точности 2,5 и интегрирующего фотоплетизмографа не только обеспечивает регистрацию параметров гемодинамики кровотока, но и позволяет использовать фотоплетизмограмму в качестве биологической обратной связи как корректора терапевтических параметров с целью исключения передозировки воздействия и управления процессами лечения.

3. Термометрический метод позволяет:

1) применять температуру в качестве биологического параметра обратной связи между воздействием и температурной реакцией на него органа-«мишени»;

2) использовать температурную реакцию органов на физиотерапевтическое воздействие, как вторичные эффекты, и корректировать терапевтические параметры воздействия, как первичные эффекты.

4. Приборно реализованный прецизионный электронный интегрирующий термометр обеспечивает:

1) измерение с высокой точностью 0,1°С изменения температуры исследуемого органа в пределах +5… 50°С;

2) корректировку параметров в соответствии с применяемой процедурой;

3) за счет компьютерной программы адаптирование лечения под различные лазерные терапевтические аппараты и под конкретного пациента.

Апробация работы и публикации. Материалы и основное содержание работы опубликовано в 17 печатных работах, в том числе в 4 изданиях, рекомендованных ВАКом, и в 5 патентах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад соискателя. Материалы, представленные в диссертации, получены лично соискателем или при его непосредственном участии. Автором лично выбраны пути решения поставленных задач в рамках выполнения им научно-исследовательской работы «Свето-лазерная терапия с биоуправлением для лечения заболеваний в андрологии и гинекологии» в ОАО «Завод-Элекон» (г. Казань).

Достоверность результатов и выводов обеспечивается Обоснованность и достоверность результатов определяются использованием известных положений фундаментальных наук, совпадением теоретических результатов с данными экспериментов других авторов, экспертизой Федерального института промышленной собственности с выдачей патентов РФ, а также обеспечивается результатами проведенных лабораторных испытаний, подтвержденными актами испытаний.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа выполнена на 131 странице машинописного текста и содержит 70 рисунков, 1 таблицу, 67 источников используемой литературы.

Во введении: обоснована актуальность работы; цель и задачи исследований; объект, предмет и методы исследований; научная новизна; практическая значимость; защищаемые положения; представлена апробация работы и личный вклад соискателя.

Первая глава посвящена литературному обзору имеющихся на период работы над диссертацией приборов и методов контроля достоверной информации об ответных реакциях организма на лазерное воздействие. Анализ современных графических методов показал, что для решения задач диссертации наиболее приемлемым является лазерная фотоплетизмография, а из термометрических — контактный метод с использованием датчиков-термисторов с отрицательным температурным коэффициентом.

Показана роль низкоинтенсивного лазерного параметрического дозирования (закон Арндта-Шульца, графическая интерпретация). Оптимизация энергетического воздействия на биообъект зависит от выбора режима его облучения – оптимальной дозы для необходимого терапевтического эффекта за определенный отрезок времени: Д = P·t, где P — мощность энергетического воздействия (Вт), t — время экспозиции (с).

Во второй главе представлена разработка нового двухканального лазерного фотоплетизмографа (ФПГ-2КЛ). Для решения задач диссертации выбраны датчики, работающие на просвет и устанавливаемые на фалангу пальца. ФПГ имеет вспомогательное диагностическое и прогностическое значение при лечении заболеваний.

Формирование ФПГ-сигнала. Рассматривается с точки зрения прохождения лазерного излучения через модулирующую среду. ФПГ-сигнал регистрируется с фаланг двух пальцев, а фотоплетизмограф обеспечивает совместимость двух датчиков, регистрирующих пульсовые волны артериол — мелких сосудов подушечки пальца.

Согласно закону Бугера-Ламберта-Бера величина абсорбции света пропорциональна толщине слоя поглощающего вещества, то есть при исследовании кровотока она а, о н.

Ам ли Рис. 1. Виды фотоплетизмографических сигналов:

1 — результирующий; 2 — нормируемый (со второй руки); 3 — опорный (с первой руки) который автоматически вычисляется таким образом, чтобы при умножении его на А равны. В итоге процедура состоит: в регистрации ФПГ-сигналов с обеих рук и опредеt, мин ление нормированного ФПГ-сигнала по указанному выражению (1). График изменения ФПГ-сигнала основных информативных веществ кровотока окси- и дезоксигемоглобина, разных по своему составу. Следовательно, в этой точке они будут поглощать одинаковое количество света, что позволяет исключить «физиологическую помеху» при регистрации сигналов ФПГ (рис. 3). Тип лазера — IDL–805–50S, тип фотоприемника ФД-9К.

