В работе приведены результаты исследований спектральных свойств фотосенсибилизатора на основе индотрикарбоцианинового красителя при накоплении в тканях экспериментальных животных. С помощью лазерной флуоресцентной спектроскопии получены спектры флуоресценции in vivo и ex vivo локализованного в тканях индотрикарбоцианинового красителя для разных временных отсчетов после внутривенного введения. По изменению интенсивности флуоресценции в опухолевой и здоровой мышечной тканях фотосенсибилизатора определен профиль фармакокинетики его накопления и вывода. Выявлена монотонная деформация его спектра флуоресценции в тканях опухолевых узлов и мышц бедра при регистрации через кожу с течением времени после внутривенного введения. Достижение максимального накопления фотосенсибилизатора в опухолевом узле коррелирует со стабилизацией формы его спектра флуоресценции in vivo. При этом смещение максимума может использоваться в качестве диагностического индикатора максимального накопления индотрикарбоцианинового фотосенсибилизатора в тканях опухолевых узлов. Результаты подтверждены для двух групп животных: первая – черные мыши линии C57Bl/6 с перевитой опухолью меланомы Clone M3, вторая – белые мыши линии ICR с перевитой опухолью асцитной карциномы Эрлиха. Проведен анализ формы спектра флуоресценции фотосенсибилизатора при регистрации через кожу для животных с разной окраской.

Оценка параметров микроциркуляции кожных покровов является актуальной и важной задачей современной медицины при разработке методов диагностики заболеваний нервной системы. Усовершенствована система оценки функционального состояния кровотока в верхних слоях кожи в диапазоне длин волн от 400 до 850 нм на основе использования расширенной математической модели распространения оптического излучения в коже человека за счет учета дополнительных параметров: оптической анизотропии кожного покрова, диаметра и формы эритроцитов в слое дермы, артериального давления крови в плечевой артерии в диапазоне от 90/60 до 195/130 мм рт. ст., концентрации белков плазмы в крови (α1, α2, β1, β2, γ-глобулинов и фибриногена, г/л), реологических свойств течения крови при диаметре кровеносных сосудов от 4,5 до 500 мкм в поверхностных слоях кожи, температуры кожных покровов от +35 до +41 °С. Разработанная система позволяет определить выраженность микрогемодинамических сдвигов во взаимосвязи с метаболическими нарушениями, улучшить диагностику и оценить эффективность лечения ряда заболеваний нервной системы, сократить время обследования пациента и повысить точность измерения параметров микроциркуляции кровотока на 10 % (линейной и объемной скоростей кровотока) для выявления нарушений кровотока в поверхностных слоях кожи в норме и при патологии нервной системы человека.

Анализ полнослайдовых изображений рака молочной железы является крайне трудоемким процессом. Гистологические полнослайдовые изображения обладают рядом особенностей, затрудняющих их разработку: высокая степень разнообразия тканей как на одном изображении, так и между различными изображениями, иерархичность, большой объем графической информации и различные артефакты. В ходе научной работы проведена обработка полнослайдовых изображений ткани рака молочной железы, что включало нормализацию распределения цвета на полнослайдовых гистологических изображениях и выделение области изображения, на которой располагается изучаемый образец ткани, чтобы уменьшить время работы остальных алгоритмов и не анализировать области полнослайдового изображения с фоном. Также разработан и реализован алгоритм поиска похожих для полуавтоматического выделения опухолевых участков с помощью различных дескрипторов изображений.

