Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

A usage of the impedance method for detecting circulatory disorders to determine the degree of limb ischemia

Kryvonosov Valerii, Avrunin Oleg, Sander Sergii, Pavlov Volodymyr, Martyniuk Liliia, Zhumazhanov Bagashar

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2023

|

T. 13, nr 4

5--10

EN

New engineering technologies allow the creation of diagnostic devices for predicting the development of acute tissue ischemia of the extremities and determining the residual time until the removal of the tourniquet, and solving these tasks is particularly relevant during military actions. Acute limb ischemia is a sudden critical decrease in perfusion that threatens the viability of the limb. The incidence of this condition is 1.5 cases per 10 000 peopleper year. Acute ischemia occurs due to the blockage of blood flow in major arteries (embolism, thrombosis, trauma), leading to the cessation of adequate blood supply to metabolically active tissues of the limb, including the skin, muscles, and nerve endings. To address these issues, the article analyzesthe changes in the impedance of biological tissue. The introduction and use of the coefficient of relative electrical conductivity, denoted as k,as a diagnostic criterion parameter, are justified. Experimental studies of changes in the coefficient of relative electricalconductivity k were conducted, confirming that the transition from exponential to linear dependencies of the coefficient establishes the degree of viability of the biological cell (tissue)and the moment of occurrence of reperfusion syndrome.It has been established that a deviation of the value of k by 10–15% from its unit value diagnoses the initial process of blood perfusion impairment and the development of ischemic tissue disease. The rate of change of k serves as a criterionfor predicting the progression of the disease and as a corrective factor for therapeutic treatment.

PL

Nowetechnologieinżynieryjneumożliwiają tworzenieurządzeń diagnostycznychdoprzewidywaniarozwojuostregoniedokrwieniatkanekkończyniokreślaniaczasupozostałegodousunięciaopaskiuciskowej.Rozwiązanietychzadań jestistotne, zwłaszczapodczasoperacjiwojskowych. Ostre niedokrwienie kończyny to nagłe,krytyczne zmniejszenie perfuzji, które zagraża żywotności kończyny. Częstość występowania tego schorzenia wynosi 1,5przypadku na 10 000 osób rocznie. Do ostrego niedokrwienia dochodzi w wyniku zablokowania przepływu krwi w głównych tętnicach(zatorowość,zakrzepica, uraz), co prowadzi do ustania odpowiedniego ukrwienia metabolicznie aktywnych tkanek kończyny, w tym skóry, mięśni i zakończeń nerwowych. Aby rozwiązać wybrane problemy, w artykule przedstawiono analizęzmianyimpedancji tkanki biologicznej. Uzasadnione jest wprowadzeniei stosowanie współczynnika przewodności elektrycznej względnejk, jako parametru kryterium diagnostycznego. Przeprowadzono eksperymentalne badania zmiany współczynnika względnego przewodnictwa elektrycznego k, które potwierdziły, że przejście zmiany współczynnika względnego przewodnictwa elektrycznego z zależności wykładniczej na liniową będzie determinować stopień żywotności komórki biologicznej (tkanki) i moment wystąpienia zespołu reperfuzyjnego.Ustalono, że odchylenie wartości k o 10–15% od jego wartości jednostkowej świadczy o początkowym procesie zaburzenia perfuzji krwii rozwoju choroby niedokrwiennej tkanek, a szybkość zmiany jest kryterium do przewidywania rozwoju choroby i czynnika korygującego w postępowaniu terapeutycznym.

2

Thermal modeling of planar and cylindrical biomedical multilayers structures in frequency domain

Strąkowska Maria, Więcek Bogusław

Measurement Automation Monitoring

|

2019

|

Vol. 65, No. 2

32--36

EN

Planar and cylindrical thermal models of biomedical multilayer structures with perfusion are presented in this paper. For each layer the models are solved analytically in frequency domain using the Laplace transform. Modeling the multilayer structure allows formulating the set of linear equations with unknown integral constants. As a result, the thermal impedance Zth(jω) is calculated. Next, the poles of thermal impedance are estimated using Vector Fitting (VF) method. Finally, distribution of thermal time constants allows evaluating the temperature response T(t) of the modeled structure.

3

Evaluation of Perfusion and Thermal Parameters of Skin Tissue Using Cold Provocation and Thermographic Measurements

Strąkowska M., Strąkowski R., Strzelecki M., De Mey G., Więcek B.

