авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |

«Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского МЕТОДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ В БИОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ – 2012 Материалы ...»

-- [ Страница 2 ] --

Диаметр ядер опухолевых клеток в группе крыс, получавших авран, составил 3,4±0,15, что на 13,5% меньше диаметра ядер клеток в контроле 4,05±0,15.

Диаметр самих клеток в экспериментальной группе 5,025±0,22 был досто верно меньше на 32,7% по сравнению с диаметром клеток в контроле 7,45±0,15. Полученные различия достоверны при р0,05. При проведении гистохимической окраски опухоли с лектином зародышей пшеницы WGA и проведении PAS-реакции отмечалось снижение интенсивности как окраски на гликопротеиды, так и на мукополисахариды, что свидетельствовало о по вреждении поверхностных мембран клеток. При окраске на ДНК и РНК ме тиловым зеленым пиронином по Браше отмечалось снижение интенсивности окраски на РНК, что указывало на снижение транскрипции в клетках рака печени под действием экстракта аврана. Следует отметить, что в эксперимен тальной группе животных наиболее выраженные гистохимические реакции выявлялись по периферии опухоли, где опухолевые клетки были сохране ны, то есть наиболее выраженный патоморфоз опухоли наблюдался в цен тральных ее отделах, что возможно обусловлено особенностью ее ангиоархи тектоники и распространению по ней действующих веществ экстракта. По сравнению с группой контроля в ткани опухоли было обнаружено появление обширных зон некроза, где структура клеточных элементов не определялась.

Выводы. Экстракт аврана имеет низкую токсичность и обладает анти оксидантной активностью у животных с перевитым раком печени, а также оказывает избирательное цитотоксическое и цитостатическое действие на опухоль, что делает перспективным дальнейшее изучение экстракта аврана в различных экспериментальных моделях.

По результатам исследования в Росспатент отправлены заявки на сред ство с противоопухолевой активностью и способ его получения (Заявка на патент РФ № 2012105409, приоритет от 15.02.2012 и заявка на патент РФ № 2012105384, приоритет от 15.02.2012).

Библиографический список 1.Корман Д.Б. Основы противоопухолевой химиотерапии. М.: Практическая медицина, 2006. 512 с.

2.Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И., Козлов А.В., Осипов А.Н., Рощупкин Д.И. Свободные радикалы в живых системах // Итоги науки и техники.

Биофизика. 1992. Т 29. C. 3–250.

3.Наволокин Н.А., Андреева А., Рыкалина Е.Б., Байтман Т.П., Полуконова Н.В. К вопросу о механизмах противоопухолевого действия растительных экстрактов // Современная медицина и фармацевтика : анализ и перспективы развития: тез. II Междун.

науч.-практ. конф. М., 2012. С. 21–23.





4.Navolokin N.A., Polukonova N.V., Kong X.M., Bucharskaya A.B., Maslyakova G.N.

Effect of flavonoids containing extract on the laboratory rats with liver tumors entwined pc-1 // Novel Drugs Based on Plant Substances. St. Petersburg, 2011. С. 290–291.

5.Наволокин Н.А., Павлова А.В. Морфологические изменения в мышцах у лабораторных крыс и определение токсичности при введении экстракта аврана // Бюл.

мед. интернет-конференций. 2012. Вып. 2. С. 82–83.

6.Маслякова Г.Н., Бучарская А.Б., Наволокин Н.А., Широков А.А., Буров А.М.

Применение морфологических методов исследования в наноонкологии. // Вестн.

биотерапевтического журн. 2011. №4. С.104.

7.Гельфандбейн Я.А., Каплан Б.Л., Маерович И.М. Ядерно - цитоплазматические константы малигнизированных структур // Экспериментальная медицина и анестезиология. 1973. №3. С. 3–9.

8.Артюхов В.Г., Наквасина М.А. Биологические мембраны // Структурная организация, функция, модификация физико-химическими агентами. Воронеж.: Изд-во Воронеж. ун-та, 2000. 243 с.

ПОИСК НАПРАВЛЕННЫХ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ОБЛАСТЯМИ МОЗГА ЗДОРОВОГО ЧЕЛОВЕКА ПРИ ВНЕШНЕМ СТИМУЛЕ С ПОМОЩЬЮ ЭМПИРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ А. А. Алексеев, И. В. Сысоев Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: raiona3@gmail.com Поиск связей между областями мозга является одной из важнейших за дач современной науки о мозговой деятельности. Понимание структуры и механизмов связей в мозге здоровых людей может позволить выявлять и предотвращать различные патологии его развития, таких как: эпилепсия, бо лезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и других болезней нервной системы [1]. В настояшее время существуют нескольно способов определения связей между системами по экспериментальным сигналам, в том числе основанные на простроении моделей: причинность по Грейнджеру [2] и метод анализа фазовой динамики [3], которые будут применяться в данной работе.

Метод грейнджеровской причинности состоит в том, что по данным системы 1, влияние на которую проверяется, строится индивидуальная эмпи рическая прогностическая модель, затем строится совместная модель с уче том данных от системы 2, влияние которой проверяется, и если совместная модель дает существенно лучший прогноз, чем индивидуальная, то система считается влияющей на систему 1. Метод фазового анализа, используемый в работе, адаптирован для коротких и зашумленных временных рядов [3]. Он заключается в подстановке в стохастическое дифференциальное уравнение фаз исходных сигналов и получении несмещенной оценки связанности из анализа коэффициентов уравнения.

Данная работа посвящена оценке влияния четырех областей коры го ловного мозга друг на друга, а именно левой и правой соматосенсорной и ле вой и правой нижней теменной. Экспериментальные данные получены от здорового испытуемого с помощью магнитоэнцефалографии при нагрузке, т.е. воздействии на указательный палец правой руки с частотой 23 Гц.

На основе экспериментальных данных от четырех областей мозга было зафиксировано наличие взаимного и одностороннего взаимодействия между двумя из них, а именно правой соматосенсорной и правой нижней теменной областями коры мозга, на что указывают графики на рис. 1 и рис. 2 для мето дов грейнджеровской причинности и анализа фазовой динамики соответст венно. На рис. 1, б графике показано, что правая соматосенсорная область влияет на правую нижнюю теменную, на сдвигах, где график пересекает единичный уровень;

на левом графике показано обратное влияние. На рис. видно, что большинство значимых выводов находятся в той же области, что и для грейнджеровской причинности. Следовательно, наличие связанности этих областей подтверждают оба метода. Для части случаев чётко выразить направленность связей не удалось, и дальнейшим развитием темы будет ис пользование более специфичных моделей либо другой методикой исследова ния. Кроме того, предполагается повторить расчёты для девяти других здо ровых субъектов, находящихся в тех же условиях.

Рис. 1. Интегральные графики улучшения прогноза для правой нижней теменной (а) и правой соматосенсорной (б) области коры мозга Рис. 2. Зависимость распределения значимых выводов от задержек:

а - распределение влияния правой соматосенсорной области на правую нижнюю теменную, б - показывает обратное распределение влияния Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант №12-02 00377).

Библиографический список 1.Яхно Н.Н., Штульмана Д.Р. Болезни нервной системы. 2001. Т. 1.

2.Granger C.W.J. Econometrica. 1969.

3.Smirnov D. A.., Bezruchko B. P.. Estimation of interaction strength and direction from short // Phys. Rev. 2003. E 68, 046209.

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ СИНХРОНИЗОВАННОСТИ РЕГУЛЯТОРНЫХ РИТМОВ У ПАЦИЕНТОВ, СТРАДАЮЩИХ ХРОНИЧЕСКОЙ АРТЕРИАЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ О.В. Астахов, А.С. Караваев Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: AstakhovOV@gmail.com Атеросклероз является самой распространенной патологией магист ральных артерий нижних конечностей. Течение заболевания сопряжено с их окклюзионно-стенотической трансформацией и формированием комплекса клинических признаков, обозначаемого как хроническая артериальная недос таточность нижних конечностей (ХАННК). Прогрессирование стеноза и (или) окклюзии магистральных артерий ведет к постепенной декомпенсации кровотока в конечности, что обусловливает высокие показатели летальности и инвалидизации. Далеко зашедшие случаи ХАННК подлежат оперативному лечению. Проводимая операция направлена на восстановление магистраль ного кровотока и увеличение просвета стенозированного сосуда, однако 20% оперированных погибают в течение первого года после операции, а 50% воз вращаются для повторного оперативного вмешательства. Таким образом, ХАННК является серьезной медико-социальной проблемой и требует разра ботки простых, информативных технологий оценки состояния артериального русла, пригодных для скрининговых исследований. Существуют стандартные методы диагностики ХАННК, такие как ультразвуковая допплерография по раженных артерий;

измерение лодыжечно-плечевого индекса и др. Однако они либо инвазивны, либо не позволяют с необходимой точностью произ водить диагностику заболевания на ранней его стадии.

В данной работе суммарный процент фазовой синхронизации [1, 2] рассчитывался для лиц, страдающих ХАННК. В качестве объекта исследова ния были выбраны сигналы, полученные из электрокардиограмм (ЭКГ) и фо топлетизмограмм (ФПГ) с пальцев нижних конечностей трёх групп испытуе мых, а именно пациентов с развитой стадией заболевания, начальной стадией и здоровых людей. Суммарный процент фазовой синхронизации рассчиты вался между рядами RR пиков ЭКГ и ФПГ. Полученные значимые результа ты, свидетельствующие о наличии фазовой синхронизации между 0.1 Гц ре гуляторными ритмами ЭКГ и ФПГ. Выявлено, что величина суммарного процента у больных в среднем имеет тенденцию к снижению относительно здоровых лиц.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и гранта Прези дента РФ.

