Search

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 - "Біологічні та медичні прилади і системи" - Інститут Радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, Харків, 2021. Дисертація присвячена розробки нового багатофункціонального цитобіофізичного методу і нового апаратного комплексу для діагностики, лікування та моніторингу стану хворих на цереброваскулярну патологію за допомогою електромагнітних хвиль КВЧ діапазону. Розглянуто методи які використовують ЕМВ КВЧ діапазону для діагностики на клітинному рівні патологічних станів організму людини та лікування методом КВЧ-гемотерапії, представлено математичну модель фізичних процесів у пристрої для опромінення біологічних рідин. Запропоновано новий багатофункціональний цитобіофізичний метод визначення індивідуальної чутливості та ефективності КВЧ-гемотерапії. Створено апаратний комплекс для лікування, прогнозування та контроля ефективності лікування КВЧ-гемотерапією цереброваскулярних захворювань. Запропоновано модифіковану конструкцію резонатора, що дозволяє опромінювати клітини БЕ у водному середовищі. Проведено електродинамічне моделювання розподілу електромагнітного поля ЕМВ КВЧ діапазону в циліндричному резонаторі з великими та малими дозами поглинаючої рідини. Виявлено чотири види реакції клітин БЕ хворих на цереброваскулярну патологію під дією опромінення КВЧ діапазону. Показано, що в рамках одного апаратного комплексу можливо ефективно визначати індивідуальну чутливість пацієнтів до КВЧ-терапії, проводити процедуру КВЧ-аутогемотерапії, а також здійснювати контроль ефективності лікування при цереброваскулярних захворюваннях. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences in the specialty 05.11.17 - "Biological and medical devices and systems" - O.Ya. Usikov Institute of Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 2021. The dissertation is devoted to development of a new multipurpose cytobiophysical method and a new hardware complex for diagnostics, treatment and monitoring of a condition of patients of cerebrovascular pathology by means of electromagnetic waves of the EHF range. Methods that use EHF band EMI for the diagnosis at the cellular level of pathological conditions of the human body and treatment by EHF chemotherapy are considered. A mathematical model of physical processes in a device for irradiating biological fluids is presented. A new multifunctional cytobiophysical method for determining the individual sensitivity and effectiveness of EHF chemotherapy has been proposed. A hardware complex for the treatment, prognosis and control of the effectiveness of treatment of EHF chemotherapy of cerebrovascular diseases has been created. A modified design of the resonator is proposed, which allows to irradiate BE cells in an aqueous medium. Electrodynamic modeling of the distribution of the EHF EMF electromagnetic field in a cylindrical resonator with large and small doses of absorbing liquid was performed. Four types of reaction of BE cells of patients with cerebrovascular pathology under the influence of irradiation of the EHF range are revealed. It is shown that within one hardware complex it is possible to effectively determine the individual sensitivity of patients to EHF therapy, to perform the procedure of EHF autohemotherapy, as well as to monitor the effectiveness of treatment for cerebrovascular diseases.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.17 «Біологічні та медичні прилади і системи» - Інститут Радіофізики та Електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України, Харків, 2021. Вирішена актуальна науково-прикладна задача створення апаратного комплексу для діагностики, лікування і моніторингу ефективності лікування хворих на дисциркуляторну енцефалопатію за допомогою електромагнітного випромінювання КВЧ діапазону. Розроблено багатофункціональний цитобіофізичний (БЦБФ) метод, що дозволяє в рамках одного апаратного комплексу проводити індивідуальний підбір КВЧ-терапії, і визначати ефективність дії КВЧ-аутогемотерапії на всіх етапах лікування. Обґрунтовано актуальність напрямку досліджень, сформульовані наукова проблема, мета і задачи дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи. Показана можливість використання КВЧ-випромінювання міліметрового діапазону, як для проведення терапії, так і для визначення стану біооб'єктів. Розглянуто застосування сучасних апаратів і приладів для КВЧ-терапії і можливість отримання різних біологічних ефектів в клінічній практиці. Визначено універсальний характер дії КВЧ-терапії із застосуванням електромагнітних хвиль з довжинами електромагнітного випромінювання 7,1 мм і 5,6 мм на системи органів людини при досить широкому наборі патологічних процесів. Показана ефективність класичної КВЧ-терапії в лікуванні захворювань центральної та периферичної нервової системи. Описано застосування різних апаратів і приладів для КВЧ-діагностики широкого спектру захворювань. КВЧ-терапія продемонструвала полілечебний ефект міліметрових хвиль. Вона характеризується відсутністю несприятливих віддалених результатів і побічних ефектів. Крім того, забезпечує можливість ефективної профілактики та лікування важких захворювань. Встановлено, що метод КВЧ-терапії може бути успішно використаний для лікування цереброваскулярних захворювань. Розглянуто застосування різних методів і способів визначення індивідуальної чутливості до КВЧ-терапії на клітинному рівні. Показано, що в процесі і після дії ЕМ-випромінювання на організм людини потрібно моніторити фізіологічний стан організму. Клітини буккального (защічного) епітелію (БЕ), доступні для прижиттєвого цитологічного дослідження, можуть служити джерелом важливої діагностичної та прогностичної інформації про стан здоров'я, вплив факторів зовнішнього середовища і патології організму людини. Відповідно до цього контроль динаміки дії КВЧ-терапії і дослідження функціонального стану людини можна визначати по зміні електрокінетичних властивостей клітинних ядер методом внутрішньоклітинного мікроелектрофорезу клітин БЕ людини. Виявлено, що існуючі методи і апарати не дозволяють в рамках одного апаратного комплексу проводити індивідуальний підбір, лікування та моніторинг ефективності КВЧ-терапії на всіх етапах лікування. Розглядаються гіпотези про фізичну природу дії мікрохвиль і вплив ЕМВ КВЧ діапазону на біологічні об'єкти різного рівня організації: клітини, тканини, органи і системи органів людини. Зокрема, дія КВЧ-випромінювання на клітини крові збільшує здатність еритроцитів крові транспортувати кисень, призводить до зменшення показника агрегації, збільшення індексу деформації і резистентності мембран еритроцитів, зростання коагуляційного потенціалу крові, зміни здатності тромбоцитів до агрегації. Проведено математичне моделювання проникнення ЕМВ КВЧ діапазону в поглинаючу рідину, на основі двовимірних скалярних електродинамічних рівнянь для об'єктів циліндричної конфігурації, що дозволяє знаходити розподіл електромагнітного поля в пристроях, які використовуються для проведення КВЧ-діагностики і КВЧ-терапії цереброваскулярних захворювань. Представлено опис методу КВЧ-аутогемотерапії в лікуванні цереброваскулярних захворювань. Метод являє собою синтез двох методів: КВЧ-терапії і аутогемотерапії. Переваги