МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Дацок Олег Михайлович

УДК 615.47:616-074

Метод та прилад відцентрової седиментації формових елементів крові

05.11.17 — Медичні прилади та системи

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків –2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті
радіоелектроніки Міністерства освіти та науки України

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, професор

Мустецов Микола Петрович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,

професор кафедри біомедичних електронних пристроїв та систем

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Манойлов В’ячеслав Пилипович,

Житомирський інженерно–технологічний інститут

Міністерства освіти та науки України,

завідувач кафедри медичних приладів та систем

кандидат технічних наук, докторант Поворознюк Анатолій Іванович,

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”

Міністерства освіти та науки України,

професор кафедри обчислювальної техніки і програмування

Провідна установа:

АТ Науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірювань,

Національне космічне агентство України, м. Харків

Захист відбудеться » 5 » 10 2004 р. о 14 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради К 64.052.05 Харківського національного
університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна,
14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного
університету радіоелектроніки за адресою:61166, Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розісланий «3» 09 2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________
Мустецов М.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження швидкості осідання еритроцитів крові
(ШОЕ) широко використовується в клінічній лабораторній практиці для
діагностики запальних і ряду специфічних захворювань, а також для
контролю за ходом їх лікування. Так, наприклад, вимір ШОЕ є обов’язковим
при клінічних дослідженнях крові, при діагностиці ревматологічних,
дерматологічних і алергологічних захворювань. У стандартній постановці
тесту за Панченковим вимірюється висота стовпчика чистої плазми, що
утворилася над осідаючими під дією сили ваги еритроцитами через одну
годину після початку дослідження. Діапазон нормальних значень ШОЕ досить
широкий (2-10 мм/год у чоловіків та 2-15 мм/год у дітей та жінок), тому,
незважаючи на численні дослідження, не існує єдиного трактування як
фізичної картини, так і діагностичної цінності показника седиментації,
що дозволяє визначати його як обмежений диференційно-діагностичний тест.
Характер осідання визначається кількістю еритроцитів, їх морфологічними,
фізико-хімічними особливостями, агрегаційною здатністю та складом
плазми крові. Процес осідання еритроцитів не є монотонним і його
динаміка залежить не тільки від наявності або відсутності запалення, але
і від загального стану людини, тому параметри динаміки осідання червоної
крові можуть служити додатковими діагностичними показниками. Так, облік
динаміки осідання за виміром сигма-ШОЕ, дозволяє підвищити ефективність
діагностики псоріазу (з 74% при стандартній постановці тесту до 89%).

Оскільки дослідження динаміки седиментації формових елементів крові є
надзвичайно трудомістким процесом, а відповідна апаратура відсутня, то
розробка медичних приладів, що автоматизують визначення основних
показників динаміки осідання, є актуальною.

Зв(язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана
відповідно до плану науково–дослідницьких робіт за темами “Дослідження і
розробка системи інтегральної діагностики стану здоров’я людини за
біоенергетичними показниками” № 177–1 (номер держреєстрації
0193U039088), “Розробка та впровадження в медичну практику комплексу
діагностичних комп’ютерних систем” № 331 (номер держреєстрації
0193U039132) та науково-дослідної роботи Українського НДІ дерматології
та венерології АМН України (номер держреєстрації 0197V015567, шифр ОК
46.97) “Розробка обладнання для діагностики лікарської хвороби та
автоматизованого способу її етіологічної діагностики з урахуванням
досліджень по вивченню швидкості осідання еритроцитів, навантажених
медикаментозним алергеном”.

Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності
седиментаційних досліджень крові шляхом розробки методики та приладу
відцентрової седиментації формових елементів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити ряд задач:

— визначити ступінь впливу на процес осідання зовнішніх фізичних полів
та обґрунтувати метод формування поля, яке діє на пробу крові;

— розробити математичну модель седиментації еритроцитів в полі
неоднорідних відцентрових сил з урахуванням існуючих фізичних та
математичних моделей седиментації;

— оптимізувати параметри поля відцентрових сил та обґрунтувати метод
автоматичного визначення межі розподілу фаз;

— розробити алгоритм первинної обробки інформації про динаміку процесу
седиментації;

— на основі аналізу динаміки процесу відцентрової седиментації
еритроцитів обґрунтувати застосування нового діагностичного показника
для оцінки ступеня захворюваності людини.

Об(єкт дослідження – процес седиментації формових елементів крові при
проведенні лабораторних досліджень.