Обоснована необходимость ранней диагностики болезней органов дыхания, особенно в условиях пандемии коронавирусной инфекции COVID-19, по средствам пульсоксиметрического скрининга и мониторинга. Показана целесообразность применения портативных пульсоксиметров терапевтами и врачами общей практики. Основными респираторными заболеваниями, сопровождающимися дыхательной недостаточностью, которая может быть своевременно выявлена по средствам пульсоксиметрии, являются хроническая обструктивная болезнь легких и синдром обструктивного апноэ-гипопноэ во сне. Раннее выявление данных заболеваний является актуальной задачей ввиду слабой выраженности симптомов данных заболеваний на ранних стадиях и, как следствие, преобладания поздней диагностики. Отдельного внимания заслуживает проведение пульсоксиметрии для выявления коронавирусной инфекции COVID-19, так как данная инфекция также сопровождается дыхательной недостаточностью. Аргументировано применение концентраторов кислорода и СИПАПаппаратов с целью терапии дыхательной недостаточности. Подтверждена эффективность назначения длительной кислородной терапии с использованием концентраторов кислорода у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких, СИПАП-терапии с использованием автоматических СИПАП-аппаратов у пациентов с синдромом обструктивного апноэ-гипопноэ во сне с обязательным пульсоксиметрическим мониторингом. Проведен ретроспективный анализ 120 случаев лечения инфекции COVID-19 среднетяжелого и тяжелого течения, осложненной развитием пневмоний. Доказана эффективность применения концентраторов кислорода с целью подачи пациентам кислорода со скоростью потока до 5 л/мин. Установлено, что не более 10 % пациентов нуждались в потоке кислорода скоростью более 5 л/мин. В то же время показана возможность применения СИПАП-аппаратов для проведения неинвазивной вентиляции легких с использованием полнолицевых масок. Отмечена целесообразность применения концентраторов кислорода и СИПАП-аппаратов для реабилитации пациентов, перенесших COVID-19.

Биомеханика двигательных действий решает задачи анализа внешних двигательных проявлений – кинематических и динамических параметров движения. Для биомеханического анализа движений человека используются устройства инерциального измерения, такие как гироскоп и акселерометр. В работе рассмотрен алгоритм анализа кинематических характеристик бега на основе сигналов инерциального гироскопа. Бег используется для оценки физической работоспособности, выносливости, координационных способностей человека. Регистрация сигналов гироскопа осуществлялась с помощью беспроводной системы TrignoTM Wireless System. Для анализа данных в среде технических вычислений MATLAB было разработано программное обеспечение для автоматизированной оценки электромиографического и биомеханического паттерна движений. Представленный алгоритм позволяет количественно оценить пространственные, временные и пространственно-временные параметры движения, симметрию движений левых и правых конечностей, а также стабильность повторения биомеханического паттерна движения. Алгоритм включает в себя следующие этапы: 1) адаптивная фильтрация сигналов; 2) определение фаз движения; 3) расчет пространственно-временной симметрии левых и правых конечностей; 4) анализ стабильности повторения биомеханического паттерна движения. Предложенный алгоритм был использован для оценки двигательно-координационного потенциала высококвалифицированных представителей легкой атлетики в беге на длинные дистанции. Проведенное исследование позволило оценить индивидуальные особенности работы каждой группы мышц для каждого спортсмена при выполнении тестового задания со ступенчато повышающейся нагрузкой на беговой дорожке. Такой подход является наглядным инструментом для выявления асимметричной работы парных групп мышц, а также выявления групп мышц с нерациональной врабатываемостью. Предлагаемый алгоритм анализа кинематических характеристик бега может быть использован для разработки новых критериев оценки эффективности решения двигательной задачи, а также оценки правильности выполнения техники движения и обнаружения критических ошибок, которые приводят к травмам.

