Разработка инновационных устройств и алгоритмов обработки данных для измерения клинически-значимых параметров на основе методов биофотоникиНИР

Development of innovative devices and data processing algorithms for measuring clinically significant parameters based on biophotonics methods

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0708 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Разработка инновационных устройств и алгоритмов обработки данных для измерения клинически-значимых параметров на основе методов биофотоники
Результаты этапа: Объектом исследования являются оптические методы определения физиологических параметров различных биотканей человека in vivo, таких как кожа. Цель работы заключается в разработке метода по определению толщины гиподермы с помощью спектроскопии диффузного отражения с пространственным разрешением in vivo. В процессе работы проводились исследования по определению толщины гиподермы спектров диффузного отражения. В ходе исследования были использованы следующие лабораторно-инструментальные и клинические методы: спектроскопия диффузного отражения, УЗИ кожи. С помощью экспериментальной установки, реализующая спектроскопию диффузного отражения, и были измерены спектры диффузного отражения на добровольцах на различных участках кожи. Полученные результаты сопоставлялись с УЗИ исследованием и каллипер. В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: 1.Полученные модели были проверены экспериментально, в результате чего построены модели для определения толщины гиподермы нормальной кожи in vivo с ошибкой определеня 1.27 мм. 2.Кроме того, была дана оценка проникающей способности излучения использованного метода измерений для гиподермы. Максимальная глубина зондирования оказалась равной (5÷6) мм в данном слое. 3.Были построены зависимости амплитуды поглощения липидов около 930 нм, рассчитанные из измеренных спектров диффузного отражения для каждого расстояния между источником и детектором от толщины гиподермы, от толщины подкожно жирового слоя, измеренного с помощью каллипера. При этом при толщинах более 4 мм данная зависимость выходит на насыщение. Чем больше расстояние между источником и детектором, чем больше амплитуда данной экспоненты. 4.Помимо этого, с помощью методов машинного обучения была оценена статистическая значимость физиологических параметров таких как пол, возраст в полученную зависимость. Были обнаружены статистически значимые различия между данными зависимостями для особей разного пола. При этом было получено, что добавление пола добровольца значительно увеличивала точность предсказания на тестовой выборке. 5.Помимо этого, по данным спектроскопии диффузного отражения была решена обратная задача по определению толщины подкожно жирового слоя с ошибкой определения 1.5 мм Полученные результаты подчеркивают важность принятия во внимание различий между полами при измерении толщины кожи и обеспечивают значимую информацию для будущих научных в косметологии и дерматологии.
2 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Разработка инновационных устройств и алгоритмов обработки данных для измерения клинически-значимых параметров на основе методов биофотоники
Результаты этапа: В современной медицинской науке одной из актуальных задач является разработка и усовершенствование методов неинвазивного анализа состава тела. Это имеет важное значение для точной, безопасной и удобной диагностики и мониторинга таких заболеваний, как ожирение и саркопения. Существующие клинические методы анализа состава тела варьируются по степени инвазивности, стоимости и сложности проведения. Методы, такие как биопсия, требуют забора биоткани для анализа, что является инвазивным и неудобным для пациента. Неинвазивные методы, такие как МРТ, DXA и КТ, обеспечивают высокую точность, однако их использование ограничено из-за применения ионизирующего излучения и относительно низкой скорости анализа. Настоящая работа демонстрирует применение ОАТ для неинвазивного анализа состава тела и подчеркивает их потенциал в клинической практике для диагностики и мониторинга различных заболеваний. Целью данной работы является демонстрация возможностей оптоакустической томографии (ОАТ) для неинвазивного анализа состава тела. Эти методы не обладают недостатками традиционных методик и обеспечивают достаточную глубину сканирования для анализа кожи и подкожных слоев (подкожный жир, мышцы). Задачи работы: 1. Провести сравнительный анализ спектров поглощения и комбинационного рассеяния для более глубокого понимания природы формирования измеряемых спектров диффузного отражения и спектров ОА кожи и подкожных слоев биоткани человека. 2. Выполнить исследования как на фантомах кожи, так и in vivo для добровольцев различного телосложения. 3. Идентифицировать компоненты, определяющие содержание воды, липидов и коллагена. 4. Оценить влияние индивидуальных особенностей телосложения на результаты измерений. В данной работе было успешно продемонстрировано, что специфические различия в колебательных спектрах белков, жиров и воды позволяют точно идентифицировать различные биомолекулы по их характерным спектральным максимумам поглощения. Особенно значимым является обнаружение максимума поглощения коллагена около 910 нм, что представляет собой новый подход к определению распределения коллагена в подкожных слоях. Это открытие может иметь важное значение для диагностики и изучения различных заболеваний кожи и мышечной ткани, где коллаген играет ключевую роль. Результаты экспериментов ОАТ in vivo показали, что максимумы глубинного профиля, связанные с водой и липидами, коррелируют с анатомическим строением кожи, что подтверждает потенциал ОАТ для детализированного изучения структуры кожи и подкожных слоев биоткани человека. В заключение, данное исследование открывает новые перспективы для использования СДО и ОАТ в биомедицинских приложениях, особенно для изучения состава и структуры биотканей. Поставленные задачи этапа полностью выполнены, цель исследования достигнута. Результаты работы соответствуют плану-графику и техническому заданию, надлежащим образом оформлены. Работа выполнена в установленный срок и в полном объеме.
3 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Разработка инновационных устройств и алгоритмов обработки данных для измерения клинически-значимых параметров на основе методов биофотоники
Результаты этапа:
4 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Разработка инновационных устройств и алгоритмов обработки данных для измерения клинически-значимых параметров на основе методов биофотоники
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы

№ Имя Описание Имя файла Размер Добавлен