Библиографический список 1.Karavaev A.S., Prokhorov M.D., Ponomarenko V.I., Kiselev A.R., Gridnev V.I., Ruban E.I., Bezruchko B.P. Synchronization of low-frequency oscillations in the human cardio vascular system // CHAOS. 2009. Vol. 19. P. 033112.

2.Безручко Б.П., Гриднев В.И., Караваев А.С., Киселев А.Р., Пономаренко В.И., Прохоров М.Д., Рубан Е.И. Методика исследования синхронизации колебательных про цессов с частотой 0.1 Гц в сердечно-сосудистой системе человека // Изв. вузов. ПНД.

2009. Т. 17, № 6. С. 44–56.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БКС ИЗУЧАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ (КОМАРОВ) А.Ф. Махмудова, А.М. Лихтер Астраханский государственный университет E-mail: kof@aspu.ru, waiste15@bk.ru Эволюция человека проходила в тесном взаимодействии с насекомыми.

Изначально врагами человека были только паразитирующие насекомые, поз же ими стали вредители продуктов и построек. Современная экологическая концепция отношения к насекомым базируется на разработке технологий, способствующих ограничению их вредного воздействия на здоровье челове ка, агроценозы, постройки, продукты и другие сферы его интересов при ин тенсификации полезных результатов жизненных процессов [1-3]. Успешное решение этих задач находится в прямой зависимости от достижений в изуче нии биофизических параметров насекомых. Немаловажное значение для раз работки средств контроля за состоянием и управления поведением насеко мых имеет изучение используемых ими принципов пространственной ориен тации и функционирования коммуникаций.

Поведение насекомых в заданных условиях отличается согласованно стью. Насекомые имеют рецепторы, воспринимающие сигналы из внешней среды, возможность анализа полученных сигналов и адекватное реагирова ние на полученный сигнал, несущий информацию, содержащуюся в акусти ческой, электромагнитной (тепловой) или оптической форме. Такое взаимное соответствие характерно для биокибер нетических систем (БКС) и позволяет управлять поведением насекомых.

Биокибернетическая система для управления поведением насекомых состо ит из трех последовательно взаимодейст вующих элементов: источника физическо го поля, внешней среды, т.е. канала пере дачи информации и объекта управления, причем эффективное управление в БКС можно осуществить после выбора опти мальных параметров, входящих в неё эле ментов на основе энергетических (уровень Рис. 1. Биокибернетическая система для сигнала) и информационных (отношение управления поведением насекомых критериев качества «сигнал-шум») (рис. 1). В свою очередь, решение этой задачи возможно при наличии матема тической модели, описывающей как прохождение управляющего сигнала в БКС, так и шумовые характеристики её элементов. Необходимо определить па раметры этих элементов.

Отдельным видам полей соответствуют рецепторы и органы насеко мых, которые эти поля воспринимают. Остановимся на акустических полях.

Воздушная, жидкая или твердая среды является акустическим каналом связи для передачи информации насекомым. Соответственно этому насекомые пользуются разными рецепторами. Они отличаются морфологически и функционально. Насекомые являются как источниками, так и приемниками звука.

Несмотря на большое разнообразие конкретных проявлений акустиче ского поведения, насекомые чаще всего используют слуховые анализаторы для решения двух основных задач: опознавания пространственноориентиро ванных или биологически важных сигналов и локализации источника звука.

Остановимся на изучении кровососущих насекомых, в частности комаров.

Сложилось мнение, что для двукрылых, к которым относятся комары, часто та, по-видимому, служит единственным критерием, по которому они могут различать звуки, возникающие в полете, и это можно использовать в качестве критерия для определения одного из параметров БКС, данное положение по требовало дополнительных исследований. Для изучения акустического сиг нала, воспринимаемого комарами, были проанализированы технологии, ко торые используются в ловушках, предлагаемых на современном рынке [1], разработано и сконструировано устройство для привлечения комаров на ос нове комплексного воздействия на их рецепторные системы. [1] С помощью сконструированного устройства проведен эксперимент в течение июня 2011 г., методика которого приведена в [2].

Анализ спектров акустических сигналов, издаваемых комаром, полу ченных на основании обработки большого числа экспериментов, показал, что наиболее громкие звуки, издаваемые комаром, лежат в области 0,5 и 2,8 кГц.

[1–6] Результатом анализа являются следующие утверждения: между самка ми и самцами комаров не происходит акустическое взаимодействие для под стройки частоты взмахов (рис. 2), т.к. для такого процесса необходимо время не только для подстройки частоты взмахов, но и для анализа поступающего акустического сигнала, причем время порядка сотых долей мс, и если бы ко мар анализировал каждый поступивший сигнал (включая ветер, шелест ли стьев деревьев, раскаты грома и т.д.), то он полностью был бы дезориентиро ван в пространстве.

а б Рис. 2. Усреднённые частотно характеристики джонстонова органа самцов C.

plumosus: а – измеренные в условиях имитации полёта и б – спектр звукоизлучения самки того же вида [4, 6, 7] Для построения модели управления поведением комара в составе био кибернетической системы опираемся на то, что акустический сигнал можно представить в виде интеграла Фурье [5]:

p(t ) = a( f ) cos(2ft + )df, (1) где а(f) – амплитудно-частотный спектр.

Акустические сигналы воспринимаются насекомыми на фоне помех, так называемого акустического фона естественного и искусственного проис хождения, которые можно обозначить как внешний сигнал с.

Собственные шумы атмосферы создаются такими источниками звуко вого поля как, например, ветер, шелест листьев деревьев, раскаты грома и т.д. Поскольку многие насекомые воспринимают информацию, содержащую ся в акустическом сигнале, в полете, то нельзя не учитывать воздействия, ко торое оказывает тело летящего насекомого и акустические волны, исходящие от его крыльев. Таким образом, необходимо учитывать значения частот вос принимаемого сигнала в и внешнего сигнала с.

В настоящее время разрабатывается математическая модель управления гну сом в летний период, которая позволит учитывать влияние внешнего шума и шума, производимого крыльями насекомых Библиографический список 1.Лихтер А.М., Махмудова А.Ф., Смирнов В.В. К вопросу о передаче акустической информации насекомыми в экосистеме. // Экокультура и фитобиотехнологии улучшения качества жизни на Каспии: материалы междунар. конф. с элементами научн. шк. для мо лодёжи 7-10 декабря 2010г. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2010. С.

68–72.

2.Лихтер А.М., Махмудова А.Ф., Смирнов В.В., Сызранова И.Ф. Некоторые аспекты эффективности акустических систем управления поведением насекомых // Фундаментальные и прикладные исследования в системе образования: мат. IX Междунар. науч.-практ. конф февраля 2011г. Тамбов: Изд-во ТГУ, 2011. С. 48–52.

3.Махмудова А.Ф., Лихтер А.М. К вопросу об эффективности акустических систем управ ления поведением насекомых. // Школа научно-технического творчества и концептуального про ектирования: Материалы Междунар. науч. шк. для молодежи. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2011. Т.1: Машиностроение, электроника, приборостроение. Информационные тех нологии. С.190 – 193.

4.Лапшин Д.Н. Частотные характеристики слуховых интернейронов самцов кома ров Culex pipiens pipiens L. (Diptera, Culicidae) // ДАН. 2011. Т.439, №2. C. 279–282.

5.Лихтер А.М. Оптимальное проектирование оптико-электронных систем. Астра хань: Изд. дом «Астраханский университет», 2004 241с.

6.Махмудова А.Ф., Лихтер А.М. Анализ процесса передачи акустической информа ции изучаемым объектам (насекомым) // Прикасп. журн.: управление и высокие техноло гии. 2012. №1 (17). С. 95–101.

7.Лапшин Д.Н. Восприятие акустических сигналов самцами комаров в условиях имитации полета. // Сенсорные системы. 2010. Т. 24, № 2. С. 141–150.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА РЕГЕНЕРАТИВНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИМПУЛЬСА КЛЕТКАМИ ЭНДОТЕЛИЯ СОСУДИСТОЙ СТЕНКИ Е.С. Стюхина, А.Ю. Неганова, Д.Э. Постнов Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: elena-styukhina@yandex.ru Широко известно, что артериальные сосуды реагируют расширением или сужением в ответ на сигналы нервной и гуморальной регуляции [1]. Ме нее известно, что такая реакция может иметь форму волны сжатия или рас слабления сосуда, распространяющейся навстречу течению кровотока [2, 3, 4]. В настоящее время физиологи продолжают исследовать этот механизм, но уже ясно, что он связан с проведением электрических сигналов клетками эн дотелия сосудов [4, 5].

Эндотелий выполняет множество функций, одной из которых является выработка оксида азота NO, инициирующего расслабление клеток гладкой мускулатуры сосудов. Известно, что эти клетки не способны к самостоятель ной генерации электрических импульсов в ответ на раздражение и, следова тельно, не могут проводить электрический сигнал, как это делают нейроны.

Однако не так давно было обнаружено присутствие функционирующих по тенциал-зависимых Na+ и Ca2+ каналов, принимающих участие в эндотели альном отклике при механическом раздражении [5, 6]. Было высказано пред положение, что вслед за электрической стимуляцией клетки эндотелия про исходит активация Na+ и Ca2+ каналов. Ионы Ca2+ активируют эндотелиаль ную NO синтазу и активируемые кальцием калиевые каналы, запускающие процесс вазодилатации [7].

Таким образом, налицо противоречие между отсутствием возбудимой динамики клеток эндотелия и экспериментально установленными фактами регенеративной передачи импульсов и наличием в них необходимых ионных механизмов.