методу КВЧ-аутогемотерапії полягає в мінімізації контактів дози крові, забраної у хворого, з зовнішнім середовищем, в цьому випадку зберігається висока ймовірність стерильності. Вплив міліметрового випромінювання на кровоносну систему в комплексному лікуванні цереброваскулярної патології прискорює процеси загоєння пошкоджених тканин, сприяє стимуляції імунної системи та детоксикації організму. Запропоновано підхід до оцінки фізіологічного стану людини методом внутрішньоклітинного електрофорезу ядер клітин буккального епітелію. Описано біофізичні основи методу внутрішньоклітинного мікроелектрофорезу. В якості базового методу для розробки БЦБФ методу було використано метод кількісної оцінки електронегативності ядер клітин буккального епітелію людини. Показано перевагу БЦБФ методу в порівнянні з існуючими методами і способами оцінки індивідуальної чутливості до КВЧ-терапії на клітинному рівні. Вказана можливість швидко (час проведення дослідження 20 - 30 хв.) проводити моніторинг ефективності КВЧ-терапії, для своєчасної корекції на всіх етапах лікування. Аналіз існуючих апаратів і приладів показав відсутність апаратних комплексів, що дозволяють визначати індивідуальну чутливість до КВЧ-терапії на клітинному рівні, а також проводити лікування методом КВЧ-аутогемотерапії і при цьому здійснювати моніторинг ефективності терапії на всіх етапах лікування цереброваскулярної патології. Розроблено апаратний комплекс для діагностики, лікування і визначення ефективності КВЧ-терапії і описана його структура. Запропоновано модифіковану конструкцію резонатора, що дозволяє опромінювати клітини БЕ у водному середовищі. Проведено електродинамічне моделювання розподілу електромагнітного поля ЕМВ КВЧ діапазону в циліндричному резонаторі з великими і малими дозами поглинаючої рідини, за результатами моделювання виявлено, що ЕМП ефективно проникає в біологічну рідину. Для підвищення точності і зменшення часу дослідження запропонована вдосконалена конструкція камери для мікроелектрофорезу. Описано алгоритм роботи апаратного комплексу для діагностики, лікування і контролю ефективності лікування КВЧ-терапією. В якості основних методів розглядається метод КВЧ-аутогемотерапії для проведення лікування і БЦБФ метод для визначення фізіологічного стану організму пацієнтів, визначення індивідуальної чутливості до КВЧ-терапії, а також моніторингу процесу лікування. Представлені результати застосування апаратного комплексу з використанням БЦБФ метода для діагностики, лікування і контролю ефективності лікування методом КВЧ-аутогемотерапії хворих на дисциркуляторну енцефалопатію. Для дослідження зв'язку між параметрами БЦБФ методу, що характеризують результат «здоровий», проведено апробацію пристрою для опромінення клітин БЕ умовно здорових донорів. Критерієм відбору служило відсутність у донорів хронічних і гострих захворювань, зокрема цереброваскулярної патології. У результаті дослідження встановлено, що параметри клітин БЕ здорових донорів рівні в межах похибки, тобто вплив опромінення міліметрового діапазону практично не впливає на клітини БЕ здорових донорів. Проведені експериментальні дослідження показали можливість діагностики патологічних станів організму при цереброваскулярних захворюваннях шляхом реєстрації зміни функціональної активності клітин БЕ. Основним об'єктом дослідження був клітинний матеріал 127 хворих на дисциркуляторну енцефалопатію (ДЕ) I II ступеня і гостре порушення мозкового кровообігу до та після лікування в період 2011-2019 рр. Всі обстежувані особи перебували на стаціонарному лікуванні у КНП «МКЛ № 7» ХМР, м. Харків. Досліджено можливість застосування БЦБФ методу для визначення реакції клітин БЕ хворих на цереброваскулярну патологію in vitro на дію КВЧ-випромінювання з двома довжинами хвиль λ = 7,1 мм і λ = 5,6 мм. Експериментальні дослідження показали, що за характером і величиною відгуку клітин БЕ загальне число хворих розділилося на чотири групи з характерними для кожної групи особливостями зміни величини і спрямованості показників. Проведено порівняння реакції клітин БЕ на ЕМВ КВЧ діапазону (λ = 7,1 мм та λ = 5,6 мм), фіксується ідентична реакція клітин хворих. Відповідно отриманим результатам сформульовано підхід до діагностики індивідуальної чутливості до КВЧ-терапії. Підтверджено ефективність БФЦБ методу у визначенні чутливості хворого до КВЧ-терапії. Встановлено, що при впливі КВЧ-випромінювання присутній ефект зміни значень електоронегативності клітин БЕ хворих на дисциркуляторну енцефалопатію. Проведено моделювання in vitro дії КВЧ-аутогемотерапії на клітинах БЕ людини, показана ефективність даного методу лікування. Проведено аналіз повторних вимірювань показників клітин БЕ у хворих які отримували КВЧ-аутогемотерапію в динаміці до та після лікування. Дані, отримані за допомогою БЦБФ методу, корелюють з клінічними дослідженнями: за суб'єктивними критеріями спостерігалося клінічне поліпшення стану хворих: в почутті «підйому сил», «просвітлення» в голові, зниження рівня та тривалості головного болю, стомлюваності. Крім цього, спостерігалося поліпшення неврологічного стану: зменшення лицьової асиметрії, вестибуло-атактичного синдрому, поліпшення емоційного стану. Зниження вираженості неврологічних симптомів за шкалою Total Symptoms Score (TSS) становило 78 % в основній групі та 65 % в контрольній від начальних показників. Показано, що можливо ефективно визначати індивідуальну чутливість пацієнтів до КВЧ-терапії, проводити процедуру КВЧ-аутогемотерапії, а також здійснювати контроль ефективності лікування цереброваскулярних захворювань в рамках одного апаратного комплексу. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences in the specialty 05.11.17 "Biological and medical devices and systems" - O.Ya. Usikov Institute of Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 2021. The urgent scientific and applied problem of creating a hardware complex for diagnostics, treatment and monitoring of the effectiveness of treatment of patients with discirculatory encephalopathy using electromagnetic radiation of the EHF range has been solved. A multifunctional cytobiophysical (MCBPh) method has been developed that allows, within the framework of one hardware complex, to carry out an individual selection of EHF-therapy, and to determine the effectiveness of the EHF-autohemotherapy action at all stages of treatment. The urgency is substantiated, the scientific problem, the goal and objectives of the research, scientific novelty and practical significance of the work are formulated. The possibility of using EHF radiation of the millimeter range is shown, both for therapy and for determining the state of biological objects. The practical directions of application of modern devices and devices for EHF therapy and the possibility of obtaining various biological effects in clinical practice are considered. The universal nature of the action of EHF-therapy with the use of electromagnetic waves with the lengths of electromagnetic radiation of 7.1 mm and 5.6 mm on the systems of human organs with a fairly wide range of pathological processes has been determined. The efficiency of application of classical EHF-therapy in the treatment of diseases of the central and peripheral nervous system is