Предмет дослідження — фізичні закономірності седиментації формових
елементів крові

Методи дослідження. Теоретичні дослідження ґрунтуються на теорії
диференційних рівнянь при побудові математичної моделі, теорії
статистичної обробки даних при аналізі адекватності математичної моделі,
оцінці ефективності алгоритму розподілу фаз та обробці експериментальних
даних.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Розроблена нова модифікація двохфазової математичної моделі
седиментації формових часток крові в тонкій довгій трубці для випадку
поля неоднорідних вздовж осі відцентрових сил, що адекватно відтворює
динаміку седиментації.

2. Обґрунтовано параметри поля відцентрових сил та метод автоматичного
визначення межі розподілу фаз при відцентровій седиментації.

3. Розроблена методика обробки та відображення медико-біологічної
інформації про динаміку седиментації.

4. Визначено ефективність нового діагностичного показника — часу
досягнення максимальної швидкості седиментації крові в полі неоднорідних
відцентрових сил.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Результати, отримані в дисертаційній роботі, були використані при
створенні апарата експрес-аналізу ШОЕ та при розробленні рекомендацій
щодо медико-технічних вимог на засіб вимірювальної техніки медичного
призначення (метрологічний сертифікат).

2. Запропоновано діагностичний показник для оцінки стану пацієнта на
основі аналізу динаміки седиментації формових елементів крові в полі
неоднорідних відцентрових сил.

3. Розроблена методика оцінки стану людини з метою виявлення лікарської
хвороби була застосована при аналізі впливу неспецифічних алергенів в
лабораторії імунології Українського НДІ дерматології та венерології (акт
про впровадження).

4. Теоретичні та практичні питання побудови приладу відцентрової
седиментації еритроцитів використовуються в навчальному процесі ХНУРЕ
при проведенні лекційних, практичних лабораторних занять за курсами
“Проектування біотехнічних систем”, “Інженерні методи медико–біологічних
досліджень” та “Методи математичної фізики” (акт про впровадження в
навчальному процесі ХНУРЕ).

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати, що складають
сутність роботи і знайшли відображення в пунктах новизни, наукового і
практичного значення, отримані автором самостійно. У роботах, що
опублікована у співавторстві, здобувачу належить розробка двохфазової
математичної моделі седиментації формових часток крові в тонкій довгій
трубці в полі неоднорідних вздовж вісі відцентрових сил [3], розробки
методу визначення межі розподілу фаз [4], обґрунтування характеру
седиментаційних кривих [2,6] та діагностичних показників [5,6].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації були
подані на міжнародній науково–технічній конференції “Теория и техника
передачи, приема и обработки информации” (Туапсе, жовтень 2001), на
конференціях “Молодь і електроніка в XXI ст.” (Харків, квітень
2002-2003), IX-XI міжнародних науково-практичних конференціях
“Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я
(MicroCAD)” (Харків, травень 2001-2003), на XXI міжнародній
науково-технічній конференції “Проблеми електроніки” (Київ, червень

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 10 робіт ( 5 статей
в наукових виданнях, що входять до переліку ВАК, 1 – в спеціалізованому
виданні, та

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота
складається зі вступу, п’яти розділів, висновків та додатків. Повний
обсяг дисертації становить 166 сторінок, має 85 ілюстрацій, 17 таблиць,
5 додатків, список використаних джерел містить 167 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, проведено короткий
огляд стану проблеми, визначені задачі дослідження, зв(язок з програмами
і темами НДР, сформульовано мету роботи та науково–технічні задачі,
визначено особистий внесок здобувача в опублікованих роботах, дана
інформація про апробації результатів дисертаційних досліджень.

У першому розділі проаналізовані функції крові в підтримці гомеостазу
організму, та зв’язок показників крові з функціональним станом людини,
визначено значення дослідження фізичних, а саме седиментаційних,
показників крові.

Процес осідання еритроцитів визначається їх фізико-хімічними
характеристиками: швидкістю агрегації, початковою концентрацією у об’ємі
крові, що досліджується, поверхневим зарядом, деформованістю та білковим
складом плазми. При осіданні стовпчик крові в капілярі поступово
розділяється на три зони: зона чистої плазми, зона еритроцитів, що
осідають, та компактна зона.