В данной работе мы тестируем гипотезу, согласно которой не обла дающая возбудимой динамикой система способна к трансляции поступающе го извне импульса в том случае, если она обладает бистабильными свойства ми.

Для решения этой задачи нами была разработана упрощенная феноме нологическая модель в виде цепочки связанных нелинейных элементов. По средством вычислительного эксперимента мы исследовали процесс трансля ции импульса зависимого от вида вольт-амперной характеристики системы (ВАХ). В результате была установлена связь между бистабильными свойст вами одного элемента и способностью всей системы к передаче импульса без затухания амплитуды.

Электрическая активность цельной клетки в самом общем виде может быть описана следующим дифференциальным уравнением:

(1) dV = I I, C m w gap dt где C m – емкость мембраны, V – трансмембранный потенциал, I w и I gap – ионные токи мембраны в межклеточное пространство и в соседнюю клетку эндотелия, соответственно. Они выбирались в виде:

I w = g w f(V), I gap = g gap (V V sp ). (2), (3) После упрощения и перенормировки, модель принимает вид:

v = v v 3 + g(Vsp v), (4) & C mV 0 (5), (6) g gap где = gt, g = g 0 w Безразмерная функция F(v), определяет форму ВАХ клетки и задается в виде полинома:

F (v ) = k 0 + k1 v + k 2 v 2 + k 3 v 3. (7) Таким образом, было получено уравнение (4) простейшей одноразмер ной бистабильной модели. Коэффициенты: k 0 = 0;

k1 = 1;

k 2 = 0;

k3 = 1 соот ветствуют выбору ВАХ в виде симметричной кубической параболы.

В этом случае, при g = 0, имеются три состояния равновесия, два из ко торых являются устойчивыми v1, 3 = 1,+1, а одно – неустойчивым v 2 = 0.

Электрический импульс Vsp(t), воздействующий на клетку в момент времени t, включает 2 компоненты:

Vsp (t ) = Vsp (0) + Vsp (1) (t ).

Первая из которых соответствует состоянию равновесия системы 1, а вторая имеет вид Vsp (1) (t ) = 1 + Asp 0.25(1 + tg (10(t ton )))(1 + tg (10(toff t ))), где Asp – амплитуда импульса.

Первый вычислительный эксперимент проводился в условиях фикси рованного g, второй – фиксированного. Результаты экспериментов показа ли, что при определенных значениях управляющих параметров, Asp и g зна чение амплитуды воспроизводимого импульса может превышать величину возбуждающего. В первом эксперименте подобное поведение наблюдалось при высокой скорости реакции системы на импульс, а также достаточно большой амплитуде импульса.

В ходе второго эксперимента было выявлено, что для малых значений g передача без потерь возможна только для импульса с большой амплитудой, а значит при меньшей способности системы воспринять электрический им пульс. Только воздействие электрическим импульсом большой величины может приводить к его регенеративному воспроизведению.

Таким образом, была продемонстрирована принципиальная возможность регенеративной передачи импульсов клетками эндотелия при условии того, что вольт-амперная характеристика цельной клетки имеет вид, обеспечивающий бистабильные свойства при отклике на внешнее воздействие.

Библиографический список 1. Камкин А., Каменский А. Фундаментальная и клиническая физиология. М., 2004.

2. Segal S. S. Microvascular recruitment in hamster striated muscle: role for conducted vasodilation // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 1991, Vol. 261. P. H181 – H189.

3. Emerson G. G, Neild T. O., Segal S. S. Conduction of hyperpolarization along hamster feed arteries: augmentation by acetylcholine // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2002, Vol.

Vol. 283. P. H102 – H109.

4. Wit C. De, Roos F., Bolz S. S., Kirchhoff S., Kruger O., Willecke K., Pohl U. Impaired conduction of vasodilation along arterioles in connexin40-deficient mice // Circ. Res. 2000, Vol.

86. P. 649 – 655.

5. Figueroa X. F., Paul D. L, Simon A. M., Goodenough D. A., Day K. H., Damon D. N., Duling B. R. Central role of connexin40 in the propagation of electrically activated vasodilation in arterioles in vivo // Circ. Res. 2003, Vol. 92. P. 793 – 800.

6. Emerson G. G., Segal S. S. Electrical activation of endothelium evokes vasodilation and hyperpolarization along hamster feed arteries // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2001.

Vol. 280, P. H160 – H167.

7. Figueroa X. F., Chen C.-C., Campbell K. P., Damon D. N., Day K. H., Ramos S., Dul ing B. R. Are voltage-dependent ion channels involved in the endothelial cell control of vasomo tor tone? // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2007. Vol. 293, P. H1371 – H1383.

УЧЕТ РАБОТЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО СЕРДЦА В ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ГЕМОДИНАМИКИ А. В. Доль, Ю.П. Гуляев Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: dzero@pisem.net, gulvis@yandex.ru В конце XIX – начале XX в. профессор М. В. Яновский впервые провел исследования, направленные на определение степени влияния сосудистой стенки на кровоток [1]. Ученым и его последователями были сделаны пред положения о наличии в организме человека феномена распределенного или «периферического», «вторичного» сердца, т.е. ускорение потока не только за счет работы сердца, но и в результате деятельности стенок артерий. В данной работе предложена трехмерная модель гемодинамики крупных кровеносных сосудов, которая учитывает влияние продольных сокращений стенки на по ток.

Основная система уравнений гидроупругости для осесимметричных движений имеет вид [2]:

v x 2v 1 v x 2v x p + µ 2x +, = + r t x r r x 2v x 2v r v r p + µ, = rx + x 2 t r 2 p 1 p 2 p + + = 0, x 2 r r r 2u S S0 T0 w 2u 0h 2 = 0 h 20, + x x t t R T w T0 2w 0 h 2 = 2 w + S0 2, (1) t x R R Eh u w S = +, 1 2 x R Eh u w T = +, 1 2 x R v v = µ x, +r r x r =R r =R v = p r =R + 2 µ x.

x r =R К системе (1) добавляем кинематические контактные условия:

u u = + vx, t t r =R (2) w = vr.

t r =R Здесь p – давление;

– плотность крови;

µ – вязкость крови;

v x – осе вая компонента скорости крови;

v r – радиальная компонента скорости крови;

R – радиус сосуда;

t – время;

u, w – перемещения стенки в продольном и поперечном направлениях;

S, T – силы натяжения в окружном и продоль ном направлениях соответственно;

S0, T0 – начальные значения сил натяже ния в окружном и продольном направлениях;

E – модуль Юнга стенки;

– коэффициент Пуассона;

h – толщина стенки сосуда, 0 – массовая плотность материала стенки сосуда. Функция u 0 ( x, t ) описывает реактивное продольное смещение стенки сосуда. Эта функция моделирует работу вторичного сердца и должна определяться экспериментальным путем. В простейшем случае она может быть представлена в виде x (t ) c mk x (1 cos( 0t qT ), если u 0 (t, x ) = qT c mk (3) x 0, если qT t T.

c mk Здесь – параметр, характеризующий степень мышечной активности, hE 0 q 1,T – период пульсации крови, c mk = – скорость пульсовой вол 2R ны давления Моэнса-Кортевега.

Частное решение неоднородной системы (1) – (2) для каждой волновой 2k x (t i ) гармоники e ищем в виде T c mk u 0 = u10 exp[i (t 0 x )], w 0 = w 10 exp[i (t 0 x )], 2k v x 0 = v x10 (r ) exp[i (t 0 x )], =, (4) T v r 0 = v r 10 (r ) exp[i (t 0 x )], p0 = p10 (r ) exp[i (t 0 x )], где – частота пульсации кровотока, – волновое число;

p10 = A0 J 0 (i 0 r ), 0 0 A0 J 0 (i 0 r ) + B0 J 0 (i 0 r ), A0 J 1 (i 0 r ) + 0 B0 J 1(i 0 r ), v x `10 (r ) = v r 10 (r ) = 0 = 2 / R 2 + i 0 2, 0 =, =R – параметр Уомерсли. Вид выражений µ c mk для амплитуд определялся в случае, когда работа вторичного сердца не учи тывалась (система была однородной).

Подставляя функции (4) в неоднородную систему (1) – (2), получим не однородную алгебраическую систему уравнений относительно неизвестных u10, w 10, A0, B0 :

S T ( 2 c 0 0 )u10 i 0 (c 0 + )w 10 + 2 2 0 hR R 2µ i 0 µ i(0 + 0 ) 2 2 J 1 (i 0 R )A0 + J 1 (i 0 R )B0 = i 0 hc k, + 0 h 0h c0 2S 1T i 0 u10 + 2 + 2 ( c0 ) 0 w 0h R 0h R 1 i 0 2µ (2µ 1)J 0 (i 0 R ) J 1 (i 0 R ) A (5) 0h R 2µ 1 2µi 0 J 0 (i 0 R ) J 1 (i 0 R )B0 = 0, 0h R 0 iu10 + J 0 (i 0 R )A0 + J 0 (i 0 R )B0 = c k, iw 10 + 0 J 1 (i 0 R )A0 + 0 J 1 (i 0 R )B0 = 0.

Определитель системы (5) отличен от нуля, и её решение определяется однозначно.

Построены базовые частные решения, на основании которых методом линейной суперпозиции строится общее решение неоднородной задачи гемо динамики в крупных кровеносных сосудах.

Библиографический список 1.Обрезан А. Г., Шункевич Т. Н. Теория «периферического сердца» профессора М.

В. Яновского: классические и современные представления // Вестн. С.-Петерб. ун-та. 2008.

Сер. 11, №3. С. 14–23.

2.Гуляев Ю.П., Коссович Л.Ю. Математические модели биомеханики в медицине.

Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. 49с.

ОПТИМИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВА ДЛЯ БЫСТРОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ Н.А. Крылатых, Д.Д. Габидуллин, Я.В. Фаттахов, А.Р. Фахрутдинов Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского Казанского научного центра Российской академии наук E-mail: natalya.p4elka@gmail.com Стандартным методом получения данных об однородности основного поля магнита является датчик, в котором все измерения производятся одним сенсором, поэтапно перемещаемым по сфере рабочей области и регистри рующем частоту сигнала ядерного магнитного резонанса в определенных местах сферы. Основным недостатком подобного метода измерения карты поля является длительность эксперимента.

Предлагаемая нами конструкция датчика состоит из множества изме рительных контуров, жестко закрепленных на поверхности сферы радиусом 150 мм. Таким образом, значения поля регистрируются в строго определен ных местах на сфере рабочей области. По этим данным вычисляются ампли туды сферических функций, вносящих вклад в неоднородность магнитного поля. Далее, согласно амплитудам сферических функций восстанавливается пространственная карта поля.

Как правило, для корректировки основного поля магнита необходимо знать только амплитуды сферических функций, создающих неоднородность поля. Поэтому актуальной задачей становится не расчет конечной каты поля, а расчет амплитуд сферических гармоник. Согласно теории, поле внутри сферы, на поверхности которой проводятся измерения, можно разложить по сферическим функциям так, что поле будет представлять собой сумму вкла дов каждой гармоники:

l H z ( R,, ) = Alm R l Yl m (, ), (1) l =0 m = l где Yl m (, ) и Alm – сферические функции и их амплитуды соответственно, R,, – сферические координаты точки, в которой рассчитывается поле. В случае, когда известно распределение значений поля на поверхности сферы, коэффициенты сферических гармоник рассчитываются с помощью интегра лов:

sin d dYl m* (, ) H z ( R,, ) Alm = l (2) R0 В случае дискретного набора значений поля на поверхности сферы этот интеграл необходимо преобразовать в сумму:

sin Yl m* (, ) H z ( R,, ) Alm = (3) Rl 0 После расчета амплитуд сферических функций с помощью формулы (1) можно рассчитать значение магнитного поля в любой точке внутри сферы рабочей области.

Исходя из небольших габаритов конструкции датчика необходимо вве сти ограничение числа измерительных контуров на сфере рабочей области датчика. С целью подбора оптимальной конфигурации расположения конту ров на сфере проведено моделирование нескольких возможных конфигура ций датчика. Для каждой конфигурации произведен анализ качества отобра жения сферических гармоник на сфере. С помощью математического моде лирования для каждой сферической функции был рассчитан коэффициент отображения, т.е. найдена ее амплитуда для случая, когда поле полностью описывается этой функцией. В идеальном случае коэффициент отображения равен 1. В качестве его объективной характеристики качества отображения сферических гармоник выбрано среднеквадратичное отклонение коэффици ентов отображения датчиком от единицы. Так как основную неоднородность создают гармоники первых порядков, расчеты были проведены для сфериче ских функций до пятого порядка включительно.

В первой модели 84 контура распределены на одинаковых угловых расстояниях друг от друга. Контуры во всех моделях расположены на 7 плос костях. Практически такая модель датчика не реализуема, поскольку близко к полюсам контуры располагались бы слишком близко друг к другу. Вторая модель датчика отличается от первой тем, что количество контуров на двух плоскостях, расположенных вблизи полюсов, уменьшено в два раза. Общее количество контуров – 72. Третья модель датчика состоит из 60 контуров. В этой модели также уменьшено количество контуров на плоскостях приле гающих к полюсам датчика: на крайней плоскости их количество уменьшено на 2/3, на следующей плоскости – на 1/3. Четвертая модель датчика является модификацией первой и второй моделей датчика. В этой модели на плоско стях, прилегающих к полюсам датчика, количество контуров уменьшено на 1/3(общее число контуров – 76) (таблица).

Среднеквадратичное отклонение коэффициентов сферических функций для разных моде лей датчиков №1 №2 №3 № l=0 0.0000712688 0.0117309 0.121165 0. l=1 0.000230064 0.0322787 0.248311 0. l=2 0.000450648 0.0455961 0.250928 0. l=3 0.00084112 0.0509733 0.245372 0. l=4 0.00178297 0.0512485 0.258677 0. l =5 0.00556786 0.0513552 0.270857 0. Результаты вычислений представлены в таблице. Очевидно, корректнее всего гармоники первого порядка отображаются первой моделью датчика. Но в силу вышеназванных причин эта модель не может быть реализована. Оп тимальной конфигурацией расположения контуров на поверхности сферы при данных ограничениях является модель датчика №4.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АДАПТИВНОЙ СЕГМЕНТАЦИИ ДЛЯ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАЦИОНАРНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ ЭТАЛОННЫХ МОДЕЛЕЙ А.Н. Северюхина Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: Severyuhinaan@info.sgu.ru Большинство методов анализа временных рядов основывается на пред положении о стационарности исследуемого процесса. Однако многие сигна лы в природе, и в особенности это относится к физиологическим данным, не стационарны. Причины возникновения нестационарности различны. Напри мер, к возникновению нестационарности может привести наличие в системе процессов, характерный временной масштаб которых больше длительности интервала наблюдения, внешние воздействия и пр. Задачи фиксации самого факта нестационарности и разработки методов анализа таких ситуаций акту альны для многих областей исследований.

В самом общем смысле под термином «стационарность» понимают свойство процесса не изменять свои характеристики с течением времени. В теории случайных процессов процесс называется стационарным в узком смысле, если все его многомерные плотности распределения вероятности не зависят от времени, то есть pn ( x1, t1,K, xn, t n ) = pn ( x1, t1 + T,K, xn, tn + T ) спра ведливо для любых n, ti, T. Если от времени не зависит его среднее, а корре ляционная функция зависит только от разности времен x (t1, t 2 ) = x (t1 t 2 ), то в этом случае процесс называют стационарным в широком смысле.

В последнее время в связи с развитием методов анализа временных ря дов, основанных на теории нелинейных динамических систем, появилось и стало популярным такое понятие, как динамическая стационарность, которая подразумевает постоянство оператора эволюции системы, генерирующей ряд [1–6]. Именно такой вид стационарности важен, когда для анализа временных рядов применяются методы, заимствованные из нелинейной динамики.

В данной работе для обнаружения и анализа динамической нестацио нарности используется метод адаптивной сегментации [7]. Метод тестирует ся на временных рядах различных эталонных динамических систем. В один из моментов времени параметры объекта изменялись. Работоспособность ме тодов анализа стационарности оценивалась по их способности правильно об наружить момент изменения параметров.

В дальнейшем предполагается применять данную методику для анали за стационарности ЭЭГ.

Библиографический список 1. Manuca R., Savit R. Stationary and nonstationary time series analysis // Physica D. 1996.

Vol. 99. P. 134–161.

2. Kennel M. B. Statistical test for dynamical nonstationarity in observed time series data // Phys. Rev. E. 1997. Vol. 56. P. 316.

3. Yu Dejin, Lu Weiping, Harrison Robert G. Space time-index plots for probing dynamical nonstationarity // Phys. Lett A. 1998. Vol. 250. P. 323–327.

4. Rieke C., Stemickel K., Andrzejak R.G., Elger C.E., David P., Lehnertz K. Measuring nonsta tionarity by analyzing the loss of recurrence in dynamical systems // Phys. Rev. Lett. 2002.

Vol. 88, № 24.

5. Schreiber T. Detecting and Analyzing Nonstationarity in a Time Series Using Nonlinear Cross Predictions // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 78. P. 843.

6. Schreiber T. Interdisciplinary application of nonlinear time series methods // Phys. Rep.

1999. Vol. 308. P. 3082.

Каплан А.Я. Проблема сегментного описания электроэнцефалограммы человека // Фи 7.

зиология человека. 1999. Т.25, № 1. С. 125–133.

ОЦЕНКА ВРЕМЕНИ ЗАДЕРЖКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИМ СИГНАЛОМ НА СИСТЕМУ С ЗАПАЗДЫВАНИЕМ В.С. Хорев Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: zergs@inbox.ru Работа посвящена исследованию преимущественного направления взаимодействия и задержки в связи на моделях, описывающих медленные колебания кровяного давления в сердечно-сосудистой системе человека. В качестве моделей использовалась система с запаздывающей обратной свя зью, находящаяся под действием различных внешних сигналов. Данная сис тема является модификацией модели, предложенной в работе [1].

Модельная система описывается дифференциальным уравнением с запаз дывающей обратной связью, имеющим вид x2 (t ) = x2 (t ) + f ( x2 (t )) + k ( x1 (t ) x2 (t )) + 2 (t ), & где x1(t) – воздействующий сигнал, x2(t) – сигнал системы с запаздыванием, – параметр инерционности, k – коэффициент связи, – дисперсия шума, 2(t) – белый шум, – задержка в воздействии, f – нелинейная функция, – внутренняя задержка системы с запаздыванием. В качестве нелинейной функции, следуя рекомендациям работы [1], выбрана сигмоидная функция:

c c f ( x) =, (1 + ae[ b ( x d )] ) (1 + ae[b ( xd )] ) где параметры принимают значения: a=1, b=2, c=3.3, d=0.5 [2]. В качестве внешнего сигнала x1(t) мы использовали сигнал осциллятора Ван-дер-Поля, гармонический сигнал с шумом, белый шум, нестационарный узкополосный сигнал, гармонический сигнал с белым шумом, сумму гармонического сигна ла с нестационарным узкополосным сигналом, частотно-модулированный узкополосным сигналом гармонический сигнал.