Проектированию современных приборов экстракорпоральной магнитотерапии должно предшествовать физико-математическое моделирование всех этапов технологии воздействия магнитных полей на различные типы тканей организма с учетом их диэлектрических свойств. Это нужно для создания электромагнитного поля с необходимыми биотропными параметрами. В данной работе построена математическая модель воздействия электромагнитного поля на биологические ткани, такие как мышцы, кожа и жировая ткань. Математическая модель учитывает различные параметры биологической ткани, такие как удельная электропроводность и относительная диэлектрическая проницаемость. На основе модели рассчитаны параметры отклика в биологических тканях (амплитуда отклика в ткани и максимальное значение тока в ткани) в инновационной платформе Sim4Life 5.2. Для проверки математической модели использовался лабораторный макет для измерений электрических характеристик биологической ткани. В ходе проведения исследований были проведены эксперименты с тремя биологическими образцами: жировая ткань, мышечная ткань и кожа. Построены зависимости амплитуды отклика в биологических образцах от мощности выходного сигнала. Полученные результаты показывают использование предложенного алгоритма работы в комплексе на базе платформы Sim4Life 5.2 и симуляции электромагнитного поля с биологическим объектом, оптимальным для создания и экспертизы технологий и приборов магнитотерапии и индукторов экстракорпорального воздействия магнитного поля. Данная работа позволит ознакомить более широкий круг разного профиля специалистов с возможностями платформы Sim4Life 5.2 не только для моделирования новых приборов медицинского назначения, но и для экспертизы имеющихся и применяющихся в здравоохранении.

Заболевания мышечно-суставного комплекса являются одним из ведущих направлений в обеспечении стоматологического здоровья. Нарушения мышечно-суставного комплекса могут проявляться в виде синдрома Костена, щелкающей челюсти, синдромом болевой дисфункции, повышенной стираемости зубов, сколов, трещин, мышечных спазмов, болями или чувством дискомфорта в мышцах. В исследовании были поставлены следующие цели: разработать алгоритм анализа паттерна движения мышечного-суставного комплекса путем разработки алгоритма регистрации, анализа, фильтрации и обработки многоканальных электромиограмм мышц челюстно-лицевой области. Анализ предложенного алгоритма обработки многоканальных электромиограмм показал, что 7,2 % многоканальных электромиограмм не удалось проанализировать из-за нарушений пациентами алгоритма движения. Среди проанализированных электромиограмм пришлось откорректировать 8,7 % значений контрольных точек. Анализ полученных данных показал, что для группы без нарушений функций височно-нижнечелюстного сустава характерно преобладание коэффициента расслабления левой височной мышцы над коэффициентом правой мышцы. Для группы с нарушениями характерен противоположный результат. Полученные данные также свидетельствуют, что значение коэффициента сжатия больше 2,5 для височных мышц характерно для группы с нарушениями функций мышечносуставного комплекса височно-нижнечелюстного сустава. Максимальное разделение исследуемых групп наблюдается при анализе коэффициентов расслабления височных мышц. При анализе данного коэффициента удалось истинно определить наличие или отсутствие нарушений функций височнонижнечелюстного сустава в 50 % случаев, ложно – в 16 %. Коэффициент расслабления жевательных мышц позволил получить истинное состояние височно-нижнечелюстного сустава в 24 % случаев, ложное состояние – в 8 %. Получен вывод, что коэффициент сжатия менее пригоден для разделения пациентов с нарушениями и без нарушений функций мышечно-суставного комплекса височнонижнечелюстного сустава.

Значительный рост массового производства продукции, в составе которой используются наночастицы, вызывает беспокойство по причине обнаружения их токсичного воздействия на живые организмы. Стандартным методом анализа токсичности веществ, в том числе наноматериалов, является токсикологическое тестирование, которое требует больших затрат материальных и временных ресурсов. Альтернативным подходом считается разработка моделей, которые позволяют прогнозировать влияние наноматериалов на биологические системы. В обоих случаях для детектирования наночастиц требуется эффективный электронный комплекс, состоящий из высокочувствительного сенсора и системы приема, обработки и передачи данных. В настоящее время активно ведутся фундаментальные и прикладные исследования, направленные на применение гетероструктурных полевых транзисторов (транзисторов с высокой подвижностью электронов) в качестве базы таких сенсоров. Цель данной работы – разработка методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Объект исследования – приборная структура нитрид-галлиевого транзистора с высокой подвижностью электронов. Предметом исследования являются электрические характеристики транзистора, рассчитанные в статическом режиме. Результаты расчетов показывают, что зависимость между концентрацией наночастиц в исследуемой среде и поверхностной плотностью поляризационного заряда может быть использована в качестве основы методики компьютерного моделирования сенсоров токсичных наночастиц на базе гетероструктурного полевого транзистора. Преимущество предлагаемой методики состоит в использовании коэффициента масштабирования, предназначенного для калибровки плотности поляризационного заряда в соответствии с заданной концентрацией двумерного электронного газа. Полученные результаты могут быть использованы предприятиями электронной промышленности Республики Беларусь при разработке элементной базы сверхвысокочастотной электроники на основе нитрида галлия.