shown. The application of various devices and devices for EHF-diagnostics of a wide range of diseases is described. It is shown that EHF-therapy has demonstrated the polytherapeutic effect of millimeter waves. It is characterized by the absence of adverse long-term results and side effects. In addition, it provides the possibility of effective prevention and treatment of severe and complex diseases. It has been established that the EHF-therapy method can be successfully used for the treatment of cerebrovascular diseases. The application of various methods and methods for determining individual sensitivity to EHF-therapy at the cellular level is considered. It is shown that during and after the action of EM radiation on the human body, monitoring of the physiological state of the body is required. It has been shown that buccal epithelium (BE) cells, available for intravital cytological examination, can serve as a source of important diagnostic and prognostic information about the state of health, the influence of environmental factors and pathology on the human body. In accordance with this, the control of the dynamics of the EHF-therapy action and the study of the functional state of a person can be determined by the change in the electrokinetic properties of cell nuclei by the method of intracellular microelectrophoresis of human BE cells. It was revealed that the existing methods and devices do not allow, within the framework of one hardware complex, to carry out an individual selection of EHF-therapy, treatment and monitoring of the effectiveness of EHF-therapy at all stages of treatment. Thus, there is no comprehensive approach to diagnosis, treatment with EHF-therapy and control of the effectiveness of treatment of cerebrovascular pathology, both medicamental and physiotherapeutic methods. The research framework has been determined: hypotheses about the physical nature of the biological action of microwaves, as well as the influence of EHF EMR on biological objects of different levels of organization: cells, tissues, organs and systems of human organs are considered. In particular, the effect of EHF radiation on blood cells increases the ability of blood erythrocytes to transport oxygen, leads to a decrease in the aggregation index, an increase in the deformation index and resistance of erythrocyte membranes, an increase in the coagulation potential of blood, and a change in the ability of platelets to aggregate. A mathematical model of millimeter-wave electromagnetic fields penetration into the absorbing fluid has been developed, based on two-dimensional scalar electrodynamic equations for objects of cylindrical configuration, which allows to find the distribution of electromagnetic field in devices used for EHF diagnostics and EHF therapy of cerebrovascular diseases. The description of the EHF-autohemotherapy method in the treatment of cerebrovascular diseases is presented. The method is a fusion of two techniques: EHF-therapy and autohemotherapy. The advantages of the EHF-autohemotherapy method is to minimize the contacts of the blood dose taken from the patient with the external environment, in this case, a high probability of sterility. The effect of millimeter radiation on the circulatory system in the complex treatment of cerebrovascular pathology accelerates the healing process of damaged tissues, stimulates the immune system and detoxifies the body. An approach to assessing the physiological state of a person by intracellular electrophoresis of buccal epithelial cell nuclei is proposed. The biophysical foundations of the method of intracellular microelectrophoresis are described. Electrophoretic mobility of cell nuclei is the migration of human BE cell nuclei in an electric field. It has been shown that the electric potential plays an important role in the transport of substances between the nucleus and the cytoplasm, and its maintenance at a certain level is necessary for the normal functioning of the cell and the organism as a whole. The method of quantitative assessment of the electronegativity of the nuclei of human buccal epithelium cells was taken as the basic method for determining the physiological state of the patient's body for the development of the MCBP method. The technique of microelectrophoresis of cell nuclei and determination of the electronegativity of the nuclei of BE cells to determine the basic parameters of the MCBPh technique is presented. The advantage of the MCBPh method in comparison with the existing methods and methods for assessing individual sensitivity to EHF-therapy at the cellular level is shown. Possibility is indicated to quickly (the time of the study is 15 - 20 minutes) to monitor the effectiveness of any type of therapy, including EHF-therapy for timely correction at all stages of treatment. The analysis of existing devices showed the absence of hardware complexes that allow to determine individual sensitivity to EHF-therapy at the cellular level, as well as to carry out treatment by the method of EHF-autohemotherapy and at the same time to monitor the effectiveness of therapy at all stages of treatment of cerebrovascular pathology. The structure of the hardware complex for diagnostics, treatment and control of the effectiveness of treatment with EHF-therapy is described. The distribution of the field in the device for irradiation of human biological fluids was investigated. A modified design of the resonator is proposed, which makes it possible to irradiate BE cells in an aqueous medium. To increase the accuracy and reduce the research time, an improved design of the microelectrophoresis chamber is proposed. The work of the hardware complex for diagnostics, treatment and control of the effectiveness of treatment with EHF-therapy is described. The method of EHF-autohemotherapy for treatment and MCBPh method for determining the physiological state of the patient's body, determining individual sensitivity to EHF-therapy, and monitoring the treatment process are considered as the main methods. The results of the use of the hardware complex using the MCBPh technique for diagnostics, treatment and control of the effectiveness of treatment by the method of EHF-autohemotherapy of patients with discirculatory encephalopathy are presented. To study the relationship between the parameters of the MCBP method, characterizing the result "healthy", the device for irradiation of BE cells of conventionally healthy donors was tested. The selection criterion was the absence of chronic and acute diseases in donors, in particular, cerebrovascular pathology. As a result of the study, it was found that the parameters of BE cells from healthy donors are equal within the error, i.e., the effect of mm irradiation has practically no effect on BE cells from healthy donors. Experimental studies have shown the possibility of diagnosing pathological conditions of the body in cerebrovascular diseases by recording changes in the functional activity of BE cells. The main object of the study was the cellular material of 127 patients with dyscirculatory encephalopathy (DE) I II degree and acute cerebrovascular accident before and after treatment in the period 2011-2019. All