Осідання часток суспензій, що агрегують, є нестійким стосовно малих змін
однорідного розподілу еритроцитів у перетині капіляра. Випадкові
зовнішні впливи і флуктуації можуть привести до утворення агрегаційних
комплексів, що будуть швидко осідати, захоплюючи за собою дрібні
агрегати, оскільки сила ваги зростає швидше за силу опору з боку
навколишньої рідини. При цьому і динаміка осідання, і значення часового
показника будуть сильно варіювати, ускладнюючи діагностику.

Поряд з біологічними компонентами на величину ШОЕ впливають також
фактори навколишнього середовища та інші специфічні умови експерименту,
такі як зовнішнє магнітне поле (за рахунок парамагнітної властивості
гемоглобіну еритроцитів), температура, час пробопідготовки, геометричні
розміри (довжина і внутрішній діаметр) і матеріал капіляра, а також його
розташування відносно вертикалі.

Найпростіший облік динаміки ШОЕ дозволяє обчислити величину сигма-ШОЕ як
суму значень, які фіксуються через рівні проміжки часу. Встановлено, що
сигма-ШОЕ більш об’єктивно відображає динаміку псоріатичної хвороби в
порівнянні з ШОЕ за Панченковим і, отже, є більш інформативним
показником.

Дослідження фракційної реакції осідання еритроцитів (ФРОЕ) — дискретної
реєстрації висоти стовпа чистої плазми кожні 5-15 хвилин протягом
2-3 годин дозволяє оцінити динаміку процесу і ввести нові діагностичні
показники. Встановлено, що процес осідання еритроцитів не є монотонний,
а динаміка процесу залежить не тільки від наявності або відсутності
запалення, але й від загального стану людини. Параметри динаміки
осідання відрізняються для крові здорових донорів та хворих і також
можуть використовуватися для діагностики. Для спостереження динаміки ШОЕ
необхідно багаторазове фіксування лаборантом границі розподілу
«плазма-еритроцити», що може внести істотну похибку у побудову
ШОЕ-грами.

Експериментальні дослідження з пробами крові здорових донорів показують,
що границя розподілу фаз є розмитою. Це спричиняє значні (до 12%)
похибки у визначенні ШОЕ та зниження вірогідності результатів. Для
автоматизації визначення ШОЕ необхідно контролювати границю розподілу
фаз при осіданні еритроцитів, що може бути здійснено оптичним методом.
Використання даного методу вимагає рішення ряду задач: вибір та
обґрунтування джерела і приймача випромінювання, обґрунтування методу
отримання зображення границі розподілу фаз, вибір та обґрунтування
алгоритму обробки зображення та розробка методики відображення
результатів.

На основі аналізу можливих методів прискорення ШОЕ, показано, що
седиментація в полі відцентрових сил є найбільш прийнятною.

Проведені експериментальні дослідження та аналіз графіків осідання
еритроцитів у полі сил тяжіння та у полі відцентрових сил (рис. 1.а, б)
показали, що значення показників седиментації в характерних відліках
часу корелюють, а деякі розходження в характері седиментаційних кривих
можуть бути пояснені неоптимальними умовами експерименту.

а

б

Рис. 1. Графіки залежності седиментації проб крові здорових донорів від
часу t

а – в полі сил гравітації, б — в полі відцентрових сил.

Таким чином, аналіз динаміки ШОЕ в полі відцентрових сил є більш
ефективним у порівнянні зі стандартним тестом, однак, значна
трудозатратність результатів виміру обмежує застосування даного методу в
медичній практиці. Отже, розробка нових методів і засобів автоматизації
виміру ШОЕ є актуальною задачею. Для реалізації методу відцентрової
седиментації необхідно вирішити ряд наукових і технічних задач: провести
теоретичний аналіз процесу осідання формених елементів крові у полі
відцентрових сил; оптимізувати параметри центрифугування; обґрунтувати
оптимальний метод реєстрації границі розподілу фаз та вибрати метод
відображення результатів виміру ШОЕ.

У другому розділі проведено аналіз існуючих фізичних та математичних
моделей осідання еритроцитів, показано, що двохфазова модель (тверда
фаза – формові елементи крові, рідинна фаза – плазма крові) адекватно
відтворює характер седиментації.

Осідання часток, що агрегують, у тонкій довгій трубці в неоднорідному
уздовж осі трубки полі відцентрових сил описується системою рівнянь, які
випливають із законів збереження маси та імпульсів фаз, а також
балансовим рівнянням для повного числа агрегатів N в одиниці об’єму
середовища:

(1)

– щільність, швидкість і тиск фаз відповідно,

— сили міжфазової взаємодії,

— швидкість утворення агрегатів,

,

— частота обертання диска з капілярами,

— відстань від позначки “0” капіляра до осі обертання.