Metrology and Measurement Systems

|

2016

|

Vol. 23, nr 3

373--381

EN

Measurement of the perfusion coefficient and thermal parameters of skin tissue using dynamic thermography is presented in this paper. A novel approach based on cold provocation and thermal modelling of skin tissue is presented. The measurement was performed on a person’s forearm using a special cooling device equipped with the Peltier module. The proposed method first cools the skin, and then measures the changes of its temperature matching the measurement results with a heat transfer model to estimate the skin perfusion and other thermal parameters. In order to assess correctness of the proposed approach, the uncertainty analysis was performed.

4

Estymacja map ukrwienia i napowietrzenia płuc za pomocą wąskopasmowej filtracji dwuwymiarowych sygnałów rezonansu magnetycznego

Wujcicki A., Materka A.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2015

|

Vol. 21, nr 3

158--164

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących estymacji map ukrwienia i napowietrzenia płuc człowieka na podstawie analizy sekwencji obrazów 2D rezonansu magnetycznego (RM). Wyniki omówiono na przykładzie obrazów RM płuc w pozycji koronalnej. Opracowano algorytm wyznaczania transmitancji wąskopasmowych filtrów użytych do rozdzielenia informacji o ukrwieniu i napowietrzeniu płuc, w oparciu o analizę sekwencji obrazów RM. Zaproponowano ilościową miarę jakości estymowanych map ukrwienia i napowietrzenia.

EN

The paper presents results of research on the estimation of lungs perfusion and ventilation by analysis of 2D magnetic resonance (MR) lung images sequence. The results are presented for lung images in coronal view. An algorithm based on an analysis of lung images sequence, for determining narrow band filters used to separate the perfusion and ventilation information, was elaborated. In this work, a quantitative measure of the quality of the estimated perfusion and ventilation was proposed.

5

Wykorzystanie topografii optycznej w nieinwazyjnych badaniach ukrwienia mózgu i jej wstępna weryfikacja techniką SPECT

Kacprzak M., Liebert A., Mączewska J., Fronczewska K., Sawosz P., Toczyłowska B., Królicki L., Maniewski R.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2010

|

Vol. 16, nr 2

173-178

PL

Obserwacja zjawiska napływu i klirensu dożylnych środków kontrastujących jest techniką często stosowaną w diagnostyce medycznej. Zastosowanie w tym celu barwników, których widmo absorpcyjne leży w zakresie bliskiej podczerwieni, może być wykorzystane do badań hemodynamiki mózgu metodą optyczną. Opublikowane w ostatnich latach wyniki badań potwierdzają, że cyrkulacja barwnika ICG (zieleń indocjaninowa) w tkance mózgowej może być wykryta bezinwazyjnie metodą optyczną. W niniejszej pracy zostały przedstawione wstępne wyniki badań uzyskane z wykorzystaniem wielokanałowego sytemu do czasowo rozdzielczych pomiarów optycznych, skonstruowanego w IBIB PAN. Badania z zastosowaniem środka kontrastującego ICG przeprowadzono u osób zdrowych i w grupie pacjentów ze stwierdzonymi średnimi dolegliwościami neurologicznymi. Badania porównawcze zostały wykonane metodą radioizotopową SPECT używaną rutynowo w badaniach ukrwienia mózgu.

EN

Monitoring of inflow and washout of an exogenous contrast agent circulating in the human body is frequently utilized for medical diagnosis. Injection of a absorbing dye in near infrared wavelength region can be applied for estimation of cerebral blood flow or perfusion using optical method. It was reported that ICG (indocyanine green) circulating in the brain can be detected non-invasively on the surface of the human adult head. In the present paper we show results of analysis of time-resolved optical signals measured with the use of the self-constructed brain imager based on previously reported brain oxygenation topography system. The study were curried out on healthy volunteers and patients with mild cerebrovascular disorders after injections of the ICG contrast agent. Obtained results from optical measurements were compared with routinely used SPECT technique.

6

Skomputeryzowany zestaw laserowo-dopplerowski do nieinwazyjnej diagnostyki mikrokrążenia krwi

Wojtkiewicz S., Liebert A., Badura G., Czerw M., Gacek A., Zbieć A., Obidzińska J., Staszkiewicz W., Maniewski R.