examined persons were inpatient treatment in KNP «MKL № 7» KHMR, Kharkiv. The possibility of using the MCBPh method for determining the response of EB cells of patients with cerebrovascular pathology in vitro to the action of EHF radiation with two wavelengths λ = 7.1 mm and λ = 5.6 mm was investigated. Experimental studies have shown that, according to the nature and magnitude of the response of BE cells, the total number of patients was divided into four groups with characteristics of the change in the magnitude and direction of indicators characteristic of each group. The comparison of the response of BE cells to the used radiation of the EHF range is carried out. In this case, an identical reaction of patients is recorded at the frequencies used. In accordance with the results obtained, an approach was formulated for the diagnosis of individual sensitivity to EHF-therapy. The effectiveness of the MFC method in determining the patient's sensitivity to EHF-therapy has been confirmed. The identical responses of BE cells to blood irradiation by the method of EHF-autohemotherapy and the direct effect of this radiation on BE cells are recorded. It was found that under the influence of EHF radiation there is an effect of changing the values of electronegativity of BE cells in patients with discirculatory encephalopathy. The in vitro modeling of the action of EHF-autohemotherapy on human BE cells was carried out; the effectiveness of this treatment method was shown. The research results show that the MCBPh method can be used with high efficiency to determine the state of the patient with DE and the productivity of the conducted EHF-therapy. The analysis of repeated measurements of BE cells in patients who received EHF-autohemotherapy as monotherapy in dynamics before and after treatment was carried out. An analysis of repeated measurements of BE cells in patients receiving EHF autohemotherapy in the dynamics before and after treatment. The data obtained using the BCBF method correlate with clinical studies: according to subjective criteria, there was a clinical improvement in the condition of patients: a feeling of "lifting strength", "enlightenment" in the head, reducing the level and duration of headache, fatigue. In addition, there was an improvement in neurological status: reduction of facial asymmetry, vestibulo-atactic syndrome, improvement of emotional state. Reduction in the severity of neurological symptoms on the Total Symptoms Score (TSS) scale was 78% in the main group and 65% in the control from baseline. The effectiveness of using the MCBPh method for determining individual sensitivity to EHF-therapy, assessing the dynamics of the course of the disease and the effectiveness of therapy in patients with DE was experimentally confirmed.

Для скрінінгу стану здоров’я людини та діагностики серцево-судинної системи часто використовують системи та апарати електрокардіографії(ЕКГ). В основі електрокардіографії лежить процес зняття біоелектричних потенціалів серцевих скорочень, з електродів , що знаходяться на поверхні тіла пацієнта. Сигнали, отриманих ЕКГ, мають амплітудну складову біля ± 3 мВ та частоти від 0,05 Гц до 150 Гц. Діагностично важливий зубець Т має частоту від 4 до 7 Гц, тоді як зубці R і P - від 10 до 17 Гц. Потенціал контакту між шкірою та електродом може додати приріст 300 мВ зміщення сигналу постійного струму до електрода за рахунок клітинного потенціалу тіла людини. Інші компоненти діагностичного сигналу включають складові шуму та перешкоди на частотах (50- 60) Гц від ліній електропостачання, які відфільтровують. Розроблена портативна система ЕКГ забезпечує достатню точність діагностики та, є достовірним та безпечним контролем стану здоров’я людини. Процеси замірів градієнтів температури в зоні виміру відбуваються комплексно в взаємодії з спеціалізованим датчиком.

Актуальність теми Проблема стимуляції біологічних тканин бере свій початок з відносно не давнього часу. Вивчення впливу на біологічні тканини різноманітних методів стимуляції, широко за допомогою сучасних приладів і методів, що застосовуються в медичних і наукових закладах світу, розпочалось зі зростанням можливостей цих приладів. Науковий прогрес привів до того, що з’явилась необхідність в підвищенні термінів відновленні біологічних тканин, а також можливості їх стимуляції для покращення показників організмів на окремих ділянках, так і в цілому. Процес стимуляції дуже важливий тому його необхідно постійно контролювати, щоб не досягти зворотного ефекту дії на біологічні тканини. Використовуючи діагностику процесу стимуляції біологічних тканин досягається, точність виконання медичної процедури, контролюється її вплив, унеможливлюється вірогідність шкідливого впливу на біологічні тканини. Мета й завдання дослідження 1. Мета дослідження – оцінка впливу різних методів та засобів стимуляції біологічних тканин електричним струмом з контролем під час процедури. 2. Завдання дослідження: a. Огляд, аналіз та класифікація методів та засобів стимуляції біологічних тканин; b. Огляд, аналіз та класифікація методів та засобів діагностування стану біологічних тканин c. Модель системи стимуляції біологічних тканин з діагностикою d. Дія системи стимуляції біологічних тканин, визначення ефекту процедури; e. Проведення експериментів стимуляції біологічних тканин з діагностикою. Об’єкт дослідження Методи і засоби стимуляції біологічних тканин Предмет дослідження Параметри що впливають на стимуляцію біологічних тканин, їх діагностика, визначення впливу на організм. Методи дослідження В магістерській десертації використані різноманітні методи моделювання: статистичний аналіз результатів дослідження, методи математичного моделювання, метою яких було визначення аналітичної різниці між методами стимуляції біологічних тканин. Методика реалізації поставлених задач Завдання магістерської роботи виконуються проведенням експериментів над пацієнтів людей різними за віком і статю, розробкою математичної моделі стимуляції на біологічну тканину та послідовною діагностикою стану пацієнта. Отримано великий обсяг даних і занесено в відповідні бази для подальшого опрацювання, на основі баз з результатами проводились розрахунки в розрізі методів стимуляції біологічних тканин, а на основі отриманих результатів, побудовані результуючі графіки. Наукова новизна одержаних результатів Встановлено диференціальну оцінку параметрів систем стимуляції біологічних тканин. Actuality of theme The problem of stimulation of biological tissues originates from a relatively long time ago. The study of the influence on biological tissues of various stimulation methods, widely using modern devices and methods used in medical and scientific institutions of the world, began with the increase of the capabilities of these devices. Scientific advances have led to the need to increase the timing of biological tissues, as well as to stimulate them to improve the performance of organisms in particular areas and in general. The process of stimulation is very important, so it must be constantly monitored in order not to reverse the effect on biological tissues. Using the diagnosis of the process of stimulation of biological tissues is achieved, the accuracy of the medical procedure, controls its impact, prevents the likelihood of adverse effects on biological tissues. The purpose and objectives of the study 1. The purpose of the study is to evaluate the effects of various methods and means of stimulating biological tissues with electrical current with control during the procedure. 