В совокупности использование двух фотолазерных каналов (опорного и нормируемого), лазерного диода IDL–805 ( = 805 нм), фотоприемника ФД-9К (относительная Фотоплетизмографический корректор — это оптикоРис. 3. Зависимость поглощения света для различ- электронный прибор, предназнаных форм гемоглобина: 1 — оксигемоглобин, ченный для косвенного измерения 2 — дезооксигемоглобин, 3 — «изобестическая «физиологическая помеха» - погрешность регистрации ФПГ более 30% человека посредством, например, ФПГ, которая отражает интенсивность кровоснабжения исследуемого участка организма.

При проведении лазерной процедуры возможно изменение периферического кровообращения. В качестве корректирующего параметра можно применить сигнал ФПГ.

Для этого необходимо зарегистрировать ФПГ до начала терапевтической процедуры. На зарегистрированном сигнале необходимо выделить амплитуду фотоплетизмограммы и усреднить полученное значение по времени:

Последовательность процедуры. Регистрация сигнала ФПГ и в режиме реального времени вычисление значения амплитуды сигнала. Полученные значения нормируются относительно вычисленного предварительно среднего значения амплитуды:

Полученная нормированная величина интегрируется по времени и вычисляется параметр интегральной амплитудной параметрической дозы:

Результирующая величина интегральной параметрической дозы будет равна:

где М — суммарное количество зарегистрированных во время терапевтической процедуры амплитуд. Таким образом, возможно ввести корректирующий ограничивающий время процедуры фактор, как интегральная фотоплетизмографическая параметрическая доза, вычисляемый через амплитуду фотоплетизмограммы. В методике по применения конкретного терапевтического прибора может быть указана величина такой параметрической дозы. При проведении процедуры для каждого нового значения интегральной фотоплетизмографической параметрической дозы будет проводиться сравнение с ограничивающий процедуру величиной. В случае превышения этого порога, процедура будет считаться завершённой. Этот подход позволит сделать терапевтическую процедуру адаптивной под каждого конкретного пациента.

С точки зрения измерения, фотоплетизмографический корректор — это интегрирующий фотоплетизмограф. Принципиальным отличием интегрирующего фотоплетизмографа от обычного является замкнутость системы «фотоплетизмограф — лазерный аппарат» (рис. 4).

В модуле интегрирования происходит вычисление интегральной фотоплетизмографиREZ ческой дозы AINT и строится графическая зависимость дозы от номера дозы установленного заранее значения, процедура прекращается.

Для каждого сердцебиения вычисляется амплитуда фотоплетизмограммы, примерный график изменения амплитуды фотоплетизмограммы от времени показан на рис. 5-А. График нормирован на заранее вычисленное среднее значение амплитуды, полученное за время регистрации. По оси абсцисс указано время в отсчётах сердцебиений. График интерполирован параболой по методу наименьших квадратов по 5ти точкам, поэтому он непрерывный.

Нормированный сигнал амплитуды интегрировался по номерам сердцебиений, полученный вид результирующего графика показан на рис. 5-Б. Данный график также был интерполирован параболой по методу наименьших квадратов по 5-ти точкам, поэтому имеет непрерывный вид.

Точка пересечения двух графиков (рис. 5В), округлённая до целого числа сердцебиений в большую сторону, имеет координату по оси абсцисс, равную 79. Это означает, что через 79 сердечных сокращений данного конкретного пациента процедуру терапевтического воздействия можно прекратить. Следовательно, фотоплетизмограф может применяться как корректор с целью косвенного контроля уровня терапевтического воздействия на организм, что позволит сделать терапевтическую процедуру адаптивной под каждого конкретного пациента.

В третьей главе представлены результаты точностного расчета. Заданный класс точности прибора 2,5 зависит от суммарной точности, определяемой точностью ФПУ (основная часть), инструментального усилителя, источника опорного напряжения и АЦП. Следовательно, необходимо обратить особое внимание на точностной расчет ФПУ. Его основные этапы:

1) анализ модуляции световой интенсивности датчика;

Ам ли 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 4) сравнительный анализ выходРис. 5. Графики изменения: нормируемой амплитуды фото- ных параметров — расчетных и плетизмограммы (А); интегральной амплитудной фотопле- имитационных АЧХ и ФЧХ;

тизмографической дозы (Б); установленной параметриче- 5) анализ погрешности меской дозы (В) тодом Монте-Карло.

Полное соответствие АЧХ и ФЧХ, рассчитанных математически в Maple и полученных в Micro Cap, свидетельствует о правильности математической модели и применения ТАУ.