Целью работы является формирование нанокомпозитов на основе оксидированного графена и оксидов металлов (медь-железо, цинк и железо) посредством взаимодействия с ультразвуком (20 кГц) и исследование их электромагнитных свойств с помощью методов сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, поглощения электромагнитного излучения и флуоресценции. Результатом работы является разработка одношагового метода ультразвука для формирования функциональных нанокомпозитов Cu/Fe-, ZnO- и Fe3O4-поливиниловый спирт и метода ультразвукового коньюгирования исходных лекарственных соединений, таких как кеторолак и ацетилсалициловая кислота, с данными нанокомпозитами. Установлено, что сформированные лекарственные нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак, ZnO-графен-ацетилсалициловая кислота и Fe3O4-кеторолак приобретают оптические и суперпарамагнитные свойства наночастиц с улучшенными электромагнитными характеристиками благодаря ультразвуковой коньюгации. Выявлено, что нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак имеют сферическую форму и размер, не превышающий 100 нм, на поверхности послойной структуры оксидированного графена. Сформированные нанокомпозиты Cu/Fe-графен-кеторолак приобретают улучшенные оптоэлектронные свойства благодаря наличию атомов меди и железа в матрице графена. Показано, что нанокомпозиты ZnO-графен-ацетилсалициловая кислота приобретают улучшенные свойства флуоресценции преимущественно за счет электромагнитного взаимодействия с фазой оксида цинка, сформированной на поверхности графена. Доказано, что коньюгирование кеторолака с магнетитом увеличивает электронную плотность нанокомпозита Fe3O4-кеторолак, который приобретает суперпарамагнитные свойства, а его покрытие поливиниловым спиртом может улучшить биосовместимость. В целом сформированные нанокомпозиты представляют большой интерес в области медицинской электроники и наномедицины в качестве функциональных материалов с улучшенными электромагнитными свойствами, контролируемыми на молекулярном и атомном уровне. Данные нанокомпозиты могут найти применение как в качестве материалов, так и компонентов в электронных устройствах для диагностики и лечения воспалительных заболеваний. Для промышленной области особый интерес представляет одношаговый экологически чистый метод ультразвука, применение которого можно расширить разнообразным спектром неорганических и органических материалов и лекарственных веществ.

Обоснован и описан способ автоматизации регулировки и контролируемое поддержание уровней хирургической стадии седации пациента во время длительного оперативного вмешательства посредством изменения дозы летучего анестетика в зависимости от величины биспекстрального индекса. Проведен теоретический анализ возможности и перспектив автоматизации регулировки глубины угнетения сознания пациента во время общей анестезии через индивидуальный мониторинг биспектрального индекса в зависимости от дозировки летучего анестетика, а также индивидуальных особенностей пациента и степени травматичности хирургического вмешательства. Проанализированы возможности имеющихся в настоящее время технических средств, позволяющих в перспективе осуществить данную методику на практике. Представленно техническое обоснование взаимодействия между современным испарителем летучих анестетиков и мониторингом биспектрального индекса посредством обратной связи через встроенную микроконтроллерную систему наркозно-дыхательного аппарата, его дыхательный контур, газовый монитор и микропроцессор самого испарителя.