2. The objectives of the study: a. Review, analysis and classification of biological tissue stimulation methods and means; b. Review, analysis and classification of methods and means of diagnosing the state of biological tissues c. Model of biological tissue stimulation system with diagnostics d. Effect of biological tissue stimulation system, determination of effect of procedure; e. Conducting biological tissue stimulation experiments with diagnostics. Object of study Methods and means of stimulation of biological tissues Subject of study Parameters that influence the stimulation of biological tissues, their diagnosis, determination of effects on the body. Research methods A variety of modeling methods were used in the master's thesis: statistical analysis of the results of the study, methods of mathematical modeling, the purpose of which was to determine the analytical difference between the methods of stimulation of biological tissues. Methods of realization of the set tasks The tasks of the master's work are performed by conducting experiments on patients of people of different age and gender, development of a mathematical model of stimulation on biological tissue and sequential diagnosis of the patient's condition. A large amount of data was obtained and stored in appropriate databases for further processing, on the basis of the bases with the results calculations were made in the context of methods of stimulation of biological tissues, and on the basis of the obtained results, the resulting graphs were constructed. Scientific novelty of the obtained results Differential estimation of parameters of biological tissue stimulation systems is established.

Тема роботи: “Оптимізація параметрів електропорації для лабораторних досліджень”. Обсяг пояснювальної записки становить 70 сторінок, міститься 24 ілюстрації, 17 таблиць, 15 формул. Загалом опрацьовано 42 інформаційних джерела . Моделювання є одним з основних етапів створення кінцевого продукту у будь-якій галузі. За рахунок моделювання процесів, які є основою для проведення електропорації, з’явиться можливість оцінити ефективність надходження ліків безпосередньо до пухлини, не вводячи дані ліки через весь організм. На основі моделі будуть підібрані параметри, які необхідні для подальшого створення макету приладу для проведення лабораторних досліджень. Метою роботи є підтвердити ефективність електропорації на комп’ютерній моделі тканини пухлини в середовищі COMSOL та на основі отриманих даних оптимізувати параметри модулів макету для подальшої демонстрації методу електропорації під час лабораторних досліджень. Для досягнення мети МД були поставлені наступні завдання: - проаналізувати інформаційні та патентні джерела та теоретично обґрунтувати застосування методу електропорації в різних областях; - проаналізувати літературні джерела та на їх основі розробити віртуальний прилад в середовищі LabView; - провести розрахунок біоперегрівання біологічної тканини та впливу електромагнітного нагрівання; - змоделювати фізіологічні процеси в тканинах на моделі при застосуванні електропорації в середовищі COMSOL; - визначити структурну схему програмного-апаратного комплексу для електропорації; - обрати відповідні параметри з моделі та оптимізувати їх для подальшого відтворення на макеті; - провести ряд експериментів та проаналізувати результати; - забезпечити захист користувача під час проведення досліджень. Об’єктом дослідження є фізичні та біологічні характеристики електропорації. Предметом дослідження виступають біологічні характеристики тканин, фізичні моделі створені в програмних середовищах COMSOL, LabView та макет модулю приладу з використанням Arduino. У магістерській дисертації підтверджено ефективність електропорації під час використання у різних областях, безпосередньо під час електрохіміотерапії у порівнянні з іншими існуючими методами лікування онкозахворювань. Це обумовлено тим, що під час електропорації використовуються можливості клітин, які здатні усувати проблеми на клітинному рівні. Згідно до дослідження в якому порівнювалась оборотна та необоротна електропорація в середовищі COMSOL, визначено, що метод є ефективним, безпечним та температурної деструкції не відбувається. За допомогою пристороїв, що належать до мікропроцесорної техніки, створено та перевірено макет мікропроцесорного модулю електропоратору, який запрограмовано в середовищі Arduino. Theme of work: “Optimization of electroporation parameters for laboratory research”. The volume of the master’s dissertation is 70 pages, contains 24 figures, 17 tables, 15 formulas. In general, 42 sources were processed. Simulation is one of the key steps in creating the end product in any industry. By reproducing the processes underlying electroporation, it will be possible to evaluate the effectiveness of drug delivery directly to the tumor without introducing the drug into the body. Based on the model, the parameters that will be needed to further create the layout of the instrument for laboratory testing will be selected. The purpose of thе work is to confirm the effectiveness of electroporation on a computer model of tumor tissue in COMSOL and to optimize the parameters of the layout components in order to further demonstrate the electroporation method during laboratory tests. To achieve the MD goal were set the following objectives: - analyze information and patent sources and theoretically substantiate the application of the electroporation method in different fields; - to analyze literary sources and to develop a virtual device on the basis of LabView; - to calculate the biological tissue overheating and the effect of electromagnetic heating; - to model physiological processes in tissues during electroporation on the model in COMSOL; - determine the structural diagram of the software-hardware complex for electroporation; - select the appropriate parameters from the model and optimize them for further reproduction on the layout; - carry out a number of experiments and analyze the results; - protect the user during research. The object of research is the physical and biological characteristics of electroporation. The subject of research is biological tissue characteristics, physical models created in COMSOL, LabView, and Arduino device module layout. The master’s dissertation confirmed the efficacy of electroporation during use in various fields, directly during electrochemotherapy compared to other existing cancer treatments. This is due to the fact that electroporation uses the capabilities of cells capable of eliminating problems at the cellular level. According to a study comparing reverse and irreversible electroporation in COMSOL, it was determined that the method is efficient, safe and temperature-free. Microprocessor-based devices have created and tested the layout of the microprocessor module of the electroporator programmed in the Arduino environment.