Для опису сталого осідання еритроцитів з (1) отримаємо систему
квазилінійних рівнянь першого порядку в частинних похідних:

(2)

— дійсні щільності еритроцитів і плазми відповідно,

– об’ємна концентрація еритроцитів,

— середній об’єм агрегатів,

— в’язкість плазми,

— швидкість агрегації еритроцитів,

.

Початкові та граничні умови для системи (2) мають вигляд:

;

,

— початкова висота стовпа еритроцитів, які осідають.

— об’єм еритроцита.

Рівняння характеристик та умови на них мають вигляд:

(3)

(4)

.

. Система (2) допускає розриви, умови на яких в безрозмірних змінних
мають вигляд:

, (5)

.

(рис. 2б).

відповідає максимально можливому упакуванню еритроцитів в осаді.

а б

Рис. 2. Характеристичні криві системи (2)

.

). Отже, на всьому діапазоні фізіологічних концентрацій еритроцитів
розв’язання задачі (2) існує.

є часом досягнення максимальної швидкості осідання – діагностично
значимий показник.

характерні для проб крові здорового донора (рис. 2а, б).

для всіх кривих лежать у вузькому діапазоні значень (на рис. 2в
виділено).

є рішенням рівняння:

. (6)

, розрахуємо по (6) значення швидкості агрегації еритроцитів k.

Аналіз результатів осідання еритроцитів у полі гравітаційних сил та при
12-хвилинному центрифугуванні, виконаних та оброблених за вищевикладеною
методикою, показує що значення показника k, який відбиває патологічні
властивості крові, знаходяться в межах одного порядку (табл. 1).

Таким чином, математична модель процесу седиментації формених елементів
крові у полі відцентрових сил відбиває нерівномірність осідання і
дозволяє виявити характерні показники цього процесу.

а

б

в

Рис. 2. Динаміка осідання еритроцитів у полі сил гравітації

Адекватність фізичної та математичної моделі підтверджується
експериментально.

Ae

e

J

r

A

Ae

e

. b ? J

p

r

i

?Т?Т??

?Т?Т??

dh`„?

j

?r‘t‘z‘‚•4?O?TH a a ae ae e e i i °ccFEA····««««««««?‘

`„?

„@

^„@

??

E k

E k

E k

E k

E k

E k

E k

E k

E k

, % 2.3 2.5 4.9 5.9

У третьому розділі розглянуті особливості технології проведення
аналізу, обґрунтована методика реєстрації вимірювальної інформації та
формування поля відцентрових сил, синтезована структурна схема пристрою,
а також проаналізовані основні джерела завад при визначенні ШОЕ та
методи їх усунення.

Технологія проведення експрес-аналізу ШОЕ відповідає стандартній, а
змінюється лише метод вимірювання, що не призводить до зміни режиму
лабораторного аналізу.

Аналіз відомих методів реєстрації границі розділу фаз підтверджує
перспективність застосування оптоелектронного методу, суть якого полягає
в реєстрації границі за допомогою джерела світла і лінійки фотоприймачів
(рис. 3а).

а б

Рис. 3. Оптоелектронний метод реєстрації інформації

Обґрунтовано вимоги до джерела та приймача оптичного випромінювання,
елементів оптичного каналу. Проаналізовані та обґрунтовані параметри
механічної частини приладу, що дозволило вибрати параметри
вимірювального диску з використанням стандартних капілярів та з
дотриманням санітарних норм (рис. 3б).

щодо осі капіляра за один оберт диска центрифуги, тому осідання
еритроцитів здійснюється під дією поля неоднорідної відцентрової сили з
прискоренням в межах (n±1)g, де n — параметр, що характеризує величину
відцентрової сили.

При горизонтальному розташуванні диска напрямок впливу сили ваги в
процесі центрифугування не змінюється, що приводить до седиментації
еритроцитів у напрямку, перпендикулярному основному осіданню (рис. 4б).
У результаті формується градієнт в’язкості проби крові в напрямку,
перпендикулярному основному осіданню, що призводить до зміни характеру
седиментаційних кривих. Візуальне спостереження розподілу еритроцитів у
такому капілярі дозволило встановити причину нестійкості осідання —
утворення пробок з конгломератів еритроцитів, які осідають на стінках
капіляру (рис. 4в).