Основные погрешности схемы ФПУ анализировались методом Монте-Карло. Полученная гистограмма позволила получить следующие статистические характеристики:

1) при коэффициенте преобразования 200 000 размах тока 2 мкА должен преобразоваться в дифференциальное напряжение 400 мВ, на гистограмме — среднее значение 399,384 мВ;

2) среднее квадратическое отклонение (СКО) — 2,403 мВ;

3) минимальное значение — 391,267 мВ, максимальное значение — 405,508 мВ.

Абсолютное отклонение по правилу 6: 2 = 62,403 мВ = 14,418 мВ; = 7,209 мВ.

Относительная точность результата: = /XHOM = 7,209 мВ/400 мВ100% = 1,8%.

Следовательно, точность ФПУ ±1,8%. Величина относительной точности не зависит от величины тока. Дифференциальное напряжение усиливается инструментальным усилителем, минимальная точность коэффициента усиления которого равна 0,05%.

Точность установки ИОН = 0,07%. Точность установки коэффициента усиления внутри модулятора АЦП = 0,5%. Суммарная точность прибора ±2,42%, то есть класс точности прибора 2,5. Полученного значения точности вполне достаточно для измерений кривой ФПГ, с погрешностью 5%.

В четвертой главе обоснован метод измерения температурной реакции организма и приборная реализация термометра медицинского электронного прецизионного (ТМЦП) и на его основе — интегрирующего термометра (ИТМЦП):

1) диапазон измеряемых температур ограничивается интервалом +5… 50°С;

2) точность измерения температуры должна соответствовать разбросу температур в диапазоне норм соответствующих медицинских показателей ±0,05… ±0,1°С;

3) в качестве датчиков, регистрирующих температуру с точностью ±0,1°С, применены термисторы с ОТК, типа датчик-катетер DF1345 фирмы EXACON.

Результаты моделирования погрешности прибора. Оценка погрешности измерительной ячейки с учетом входного сопротивления и токов утечки с разбросом ±10%, резисторов с разбросом ±0,1% осуществлялась в программе схемотехнического моделирования Micro Cap 9.0 методом Монте-Карло (рис. 6). Основные параметры гистограммы: среднее значение = Рис. 6. Гистограмма выходного дифференциального Измерение температуры провонапряжения с делителя напряжения метра ИТМЦП-1 (темп. измерения — 15 значений в дальнейшем интегральная темпесекунду; максимальное время интегрирования тем- ратура, сравнивается с наперёд заданной величины, процедура прекращается.

Принципиальным отличием интегрирующего термометра ИТМЦП-1 от термометра ТМПЦ-1 является замкнутость системы «интегрирующий термометр — лазерный аппарат» (рис. 7).

Программная реализация алгоритмов обработки и вычисления интегральной температуры позволяет настраиваться под различные методики, исследовать новые способы вычисления параметров, связанных с эффективностью воздействия.

Интегральная температура определяется как:

где x – время процедуры, t – переменная времени, – отрезок времени.

(средняя) до процедуры; 2 –измеренная в течение процерисунке 8.2, показана задуры; 3 – интегральная температура термометром температуры от времени в течение процедуры. Средняя температура, измеренная до процедуры, показана на рисунке 8.1.

Естественно, реальное графическое изображение функциональной зависимости температуры от времени, зарегистрированной на пациенте, носит более сложную форму, но в качестве примера используется наиболее простая комбинация из известных математических функций. При проведении процедуры организм пациента поглощал часть энергетического потока от лазерного аппарата. Этот поток воспринимался организмом. В качестве косвенного критерия восприятия организмом энергетического потока использовалась температура, как физическая величина, характеризующая интенсивность локального кровообращения в месте измерения температуры. Изменение интегрального значения температуры, которое увеличивается в соответствии с увеличением кровотока, характеризует восприятие организмом суммарного терапевтического воздействия. Следовательно, интегральное значение температуры можно использовать как параметр, ограничивающий фактор воздействия.

В пятой главе представлены экспериментальные исследования и практическая значимость полученных результатов (ЗАО «Яровит-Ярь», г. Москва).

1. Результаты использования электронного термометра в урологии — лечение предстательной железы электро-лазерным воздействием с помощью аппарата АЭЛТИС-Синхро-02. Для проведения процедур использовался комбинированный ректальный электрод. Схема исследования показана на рис. 10. Динамика изменения температуры на предстательной железе показана на рис. 11 – рис. 13.