Обсяг пояснювальної записки становить 71 сторінку, міститься 37 ілюстрації, 20 таблиць, 5 формул. Загалом опрацьовано 34 інформаційних джерела. Екстракорпоральна мембранна оксигенація є найбільш вживаним на сьогоднішній день методом заміщення функцій серця та легень і підтримки життя пацієнта протягом довготривалого часу. Завдяки верифікації систем контролю газового складу крові в реальному часі з'явиться можливість більш точної регуляції подачі кисню в апарат ЕКМО і тим самим забезпечити адекватність проведення перфузії, яка є основним завданням процедури екстракорпоральної мембранної оксигенації. Метою роботи є підтвердити ефективність повірки оптичних та амперометричних систем контролю газового складу крові в реальному часі та на основі отриманих даних оптимізувати лабораторний макет коригуючого модуля для роботи з різними системами контролю, що базуються на оптичних та амперометричних методах вимірювання. Для досягнення мети МД були поставлені наступні задачі: - проаналізувати інформаційні джерела та теоретично обґрунтувати наявність похибок вимірювання в існуючих системах; - проаналізувати літературні джерела та на їх основі розробити метод верифікації датчиків за еталонним сигналом в реальному часі; - провести розрахунок апаратної похибки створюваної системи та її компенсація для отримання еталонного сигналу; - розробити алгоритм роботи коригуючого модуля; - розробити функціональну схему системи та на її основі створити лабораторний макет; - провести ряд експериментів та проаналізувати отримані результати; - провести калібрування системи для забезпечення максимальної точності роботи. Об'єктом дослідження є показники точності оптичних та амперометричних систем контролю газового складу крові. Предметом дослідження є частотні характеристики датчиків насичення крові киснем, парціального тиску кисню і вуглекислого газу в крові та макет коригуючого модуля на апаратно – обчислювальній платформі ArduinoUno. В магістерській дисертації доведено ефективність використання коригуючого модуля для автоматичної верифікації існуючих систем контролю газового складу крові. Це пояснюється тим, що з часом точність даних систем істотно знижується і негативно впливає на якість проведення процедури екстракорпоральної мембранної оксигенації. Згідно даним, отриманим експериментальним шляхом, було встановлено, що верифікація датчиків в реальному часі за еталонним сигналом є доволі ефективним методом підвищення точності вимірювань. The volume of the master’s dissertation is 71 pages, contains 37 figures, 20 tables, 5 formulas. In general, 34 sources were processed. Extracorporeal membrane oxygenation is the most commonly used method of replacement of cardiac and pulmonary function and maintenance of the patient's life for a long time. By verifying the systems of control of the gas composition of blood in real time, it will be possible to more precisely regulate the oxygen supply to the ECMO apparatus and thereby ensure the adequacy of perfusion, which is the main task of the extracorporeal membrane oxygenation procedure. The purpose of this work is to confirm the efficiency of real-time verification of optical and amperometric blood gas monitoring systems and to optimize the laboratory model of the correction module based on the obtained data for work with different control systems based on optical and amperometric measurement methods. To achieve the MD goal, the following tasks were set: - analyze information sources and theoretically substantiate the existence of measurement errors in existing systems; - to analyze literary sources and to develop on them basis method of verification of sensors by reference signal in real time; - to calculate the hardware error of the created system and its compensation for receiving the reference signal; - to develop algorithm of work of the corrective module; - to develop a functional scheme of the system and to create a laboratory layout on its basis; - carry out a number of experiments and analyze the results obtained; - calibrate the system to ensure maximum accuracy. The object of the study is the accuracy of optical and amperometric control systems of blood gas composition. The subject of the study is the frequency characteristics of oxygen saturation sensors, the partial pressure of oxygen and carbon dioxide in the blood and the layout of the correction module on the hardware - computing platform Arduino Uno. The master's thesis proved the effectiveness of using the corrective module for automatic verification of existing blood gas control systems. This is because over time, the accuracy of these systems significantly decreases and adversely affects the quality of the procedure of extracorporeal membrane oxygenation. According to the experimental data, it was found that the verification of sensors in real time by a reference signal is a rather effective method of improving the accuracy of measurements.

Introduction. The article presents the results of a combination of ultrasound diagnostics and neurostimulationof axillary blockade in patients undergoing surgery on the upper extremity.Purpose. Introduction of axillary block of the brachialplexus under the simultaneous control of ultrasound and neurostimulator to the clinical practice.Materials and methods: The study included 15 patients undergoing regional anesthesia under ultrasound and neurostimulator control. The examination was performed using a Zonare One ultrasound device using a high-frequency linear sensor. Stimuplex HNS 12 (BBraun) neurostimulator was used. As a local anesthetic used a 0.5% solution of bupivacaine.Results of the study and discussion. Patients underwent axillary block of the brachial plexus. Efectiveness ofanesthesia was determined on a digital rating scale, from 1 to 10. In 13 patients, the score was “0” until 7 hours after the block. The use of ultrasound makes it possible to visualize anatomical structures even at their atypical location, and to bring the needle to these structures under direct vision control. This greatly speeds up the manipulation and reduces the risk of an inefficient block.Conclusion. The combination of ultrasound imaging and neurostimulation to block the nerves of the brachial plexus from axillary access allows one to obtain a sufficient level of anesthesia and reduce the risk of unintended vascular puncture in all cases., Вступ. У статті представлені результати поєднання ультразвукової діагностики та нейростимуляції для проведення аксилярної блокади у пацієнтів, яким проводилися оперативні втручання на верхній кінцівці.Мета дослідження. Впровадження в клінічну практику аксилярної блокади плечового сплетіння під одночасним контролем ультразвуку та нейростимулятора.Матеріали та методи. У дослідження було включено 15 пацієнтів, яким виконано реґіонарну анестезію під контролем УЗД та нейростимулятора. Обстеження проводилося за допомогою ультразвукового апарату Zonare One з використанням високочастотного лінійного датчика. Використовувався нейростимулятор Stimuplex HNS 12 (BBraun). Як місцевий анестетик використовували 0,5% розчин бупівакаїну.Результати досліджень та їх обговорення. Пацієнтам проводилася аксилярна блокада плечового сплетіння. Ефективність знеболення визначали по цифровій рейтинговій шкалі, від 1 до 10. В 13 пацієнтів оцінка була «0» до 7 годин після проведення блокади. Застосування ультразвуку дає змогу візуалізувати анатомічні структури навіть при їх нетиповому розташуванні, а також підвести голку до цих структур під безпосереднім контролем зору. Це значно прискорює виконання маніпуляції і зменшує ризики неефективного блоку.Висновки. Поєднання ультразвукової візуалізації та нейростимуляціїї для проведення блокади нервів плечового сплетіння із аксилярного доступа дає можливість отримати достатній рівень анестезії та знизити ризик ненавмисної пункції судин у всіх випадках.