б

а в

Рис. 4. Особливості відцентрової седиментації еритроцитів

Таким чином, вертикальне розташування диску дозволило сформувати поле
відцентрових сил, в якому виникнення завад процесу седиментації є
неможливим.

Теоретично розрахований та експериментально підтверджений вибір
діапазону швидкості обертання диска центрифуги, що визначає величину
відцентрової сили, яка діє на еритроцити та їхні агрегати. Вплив на
еритроцити поля відцентрових сил 200–600 g не змінює властивостей часток
крові, а при великих прискореннях спостерігається явище деформабельності
еритроцитів, у результаті чого змінюються їх фізичні та хімічні
властивості. При центрифугуванні проб крові з різною швидкістю були
отримані наступні результати (рис. 5а, б).

При низьких (~300 об/хв) обертах диска центрифуги крива, що характеризує
динаміку осідання еритроцитів носить нестійкий характер. При великих
обертах диска (~900 об/хв) внаслідок того, що на еритроцити, які
знаходяться на периферії діє велика відцентрова сила, відбувається
розшарування біопроби, що істотно спотворює динаміку ШОЕ (наявність
“плато” на графіку рис. 5б). При обертах диска 600 об/хв характеристика
носить S-подібний характер, що найбільш точно відповідає динаміці ШОЕ,
дослідженій за стандартною методикою.

а б

Рис. 5. Графіки седиментації проби крові при різній

швидкості обертання диску центрифуги (а – норма, б- патологія)

Проаналізовані джерела похибок, які впливають на результати вимірювання
ШОЕ, виділений ряд характерних груп. Найбільшу складову частину
становлять методичні похибки (підготовка біопроб). Зменшення впливу
похибок даної групи можна досягти завдяки строгому дотриманню
підготовчих процедур. Апаратні похибки, серед яких слід виділити похибки
зчитування, нестабільність центрифугування, похибки відображення та ін.,
визначаються особливостями побудови технічного засобу, використаного в
ньому програмного й алгоритмічного забезпечення. Їхня величина оцінена
під час метрологічних випробувань, що підтверджує метрологічний
сертифікат.

У четвертому розділі розглянуті особливості отримання та алгоритми
первинної обробки інформації про хід процесу седиментації.

В результаті аналізу особливостей формування бінарного масиву
вимірювальної інформації при оптичному методі реєстрації результатів
седиментаційних досліджень встановлено, що границя розподілу фаз є
розмитою, крім того, можливе розшарування біопроби при центрифугуванні
призводить до істотного спотворення результатів виміру (рис. 6).

Для попередньої обробки інформації формується ковзна рамка шириною n з
позиції першого нуля в масиві, після чого підраховується кількість
одиниць у ній.

При перевищенні отриманого числа одиниць заданого граничного значення m
рамка ковзає масивом і зупиняється на позиції, наступній за попередньою
рамкою нуля.

Рис. 6 Вид інформаційного рядка, обумовлений різними перешкодами (1-
зона плазми, 0-зона еритроцитів)

У такий спосіб перекривається наступний фрагмент масиву, який
піддається аналогічній граничній обробці. Якщо число одиниць у рамці
менше заданого, то сканування масиву в даному напрямку припиняється і
призначається границя G1. Наступним етапом обробки є сканування
інформаційного масиву з протилежного кінця. При цьому послідовність дій
залишається тією ж, але всі операції проводяться для значень елементів,
протилежних описаним вище — рух рамки проходить у напрямку
праворуч-ліворуч (від дна капіляра). Призначається рамка при зустрічі
першої одиниці, а граничне обмеження встановлюється на кількість нулів.
При невиконанні граничної умови переміщення рамки продовжується до
позиції, наступної за аналізованою рамкою одиниці. При числі одиниць у
фрагменту, що перекривається рамкою, меншому встановленого порога,
сканування масиву припиняється й призначається границя G2 на позиції
елемента перед останньою аналізованою рамкою. Потім знаходиться середнє
арифметичне двох отриманих значень границь і округляється до цілого
числа, що є позицією границі (рис. 7).

Для оцінки ефективності роботи алгоритмів розроблена тестова модель у
вигляді бінарного інформаційного масиву даних, що складається з трьох
зон: зони плазми, перехідної і зони еритроцитів, які мають різні
значення ймовірності появи нулів і одиниць.

Рис. 7. Приклад роботи алгоритму подвійного сканування

Проведено порівняння запропонованого алгоритму з розробленими раніше
[4] за параметрами границі як випадкової величини. Аналіз даних показав,
що запропонований алгоритм має кращі статистичні показники. Ефективність
роботи алгоритму підтверджена експериментальними дослідженнями.