Для оценки преимущественного направления воздействия был применён метод, основанный на моделировании фазовой динамики [3]. По фазам, выделенным из исходных рядов связанных систем с помощью преобразования Гильберта, строилась модель в виде 1 (t ) = F1 (1 (t ),2 (t ) + 1 (t )), 2 (t ) = F2 (2 (t ),1 (t ) + 2 (t )) где i(t) – шумы с нулевым средним, i(t) – конечный временной интервал, Fi – тригонометрические многочлены. Из полученных моделей фазовых осцилляторов оценивался коэффициент воздействия колебательных систем друг на друга:

1 2 2 F (1,2, 2,1 ) 1,2 = 2 d1d 2.

2 0 0 1,2 Время задержки в воздействии может быть получено из зависимости оценок коэффициента воздействия от пробного сдвига временных рядов. В качестве дополнительной меры был использован метод расчёта индекса фа зовой синхронизации.

По отклонению максимума индекса фазовой синхронизации в зависи мости от пробного времени задержки можно судить о преимущественном на правлении воздействия со стороны одной системы на другую, а по макси мальному значению индекса фазовой синхронизации определять уровень синхронизации между системами.

В ходе работы были рассчитаны зависимости оценки времени задержки в воздействии от длины ряда, и установлено, что точность и достоверность оценки времени задержки возрастает с увеличением длины, причём для больших значений задержки относительная ошибка будет принимать малые значения.

Одновременное изменение значений инерционности и внутренней за держки при сохранении частоты и других параметров системы, на которую осуществляется воздействие, не оказывает влияния на точность оценки вре мени задержки в воздействии.

Также в ходе работы были рассчитаны зависимости оценки времени за держки в воздействии от исходных параметров взаимодействующих систем при различных уровнях шумов и силы воздействия.

Полученные результаты позволяют расширить представления о функциональных особенностях исследуемой системы в случае запаздывания в связи и зависимости систематической погрешности определения времени запаздывания от различных параметров.

Библиографический список 1. Ringwood J.V., Malpas S.C. Slow oscillations in blood pressure via a nonlinear feedback model //Am. J. Physiol. 2001. Vol. 280 (4). P. 1105-984,.

2. Bespyatov A.B., Bodrov M.B., Gridnev V.I., Ponomarenko V.I., Prokhorov M.D. Experimen tal observation of synchronization between rhythms of cardiovascular system //Nonlin. Phen.

in Compl. Syst. 2003. Vol.6, №.4. P.885–893.

3. Смирнов Д.А. Диагностика слабой связанности между автоколебательными системами по коротким временным рядам: метод и приложения //Радиотехника и электроника.

2006. Т.51, № 5 С.1–11.

2. ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ, НАУЧНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫЯВЛЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО РАСПРЕДЕЛЕННЫХ РИТМОВ В СПЕКЛ-ДАННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ НА GPU Д.А. Багаев, Д.Д. Постнов, Д.Э. Постнов Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: dr.chebys@gmail.com Последнее время всё более актуальными становятся разработка и развитие неинвазивных методов, позволяющих исследовать процессы, происходящие внутри человеческого организма как в целях физиологических исследований, так и для диагностики заболеваний. Наиболее часто объектом исследования и мониторинга становится сердечно-сосудистая система, заболевания которой являются одной из основных причин смертей в развитых странах [1]. Среди методов лазерной диагностики одним из наиболее активно развивающихся является спеклфлоуметрия [2,3] (определение параметров кровотока по рассеянию лазерного излучения).

Однако, несмотря на широкое распространение данного метода, его возможности используются далеко не полностью. В частности, это имеет место применительно к анализу временной динамики спеклов, который требует больших вычислительных затрат, а потому его проведение было почти невозможным до недавнего времени. Высокие требования предъявляются при этом как к вычислительным возможностям ЭВМ (тактовая частота центрального процессорного устройства), так и к оперативной памяти. Так, проведение вейвлет-анализа спекл-данных, состоящих из 2.500 кадров по 450.000 точек (пикселей) в каждом, требует хранения в оперативной памяти ЭВМ данных объемом 2-3 гигабайт. Такие требования трудносовместимы с распространенной 3-разрядной архитектурой ЦПУ, а использование алгоритмов, требующих меньше оперативной памяти, приводит к многократному увеличению времени обработки. Однако даже при достаточных объемах оперативной памяти, на проведение анализа таких спекл-данных по одной частоте (!!) необходимо 5-9 часов вычислений на современных ЦПУ, что делает невозможным проведение результативного исследования в адекватные сроки.

Описанная выше ситуация изменилась с появлением технологии параллельных вычислений на графических процессорных устройствах, в частности технологии NVIDIA CUDA [4]. Использование вычислительных возможностей графической карты позволяет добиться значительного роста производительности, особенно при обработке изображений [5]. Технология CUDA уже активно применяется в визуализации кровотока по данным спекл флоуметрии [6,7].

В ходе данной работы было разработано высокопроизводительное программное обеспечение для исследования временной динамики спеклов, основанное на технологии NVIDIA CUDA. Программа работает как с данными mlf формата (стандарт для ряда производителей медицинского оборудования), так и с спекл-данными, записанными в формате avi.

Алгоритм программы позволяет использовать как вейвлет, так и фурье анализ динамики спекл-данных. Для демонстрации и верификации работы алгоритма использовались суррогатные данные (рис. 1, а), которые формировали сильно зашумленную (амплитуда шума равна амплитуде сигнала) область, в каждой точке которой присутствуют синусоидальные колебания 5 различных частот. По этой области перемещался «квадрат данных», обладающих одной дополнительной частотой колебаний. В результате проведения вейвлет-анализа суррогатных данных по дополнительной частоте было получено четкое изображение перемещающегося квадрата (рис. 1, б).

б а Рис. 1. а - Визуализация колебаний в суррогатных данных в цветовой кодировке (черный – минимум, светло-серый – максимум), стандартный алгоритм (аналог расчета контраста по спекл-данным);

б - Результат вейвлет анализа тех же данных: выделена область, где имеется отличающийся от окружения временной ритм Аналогичная методика была применена для анализа ритмических составляющих почечного кровотока крысы, а именно, проводился вейвлет анализ на частоте TGF колебаний (примерно 0.03 Гц) спекл-данных, записанных с цельной почки in vivo. Результаты обработки, предположительно, позволяют судить о локализации близких к коре почки нефронов (рис. 2).

а б Рис. 2. а - усредненный контраст спекл данных, записанных для почки крысы;

б - усредненные результаты вейвлет-анализа тех же данных, проведенного на частоте TG колебаний (примерно 0.03 Гц) Для сравнения вычислительной эффективности были сопоставлены время обработки данных стандартными методами на ЦПУ (Core i7) и с применением технологи NVIDIA CUDA на графическом устройстве (Nvidia GeForce 590 GTX). В первом случае вычисления заняли примерно 5 часов, а во втором – 3 минуты. Учитывая тот факт, что новизна и коммерческие уровни используемых процессора и видеокарты примерно одинаковы, ( то есть типично их одновременное наличие в системном блоке компьютера), – можно утверждать, что применение технологии CUDA и разработанного программного обеспечения дает «бесплатный» прирост производительности примерно в 100 раз.

Библиографический список 1. http://gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat/rosstatsite/main/ Федеральная служба государственной статистики (обращение к ресурсу 25.08.2012).

2.Srienc A., Kurth-Nelson Z., Newman E. Imaging retinal blood flow with laser speckle flowmetry// Front Neuroenergetics. 2010. Vol. 2. P. 128.

3.Meisner J., Sumer S. Laser Speckle Flowmetry Method for Measuring Spatial and Temporal Hemodynamic Alterations Throughout Large Microvascular Networks. // Microcirculation. 2012. May 16. doi: 10.1111/j.1549-8719.2012.00197.x.

4. http://www.nvidia.com – официальный сайт NVIDIA (обращение к ресурсу 26.07.2012).

5.Zhiyi Yang, Yating Zhu, Yong Pu. Parallel Image Processing Based on CUDA // Conference: International Conference on Computer Science and Software Engineering – CSSE.

2008. P. 198-201.

6.Yang O., Cuccia D., Choi B. Real-time blood flow visualization using the graphics processing unit // J. Biomed. Opt.2011. Jan-Feb. Vol. 16(1). P. 016009.

7.Liu S., Li P., Luo Q. Fast blood flow visualization of high-resolution laser speckle imaging data using graphics processing unit // Opt. Express 2008. Vol. 16(19). P. 14321–14329.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА НА ОСНОВЕ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ОСТРЫХ НАРУШЕНИЯХ КРОВООБРАЩЕНИЯ С.В. Фролов, С.В. Синдеев Тамбовский государственный технический университет E-mail: sergej.frolov@gmail.com, ssindeev@yandex.ru Современные медицинские технологии в кардиохирургии (например, мини-инвазивная реваскуляризация миокарда (МИРМ), коронарное стентирование и др.) связаны с выраженными быстротекущими процессами, когда существенные изменения функции и состояния происходят в течение нескольких минут, иногда даже секунд. Неадекватная оценка этих процессов приводит к тяжелым, требующим интенсивного вмешательства, осложнениям [1]. Контроль и оценку этих процессов в операционных и блоках интенсивной терапии обеспечивают мониторно-компьютерные системы. Несмотря на высокие технические качества, эти системы в ряде технологических свойств не соответствуют современным медицинским задачам. Одним из таких несоответствий является отсутствие возможностей для глубокого алгоритмического анализа данных и оценки острых состояний во время проведения кардиохирургических операций.