Acta Bio-Optica et Informatica Medica. Inżynieria Biomedyczna

|

2010

|

Vol. 16, nr 2

138-144

PL

Opracowano i wykonano prototyp urządzenia laserowo-dopplerowskiego do nieinwazyjnych badań mikrokrążenia krwi. W odróżnieniu od rozbudowanych i drogich rozwiązań komercyjnych proponowany zestaw diagnostyczny jest urządzeniem mobilnym i ekonomicznym, głównie dzięki przeniesieniu, za pomocą interfejsu USB (Universal SerialBus), przetwarzania i analizy sygnałów pomiarowych do komputera osobistego wyposażonego w odpowiednie oprogramowanie. Urządzenie ma dwa niezależne kanały pomiarowe. Modułowa budowa umożliwia zmianę liczby kanałów. Źródłem światła z zakresu bliskiej podczerwieni jest dioda laserowa generująca falę o długości 780 nm. Zintegrowany moduł kalibracji optoelektronicznej eliminuje konieczność stosowania drogich i nietrwałych płynów kalibracyjnych oraz umożliwia automatyzację procesu kalibracji. Opracowany zestaw diagnostyczny przebadano na fantomach i zweryfikowano w warunkach klinicznych w trakcie pomiarów porównawczych z urządzeniami komercyjnymi u chorych z niewydolnością żylną oraz cukrzycą.

EN

Computerised laser-Doppler set-up for non-invasive measurements of blood microperfusion, was developed. The setup was equipped with two measurement channels allowing independent measurement in two position on the body. However, modular construction of the system enables easy increase of the channel number. Semi-conductor laser diode was used as the source of near infra-red light with wavelength of 780 nm. Integrated optoelectronic calibration module eliminates necessity of calibration with an expensive and non-persistent calibration liquids and makes the automatic calibration possible. In contrast to expensive commercial instruments the prototype is an economic and mobile device. It was achieved by USB (Universal Serial Bus) interface to PC computer responsible for signal processing and analysis. The developed laser-Doppler instrument was tested on the tissue phantoms and validated in clinical studies by comparison to commercial instruments.

7

Computational analysis of prostate perfusion images - a preliminary report

Śmietański J., Tadeusiewicz R.

Bio-Algorithms and Med-Systems

|

2009

|

Vol. 5, no. 10

25--30

EN

Currently used diagnostic procedures for identification of the prostate cancer (PCa) are insufficient. It occurs quite often that the existing PCa cannot be detected. Therefore scientists search for other methods enabling a better efficacy of diagnosis. The perfusion computed tomography technique (p-CT), which measures some parameters of blood flow within diagnosed organs, is supposed to avoid such problems, even in particularly hard cases. In this paper some methods of automatic analysis of prostate perfusion tomographic images are presented and discussed. Although the work concentrates only on one image derived from one patient, we can see the complexity and importance of the task. The proposed algorithms and methods based on the Haralick's co-occurrence matrices seems to be the appropriate technique to point out the cancerous lesions. In the further work described algorithms will be tested on a large set of patients. This goal needs close cooperation between radiologists, pathologist, computer scientists and engineers. The final goal is to develop a professional diagnostic system used in computer aided prostate diagnosis.

8

Laser speckle contrast imaging for measuring blood flow

Briers J. D.

Optica Applicata

|

2007

|

Vol. 37, nr 1-2

139-152

EN

When a diffuse object is illuminated with laser light, a random interference effect known as a speckle pattern is produced. If there is movement in the object, the speckles fluctuate in intensity. These fluctuations can be used to provide information about the movement. A simple way of accessing this information is to image the speckle pattern - the fluctuations cause a blurring of the speckle, leading to a reduction in the local speckle contrast. Thus velocity distributions are coded as speckle contrast variations. The same information can be obtained by using the Doppler effect, but producing a two-dimensional Doppler map requires scanning: speckle imaging provides the same information without the need to scan. This paper reviews the development of laser speckle imaging, starting with the connection established between speckle fluctuations and movement in the nineteen-seventies. In the eighties, a photographic technique for monitoring retinal blood flow was developed, and ten years later a digital version was used to monitor capillary blood flow in the skin. Today, many groups around the world are either using or researching the technique, and the paper will close by presenting some of their recent results.

9

The influence of roughness and geometrical structure of tissue surface on friction forces during the tissue cultivation in bioreactor

Miszczak A., Wierzcholski K., Chizhik S.A.

