|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Развитие оптических методов для измерения параметров клеток кровиНИР
Development of optical methods for measuring parameters of blood cells
- Руководитель НИР: Никитин С.Ю.
- Ответственные исполнители: Луговцов А.Е., Назарова А.Ю., Приезжев А.В., Устинов В.Д., Цыбров Е.Г.
- Участники НИР: Луговцов А.Е.
- Подразделение: Кафедра общей физики и волновых процессов
- Срок исполнения: 1 января 2017 г. - 31 декабря 2019 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 17-02-00249
- Номер ЦИТИС: АААА-А17-117041250159-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы
- ПН России: Науки о жизни
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Ключевые слова:
красные клетки крови, дифрактометрия, алгоритмы обработки данных., деформируемость эритроцитов, лазерная эктацитометрия
red blood cells, data processing algorithms., erythrocyte deformability, laser ektacytometry, diffractometry -
Описание:
Проект направлен на развитие новых оптических методов для измерения важных параметров крови человека: распределений эритроцитов по размерам и деформируемости. Измерение и контроль этих параметров важны при целом ряде заболеваний, среди которых серповидно-клеточная анемия, наследственный сфероцитоз, сахарный диабет, острые нарушения мозгового кровообращения, ишемические заболевания. Разрабатываемые нами методики используют принцип лазерной дифрактометрии. Они должны обеспечить более высокую точность и скорость измерения указанных характеристик крови по сравнению со способами, известными в настоящее время. Работа в этом направлении позволит в будущем создать для медицины лазерные диагностические приборы нового поколения. В основе нашего подхода лежит углубленный теоретический анализ рассеяния лазерного излучения на неоднородных ансамблях частиц. Анализ этой проблемы имеет большое значение для фундаментальной и прикладной оптики. Полученные результаты будут полезны не только для медицинской диагностики, но и в других областях.
-
Планируемые результаты:
На первом году проекта мы планируем провести углубленный теоретический анализ рассеяния лазерного пучка на суспензии эритроцитов в сдвиговом потоке. Будут выведены новые дифрактометрические уравнения и разработан новый алгоритм, которые позволят с более высокой точностью измерять такие параметры образца крови как средняя деформируемость эритроцитов, а также ширина и асимметрия распределения эритроцитов по деформируемости. Методом численного моделирования будет определена область дифракционной картины, пригодная для измерений, а также исследована устойчивость нового алгоритма по отношению к шумам.
-
Основные результаты:
Проведен углубленный теоретический анализ рассеяния лазерного пучка на неоднородном ансамбле частиц, моделирующих эритроциты в сдвиговом потоке лазерного эктацитометра. Выведены новые дифрактометрические уравнения, которые связывают характеристики ансамбля эритроцитов с параметрами наблюдаемой дифракционной картины. Представлен новый алгоритм обработки данных, позволяющий измерять среднюю деформируемость, а также ширину и асимметрию распределения эритроцитов по деформируемости в исследуемом образце крови. Работа нового алгоритма проверена методом численного моделирования на примере бимодального по деформируемости ансамбля эритроцитов. Показано, что новый алгоритм обеспечивает более высокую точность измерения по сравнению с алгоритмом, разработанным нами ранее.
- Добавил в систему: Никитин Сергей Юрьевич
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Развитие оптических методов для измерения параметров клеток крови |
| Результаты этапа: | ||
| 2 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Развитие оптических методов для измерения параметров клеток крови |
| Результаты этапа: Рассмотрена проблема измерения деформируемости эритроцитов методом лазерной дифрактометрии в сдвиговом потоке – эктацитометрии. Разработан алгоритм измерения четырех центральных моментов распределения эритроцитов по деформируемости: среднего значения, дисперсии, коэффициентов асимметрии и эксцесса. Алгоритм предназначен для работы с периферической частью дифракционной картины и служит для анализа слабо неоднородных ансамблей эритроцитов. Одновременное определение указанных моментов важно для образцов крови, содержащих фракцию слабо деформируемых клеток (например, при серповидно-клеточной анемии). Для неоднородного ансамбля эритроцитов с симметричной функцией распределения по деформируемости выведено калибровочное уравнение, позволяющее по геометрическим характеристикам дифракционной картины определить уровень интенсивности рассеянного света на линии изоинтенсивности, выбранной для измерений. На основе этого уравнения разработан новый алгоритм измерения дисперсии деформируемости эритроцитов. Изготовлены элементы лазерного эктацитометра эритроцитов – прозрачные круглые диски из оргстекла хорошего оптического качества. Создана и опробована система управления скоростью вращения подвижного диска в лазерном эктацитометре. Проведены тестовые эксперименты с реальными образцами крови и получены дифракционные картины, пригодные для компьютерной обработки. Усовершенствована процедура подготовки влажных мазков крови для быстрых измерений параметров распределения эритроцитов по размерам методом лазерной дифрактометрии. Решена проблема воспроизводимости дифракционных картин, получаемых при освещении лазерным пучком разных участков одного и того же влажного мазка крови. По результатам работ в 2018 году опубликованы две статьи и сделаны два доклада на международной научной конференции. | ||
| 3 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Развитие оптических методов для измерения параметров клеток крови |
| Результаты этапа: Рассмотрена проблема измерения деформируемости эритроцитов методом лазерной дифрактометрии в сдвиговом потоке (эктацитометрии). Предложена процедура обработки дифракционных картин, позволяющая с высокой точностью измерять кривизну линий изоинтенсивности. Процедура включает в себя нахождение особых точек линии изоинтенсивности, которые мы назвали полосовыми точками. Координаты этих точек определяются шириной линии (полосы) изоинтенсивности, зависящей от разрешения и динамического диапазона фотоаппарата. Определение координат полосовых точек позволяет вычислять кривизну линии по формуле второй разностной производной. Точность процедуры обоснована с помощью аналитических оценок второй и четвертой производных функции, описывающей линию изоинтенсивности. Показано, что для измерения кривизны линии изоинтенсивности с погрешностью, не превышающей одного процента, требуется снять окрестности интересующих нас точек с разрешением порядка 10 мегапикселей или снять изображение всей дифракционной картины с разрешением 100 мегапикселей. S. Yu. Nikitin, V. D. Ustinov, S. D. Shishkin. Curvature of a line defined as a discrete set of points, and diffraction pattern processing for laser ektacytometry of red blood cells. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2019, v. 235, p. 272 – 277. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2019.07.011 | ||
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".