Реферат: Метод и система адаптивної лазерної терапії

5. Провести дослідження експериментального зразка системи ЛТ.

Об’єкт дослідження – процеси енергетичного перетворення електромагнітного випромінювання оптичного діапазону в біологічній тканині.

Предмет дослідження – система лазерної терапії, що застосовується при акупунктурній терапії серцево-судинних захворювань.

Методи дослідження – при розв’язанні поставлених задач в ході проведених в дисертаційний роботі досліджень використовувались положення теорії переносу випромінювання, оптики світлорозсіювання, математичний апарат статистичної обробки сигналів.

Наукова новизна отриманих результатів.

На основі досліджень електромагнітних характеристик біологічної тканини запропоновано новий метод здійснення лазерної терапії з урахуванням функціонально стану пацієнту в даний проміжок часу.

Удосконалено експоненціальну модель поширення оптичного випромінювання в біологічній тканині, що дозволяє досліджувати оптичні властивостей багатошарових середовищ з сильним розсіюванням.

Вперше запропоновано нові принципи побудови чутників власних електромагнітних полів та оптичного випромінювання при проведенні лазерної терапії.

Практичне значення отриманих результатів полягає у наступному:

Запропоновано схемотехнічні реалізації електромагнітного та оптичного модулів системи лазерної терапії на основі розробленого методу.

Створено електромагнітну волоконно-оптичну систему лазерної терапії "Промінь 11В", яка є підсистемою автоматизованого комплексу моніторингу біотехнічних об’єктів "Промінь 11".

Розроблено алгоритм функціонування системи лазерної терапії "Промінь 11В", реалізація якого дозволяє встановлювати найбільш придані режими ЛТ за результатами аналізу електромагнітних полів пацієнта до і під час лікувальної процедури.

Основні теоретичні та практичні аспекти розробки методу та системи лазерної терапії використовуються в навчальному процесі кафедри виробництва приладів НТУУ “КПІ” при проведені лекційних, практичних та лабораторних занять за курсами "Оптичні та квантові медичні прилади", "Прилади для вимірювання фізіологічних параметрів людини", "Прилади магніторезонансної терапії".

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати дисертації, що складають сутність роботи і знайшли відображення в пунктах новизни, наукового та практичного значення, отримані автором самостійно. У роботах, що опубліковані у співавторстві, здобувачу належить систематизація та створення класифікації засобів моніторингу біотехнічних об’єктів [2, 14], розробка схемотехнічної моделі автоматизованої системи реєстрації та моніторингу біотехнічних об’єктів [1, 8, 9, 11], розробка дозиметра оптичного випромінювання та теоретичних засад його функціонування [7, 13], розробка математичної моделі світлорозсіяння лазерного випромінювання в біологічних тканинах [16], теоретичні та експериментальні дослідження системи спостереження за станом біотехнічних об’єктів в [5, 17], розробка методу комплексної діагностики плинного стану біотехнічних об’єктів [3, 4], розробка алгоритму функціонування модулів системи спостереження [18], розробка функціональної схеми та принципу функціонування системи комплексної діагностики та лікування [6], розробка способу неінвазивного аналізу біологічних тканин [10].

Дисертаційна робота виконана на кафедрі виробництва приладів приладобудівного факультету Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" під керівництвом д. т. н., проф. Тимчика Г.С.

Апробація результатів дисертації. Результаті досліджень були представлені на: V міжнародній молодіжній науково-практичній конференції "Людина та космос" (Дніпропетровськ, 2003), науково-технічній конференції "Приладобудування 2003: підсумки і перспективи" (Київ, 2003), IХ Міжнародній конференції "Інформотерапія: теоретичні аспекти та практичне застосування" (Київ, 2003), V симпозіумі з біоінформатики (Київ, 2003), VI міжнародній молодіжній науково-практичній конференції "Людина та космос" (Дніпропетровськ, 2004), науково-технічній конференції "Приладобудування 2004: підсумки і перспективи" (Київ, 2004), науково-технічних конференції "Приладобудування: підсумки і перспективи" (Київ, 2005, 2006).

Науковий проект на тему "Автоматизована комплексна лікувально-діагностична система" за основними положеннями дисертації отримав першу премію на третьому конкурсі науково-технічних проектів молодих вчених "Інтелектуальний потенціал молодих вчених – місту Києву" (Київ, 2003).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 18 наукових праць, у тому числі 5 статей у фахових наукових виданнях внесених до переліку ВАК України та 5 патентів України.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та 6 додатків. Загальний обсяг дисертації 152 сторінок, з яких основний зміст викладено на 130 сторінках, містить 36 рисунків, 3 таблиці. Список використаних джерел складається з 62 найменувань.

основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність проблеми досліджень, вказано зв’язок роботи з науковими програмами. Зазначено мету та задачі досліджень. Наведено характеристику наукової новизни та практичного значення отриманих результатів, а також їх впровадження та апробації.