Tribologia

|

2006

|

nr 4

99-112

EN

The flow parameters of nutrient fluid such as flow direction, shear rate, friction forces on the thin boundary layer near the superficial layer of cultivated sample depend on its roughness and geometrical structure. The inequalities with depth about some microns have important meaning during the flow around the tissue surface during the procedures connected with cultivation in bioreactor. Thus follows absolute necessity of measurements of surface inequalities of cultivated cartilages with exactness in nano-level. The main research problem containing in this paper refer to the above problem. Very oft random effect of the roughness distribution on the tissue sample in bioreactor leads to the non controlled growth of the tissue cells. Therefore is needed the general control algorithm of the influence of working parameters and properties of artificial and articular cultivated tissue on the tissue growth process. In this paper are presented same trials of viscosity measurements of liquid in static and dynamic conditions; thickness of the artificial boundary layer determinations, roughness of the tissue sample illustrations, the methods of friction forces calculations. In a basis of the control algorithms here will be possible to apply various methodologies of scanning probe microscopy. More effective is shear force microscopy mode.

PL

Najnowsze trendy naukowe w Unii Europejskiej i w USA w zakresie biotribologii idą w kierunku uwzględnienia zmian chropowatości zewnętrznej powierzchni tkanki w trakcie procesu hodowli w bioreaktorze. W mikrokontenerach bioreaktora hodowana tkanka jest permanentnie zraszana i polewana mediami o odżywczych oraz terapeutycznych właściwościach nienewtonowskich, gdzie często są to ciecze z odpowiednimi dodatkami lepkosprężystymi, wywołującymi pożądany wzrost tkanki. W bezpośredniej bliskości tkanki w warstewce granicznej o grubości od 0,01 do 0,10 mikrometrów mamy do czynienia z przepływem lepkim w cienkiej warstewce przyściennej. Składowe mikroprędkości tego przepływu nienewtonowskiej cieczy zależą nie tylko od wydatku objętościowego pompy zraszającej łóżeczko bioreaktora, lecz przede wszystkim od chropowatości zewnętrznej powierzchni tkanki. Tak powstałe pole małych prędkości zmieniające się w sposób istotny oraz zależne od ukształtowania występów chropowatości powierzchni zewnętrznej tkanki nie miałoby znaczenia, gdyby nie zasadnicze zmiany wartości sił tarcia powstające na powierzchni tkanki w trakcie przepływu. Te siły tarcia o małych wartościach rzędu poniżej 1 mN, lecz o dużych zmianach zależnych od chropowatości powierzchni tkanki kształtują w sposób znaczący hodowlę tkanki. Pomiar tak małych sił tarcia przy obecnych warunkach technicznych w trakcie ciągłego wzrostu tkanki jest prawie niemożliwy. Dlatego prace analityczno-numeryczne w tym zakresie mają duże znaczenie poznawcze. Przedstawiony obszar badań zarówno w zakresie numerycznym, jak i doświadczalnym stanowi nową dziedzinę w zakresie nanotribologii, którą można nazwać histotribologią, a nawet cytotribologią. Przedstawione w pracy wyniki badań doświadczalnych pomierzone zostały za pomocą mikroskopu sił atomowych. Wyniki uzyskane zostały w Instytucie Przepływu Masy i Ciepła Białoruskiej Akademii Nauk w Mińsku w ramach projektu Europejskiego Transfer of Knowledge we współpracy z prof. S. Chizhikiem.

10

Tribology of bone tissue culture in bioreactor

Wierzcholski K.

Tribologia

|

2003

|

nr 5

369-382

EN

This paper describes the tribological parameters during the perfusion process of tissue in the bioreactor. We perfuse cells of tissue by the nutrition liquids and other biologically tolerable media with oxygen carrying fluorocarbons. There are two different kinds of flows in the bioreactor to be expected: The first one is the Newtonian potential flow in some distance from tissue surface and is caused by horizontal perfusion. The second is the viscous non-Newtonian flow in boundary layer direct near the motionless tissue surface. Liquid velocity components and pressure values will be determined. Analytical calculations deliver results for flow parameter as flow components and friction forces to the optimisation of tissue culture in bioreactor and to optimise the growth of cells. Present paper shows analytical formulae for velocity components of nutrient fluids in thin boundary layer near to the tissue surface to obtain necessary friction forces. Here are derived analytical formulae of tribological parameters in bioreactor and the necessary volume flow rate of stream of media in horizontal direction for good protection of the perfusion of tissue surface. The friction forces occurring in the thin layer of nutrition liquids resting on the superficial tissue layer are examined by numerical way and are illustrated in the pictures.

