name: Метод и портативное устройство лазерной допплеровской флоуметрии для диагностики расстройств периферического кровотока при различных патологических состояниях
keyword_list: расстройства периферического кровотока сахарный диабет носимая электроника лазерная допплеровская флоуметрия микроциркуляция крови
abstract: Целью работы является повышение качества диагностики расстройств периферического кровотока за счёт выявления патологических процессов с меньшей вероятностью ложноотрицательного результата и сокращение длительности исследования посредством разработки метода диагностики на основе распределённой системы портативных устройств ЛДФ без применения функциональных проб.
  Задачами работы являются:
  1) Обзор и анализ расстройств периферического кровотока и применяемых в современной клинической практике инструментальных методов их диагностики.
  2) Обоснование специализированных медико-технических требований (МТТ) к портативным устройствам ЛДФ, основанных на анализе диагностического объёма биоткани с учётом конструктивных особенностей устройств с помощью численного моделирования распространения оптического излучения в коже с различными характеристиками.
  3) Разработка портативного устройства ЛДФ, позволяющего проводить диагностику расстройств периферического кровотока.
  4) Апробация портативного устройства ЛДФ в клинических условиях с целью разработки новых диагностических критериев для выявления расстройств периферического кровотока.
  5) Разработка новых диагностических критериев выявления расстройств периферического кровотока у пациентов с СД 2-ого типа, основанных на регистрации в различных точках организма человека параметров перфузии с помощью распределённой системы портативных устройств ЛДФ без проведения функциональных проб и их дальнейшей обработке, и разработка модели классификации расстройств периферического кровотока у пациентов с СД 2-ого типа на их основе.
  6) Разработка метода диагностики расстройств периферического кровотока для пациентов с СД 2 типа на основе распределённой системы портативных устройств ЛДФ без проведения функциональных проб.
  7) Разработка биотехнической системы (БТС) диагностики расстройств периферического кровотока на основе распределённой системы портативных устройств ЛДФ.
  Научная новизна работы заключается в том, что при решении поставленных задач выявления расстройств периферического кровотока предложены:
  1) Модель распространения оптического излучения в коже для портативного устройства ЛДФ, основанная на численном методе Монте-Карло, отличающаяся учётом разного уровня кровенаполнения и содержания меланина в ткани и позволяющая учесть конструктивные особенности устройства в виде расстояния между источником и приёмником излучения и обосновать специализированные МТТ к портативному устройству ЛДФ, обеспечивающие исследование периферического кровотока (регистрацию сигнала из слоя глубокого сосудистого сплетения);
  2) Портативное устройство ЛДФ для диагностики расстройств периферического кровотока, включающее VCSEL-лазер с длиной волны 850 нм, два фотодиода, равноудалённых от источника излучения на расстояние 1200 мкм, каналы фильтрации и обработки данных, отличающееся портативным исполнением и беспроводной реализацией и позволяющее диагностировать расстройства периферического кровотока при различных патологических состояниях за счёт одновременной регистрации перфузии несколькими устройствами в верхних и нижних конечностях организма человека;
  3) Модель классификации для выявления расстройств периферического кровотока для пациентов с СД 2 типа, базирующаяся на одновременной регистрации перфузии методом ЛДФ в верхних (тыльная сторона запястья) и нижних (подушечка большого пальца стопы) конечностях пациента и их вейвлет-анализе с расчётом нутритивного кровотока с учётом нейрогенных, миогенных и сердечных осцилляций, и позволяющая сократить время исследования до 10 мин и классифицировать состояние периферического кровотока на наличие и отсутствие нарушений без применения функциональных проб;
  4) Метод диагностики расстройств периферического кровотока при СД 2 типа, базирующийся на применении распределённой системы портативных устройств ЛДФ с одновременной регистрацией сигналов в верхних и нижних конечностях пациента с их последующим вейвлет-анализом и вычислением параметра нутритивного кровотока, а также на предложенной модели классификации, позволяющий выявлять наличие или отсутствие расстройств периферического кровотока с меньшей вероятностью ложноотрицательного результата диагностики, а также анализировать физиологические нарушения периферического кровотока, связанные с нарушением эндотелиальной функции, увеличением жёсткости сосудистой стенки и включением компенсаторного механизма, активирующего нутритивные пути кровотока.
  Теоретическая значимость работы состоит в том, что предложен новый метод диагностики расстройств периферического кровотока для пациентов с СД 2-ого типа, основанный на модели классификации и применении распределённой системы портативных устройств ЛДФ с одновременной регистрацией перфузии в различных точках организма человека без применения функциональных проб и последующим их вейвлет-анализом для выявления наличия или отсутствия патологических изменений в системе МЦК, а также обоснованы специализированные МТТ к портативным устройствам, учитывающие их конструктивные особенности для оценки диагностического объёма биоткани.