У п(ятому розділі на підставі експериментальних даних проведено аналіз
діагностичних показників седиментації та обґрунтована доцільність
використання нового діагностичного показника для оцінки стану здоров’я
пацієнтів, хворих на лікарську хворобу.

При проведенні експериментальних дослід-жень встановлено, що максимум
осідання проб крові здорового донора в полі сил гравітації (рис. 8а) та
в полі відцентрових сил (рис. 8б) спостерігається значно пізніше, ніж
при патологіях.

Результати розрахунків основних седиментаційних показників для
контрольної групи здорових донорів приведені в табл. 2. Тут і далі
використовуються наступні позначення:

а

б

Рис. 8. Криві динаміки седиментації

— ШОЕg — значення часового показника при гравітаційному осіданні;

— ШОЕц — значення хвилинного показника при осіданні в центрифузі;

— час досягнення максимуму при гравітаційному осіданні;

— час досягнення максимуму при осіданні в поле відцентрових сил;

18 6 9 45 285 45684

М31 9 11 50 295 44577

Для оцінки інформативності седиментаційних показників проведена обробка
результатів обстеження 92 пацієнтів з використанням методів математичної
статистики (табл. 3,4).

Таблиця 3

Основні статистичні показники в нормі

ШОЕ g ШОЕ ц tmax Tmax

СКВ(%) 11,8 8,5 6,5 5,1

Коеф.варіац. 0,335 0,324 0,343 0,333

має мінімальне значення при однорідності вибірки.

Таблиця 4

Кореляційний аналіз седиментаційних показників

ШОЕ ц tmax Tmax

ШОЕ g 0,75 0,60 0,64

ШОЕ ц *** 0,81 0,92

та стандартним показником ШОЕ (див. табл. 4) підтверджує правильність
його вибору. У той же час діагностична цінність хвилинного показника
ШОЕц обмежена в силу нестабільності процесу осідання в полі відцентрових
сил.

Проведена оцінка діагностичної ефективності тестів у групах “норма” і
“патологія”. Результати дослідження лабораторного тесту формують дві
криві, що взаємно накладаються одна на одну (рис. 9а). Результати
статистичної обробки результатів седиментаційних досліджень 40 практично
здорових донорів і 52 хворих пацієнтів представлені на рис. 9б – у
постановці тесту за Панченковим, рис. 9в, г – визначення максимуму
осідання в поле сил гравітації і відцентрових сил відповідно.

а б

=240 с.

Аналіз співвідношення дійсних та помилкових (негативних та позитивних)
результатів тестів дозволив провести оцінку діагностичної ефективності
(табл. 6).

,%

Діагностична чутливість 69 88 90

Діагностична специфічність 97 87 92

Діагностична ефективність 82 88 91

Кількісна оцінка діагностичної ефективності седиментаційних показників
дозволяє затверджувати наступне: визначення максимальної швидкості як
при гравітаційному осіданні, так і при осіданні в центрифузі дозволяє з
більшою ймовірністю діагностувати патологічні стани в порівнянні зі
стандартним методом; стійкість осідання в поле відцентрових сил визначає
велику ефективність, специфічність і чутливість тесту в порівнянні з
динамікою гравітаційного осідання.

ВИСНОВКИ

1. В дисертації на підставі теоретичних та експериментальних досліджень
наведене вирішення наукової задачі підвищення ефективності
седиментаційних досліджень формових елементів крові шляхом розробки
методу та приладу відцентрової седиментації.

2. Показано, що динаміка седиментації формових елементів крові має вищу
діагностичну цінність в порівнянні зі стандартним часовим показником та
його модифікаціями.

3. На основі аналізу існуючих моделей седиментації часток в рідині
показано, що двохфазова модель адекватно відтворює хід процесу.

4. Показано на вдосконаленій двохфазовій математичній моделі
седиментації формових елементів крові в полі нерівномірних вздовж вісі
седиментації відцентрових сил, що швидкість седиментації носить
нерівномірний характер та має максимум.

5. Встановлено, що процес седиментації крові має нестійкий характер.
Запропоновано метод стабілізації та прискорення процесу седиментації.

6. Обґрунтовані параметри поля відцентрових сил, розроблені вимоги щодо
режиму центрифугування та механічної частини приладу, що дозволило
вибрати параметри вимірювального диску з використанням стандартних
капілярів та проведення дослідження з дотриманням санітарно-гігієнічних
норм.