PL

Najnowsze trendy naukowe w Unii Europejskiej i w USA w zakresie biotribologii idą w kierunku hodowli w bioreaktorze gotowych części chrząstki stawowej na bazie tkanek rodzimych pacjenta. Przeszczepów można dokonać wiele razy w życiu pacjenta, natomiast endoprotezę zakłada się co najwyżej dwa razy. Tkanka kostna umiejscowiona w szkieletowym łóżku bioreaktora jest permanentnie zraszana i polewana mediami o właściwościach nienewtonowskich. Są to ciecze odżywcze z odpowiednimi dodatkami lepkosprężystymi wywołującymi pożądany wzrost tkanki. Opływ takiej tkanki w pewnej od niej odległości stanowi przepływ nie lepki, bezwirowy, potencjalny. W bezpośredniej bliskości tkanki w warstewce granicznej, przyściennej o grubości od 70 do 100 mikronów mamy do czynienia z przepływem lepkim. Składowe mikro prędkości tego przepływu nienewtonowskiej cieczy zależą nie tylko od wydatku objętościowego pompy zraszającej łóżeczko bioreaktora, lecz również od sił ssących ciecz poprzez porowatą warstewkę wierzchnią tkanki, a także przez permanentny mikrowzrost tkanki. Pole małych prędkości płynu na powierzchni tkanki, wywołuje siły tarcia o małych wartościach poniżej 1 N, które mają jednak bardzo istotne znaczenie w trakcie hodowli tkanki. Pomiar tak małych sił tarcia w warunkach ciągłego wzrostu tkanki przy obecnych warunkach technicznych jest bardzo utrudniony, kosztowny i niepożądany ze względu na zaburzenia procesu wzrost tkanki. Dlatego prace analityczno-numeryczne mają duże znaczenie poznawcze. Niniejsza praca przedstawia model obliczeniowy sił tarcia w bioreaktorze. Model ten pozwala wyznaczać, symulować siły tarcia i sterować siłami tarcia, a przez to również optymalizować siłami tarcia do pożądanych wartości.

11

The rheodynamics factor in the thermoregulation model

Shulman Z. P., Makhaniok A.

Applied Mechanics and Engineering

|

1999

|

Vol. 4, no spec.

169-176

EN

The external or superficial heat or cold action has a strong influence on blood rheology and systemic and microvessels blood circulation. The tissue blood flow rate intensity is generally accepted to describe by Stolwijk's phenomenological model in the skin and Sekins's model in the muscle. We proposed an own model - a modification of Stolwijk's model, including influence of blood viscosity and vessel wall elasticity on the blood flow rate. A single equivalent vessel presents the arterioles and small arteries. The wall stress and the wall deformation of this vessel have described by Hook and Voigt-Kelvin models. The analytical expression has been obtained, which generalised Stolwijk and Sekins models. The quantitative analysis of the vessel wall elasticity influence on blood flow rate in the equivalent vessel has been performed out with the help of two dimensionless parameters, namely, the so-called "primary reaction" of the vessel at heating or cooling Dr and dimensionless complex p. The parameter 'DELTA''ro' is controlled by temperature. The p-complex is directly proportional to the transmural pressure value (Pinside-Poutside) and inverse proportional to elasticity modulus of the equivalent vessel wall. It has been found that the twofold increase of elasticity modulus decreases the blood flow rate on 30% at 'DELTA''ro' = 0,1 and < 1% at 'DELTA''ro' = 0,6. This means, that the elasticity modulus influence is increased with the stress relaxation of the vessel muscles. The new rheodynamics model of the thermoregulation was applied to the numerical simulation of the human body cooling process. The combined influence of vessel wall elasticity and temperature on blood flow rate and heat transfer for water hypothermia conditions has been considered. The tem-perature dependence of the apparent blood viscosity has been described by Arrenius' model. The results show the strong influence of blood viscosity and vessel wall elasticity alternations on blood flow rate and the heat transfer of man at moderate hypothermia (Tcore > 29-31oC). In the case water hypothermia at +10oC it has been shown that twofold increase of initial blood viscosity and wall elasticity modulus reduce the brain temperature on 3oC.