  Практическая значимость работы состоит в том, что:
  1) предложен метод диагностики расстройств периферического кровотока, основанный на одновременном измерении сигналов ЛДФ в 4 точках тела и их последующем вейвлет-анализе и обработке в соответствии с разработанной моделью классификации, и позволяющий выявлять наличие или отсутствие расстройств периферического кровотока у пациентов с СД 2 типа;
  2) обоснованы специализированные МТТ к портативным устройствам ЛДФ, основанные на анализе диагностического объёма биоткани с учётом конструктивных особенностей устройств с помощью численного моделирования распространения оптического излучения для кожи с разным уровнем кровенаполнения и содержания меланина;
  3) проведена апробация метода диагностики расстройств периферического кровотока в клинических условиях эндокринологического отделения больницы на пациентах с СД 2 типа и условно здоровых добровольцах, подтверждающая преимущество применения предлагаемого метода по сравнению с традиционно применяемыми на данный момент в клинической практике.
  Положения, выносимые на защиту:
  1) Модель распространения оптического излучения в коже для портативного устройства лазерной допплеровской флоуметрии на основе численного метода Монте-Карло с учётом разного уровня кровенаполнения и содержания меланина в ткани позволяет учесть конструктивные особенности устройства в виде расстояния между источником и приёмником излучения в качестве обоснованных
  специализированных медико-технических требований для обеспечения исследования периферического кровотока до слоя глубокого сосудистого сплетения (до 2 мм);
  2) Портативное устройство ЛДФ для диагностики расстройств периферического кровотока, включающее VCSEL-лазер с длиной волны 850 нм, два фотодиода, равноудалённых от источника излучения на расстояние 1200 мкм, каналы фильтрации и обработки данных и модуль беспроводной передачи данных, позволяет диагностировать расстройства периферического кровотока при различных патологических состояниях за счёт регистрации тканевой перфузии на любых участках кожи организма человека;
  3) Модель классификации для выявления расстройств периферического кровотока при сахарном диабете 2 типа, основанная на одновременной регистрации перфузии методом ЛДФ в верхних и нижних конечностях пациента и вейвлет-анализе данных перфузии с расчётом нутритивного кровотока с учётом нейрогенных, миогенных и сердечных осцилляций, позволяет без применения функциональных
  проб выявлять различия между условно здоровыми добровольцами и пациентами с СД 2 типа с наименьшим уровнем ошибки первого рода.
  4) Метод диагностики расстройств периферического кровотока при сахарном диабете 2 типа с применением распределённой системы портативных устройств ЛДФ и предложенной модели классификации позволяет уменьшить вероятность ложноотрицательного результата диагностики расстройств периферического кровотока до уровня менее 0,2, сократить длительность исследования до 10 мин и анализировать физиологические нарушения периферического кровотока, связанные с изменением функционирования механизмов регуляции микроциркуляторного русла.
chairman_dissertation_council.name: Сергей
chairman_dissertation_council.surname: Филист
chairman_dissertation_council.patronymic: Алексеевич
chairman_dissertation_council.position: Профессор кафедры БМИ
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: Q-4610-2015
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 6603139063
chairman_dissertation_council.rinc_id: 4238-5609
chairman_dissertation_council.orcid: 0000-0003-1358-671X
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Сергей
organization_supervisor.surname: Емельянов
organization_supervisor.patronymic: Геннадьевич
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 76.13.15
rubrics.name: Медицинские комплексы, системы и приборы для функциональной диагностики
oecds.code: 02.06.IG
oecds.name: ENGINEERING, BIOMEDICAL
speciality_codes.name: Приборы, системы и изделия медицинского назначения
speciality_codes.code: 2.2.12.
supervisors.fio: Дунаев А.В.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Приборы, системы и изделия медицинского назначения
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Мачихин А.С.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Лапитан Д.Г.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Приборы, системы и изделия медицинского назначения
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ЮГО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1034637015786
protection_organization.supervisor_name: СЕРГЕЙ
protection_organization.supervisor_surname: ЕМЕЛЬЯНОВ
protection_organization.supervisor_patronymic: ГЕННАДЬЕВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ОГУ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА, ФГБОУ ВО "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА", ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА, ФГБОУ ВО "ОГУ ИМ. И.С. ТУРГЕНЕВА", ОГУ ИМ. И.С. ТУРГЕНЕВА
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА"
author_organization.ogrn: 1025700786462
author_organization.supervisor_name: АЛЕКСАНДР
author_organization.supervisor_surname: ФЕДОТОВ
author_organization.supervisor_patronymic: АНАТОЛЬЕВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения