Магистрантка ТПУ создает уникальный прибор для экспресс-диагностики мозга

Проект Кристины Тимченко получил двухлетнюю поддержку Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, став одним из лучших на региональном смотре-конкурсе УМНИК. Выигранный грант позволит финансировать дальнейшие исследования и создать прототип прибора.

Оптоэлектронная система для диагностики гематом мозга, разрабатываемая магистранткой кафедры промышленной и медицинской электроники Кристиной Тимченко, станет уникальным прибором, не имеющим аналогов на отечественном рынке медицинской техники. Он позволит с высокой точностью выявлять серьезные последствия травм головного мозга – гематомы, их локализацию и объем.

Сегодня диагностировать гематому мозга возможно только в больничных условиях, пройдя одну из дорогостоящих процедур: магнитно-резонансную (МРТ) или компьютерную томографию (КТ). К недостаткам этих методов исследования, помимо высокой себестоимости и обязательно поликлинических условий, также относятся требования к квалификации специалистов, проводящих томографию и ряд противопоказаний для некоторых групп пациентов, например тех, кто имеет кардиостимулятор, импланты, избыточный вес и прочее.

Новая оптоэлектронная система диагностики станет компактной альтернативой МРТ и КТ.

– В небольших населенных пунктах или в условиях военных действий, чрезвычайных происшествий: аварий, природных катаклизмов — невозможно обеспечить проведение томографии незамедлительно, — поясняет Кристина Тимченко. – Но когда речь идет о гематоме мозга, любое временное промедление может стоить человеку здоровья или жизни.

Первичное обследование при помощи нового прибора поможет ответить на вопросы: есть ли гематома, где она локализована и какого размера. Следовательно, пациент получит быструю и адекватную медицинскую помощь, а при необходимости пройдет более тщательное исследование на томографе.

Новый метод исследования будет не только информативным, но и безопасным, поскольку обследование не оказывает на человеческий организм никакого негативного воздействия. А значит, у оптоэлектронной системы диагностики не будет противопоказаний.

На сегодняшний день единственным конкурентом оптоэлектронной системы политехников может считаться прибор американской компании InfraScan. Это переносной детектор внутричерепных гематом, работающий в ближнем инфракрасном диапазоне. Однако, по мнению ученых ТПУ, у него есть существенные недостатки — диагностика ведется с помощью всего одного источника и одного приемника излучения, то есть путем сравнения разницы данных с одного и другого полушария мозга. Американский прибор покажет, есть ли гематома, но не даст данных о том, где она расположена и какого размера, а именно это и важно для постановки диагноза.

– Главная задача устранить недостатки американского аналога, то есть научиться с высокой точностью диагностировать место расположения и объем гематомы, — рассказала победительница конкурса УМНИК — Для этого мы увеличили число источников и приемников сигнала.

Прибор, разрабатываемый магистранткой ТПУ, представляет собой оптическое устройство, получающее и передающее данные, и блок, который их обрабатывает. В качестве источника излучения выступает лазер с двумя длинами волн, лежащими в красном и инфракрасном диапазонах и проникающими вглубь до 2,5 см.

Устройство работает на отраженном излучении, то есть принимает и анализирует сигнал, возвращенный молекулами головного мозга. Поскольку гематома из-за крови имеет красный цвет, она хорошо поглощает лучи красного и инфракрасного спектра и плохо их отражает, в отличие от здоровых тканей мозга, которые отражают сигнал сильнее. Таким образом, на основе анализа интенсивности возвращенного излучения и делается вывод о том, есть ли гематома у пациента.

Специально для проведения исследований Кристина совместно с ее научным руководителем Александром Аристовым, доцентом кафедры промышленной и медицинской электроники, создали специальный макет — фантом головы человека.

– Работа над фантомом, нашим «подопытным», оказалась куда более сложной, чем сборка самого прибора, — отметила Тимченко. — Потребовались серьезные знания в области медицины и биологии, чтобы собрать макет, максимально приближенный к реальному строению человеческой головы. Мы продолжаем его дорабатывать.

Задача оказалась не из легких. Ученым не удалось в России найти литературу или действующие макеты и пришлось работать с зарубежными источниками. Политехникам удалось найти материалы, схожие по своим свойствам с человеческими тканями. Кости черепа заменили фторсодержащими полимерами (фторопластом), мозг использовали свиной, а в качестве гематомы выступил пластиковый контейнер с настоящей человеческой кровью.

Магистрантка поясняет, что фантом политехников вызывает неподдельный интерес научного сообщества во время симпозиумов и конференций, ведь подобными макетами для экспериментов в стране практически никто не занимается.

В будущем, по замыслу автора проекта, оптоэлектронная система диагностики гематом приобретет лаконичный дизайн. Прибор будет немногим больше смартфона, но более объемный. Внутри разместятся источник излучения, датчики, принимающие сигнал, и программа, его обрабатывающая. На одной стороне расположится либо сенсорный экран, либо экран с кнопками, на другой – оптические датчики (чуть толще медицинских иголок). Эксплуатация будущего прибора не потребует дополнительных специализированных знаний. Любой врач после небольшого инструктажа сможет с помощью прибора политехников диагностировать наличие или отсутствие гематомы мозга и принять решение о лечении или дальнейших медицинских исследованиях.

– В итоге мы планируем получить несложный в применении прибор, – рассказывает Кристина Тимченко. – До получения готового прибора экспресс-диагностики магистрантке ТПУ предстоит провести еще не одно исследование. В рамках программы УМНИК первым шагом станет усовершенствование технической стороны, написание новой компьютерной программы, которая будет интерпретировать данные сканирования в понятные для врачей показания.

Не менее важная научная задача — дальнейшее совершенствование фантома головы человека. Также необходимо создать базу данных с координатами различных точек головы человека — своеобразную карту. По этим направлениям планируется наладить сотрудничество с учеными СибГМУ, занимающимися проблемами кибернетики. Завершающим этапом исследования должны стать клинические исследования на реальных пациентах.

Ссылка на оригинал статьи