У першому розділі зазначена структура та оптичні властивості біологічної тканини, описані механізми взаємодії лазерного випромінювання (ЛВ) з біологічною тканиною. Проаналізовані існуючі моделі поширення оптичного випромінювання в біологічних тканинах. На основі розгляду теоретичних та експериментальних методів розв’язання рівняння переносу випромінювання показана необхідність дослідження оптичних характеристик біологічних тканин для точної дозованої дії ЛВ. Розглянуті сучасні реалізації апаратів лазерної терапії, їх основні технічні характеристики, визначені їх недоліки та сформульований загальний підхід до розробки вдосконалених засобів ЛТ.

Розглянуто основні параметри, які описують оптичні властивості БТ: коефіцієнти поглинання, розсіяння, затухання, середня довжина вільного пробігу, альбедо, фазова функція розсіяння. Показано, що пошук зазначених параметрів лежить в площині розв’язання рівняння переносу випромінювання (РПВ), розв’язок якого можливий двома групами методів: теоретичними (метод усереднення інтенсивності за напрямками; метод послідовних наближень; метод заміни РПВ системою диференціальних рівнянь; асимптотичний метод; методи статистичного моделювання; числові методи) та експериментальними (метод інтегруючої сфери (МІС) способом Тейлора або способом Рвачова-Сахновського; метод дифузного відбиття; метод визначення параметрів Стокса; спектроскопія з високою часовою роздільною здатністю; модуляційний метод; стаціонарний метод із просторовою роздільною здатністю).

Показано, що теоретичні методи є надскладними у розв’язанні та виборі граничних умов. Тому найбільше поширення віднайшли експериментальні методи дослідження основних параметрів, котрі характеризують оптичні властивості БТ, на підставі реєстрації дифузного відбиття БТ з використанням інтегруючих порожнин.

Проаналізовано переважний спектр засобів для ЛТ, які застосовуються, і виділено за головний недолік відсутність біологічного зворотного зв’язку, що не дозволяє відстежувати функціональний стан організмі пацієнта під впливом ЛТ, а відтак здійснювати адаптивний механізм корегування режимами опромінювання.

Оскільки при ЛТ вплив здійснюється на живий об’єкт, то окрім фізико-хімічних проявів світлового випромінювання необхідно враховувати вплив світла на функціонування живої матерії, що визначається ступенем гомеостазу живого об’єкта. Випромінювання малої інтенсивності не запускає адаптаційні механізми біологічної системи, тобто не порушується її гомеостаз. При невеликому збільшенні інтенсивності відбуваються лише збурення локального гомеостазу, і не у кожних дослідженнях вони виявляються. Ріст інтенсивності вмикає загальні адаптаційні і регуляційні механізми живого об’єкта, які цілком відновлюють систему. При подальшому збільшенні інтенсивності відбуваються частково необоротні процеси. Це дозволяє визначити перспективний напрямок досліджень впливу низькоінтенсивного ЛВ на біологічну тканину, а також спостереженні реакції БТ на такий вплив за декількома параметрами.

У другому розділі запропонований метод лазерної терапії, розглянуті аналітичні та математичні моделі чутників власних та стимульованих електромагнітних полів, а також запропонована модель поширення лазерного випромінювання в біологічній тканинні та схема функціонування системи адаптивної ЛТ.

Сутність запропонованого методу полягає у визначенні оптичних характеристик БТ обраної ділянки біологічного об’єкту (БО) з одночасним запам’ятовуванням для подальшого плинного порівняння з наступними значеннями сигналів в реальному масштабі часу. Це дає можливість визначати характер впливу ЛВ на БТ, при цьому можна визначати небажаний стан та запобігти продовженню опромінювання. По-друге, оскільки БО властива наявність біологічно активних точок, що в основному реагують на зміни електричних і магнітних властивостей навколишнього середовища, то меридіани, які з’єднують активні точки, можна розглядати як систему електричних провідників, що прокладені в БТ, існуючої поблизу м’язів, судин, нервів, по яким рухомі електричні заряди (електроліти, молекули) можуть мігрувати від одної області до іншої. Ця система залучена до електромагнітних взаємодій в організмі і до рецепції зовнішніх електромагнітних полів. Тому окремі порушення в функціонуванні системи можна усунути електромагнітною стимуляцією активних зон, специфічних до регуляції цього процесу. Стимуляція БТ супроводжується змінами електричних потенціалів (зміною напруженості електромагнітного поля) вздовж шляхів, що описують як меридіани, причому поширення такої різниці потенціалів між меридіанами потребує більшого часу, ніж зміна фізіологічної активності органа, який має на увазі поширення по шляхам, котрі мають меншу швидкість проведення, ніж поширення збудження по чутливим волокнам.

Отже, метод адаптивної лазерної терапії полягає у виконанні наступної послідовності заходів:

1) вибір ділянки БТ, яку будуть опромінювати. При здійсненні акупунктурної лазерної терапії вибір біологічно активних точок здійснюють у відповідності до атласу біологічно активних точок (БАТ) людини;