Исследования показали: 1) ректальную термометрию можно считать объективным методом оценки влияния электро-лазерного воздействия на организм;

2) температура может использоваться для корректировки физиотерапевтических параметров — частоты, силы тока, мощности и времени облучения.

2. Результаты использования двухканального лазерного фотоплетизмографа в андрологии (лечение эректильной дисфункции фото-вакуумным воздействием). Исследования проводились на серийном аппарате АМВЛ-01.

Схема проведения процедуры представлена на рис. 14, 15. Фотоплетизмограмма в начале и в конце процедуры показана на рис. 16.

Из рис. 16 видно изменение состояния организма: уменьшилась вязкость крови, поэтому сигнал по амплитуде и принял вид привычной двухгорбой кривой. Вывод: в состоянии организма присутствуют изменения, которые фиксируются фотоплетизмографом.

В ЦКБ №2 (г. Москва) были проведены исследования влияния локального воздействия монохроматического излучения (10 сеансов по 10 мин с 660 нм, 260 мВт/см2, S = 78 см2) в гинекологии онкологических больных. Выявленный температурный эффект указал на целесообразность сокращения времени сеанса, а следовательно дозы облучения (D = P·t).

Получены положительные результаты использования фотоплетизмографа в урологии (лечение простатита электро-лазерным воздействием, рис.10): явно выявлено изменение фотоплетизмограммы от мощности и частоты облучения. Пальцевая фотоплетизмография (Тюменский перинатальный центр) объективно отражает адаптационные реакции, может применяться в гинекологии для диагностики состояния и контроля уровня активации процессов.

Рис. 10. Схема проведения исследований Рис. 11. Динамика температуры с применением лазеров Рис. 12. Динамика температуры с применением элек- Рис. 13. Динамика температуры при комбинитростимуляции (э/с): 1 – частота электровоздействия; рованной процедуре: 1 - изменение температемпература туры; 2 – изменение частоты электровоздействия прецедуры окси- и дезооксигемоглобина, являющимися основными информативными составляющими кровотока Рис. 15. Циклы «разряжение – пауза»

оптического сигнала с первого канала относительно опорного; обеспечивает необходимую погрешность регистрации кривой ФПГ до 5%;

3) нормирует оба ФПГ-сигнала при чередовании локального воздействия на конечности;

регистрирует параметры гемодинамики кровотока и использует ФПГ в качестве биологической обратной связи в лазерных аппаратах, воздействие которых изменяет гемодинамику, и, как корректор управляет величиной воздействия.

2. Термометрический метод оценки температурных данных реакций органов, как вторичных эффектов, на низкоинтенсивное лазерное воздействие с целью корректировки его терапевтических параметров, как первичных эффектов, позволяет:

1) признать и использовать температуру в качестве биологической обратной связи между терапевтическими параметрами воздействия и ответной реакцией на него организма;

кания 0, 0, Ам ли 0, 0, кания 0, 0, 0, 0, Ам ли 0, дуры свето-вакуумной терапии параметрами и ответной реакцией на них организма с учетом специфики области применения.

5. Приборная реализация интегрирующего электронного термометра позволяет:

1) адаптировать прибор (за счет программного обеспечения вычисления интегральной температуры на компьютере) под различные лазерные медицинские аппараты и корректировать терапевтические параметры воздействия.

6. Полученные в диссертации результаты используются:

1) двухканальный лазерный фотоплетизмограф — в ЗАО «Яровит-Ярь» (г. Москва) в лазерной урологии и андрологии при лечении хронического простатита и эректильной дисфункции; в Тюменском областном перинатальном центре в гинекологии при лечении воспалительных процессов методом низкоинтенсивного лазерного сканирования;

2) электронный прецизионный термометр — в ЗАО «Яровит-Ярь» в лазерной урологии и в ЦКБ № 2 им. Н.А. Семашко при лечении онкобольных (лазерное и некогерентное монохроматическое облучение);

3) в учебном процессе Московского энергетического института (ТУ) при изучении дисциплины «Оптико-электронные приборы для медицины».

Работы в изданиях из рекомендованного ВАК перечня 1. Баранов В.Н. Повышение эффективности применения лазерного терапевтического аппарата «АГИН-01» в гинекологии с помощью пальцевой фотоплетизмографии/ Баранов В.Н., Малиновский Е.Л., Новиков В.А., Баимова Т.В., Хизбуллин Р.Н. // Казанский медицинский журнал. -2010. –Т.91. -№4. –С.555-560.

