Разработка системы для исследований в области лазерной цитометрии

Цели исследования. В данной работе предложена структурная схема системы лазерной цитометрии, предназначенной для проведения неинвазивных гематологических тестов. Актуальность данной работы заключается в возрастающем интересе к собственному здоровью, а также необходимости мониторинга изменения состояния пациента. Целью данной работы является разработка портативной системы лазерной цитометрии, представляющей собой диагностический комплекс и основанной на оптоакустическом эффекте - преобразовании оптического излучения в термоакустические волны в среде при длине волны лазера А = 1064 нм. Данный эффект позволит получить сведения о состоянии, форме и размерах форменных клеток крови, определить степень агрегации эритроцитов и уровень сатурации. Проточная цитометрия является технологией быстрого измерения параметров клетки и происходящих в ней процессов. Методика проточной цитометрии заключается в выявлении процессов поглощения и рассеяния света лазерного луча при прохождении через него клетки в потоке жидкости.

Методы. Основные задачи данного исследования заключаются в обосновании структурной схемы системы лазерной цитометрии, определении составляющих частей разрабатываемого устройства и выявлении связей между ними. В разработанной структурной схеме можно выделить два канала измерения - оптоакустический и дополнительный, основанный на допплерометрии. Сигнал, поступающий от дополнительного измерительного канала, даёт информацию о скорости движения крови, что позволит внести поправки в получаемый от оптоакустического канала сигнал.

Результаты. В предложенной системе необходимо учитывать корректировки на скорость движения крови. В ходе данной работы была предложена структурная схема системы лазерной цитометрии, предназначенной для проведения неинвазивного анализа крови. Структурная схема системы была выполнена в система автоматизированного проектирования KOMnAC-3D. Анализ, проведённый с использованием системы лазерной цитометрии, может дать информацию о различных заболеваниях и патологических изменениях в составе крови.

Заключение. Разрабатываемую систему лазерной цитометрии от других гемоанализаторов отличает неинвазивность, что может послужить отличным преимуществом в условиях, при которых инвазивное вмешательство невозможно либо сопряжено с определёнными трудностями.

1. Лазерное испарение поглощающей жидкости под прозрачным покрытием / А. А. Самохин, Н. Н. Ильичев, П. А. Пивоваров, А. В. Сидорин // Краткие сообщения по физике ФИАН. 2016. № 5. С. 8-14.

2. Кравчук Д. А., Старченко И. Б. Теоретическая модель для диагностики эффекта кислородонасыщения эритроцитов с помощью оптоакустических сигналов // Прикладная физика. 2018. № 4. С. 89-94.

3. Kravchuk D. A. Mathematical model of detection of intra-erythrocyte pathologies using optoacoustic method // Biomedical Photonics. 2018. Vol. 7, N 3. Р. 36-42.

4. Kravchuk D. A., Voronina K. A. Simulation of optoacoustic response from axisymmetric non-spherical shapes of red blood cells // Physics, Mechanics of New Materials and Their Applications. Proceedings of the 2019 International Conference on. Nova Science Publishers, Inc. 2020. N 11.

5. Кравчук Д. А. Моделирование восстановления оптоакустического изображения оксигенированных эритроцитов // Прикладная физика. 2021. № 2. С. 73-77.

6. Шахно Е. А. Физические основы применения лазеров в медицине. СПб.: НИИ ИТМО, 2012. 129 с.

7. Патент Российская Федерация 169745U1. Оптоакустический микроскоп для функционального биоимиджинга / Субочев П. В., Постникова А. С., Морозов А. Н., Орлова А. Г., Каменский В. А., Турчин И. В. Опубл. 30.03.17.

8. Методы проточной цитометрии. URL: https://researchpark.spbu.ru/methods-biomed-rus/1912-bio-metod-06-rus (дата обращения: 14.09.2021).

9. Кравчук Д. А., Орда-Жигулина Д. В., Слива Г. Ю. Экспериментальные исследования оптоакустического эффекта в движущейся жидкости // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. № 4 (189). C. 246-254.

10. Гаврелюк С. В., Левенец С. В. Влияние ваготонии на параметры гемодинамики и функцию эндотелия при длительной блокаде СВ1 рецепторов каннабиноидов в эксперименте // Актуальні проблеми сучасноï медицини: Вiсник украінськоï медичноï стоматолопчноï академіï. 2017. № 3 (59). С. 5-8.

11. Калинкина Е. М., Лисин А. А., Демин И. Ю. Графический интерфейс для моделирования сдвиговых волн в мягких биологических тканях // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине. 2020. № 1. С. 152-154.

12. Физические основы использования ультразвука в медицине / И. И. Резников, В. Н. Фёдорова, Е. В. Фаустов, А. Р. Зубарев, А. К. Демидова; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова. М., 2015. 97 с.

13. Кравчук Д. А., Старченко И. Б. Модельная оценка уровня агрегации эритроцитов оптоакустическим методом // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2017. № 4 (40). С. 174-183.

14. Кравчук Д. А., Старченко И. Б. Математическое моделирование оптикоакустического сигнала от эритроцитов // Вестник новых медицинских технологий. 2018. Т. 25, № 1. С. 96-101.

15. Исследование оптоакустических сигналов на моделях эритроцитов в жидкости с контрастными наноагентами / Д. А. Кравчук, И. Б. Старченко, Д. В. Орда-Жигулина, К. А. Воронина // Акустический журнал. 2021. Т. 67, № 3. С. 345-348.