7. Обґрунтовано застосування оптичного методу автоматичного визначення
межі розподілу “плазма крові – формові елементи”. Обґрунтовано вимоги до
джерела та приймача оптичного випромінювання, елементів оптичного
каналу.

8. Розроблено алгоритм обробки бінарного інформаційного масиву даних про
динаміку процесу седиментації в реальному масштабі часу. Ефективність
роботи алгоритмів перевірена на розробленій тестовій моделі, яка
відтворює особливості різних фаз процесу седиментації, та підтверджена
експериментально.

9. Запропонований новий діагностичний показник – час досягнення
максимуму седиментації в полі нерівномірних відцентрових сил.
Обґрунтовано застосування методу оцінки стану об’єкта на основі аналізу
нового діагностичного показника.

10. Синтезована функціональна схема лабораторного комплексу
відцентрової седиментації формових елементів крові та розроблені
рекомендації щодо медико-технічних вимог на новий засіб вимірювальної
техніки медичного призначення.

11. Розроблений дослідний взірець пристрою відцентрової седиментації
еритроцитів крові. Проведені клінічні випробування пристрою підтвердили
теоретичні уявлення про процес відцентрової седиментації. Досягнуто
підвищення ефективності діагностики лікарської хвороби до 86% у
порівнянні з 76% за стандартними методиками.

ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

1. Дацок О.М. Компьютерный комплекс исследования центробежной
седиментации эритроцитов // Вестник национального технического
университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2001. – №4. – С. 47 — 50.

2. Дацок О.М., Жолонский Е.Н., Кизилова Н.Н. Анализ седиментации
эритроцитов в неоднородном поле сил // Электроника и связь. – 2002. –
№15. – С.145–149.

3. Дацок О.М., Жолонский Е.Н., Кизилова Н.Н. Двухфазная модель оседания
эритроцитов в неоднородном поле сил // Вестник национального
технического университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2002. – №12. –
С. 147 – 152.

4. Дацок О.М., Саклакова И.В. Оптическая обработка результатов
седиментационных исследований // Радиотехника. – Харьков:ХНУРЭ. – 2002.
– №131. – С.134 – 139.

5. Дацок О.М., Величко О.Н. Анализ диагностических показателей
седиментации форменных элементов крови // Вестник национального
технического университета «ХПИ». – Харьков: НТУ «ХПИ». – 2003. – №19. –
С. 7 — 12.

6. Солошенко Э.Н., Даник Ю.Г., Остроухов В.Д., Дацок О.М. Обнаружение
специфического аллергена с помощью использования нового источника
информации // Дерматология и венерология. – 2001 – №3. – С.16 – 18.

7. Дацок О.М., Саклакова И.В. Особенности фиксирования границы раздела
плазма – эритроциты // Труды Междунар. научн.–техн. конф. «Теория и
техника передачи, приема и обработки информации». – Туапсе. – 2001. –
С.209–210.

8. Дацок О.М., Саклакова И.В. Обработка результатов седиментационных
исследований // Сб. науч. трудов по матер. 6-го межд. форума
«Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке. – Харків: ХНУРЕ. – 2002. – Ч.1.
– С.329–330.

9. Дацок О.М., Адаменко Ю.В. Способ стабилизации частоты вращения
медицинской центрифуги // Труды Междунар. конф. «Молодежь и электроника
в XXI веке». – Харків: ХНУРЕ. – 2003. – С. 642.

10. Дацок О.М., Ткаченко И.А. Многоэлементные фотоэлектронные
преобразователи для седиментационных исследований // Труды Междунар.
конф. «Молодежь и электроника в XXI веке». – Харків: ХНУРЕ. – 2003. – С.
642.

АНОТАЦІЯ

Дацок О.М. Метод та прилад відцентрової седиментації формових елементів
крові. — Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за
спеціальністю 05.11.17 — медичні прилади та системи. — Харківський
національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності седиментаційних
досліджень крові шляхом розробки методу та приладу відцентрової
седиментації формових елементів.

Вдосконалена двохфазова математична модель для випадку седиментації
еритроцитів в полі нерівномірних відцентрових сил. Обґрунтовані
параметри поля відцентрових сил та оптоелектронний метод автоматичного
визначення межі розподілу фаз. Розроблено алгоритм обробки бінарного
інформаційного масиву даних про динаміку процесу седиментації.
Обґрунтовано застосування методу оцінки стану об’єкта на основі аналізу
нового діагностичного показника.