2. Ларюшин А.И. Перспективы создания и внедрения медицинской оптикоэлектронной аппаратуры на основе некогерентных источников света / Ларюшин А.И., Новиков В.А. – Казань: Вестник КГТУ им. А.К. Туполева. -2008. -№3. –С.35-38.

3. Ларюшин А.И. Приборная и методическая реализация контроля температурной реакции биологического объекта на физиотерапевтическое воздействие / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Новиков В.А. – Казань: Вестник КГТУ им. А.К. Туполева.

-2011. -№ 1. –С.55-60.

4. Ларюшин А.И. Приборная и методическая реализация фотоплетизмографического дозометрирования физиотерапевтических параметров воздействия на биологический объект / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Новиков В.А. – Казань: «Известия вузов. Проблемы энергетики». КГЭУ -2011. -№ 1-2. –С.78-85.

Доклады на конференциях 5. Хизбуллин Р.Н. Двухканальный фотоплетизмограф для исследования периферического кровотока / Р.Н. Хизбуллин, М.А. Галкин, В.А. Новиков, М.Ф. Замалтдинов // Энергетика – 2008: инновации, решения, перспективы: тез. докл. междунар. науч.тех. конф., 2008 г. / Казан. гос. энерг. ун-т.- Казань, 2008. -кн. 3.-С.47-48.

Статьи в научно-технических журналах 6. Баранов В.Н. Лазерная терапия в гинекологической практике: аппарат «АГИН-01» / Баранов В.Н., Ларюшин А.И., Новиков В.А. // Научно-технический журнал «Фотоника». -2008.-№1.-С.20- 7. Галкин М.А. Кардиодиагностика на основе фотоплетизмограмм с помощью двухканального плетизмографа / Галкин М.А., Змиевской Г.Н., Ларюшин А.И., Новиков В.А.//Научно-технический журнал «Фотоника».-2008.-№3.-С.30- 8. Галкин М.А. Температурный отклик электро-лазерного воздействия на организм / Галкин М.А., Хизбуллин Р.Н., Новиков В.А., Мишанин Е.А.//Научно-технический журнал «Фотоника». -2009. -№6. –С.28-30.

9. Ларюшин А.И. Применение двухканального лазерного фотоплетизмографа в урологии / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Мишанин Е.А., Кузьмич А.П., Новиков В.А., Хизбуллин Р.Н. // Метрологический научно-технический журнал «Мир измерений».

-2010. -№9. –С.28-33.

10. Ларюшин А.И. Двухканальный лазерный фотоплетизмограф / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Хизбуллин Р.Н., Новиков В.А. // Метрологический научно-технический журнал «Мир измерений». -2010. -№7. –С.22-28.

11. Ларюшин А.И. Термометр медицинский цифровой прецизионный / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Хизбуллин Р.Н., Новиков В.А. // Метрологический научно-технический журнал «Мир измерений». -2010. -№9. –С.9-16.

12. Ларюшин А.И. Измерение температурной реакции органов человека на электролазерное воздействие / Ларюшин А.И., Галкин М.А., Хизбуллин Р.Н., Новиков В.А., Кузьмич А.П. // Метрологический научно-технический журнал «Мир измерений». С.21-25.

Патенты 13. Патент №41 704 РФ на Промышленный образец: «Аппарат лазерный терапевтический переносной»./ Ларюшин А.И., Салаев Ю.Н., Быков Ю.В., Макшаков С.Б., Новиков В.А.; зарегистрирован 22.02.1995.

14. Патент №40 582 РФ на Промышленный образец: «Датчик пульса»./Новиков В.А., Быков Ю.В., Макшаков С.Б.; зарегистрирован 24.02.1994.

15. Патент №40 583 РФ на Промышленный образец: «Аппарат лазерной терапии полупроводниковый»./Новиков В.А., Быков Ю.В., Макшаков С.Б., Швейкин В.И.;

зарегистрирован 24.02.1994.

16. Патент №40 588 РФ на Промышленный образец: «Аппарат лазерной терапии». / Новиков В.А., Быков Ю.В., Макшаков С.Б., Швейкин В.И.; зарегистрирован 24.02.1994.

17. Патент №41 287 РФ на Промышленный образец: «Аппарат электро-лазерной терапии – Контакт»./Ларюшин А.И., Езерский В.К., Кораблев М.Г., Макшаков С.Б., Новиков В.А.; зарегистрирован 27.09.1994.

Подписано к печати 16.05.2011г.

Формат 6084 1/16. Усл. печ. л. 1. Заказ 871. Тираж 100 экз.

Типография КГЭУ. 420066, Казань, Красносельская,