Автоматизована система стимуляції і діагностики біологічних тканин (БТ) використовує способі електростимуляції БТ з дією на пацієнта різними струмами в діапазоні струму (0 - 30,0) мА, частоти (0,1 - 99,9) Гц та часу (0,1 – 9,9) мс. Така дія струмами різного виду на пацієнта та визваний ними ефект знаходиться під контролем з вимірюванням значень струму на тілі пацієнта в межах зони впливу та температури в даному місці з початку фізіотерапевтичної процедури і до її закінчення. Дана автоматизована система забезпечує максимальну ефективність біо стимуляції м’яких тканин та м’язів, з достовірним та безпечним контролем фізіотерапевтичної процедури. Процеси замірів градієнтів температури в зоні впливу відбуваються комплексно в взаємодії з спеціалізованим датчиком.

Система стимуляції біологічних тканин (БТ) з діагностикою базується на способі імпульсної електростимуляції БТ з впливом на пацієнта імпульсними струмом різних видів , в межах діапазону по струмі (0 - 30,0) мА, що характеризується частотою проходження імпульсів (0,1 - 99,9) Гц та тривалістю імпульсів в інтервалі (0,1 – 9,9) мс. Процес впливу імпульсним струмом на пацієнта та їх ефект контролюють шляхом заміру значень струму на ділянці тіла пацієнта в зоні його дії та значенням температури в цій же зоні в період з початку процедури впливу і до її закінчення. Така система забезпечує високу ефективність біостимуляції м’язів, з надійним та безпечним контролем фізіотерапевтичного впливу. Вимір градієнтів температури виконують за допомогою спеціально вбудованого в систему датчика.

『くまだい研究フェア』における発表資料

Обсяг магістерської дисертації становить 80 сторінок, містить 59 рисунків, 5 таблиць, 2 додатки. Загалом було опрацьовано 68 джерела. Робота присвячена створень макету приладу вітчизняного електропоратора, для лікування дефектів шкіри. Метод електропорації широко використовується в різних областях, і однією з них є косметологія. На світовому ринку є вибір електропораторів з різними характеристиками створених в основному в Китаї, США, Німеччині. Метою роботи є обґрунтування доцільності використання електропорації, та визначення основних характеристик для створення вітчизняного макету електропоратору. Об’єктом дослідження є фізичні та біологічні характеристики електропорації. Предметом дослідження є біологічні характеристики шкіри та фізична і електрична моделі створені в програмних середовищах Comsol та Micro-Cap. У магістерській дисертації обґрунтовано ефективність електропорації порівняно з іншими існуючими методами лікування дефектів шкіри, оскільки метод використовує природні можливості клітин і націлений на усунення проблеми з середини (на клітинному рівні). Електропорація є безпечною, не викликає ніяких неприємних відчуттів та наслідків. За проведених досліджень, електропорацію можна використовувати при лікуванні косметологічних проблем шкіри, больових синдромах, боротьби з надлишком жиру в шкірі і для живлення волосяних фолікулів, оскільки вплив електромагнітних імпульсів проходить в глиб шкіри, аж до гіподерми, згідно з дослідженню в середовищі Comsol. Метод електропорації не викликає контактних термічних опіків, що показало дослідження температури, у вищевказаному середовищі. В середовищі Micro-Cap створено принципову електричну схему і перевірено її вплив на електричній моделі шкіри. На основі відомих літературних даних та проведених теоретичних експериментів створено електроди і макет електропоратору. Ключові слова: електропорація, електропоратор, електричний пробій мембрани, аквапорація, електрична схема електропоратору, макет електропоратору. The volume of the master's dissertation is 80 pages, contains 59 figures, 5 tables, 2 applications. In general, 68 sources were processed. The work is devoted to the creation of a model device of the domestic electroporator, for the treatment of skin defects. The method of electroporation is widely used in various fields, and one of them is cosmetology. On the world market, there is a selection of electroporators with different characteristics created mainly in China, USA, and Germany. The purpose of the work is to substantiate the feasibility of using electroporation, and to determine the main characteristics for the creation of the domestic model of the electroporation. The object of research is the physical and biological characteristics of electroporation. The subject of the study is the biological characteristics of the skin and the physical and electrical models are created in the software environments Comsol and Micro-Cap. In the master's dissertation the efficiency of electroporation is substantiated in comparison with other existing methods of treatment of skin defects, since the method uses the natural possibilities of cells and aims to eliminate the problem from the middle (at the cellular level). The electroporation is safe, does not cause any unpleasant feelings and consequences. For conducted research, electroporation can be used in the treatment of cosmetic skin problems, pain syndromes, and the fight against excessive fat in the skin, and to feed the hair follicles, as the effect of electromagnetic pulses passes deep into the skin, up to the hypodermis, according to a study in the environment in Comsol. The method of electroporation does not cause contact thermal burns, as indicated by the temperature study, in the above medium. In the Micro-Cap environment, a basic electrical circuit was created and its influence on the electric skin model was checked. On the basis of well-known literary data and theoretical experiments, electrodes and a mockup electroporator were created. Keywords: electroporation, electroporator, electrical breakdown of the membrane, aquaporation, electrical circuit of an electroporator, electroporator model.