На підставі проведених досліджень розроблені рекомендації щодо
медико-технічних вимог та дослідний взірець пристрою відцентрової
седиментації еритроцитів крові.

Ключові слова: динаміка седиментації еритроцитів, двохфазова математична
модель, поле відцентрових сил, межа розподілу фаз, оптоелектронний метод
реєстрації, алгоритм ковзних вікон.

ANNOTATION

Datsok O.M. The method and centrifugal sedimentation of red blood cell
device. – The manuscript.

The dissertation presents to competition of scientific degree of
candidate of technical sciences by the specialty 05.11.17 – medical
devices and systems. The Kharkiv National University of
radioelectronics, Kharkiv, 2004.

The dissertation is devoted to questions of increase of efficiency
sedimentation of researches by development of a method and device
centrifugal sedimentation of red blood cell (RBC).

The biphasic mathematical model sedimentation of red blood cells in a
field non-uniform along direction sedimentation of centrifugal forces
adequately displaying course sedimentation is modified. The parameters
of centrifugal physical field and definition of phase border
optoelectronics method is proved. The algorithm of processing of binary
information file about dynamics of process of sedimentation is
developed. The application of a method of a rating of a status of
biological object is proved on the basis of the analysis of a new
diagnostic parameter.

There are the recommendations to the medical-technical requirements and
the experimental sample of the centrifugal sedimentation of RBC device
on the basis of the carried out researches.

Keys words: dynamics of sedimentation of RBC, biphasic mathematical
model, field of centrifugal forces, border undressed of phases,
optoelectronics method of registration, algorithm of sliding window.

АННОТАЦИЯ

Дацок О.М. Метод и прибор центробежной седиментации форменных элементов
крови. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по
специальности 05.11.17 – медицинские приборы и системы. – Харьковский
национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности седиментационных
исследований путем разработки метода и прибора центробежной седиментации
форменных элементов крови.

Показано, что стандартный часовой показатель и его модификации не
отражают ход процесса седиментации и имеют ограниченный
дифференциально-диагностический характер. Анализ динамики седиментации
форменных элементов крови имеет большую диагностическую ценность,
однако, для внедрения новых показателей в медицинскую практику
необходимо разработать соответствующую аппаратуру. Установлено, что
процесс седиментации крови носит неустойчивый характер. Предложен способ
повышения устойчивости и ускорения седиментации. Обоснован вид и
параметры воздействующего физического поля. На основании теоретических
расчетов и анализа экспериментальных данных оптимизированы параметры
центрифугирования.

Модифицирована двухфазовая математическая модель седиментации форменных
элементов крови для случая поля неоднородных вдоль направления
седиментации центробежных сил. На основе анализа экспериментальных
данных показано, что модель адекватно отображает ход седиментации,
скорость седиментации носит неравномерный характер и имеет максимум.
Обоснован оптоэлектронный метод определения границы раздела фаз,
сформулированы требования к источнику и приемнику излучения и элементам
оптического канала. Разработан алгоритм определения межфазной границы,
реализующий метод скользящего окна. Разработана тестовая модель,
позволяющая оценить эффективность работы алгоритмов. Предложен
дополнительный диагностический показатель – время достижения максимума
седиментации в поле центробежных сил и обосновано применение метода
оценки состояния биологического объекта на основании анализа нового
диагностического показателя. Проведена количественная оценка
диагностической эффективности седиментационных показателей. Показано,
что определение максимальной скорости, как при гравитационном оседании,
так и при оседании в центрифуге позволяет с большей вероятностью
диагностировать патологические состояния по сравнению со стандартным
методом. Устойчивость оседания в поле центробежных сил определяет
большую эффективность, специфичность и чувствительность теста по
сравнению с динамикой гравитационного оседания.

Синтезирована функциональная схема прибора центробежной седиментации
форменных элементов крови и разработаны рекомендации к
медико-техническим требованиям. Клинические исследования опытного
образца прибора, проведенные на базе НИИ дерматологии и венерологии АМН
Украины, позволили повысить эффективность диагностики лекарственной
болезни до 86% в сравнении со стандартными методиками. Степень
обоснованности и достоверности результатов диссертационного исследования
подтверждается актами о внедрении.

Ключевые слова: динамика седиментации, математическая модель, поле
центробежных сил, граница раздела фаз, оптоэлектронный метод
регистрации, алгоритм скользящего окна.

Похожие записи