Эти трудности можно преодолеть, реализовав клинические рекомендации, протоколы и технологии лечения с помощью средств вычислительной техники. Такое решение дает в руки врача эффективный инструмент, позволяя минимизировать время, затраченное специалистом на принятие решений, и учесть при оценке ситуации и выборе терапии индивидуальные параметры пациента, сложность и специфику расстройств.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1) обобщить и развить решения по алгоритмическому анализу состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения;

2) разработать программное обеспечение, реализующее алгоритм оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения;

3) интегрировать разработанное программное обеспечение и контрольно-измерительную аппаратуру в программно-аппаратный комплекс оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения;

4) провести с помощью программно-аппаратного комплекса контроль, анализ и оценку тяжести нарушений кровообращения у больных во время кардиохирургических операций и в раннем послеоперационном периоде.

Разрабатываемый программно-аппаратный комплекс обеспечит возможность в режиме реального времени по данным мониторного контроля проводить детальный алгоритмический анализ и углубленную оценку состояния сердечно-сосудистой системы, что позволит использовать комплекс при ведении тяжелых и осложненных больных с острыми нарушениями кровообращения во время кардиохирургических операций и в раннем послеоперационном периоде.

Разрабатываемое программное обеспечение комплекса позволит выявить, разделить и количественно оценить основной и сопутствующие патологические процессы и адаптивные реакции сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

Закладываемые в программном обеспечении программно-аппаратного комплекса возможности имитации на модели кровообращения позволяют не в ущерб пациенту спрогнозировать предположительные состояния сердечно сосудистой системы в ответ на лечебные воздействия и манипуляции, что позволяет применять комплекс как для поддержки принятия решений при выборе и коррекции терапии, так и для обучения специалистов.

Структурная схема предлагаемого комплекса представлена на рисунке.

Структура программно-аппаратного комплекса оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения: М – математическая модель сердечно сосудистой системы;

СЗ – метод наиболее слабого звена;

К – классификация острых нарушений кровообращения;

КБД – компьютерная база данных;

Р1,Р2, Р3 – датчики инвазивного измерения давления;

f – значения функций ССС;

F – наиболее страдающие функции;

D – причины нарушений;

ИК – искусственное кровообращение;

АД – артериальное давление;

ЛАД – легочное артериальное давление;

ЦВД – центральное венозное давление;

ЛВД – легочное венозное давление;

МОК – минутный объем крови Компонентами программно-аппаратного комплекса в части аппаратного обеспечения являются прикроватный монитор и персональный компьютер. Программное обеспечение представлено комплексом программ, реализующим математическую модель сердечно-сосудистой системы [2], и компьютерной базой данных, в которой реализован алгоритм оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения.

Перед началом кардиохирургической операции врач настраивает математическую модель сердечно-сосудистой системы с помощью ввода значений параметров сердечно-сосудистой системы пациента.

Технология оценки состояния включает в себя несколько этапов: сбор данных мониторного контроля, их первичную обработку, алгоритмический анализ и оценку состояния сердечно-сосудистой системы пациента, принятие решений по выбору и коррекции терапии.

При разработке программно-аппаратного комплекса оценки состояния сердечно-сосудистой системы при острых нарушениях кровообращения учитывался многолетний опыт поддержки принятия решений врача, накопленный в НЦССХ им А. Н. Бакулева РАМН – методика определения наиболее слабого звена по измеряемым показателям, клинико математическая классификация нарушений кровообращения и математическая модель сердечно-сосудистой системы.

Библиографический список 1.Бокерия Л.А., Аракелян В.С., Газизова Д.Ш. и др. Методы патологического проявления быстрых регуляторных реакций в ответ на манипуляции на сердце и сосудах // IX ежегодная сессия Науч. центра сердечно-сосудистой хирургии им. А. Н. Бакулева РАМН с Всерос. конф. молодых ученых: тез. докл. и сообщений. Т.5, № 11. Ноябрь 2004.

М.: Изд-во НЦССХ им А.Н. Бакулева РАМН, 2004. С.254.

2.Фролов С.В., Маковеев С.Н., Газизова Д.Ш., Лищук В.А. Модель сердечно сосудистой системы, ориентированная на современную интенсивную терапию // Вестн.

ТГТУ. 2008. Т.14, №4. С. 892-902.

ИНТЕРНЕТ-ПОРТАЛ «БИОМЕХАНИКА В РОССИИ»

Д.В. Иванов, И.В. Кириллова, Л.Ю. Коссович Саратовский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского E-mail: ivanovdv@info.sgu.ru Идея российского портала биомеханики «Биомеханика в России»

http://www.biomechanics.pro зародилась в январе-феврале 2011 г. В течение не скольких месяцев обдумывалась и разрабатывалась структура и наполнение портала. В сентябре-октябре 2011 г. была запущена тестовая версия сайта. В ноябре 2011 г. проект по созданию российского портала по биомеханике был поддержан Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно технической сфере.

Цель проекта состоит в формировании и развитии информационной среды в форме обеспечения научных коммуникаций среди профессиональ ных аудиторий, осуществляющих НИОКР в области биомеханики, биофизи ки, медицины.

Задачи проекта:

– продвижение биомеханики в России путем привлечения студентов, аспирантов, ученых к выполнению исследований по ключевому направле нию науки, технологий и инноваций «Живые системы»;

– обеспечение онлайн общения, обмена опытом, консолидации ученых для решения фундаментальных и прикладных проблем биомеханики;

– публикация научных и научно-популярных статей, учебных материа лов и пособий, результатов исследований, идей по биомеханике;

– публикация информации о конкурсах, конференциях, школах семинарах, совещаниях по направлениям биомеханики;

– обеспечение доступа школьников, студентов, аспирантов, ученых, медицинских работников, сотрудников фармацевтических компаний к ин формации по биомеханике;

– оказание консультативных, аналитических и экспертных услуг в об ласти биомеханики.

Учредителями сайта являются Российский национальный комитет по теоретической и прикладной механике и Научный совет РАН по биомехани ке.

На рабочем совещании «Биомеханика-2012», проходившем с 30.01.2012 по 01.02.2012 на базе Института механики МГУ, обсуждались перспективы сайта «Биомеханика в России».

В результате обсуждения были выработаны миссия, цели, задачи, тип сайта, сфера и основные направления деятельности сайта, целевая аудитория.

Утверждены структура, основные разделы и стилизация сайта. Создана ре дакционная коллегия сайта, возглавить которую предложено д-ру физ. мат.наук Андрею Кимовичу Цатуряну.

На сегодняшний день «Биомеханика в России» – развивающийся пор тал с понятным и удобным интерфейсом и ежедневно публикуемыми уни кальными материалами. На сайте каждый день размещаются новости биоме ханики и медицины. Еженедельно обновляется раздел с публикациями, где размещаются научные статьи, аннотации, книги, пособия, авторефераты и другие материалы по биомеханике. За последние полгода опубликовано бо лее 450 уникальных материалов.

Каждый зарегистрированный пользователь получает возможность до бавлять свои материалы и комментировать опубликованные.

На сайте зарегистрировано более 30 пользователей. Ежедневно на пор тал заходит от 20 до 40 уникальных посетителей. Сайт проиндексирован ос новными поисковыми системами и выдается на первой-второй страницах по иска по основным поисковым запросам, связанным с биомеханикой.

Предполагается дальнейшее продвижение сайта, наполнение его уни кальными публикациями и привлечение пользователей. Будет создана анг лоязычная версия сайта.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЛЕКСА БИОИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ VNTR-ТИПИРОВАНИЯ ШТАММОВ ВОЗБУДИТЕЛЯ ЧУМЫ Н.Ю. Носов, Г.Н. Одиноков, А.И. Павлова, Г.А. Ерошенко Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», Саратов E-mail: NosovNJ@mail.ru Развитие методов современной фундаментальной генетики и молеку лярной микробиологии позволяет перенести существующие ныне схемы классификации, типирования и эпидемиологического мониторинга возбуди теля чумы на качественно новый уровень, основанный на данных по генети ческой организации возбудителя чумы. Особую актуальность приобретает разработка системы молекулярного типирования штаммов чумного микроба, позволяющей с высокой степенью надежности и эффективности определять подвидовую, биоварную и природно-очаговую принадлежность выделенного штамма. Эта задача может быть решена при использовании метода мульти локусного VNTR анализа и обработки полученных данных с помощью ком плекса новейших биоинформационных программ [1-5].

Целью нашего исследования явилась разработка комплексного метода компьютерной обработки данных результатов секвенирования VNTR участ ков генома возбудителя чумы, использование которого обеспечивает опреде ление внутривидового систематического положения штамма с одновремен ным установлением очаговой принадлежности на основе его цифрового мультилокусного VNTR типа.

Для решения поставленной задачи нами создан алгоритм обработки данных секвенирования VNTR участков генома возбудителя чумы, впервые основанный на совместном использовании компьютерных программ MEGA 5.0, Tandem Repeats Finder 4.04 и START 2.0, который включает выравнива ние секвенированных нуклеотидных последовательностей, детекцию участ ков VNTR повторов и установление их числа по каждому из этих локусов.

Применение разработанного алгоритма обеспечивает не только определение принадлежности исследуемого штамма к конкретной внутривидовой систе матической группе, но и установление (по количеству VNTR повторов) его очаговой принадлежности. Использование этого комплексного алгоритма по вышает надежность определения источника происхождения штамма, а также эффективность проводимого эпидемиологического мониторинга возбудителя чумы.

На рисунке приведена UPGMA дендрограмма штаммов возбудителя чумы, построенная на основе вариабельности их VNTR локусов с примене нием комплекса программ MEGA 5.0, Tandem Repeats Finder 4.04 и START 2.0.