В статье излагаются результаты экспериментальных исследований угла смачиваемости поверхности зуба после обработки в плазме диэлектрического барьерного разряда при атмосферном давлении. Проведены измерения зависимости длины плазменного факела и температуры объекта обработки от расхода рабочего газа. В качестве рабочего газа использовался аргон. В результате проведения исследований установлено, что можно изменять длину плазменного факела в диапазоне от 9 мм до более 25 мм, а температура обрабатываемой поверхности зуба при повышении расхода от 40 град. Цельсия падала до 32 град. Цельсия. Угол смачивания дистиллированной водой определялся методом лежащей капли. В зависимости от времени обработки наблюдалось снижение краевого угла смачивания поверхности зуба от исходных 77 до 20 град. Определены режимы работы генератора плазмы в процессе обработки поверхности зуба, обеспечивающие наилучшие показатели ее смачиваемости.

Отслойка сетчатки у детей часто требует нескольких повторных хирургических вмешательств. Несмотря на активное хирургическое лечение, субретинальная жидкость может длительно сохраняться в макулярной зоне глазного дна. Это приводит к низкой остроте зрения после операции и неудовлетворительному функциональному результату лечения. При отсутствии центрального зрения у детей развиваются амблиопия и вторичное косоглазие. Повторные операции увеличивают риск осложнений. Пороговая лазерная коагуляция приводит к термическому повреждению всех слоев сетчатки с образованием хориоретинального сращения, которое обеспечивает адгезию слоев ретины, но необратимо повреждает нейроэпителий сетчатки. Поэтому в макулярной зоне применение пороговой лазерной коагуляции ограничено. Метод субпороговой инфракрасной микроимпульсной лазерной коагуляции разработан на основании клинического исследования 44 пациентов детского возраста отделения детской офтальмологии Минской областной детской клинической больницы, у которых после экстрасклеральной операции по поводу отслойки сетчатки длительно сохранялся уровень субретинальной жидкости в заднем полюсе глаза. Предложенные параметры воздействия предусматривают избирательное воздействие на клетки пигментного эпителия сетчатки лазерным излучением в микроимпульсном режиме без необратимой термической денатурации фоторецепторов и без повреждения нейроэпителия с целью стимуляции резорбции субретинальной жидкости и коррекции транссудативных нарушений. В результате восстанавливается прилегание фоторецепторного слоя сетчатки к пигментному эпителию. Эффективность метода подтверждается уменьшением или полным исчезновением субретинальной жидкости, прилеганием нейроэпителия по данным оптической когерентной томографии, и, как следствие, повышением остроты зрения. Предлагаемый метод позволил оптимизировать лечение детей с отслойкой сетчатки, улучшить анатомические и функциональные исходы лечения, что имеет медицинское и социально-экономическое значение.

Исследование эрозионной активности кавитации представляет значительный интерес для уточнения механизма воздействия кавитации на биологические ткани и клетки. В работе предложена усовершенствованная методика оценки эрозионной активности акустической кавитации. Приводятся результаты апробации данной методики применительно к задаче исследования распределения эрозионной активности в кавитационной области, генерируемой излучателем со стержневым волноводом. Эксперименты проводились с использованием погружного излучателя с резонансной частотой 32 кГц. Установлено, что при диаметре излучателя меньше или порядка длины волны в используемой жидкости эрозионная активность быстро уменьшается по мере удаления от излучателя и зависит от расстояния до излучателя L как 1/L3 . Показано, что имеет место корреляция эрозионной активности кавитации и показаний кавитометра, выходным сигналом которого является интегральная интенсивность высокочастотной составляющей кавитационного шума в диапазоне частот до 10 МГц. Для регистрации кавитационного шума использовались пьезоэлектрические датчики. В частности, в жидкостях, характеризующихся более высоким уровнем эрозионной активности, выходной сигнал кавитометра также выше. Показания кавитометра при этом изменяются в зависимости от расстояния до излучателя как 1/L. Исходя из полученных данных, предложен метод оценки эрозионной активности кавитации по величине интенсивности кавитационного шума в кубе. Показано, что этот параметр линейно связан с результатами измерений эрозионной активности кавитации. Полученные результаты будут использоваться при разработке специализированного кавитометра, предназначенного для оценки активности кавитации в ходе исследований воздействия ультразвука на клетки in vitro.