Междисциплинарный подход в задачах регенеративной медицины. Рубрика в журнале - Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление
Моделирование пульсирующих потоков крови для задач оптической когерентной томографии в офтальмологии
Статья
Оптическая когерентная томография - метод неинвазивной медицинской диагностики, основанный на зондировании исследуемого биообъекта излучением ближнего инфракрасного диапазона с последующим детектированием и анализом обратно отраженного и рассеянного назад потока фотонов. Большинство систем оптической когерентной томографии используется в офтальмологии для диагностики состояния сетчатки, зрительного нерва и переднего отрезка глаза. Целью проводимых исследований является повышение достоверности физического моделирования сетчатки глаза на основе использования фантомов, в которых достигается имитация деформаций и вибраций стенок кровеносных сосудов. Описываются методы формирования фантома сетчатки глаза, содержащего специальные полости (имитаторы кровеносных сосудов) пригодные для прокачивания кровеимитирующей жидкости. Сетчатка глаза моделируется как многослойная структура. Матриксом для каждого слоя является двухкомпонентный прозрачный жидкий силикон. В качестве поглощающего агента применяется спектральный краситель Indian ink. Частицы диоксида титана служат рассеивателями. Слои формируются последовательно от нижнего (сосудистая оболочка) до верхнего (внутренняя пограничная мембрана). Массовые доли специальных добавок, как и толщина каждого слоя, подбираются индивидуально. Все кровеносные сосуды представлены в виде протяженных связанных полостей. Формирование основания и сложной сети моделируемых кровеносных сосудов выполняется посредством технологии трехмерной печати. Представлено техническое устройство для формирования пульсирующих потоков крови в фантомах сетчатки глаза, содержащих в своем составе имитаторы кровеносных сосудов и насос с регулируемым потоком для прокачки кровеимитирующей жидкости, электромоторов и вибромотора для регулируемых деформаций и вибраций стенок гибкой трубки. При изменении в установке характеристик работы насоса и вибромотора в формируемом ламинарном потоке в микротрубке создаются турбулентности, что приближает достоверность имитации кровотока в сосудах. С использованием разработанного устройства проведены исследования методом оптической когерентной томографии пульсирующего потока в микротрубках, имитирующих кровеносные сосуды. Разработанные фантомы и устройство могут быть использованы для тестирования офтальмологических ультразвуковых и систем оптической когерентной томографии, при проведении научных биомедицинских исследований, в задачах разработки и отладки новых модификаций метода оптической когерентной томографии.
Бесплатно
Подход к анализу рисков здоровью на основе модели феномики
Статья
В последнее время прослеживается тенденция к интеграции различных направлений в медицине для достижения результата - здоровья человека, что является следствием неудовлетворенности достигнутыми результатами. Цель работы - на основе анализа современных методов оценки риска здоровью и системного подхода к развитию теории общей патологии и общей теории адаптации организма человека к окружающей среде обосновать преимущества нового подхода к оценке риска здоровью. Использованные методы и подходы. Общее состояния организма определяется методом анализа вариабельности сердечного ритма. Оценка активности систем организма основана на расшифровке спектра сердечного ритма, спектра электромагнитного излучения человека. Системный подход к персонализированной оценке риска здоровью исходит из того, что организм человека - это не набор органов и клеток, а целостная сложная система, в которой все элементы функционируют на тонком балансе взаимодействий между собой. Сущность болезни определяется не столько влиянием внешних факторов, сколько эндогенными особенностями организма. Для аналитического анализа реакции организма на факторы внешней среды рассматривается подход на основе модели феномики. Основные результаты. Модель организма представлена нормами реакции ее компонентов и схемой их взаимодействия. Этот объем данных достаточен для аналитической оценки вероятности дисфункции систем с низкими нормами реакции, осуществляемой с помощью комплексного учета влияния на них доминирующих центральной нервной системы и существенной системы (имеющей наибольшую норму реакции). Выводы. Использование системного анализа превращает эмпирическую медицину в аналитическую. Анализ риска здоровью на основе модели феномики указывает не только на риск дисфункции системы, но и на причину в качестве объектов профилактических воздействий. Модель феномики может выступать в качестве основы искусственного интеллекта в интересах повышения эффективности врачебной деятельности.
Бесплатно
Статья
Представлены результаты обобщения многолетнего практического опыта и экспериментальные данные по созданию костных имплантатов для решения актуальных задач регенеративной медицины опорно-двигательного аппарата. Обсуждены преимущества авторских разработок инновационных методов физико-механического разделения (резки) кости, составляющих основу современных технологий и характеризующихся высокой производительностью для удовлетворения постоянно возрастающей потребности в костно-пластическом материале высокого качества. Изучена возможность использования альтернативных источников - ксеноматериала (кости быка, свиньи) ввиду дефицита донорского материала - костей человека - из-за существующих ограничений, препятствующих возможности их получения в достаточном количестве. Предложены и экспериментально апробированы технологии контролируемого получения костных имплантатов с различным композиционным составом с учетом их функционального назначения в соответствии с заданными требованиями, включая выполнение роли носителя лекарственных средств для адресной доставки их в зону оперативного вмешательства. Особое внимание уделено вопросам обеспечения высокого качества поверхности биоимплантатов (оптимальная степень ее шероховатости, морфофункциональные особенности, элементный состав), прямой связи этой характеристики с эффективностью применения костно-пластического материала в биоимплантологии. Акцентировано внимание на целесообразности использования в биоимплантологии современного высокотехнологичного метода объективной регистрации - элементного анализа для обеспечения высокого качества, безопасности имплантатов на основе биологических тканей, получения комплексной структурно-функциональной характеристики с учетом состава биологических тканей. Отмечена важность надежной стерилизации биоимплантатов, обеспечивающей безопасность реципиента, медицинского персонала клиник и банков тканей. Проведен анализ направлений дальнейшего развития методов стерилизации, перспективы использования технологий комбинированной стерилизации биоимплантатов, позволяющих достичь синергетического эффекта стерилизующего воздействия физико-химических факторов различной природы - озоновой обработки и ионизирующего излучения. Рассмотрены возможности использования установленных преимуществ указанных методик при одновременном снижении степени воздействия, побочных эффектов каждого из этих мощных стерилизующих факторов в отдельности. Показана роль междисциплинарной интеграции, объединения усилий представителей смежных областей науки в развитии методов пробоподготовки, стерилизации, объективной регистрации структурно-функционального состояния костных имплантатов для решения задач регенеративной медицины.
Бесплатно