Подвид/биовар Природный очаг А Восточный Вакцинный штамм Восточный Африка Восточный Кения Восточный Мадагаскар Восточный Калифорния Античный Алайский Античный Алайский Античный Аксайский Античный Аксайский Античный Аксайский Кавказский Ленинаканский горный Б Кавказский Ленинаканский горный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Гиссарский Гиссарский высокогорный Алтайский Алтайский горный Алтайский Алтайский горный Фрагменты UPGMA дендрограммы штаммов Yersinia pestis на основе вариабельности локусов ms01, ms04, ms07, ms07, ms46, ms62 и ms Приведенный рисунок демонстрирует эффективность разделения с по мощью созданного алгоритма штаммов возбудителя чумы по их принадлеж ности к конкретному биовару (А) и подвиду (Б), а также по очаговой принад лежности. Разработанный алгоритм обеспечивает определение филогеогра фического происхождения штамма возбудителя чумы и повышает надеж ность проведения молекулярно-эпидемиологического расследования вспы шек этой особо опасной инфекции.

Библиографический список 1.Ерошенко Г.А., Одиноков Г.Н., Куклева Л.М. Генетический анализ биохимических различий штаммов Yersinia pestis // Журн. микробиол. М.: Наука, 2012. Т. 3. С. 90 – 95.

2.Носов Н.Ю. Кластеризация штаммов возбудителя чумы методом мультилокусно го VNTR-анализа // Исследования молодых ученых в биологии и экологии – Саратов: Изд во Сарат. ун-та. 2011. Т.9. С. 74 – 77.

3.Plague. Fact sheets N267. World Health Organization URL:

http// http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs267/en/index.htm . (дата обращения: 01.05.12) 4.Сучков И.Ю., Водопьянов А.С., Водопьянов С.О. и др. Мультилокусный VNTR анализ в изучении популяционной структуры Yersinia pestis в природных очагах // Моле кул. генет., микробиол. и вирусол. М.: Медицина, 2004. Т. 4. С. 15 – 23.

5.Le Flche P., Hauck Y., Onteniente L. A tandem repeats database for bacterial ge nomes: application to the genotyping of Yersinia pestis and Bacillus anthracis. BMC Microbiol, 2001. P. 2 – 8.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИЙ НА ПОЧКЕ И.П. Матюхов, Н.В. Петровский, С.В. Песегов, Д.Н. Фиев, Ю.Г. Аляев, Н.К. Дзеранов Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова E-mail: matyukhovip@gmail.com В последние годы в ведущих медицинских учреждениях как у нас в стране, так и за рубежом [1,2], применяются инновационные компьютер ные методики, позволяющие эффективно планировать предстоящее опе ративное пособие. Мы располагаем опытом применения и внедрения со временных компьютерных технологий в планировании лечения больных с такими хирургическими заболеваниями почек, как опухоль, коралловид ный нефролитиаз и гидронефроз. Всем пациентам, которые были включе ны в данное исследование на дооперационном этапе, выполнялась муль тиспиральная компьютерная томография с контрастным усилением (МСКТ). МСКТ позволяет судить о точных размерах, расположении и распространенности опухоли, моно- или мультифокальности последней, состоянии магистральных и почечных сосудов, при этом также возможно оценить состояние регионарных лимфатических узлов [3]. МСКТ дает ис черпывающую информацию о размерах и плотности конкрементов, по зволяет уточнить стадию коралловидного нефролитиаза, определить при чину и характер изменений почек и верхних мочевых путей при гидро нефрозе. Однако единственным, но весьма значимым недостатком данно го метода является получение разобщенных сведений по артериальной, паренхиматозной, венозной и экскреторной фазам визуализации, что не позволяет судить об истинной внутриорганной анатомии патологических изменений в почке и верхних мочевых путях. Нами освоено и внедрено в клиническую практику применение новейшей методики компьютерной обработки томограмм, которые получаются при МСКТ. Данная иннова ционная методика (компьютерное моделирование) позволяет без искаже ний эффективно совместить все четыре фазы визуализации на одном ин тегральном изображении, что дает исчерпывающую информацию об ана томических особенностях пораженной патологическим процессом почки и верхних мочевых путей. При этом дополнительно становится возможным создать эффект послойной тканевой прозрачности, что обеспечивает опе рирующего хирурга уникальными данными о взаимоотношении крупных внутрипочечных сосудов с элементами верхних мочевых путей, а также достоверно точное взаимоотношение данных анатомических образований с патологическими изменениями в них (рисунок ).

Компьютерное моделирование (режим прозрачности). Опухоль почки Программное обеспечение данной методики позволяет производить «вычитание» и «прибавление» фаз компьютерной визуализации в соответ ствии с поставленными задачами, дает возможность определять точное расположение патологических объектов (опухоль, конкремент и т.д.), а также их распространенность, поворачивать трехмерно совмещенные изо бражения в различных направлениях, получая, таким образом, точки об зора из различных ракурсов. Получаемые изображения могут быть пред ставлены в виде двухмерных построений в произвольной плоскости вир туального среза, а также в статичных 3D и динамично вращаемых 4D мо делях [4]. Особую важность указанная информация несет как при плани ровании органосохраняющих операций при опухоли почки, так и при нефрэктомиях. Еще до оперативного пособия хирургу важно детально изучить особенности почечного кровоснабжения, чтобы не допустить фа тального кровотечения во время операции. Помимо этого, проанализиро вав результаты компьютерного моделирования, хирург стремится запла нировать парциальную нефрэктомию таким образом, чтобы выполнить ее в пределах здоровых тканей и обеспечить остающуюся паренхиму доста точным кровоснабжением и мочевыми путями. Мочекаменная болезнь является частым урологическим заболеванием. При сложных формах ко ралловидных камней, с учетом планирования перкутанного их удаления, информации, получаемой при компьютерной томографии, не достаточно ввиду упомянутой ранее разобщенности сведений по фазам визуализации.

Компьютерное моделирование позволяет получить точное совмещение коралловидного конкремента, чашечно-лоханочной системы, паренхимы и крупных внутрипочечных сосудов на одном интегральном изображении. В результате возможно рассчитать действительно оптимальный перкутан ный доступ к коралловидному конкременту, при котором будет пройдена наименьшая толщина паренхимы почки, не затрагивая крупные внутрипо чечные сосуды, что поможет оптимизировать пособие – уменьшить веро ятность повторных пункций и избежать формирования дополнительных («лишних») портов. Компьютерное моделирование позволяет облегчить выбор оперативного метода у больных со сложными формами коралло видных камней. Гидронефроз приводит к прогрессивному снижению функции пораженной почки. В особенно сложных диагностических си туациях, когда имеют место множественные почечные сосуды, наиболее ценную информацию дает новая методика компьютерного моделирования патологического процесса. Возможность получения интегрального изо бражения почки вместе с чашечно-лоханочной системой и всеми сосуди стыми структурами позволяет иметь на дооперационном этапе исчерпы вающую информацию об анатомии гидронефротически измененного ор гана. Это, в свою очередь, помогает детально спланировать операцию с прогнозом возможного интраоперационного кровотечения и мер по его предотвращению.

Таким образом, у пациентов с заболеваниями почек данная иннова ционная методика, по нашему собственному опыту, становится важным и неотъемлемым этапом в их предоперационной подготовке на сегодняш ний день, а в ряде случаев должна быть включена в стандарт обследова ния. Последнее обстоятельство продиктовано тем, что максимальная ин формация о топографии патологических изменений интересующей анато мической области жизненно необходима для осуществления порой хотя и рискованной, но крайне необходимой операции.

Библиографический список 1.Casey K. Ng, Inderbir S. Gill, Mukul B. Patil, Andrew J. Hung, Andre K. Berger, Andre Luis de Castro Abreu, Masahiko Nakamoto, Manuel S. Eisenberg, Osamu Ukimura, Duraiyah Thangathurai, Monish Aron, Mihir M. Desai. Anatomic Renal Artery Branch Microdissection to Facilitate Zero-Ischemia Partial Nephrectomy. USC Institute of Urology, Center for Advanced Robotic and Laparoscopic Surgery, Keck School of Medicine, University of Southern California, Los Angeles, CA, USA // European urology. 2012. Vol. 61. P. 67 – 74.

2.Lasser M.S., Doscher M., Keehn A., Chernyak V., Garfein E., Ghavamian R. Virtual surgical planning: a novel aid to robot-assisted laparoscopic partial nephrectomy // J. of En dourology. (doi: 10.1089/end 2012.0093).

3.Аляев Ю. Г., Глыбочко П. В., Григорян З. Г., Газимиев М. А. Органосохраняющие операции при опухоли почки. М., 2009. С. 91.

4.Федоров В.Д., Кармазановский Г.Г., Гузеев Е.Б., Цвиркун В.В. Виртуальное хи рургическое моделирование на основе данных компьютерной томографии. М., 2003. С.34– 38.

НОВЫЙ ПОДХОД К ОЦЕНКЕ ВАРИАБЕЛЬНОСТИ СЕРДЕЧНОГО РИТМА В ТРЕНИРОЧНОМ ПРОЦЕССЕ У СПОРТСМЕНОВ А.О. Слепцов, Н.И. Шлык Удмуртский государственный университет, Ижевск E-mail: medbio@uni.udm.ru Целью настоящего исследования явилось получение новых научных данных на основе использования современных информационных технологий об особенностях функционального состояния организма у спортсменов с раз ными типами вегетативной регуляции сердечного ритма и раннего выявления донозологических состояний.