Обсяг магістерської дисертації становить 75 сторінок, містить 43 рисунка. Загалом було опрацьовано 46 джерел. Робота присвячена створення дзеркальної 3D моделі втраченого фрагменту кінцівки за допомогою програмного середовища NI LabVIEW. Середовищем розробки і моделювання було обрано NI LabVIEW, оскільки, по-перше, в ньому доступна величезна кількість готових фрагментів коду, а по-друге, найважливіша для цілей роботи підпрограма 3D Image Reconstructor в цьому середовищі має відкритий код на відміну від широко відомих засобів, наприклад, 3D Doctor, Mimix. Це дозволяє змінювати відповідні алгоритми, додавати підпрограми обробки та фільтрації. Метою роботи є створення програмного засобу для 3D-моделювання прототипів протезів відсутніх фрагментів скелету пацієнтів на основі інформації КТ-зображень шляхом їх перетворень та 3D-фільтрації адаптивними фільтрами. Об’єктом дослідження є знімки комп’ютерної томографії. Предметом дослідження виступають 3Dмоделі кісткових біологічних об’єктів створенні у програмному середовищі NI LabVIEW. Новизна роботи полягає в пропозиції засобів моделювання прототипів протезів на основі 3D-реконструкції КТ-зображень із дзеркальним відображенням симетричних фрагментів скелету пацієнта та в розробці необхідних для цього 3-вимірних фільтрів, які є узагальненням відповідних відомих 2-вимірних фільтрів. Практична значимість пов’язана з удосконаленням технологій виготовлення протезів, їх адаптації до індивідуальних особливостей пацієнта, прискоренням та здешевленням виробничого процесу. Щодо напрямів продовження досліджень пропонується подальша розробка інструментарію обробки комп’ютерних 3D-моделей шляхом використання аналогій з широким асортиментом відомих методів обробки 2-вимірних зображень. The volume of the master's dissertation is 75 pages, contains 43 figures. In total, 46 sources were processed. The work is devoted to the creation of a mirror 3D model of the lost limb fragment using the NI LabVIEW software environment. The NI LabVIEW was chosen as the development and modeling environment, because, firstly, there is a huge amount of ready-made code snippets available, and secondly, the 3D-Image Reconstructor subroutine in this environment has open source code, unlike the well-known tools, such as 3D Doctor, Mimix. This allows you to modify the corresponding algorithms, add processing routines and filtering. The aim of the work is to create a software tool for 3D modeling of prototype prosthetics of missing fragments of patients skeleton on the basis of CT image information through their transformations and 3D-filtering with adaptive filters. The object of the study is the images of computer tomography. The subject of the study is the 3D model of bone biological objects created in the software environment NI LabVIEW. The novelty of the work is the suggestion of simulation prototype prototype based on 3D-reconstruction of CT images with mirror image of the symmetric fragments of the patient's skeleton and in the development of the necessary 3-dimensional filters, which are a generalization of the corresponding well-known 2-dimensional filters. Practical significance is connected with the improvement of prosthetic technologies, their adaptation to individual patient characteristics, acceleration and cheapening of the production process. Regarding the directions of further research, further development of tools for processing computer 3D models is proposed by using analogies with a wide range of known methods for processing 2-dimensional images.

Подано аналіз законів квадратичної ірраціональності коренів квадратного рівняння з коефіцієнтами, що описують пропорційний розподіл цілого числа на дві нерівні частини та характеристичне рівняння рекурентного співвідношення другого порядку. Показано, що на фазовій діаграмі існує безліч ірраціональних значень коренів з властивостями, подібними до властивостей класичних “золотих” чисел φ + = 2 (-1 + V5 )= +0.618... and φ+ = 2 (1 + V5 )= +1.618... In this paper an analysis of the laws of quadratic irrationality of the roots of the quadratic equation with modulus coefficients is described , which describes the proportional division of the whole into two unequal parts and the characteristic equation of the second order recurrence relation. It is shown that in the phase diagram there exists a set of irrational values of the roots with properties similar to those of the classical “golden” numbers φ + = 2 (-1 + V5 )= +0.618... and φ+ = 2 (1 + V5 )= +1.618...

Практична реалізація адаптивного керування в магнітотерапевтичних апаратах набуває актуального значення на сучасному етапі розвитку магнітотерапії. Запропоновано структурну схему способу адаптивної імпульсної магнітотерапії та алгоритм адаптивного керування сигналом зворотного зв'язку під час процедури магнітотерапії. Зворотний зв'язок в магнітотерапевтичному комплексі реалізується внаслідок контролю магнітної індукції та аналізу фізіологічних показників (температури, пульсу, артеріального тиску, сатурації) людини. Проведено порівняльний аналіз лікувальної ефективності запропонованого способу адаптивної імпульсної магнітотерапії та промиcлових магнітотерапевтичних апаратів, який показує переваги використання адаптивного зворотного зв'язку. Practical realization of adaptive control in magnetotherapy apparatus acquires an actual importance on the modern stage of development of magnetotherapy. The structural scheme of method of adaptive impulsive magnetotherapy and algorithm of adaptive control of feed-back signal during procedure of magnetotherapy is represented. A feed-back in magnetotherapy complex will be realized with control of magnetic induction and analysis of man's physiological indexes (temperature, pulse, blood prassure, saturation). The comparative analysis of medical effectiveness of proposed adaptive method of impulsive magnetotherapy and industrial apparatus, that shows advantages of the use to adaptive feed-back, is represented. Практическая реализация адаптивного управления в магнитотерапевтичних аппаратах приобретает актуальное значение на современном этапе развития магнитотерапии. Предложена структурная схема способа адаптивной импульсной магнитотерапии и алгоритм адаптивного управления сигналом обратной связи во время процедуры магнитотерапии. Обратная связь в магнитотерапевтическом комплексе реализуется за счет контроля магнитной индукции и анализа физиологических показателей (температуры, пульса, артериального давления, сатурации) человека. Проведен сравнительный анализ лечебной эффективности предложенного способа адаптивной импульсной магнитотерапии и промышленных магнитотерапевтичних аппаратов, который показывает преимущества использования адаптивной обратной связи.