При изучении функционального состояния организма физиологами, врачами и тренерами чаще всего не учитываются индивидуально типологические особенности регуляторных систем, о которых можно судить по результатам анализа вариабельности сердечного ритма (ВСР). К сожале нию, в большинстве работ по изучению ВСР усредняются межиндивидуаль ные (внутригрупповые) значения показателей ВСР, что является грубой ошибкой, ведущей к нивелированию результатов и ложной трактовке изу чаемых процессов в состоянии регуляторных систем и в конечном итоге дис кредитации самого метода. В данной работе представлен новый подход к оценке ВСР у исследуемых в зависимости от типологических особенностей вегетативной регуляции сердечного ритма [1].

Согласно представлениям о двухконтурной модели управления сердеч ным ритмом было выявлено четыре типа вегетативной регуляции: два с пре обладанием центральной регуляции (с умеренным – I тип и выраженным – II тип) и два с преобладанием автономной регуляции (с умеренным – III тип и выраженным – IV тип). За основу предложенной классификации взяты не от делы вегетативной нервной системы (симпатический и парасимпатический), а центральный и автономный контуры вегетативного управления физиологи ческими функциями, тем самым подтверждено участие в процессах вегета тивной регуляции многих звеньев единого регуляторного механизма. Это есть системный подход к рассмотрению сложнейшего механизма регуляции физиологических функций, о котором можно судить по данным анализа ВСР [1-3].

Динамические исследования ВСР проведены у двух спортсменок легкоатлеток в разные тренировочные периоды (весенний и зимний) в усло виях среднегорья.

Анализ ВСР показал, что в зависимости от преобладающего типа веге тативной регуляции спортсменки по-разному адаптируются к одинаковым тренировочным нагрузкам независимо от периода сборов в условиях средне горья (рис. 1, 2).

На рис. 1 и 2 представлены данные анализа ВСР у спортсменок легкоатлеток Н. и Ю. (КМС) до и после ежедневных физических нагрузок в период весенних и зимних тренировочных сборов.

а б Рис. 1. Особенности ВСР у спортсменок-легкоатлеток с разным типом вегетативной регуляции до и после одинаковых физических нагрузок в подготовительном периоде на весеннем тренировочном сборе в условиях среднегорья: а – Н.;

б – Ю.

Согласно данным анализа ВСР установлено, что спортсменки незави симо от типа вегетативной регуляции плохо приспосабливаются к трениро вочным нагрузкам в первую неделю сборов, как в весенний, так и в зимний периоды. Установлено, что на сборах в весенний период адаптация к физиче ским нагрузкам протекает значительно хуже, с элементами дизрегуляции по сравнению с зимним периодом.

Как показал анализ ВСР, на зимние сборы обе спортсменки приехали с более высокими функциональными возможностями организма нежели на ве сенние сборы.

Результаты динамических исследований ВСР у спортсменок до и после тренировочных занятий помогают выявить индивидуальные особенности ре гуляторных систем и их приспособительные возможности к условиям сред негорья, степень переносимости тренировочных нагрузок и состояние дизре гуляции в первую (неблагоприятную) неделю тренировочных сборов.

а б Рис. 2. Анализ ВСР у спортсменок-легкоатлеток до и после одинаковых нагрузок в пред соревновательный период на зимнем тренировочном сборе в условиях среднегорья: а – Н.;

б – Ю.

Таким образом, применение метода ВСР у спортсменов позволяет иметь представление об индивидуальном «портрете» вегетативной регуляции и ее изменениях, что открывает новые возможности для управления функ циональными резервами организма в повседневной жизни, тренировочном процессе, раннего прогнозирования перетренированности, перенапряжения и донозологических состояний.

Библиографический список 1.Шлык Н.И. Сердечный ритм и тип регуляции у детей, подростков и спортсменов..

Ижевск: Удмурт. ун-т, 2009. 255 с.

2.Баевский Р.М., Берсенева А.П. Введение в донозологическую диагностику. М.:

Слово, 2008. 220 с.

3.Вариабельность сердечного ритма: стандарты измерения, физиологической ин терпретации и клинического использования / рабочая группа Европейского кардиологиче ского общества и Североамериканского общества стимуляции и электрофизиологии [Marek Malik и др.]. СПб.: АОЗТ «Институт кардиологической техники», 2000.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЕЙВЛЕТ-СПЕКТРОВ КОЛЕБАНИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И КРОВОТОКА ПАЛЬЦЕВ РУК А.В. Фомин, Д.А. Усанов, А.В. Скрипаль, А.А. Сагайдачный Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: andsag@yandex.ru Ряд проведенных исследований позволяет говорить о наличии тесной связи температуры конечностей с уровнем перфузии крови [1–3]. Выбор аде кватной модели, устанавливающей связь температурных изменений на по верхности кожи с регуляцией кровенаполнения конечностей, может раскрыть возможности температурных методов в мониторинге колебаний кровотока и регуляции тонуса сосудов.

Несмотря на существование корреляции колебаний температуры и кро вотока, формы колебаний различны, кроме этого, наблюдаются временные сдвиги между сигналами [4, 5]. Анализ колебаний температуры и кровотока в частотно-временной области дает возможность сопоставить амплитудные и временные изменения сигналов на каждой частоте.

Задачей данной работы является сравнительный анализ вейвлет спектров кровотока и температуры пальцев рук, а также восстановление спектра колебаний кровотока с использованием температурных данных.

Температурные изменения пальцев регистрировались тепловизионным методом, колебания температуры оценивались методом фотоплетизмографии (ФПГ).

Для восстановления колебаний кровотока с использованием темпера турных данных T(t) использовалось уравнение (1), представленное в работе [6].

+ H air S (T (ti ) Tair ) dT (t i ) C V (1) (ti t ) = dt, b Cb (Tb T (ti ) ) где Т(ti) –температура в момент времени ti, i – дискретный отсчет времени, – плотность ткани, b – плотность крови, C – удельная теплоёмкость ткани, Cb – удельная теплоёмкость крови, D – диаметр пальца, S – площадь пальца (по лусферы), Tb – температура крови, Tair – температура воздуха, T(t) – темпера тура, V – объём пальца (полусферы), – объемный кровоток, H – коэффици ент, учитывающий конвекционную и радиационную теплоотдачу.

Для построения частотно-временных спектров к полученным сигналам применялось вейвлетное преобразование, в качестве базиса использовался вейвлет Морле [7].

Спектры колебаний температуры, колебаний кровотока и восстанов ленных колебаний кровотока представлены на рис. 1 а, б, в соответственно.

а б в Рис.1. Вейвлет-спектры колебаний температуры (а), кровотока (ФПГ) (б) и колебаний кровотока восстановленных из температурных данных (в) Для расчета коэффициента корреляции двух вейвлет-спектров и опре деления времени задержки одного сигнала относительно другого использо валась кросскорреляционная функция. Результаты для группы испытуемых приведены в таблице.

Определение временной задержки на каждой частоте между коэффи циентами вейвлет-спектров температуры и кровотока - t осуществлялось по максимуму кросскорреляционной функции (2).

F (t j ) = T (ti + t j ) PPG (ti ), (2) i где j – индекс, задающий смещение по времени.

График зависимости средней по группе задержки от частоты представ лен на рис. 2. Скорость распространения температурного сигнала определя лась в предположении, что толщина ткани z мкм.

z V( f ) = (3) [мкм/с].

t ( f ) График зависимости V(f) представлен на рис. 3.

Для группы испытуемых был рассчитан интервальный размах, как раз ность между первым и третьим квартилем (на рис. 2, 3 вертикальные отрез ки).

Рис. 2. Экспериментальная (сплошная линия) Рис. 3. Скорость температурного сигнала и расчетная (пунктирная линия) зависимость от частоты для эксперимента и рассчи задержки распространения температурного танная по формуле Лыкова для ткани сигнала от частоты для ткани толщиной 2 мм толщиной 2 мм Коэффициенты корреляции сигналов кровотока в нейрогенном диапазоне 0.02–0.05 Гц № Испытуемого 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Средн.

r1 0,6 0,87 0,34 0,57 0,67 0,66 0,27 0,72 0,42 0,58 0, r2 0,79 0,86 0,39 0,81 0,81 0,74 0,38 0,77 0,5 0,74 0, r1 – корреляция спектров температуры и кровотока в диапазоне 0.02 – 0.05 Гц, r2 – корре ляция спектров кровотока, измеренного методом фотоплетизмографии и кровотока, вос становленного из температурного сигнала в диапазоне 0.02 – 0.05 Гц.

На спектре колебаний температуры (рис. 1, а) видно, что в области нейрогенных частот (выше 0.02 Гц) колебания имеют низкие амплитуды, по сравнению со спектром кровотока (ФПГ) (рис. 1, б), а после преобразования (рис. 1, в) на спектре заметно увеличение амплитуды в данной области.

Из таблицы видно, что после восстановления кровотока с использова нием температурных данных на частотах выше 0.02 Гц корреляция спектров увеличивается. Скорость распространения температурного сигнала от крове носных сосудов к поверхности кожи на частотах от 0.007 до 0.02 Гц можно аппроксимировать кривой, пропорциональной корню квадратному от часто ты [8] (формула 4, пунктирная линия на рис.3).

(4) V( f ) = 2 f, c где – коэффициент теплопроводности ткани.

Использование описанной методики позволяет восстановить колебания кровотока в нейрогенном диапазоне (0.02 – 0.05 Гц) (см. рис. 1) по результа там анализа температурных колебаний в области фаланг пальцев. Проведен ный анализ показывает, что изучение спектров колебаний кровотока в облас ти частот менее 0.02 Гц (эндотелиальный диапазон) возможно непосредст венно по анализу спектров колебаний температуры, а в области нейрогенных частот – после дополнительной обработки температурного сигнала. С помо щью сопоставления вейвлет-спектров установлена зависимость задержки температурного сигнала от частоты, что демонстрирует дисперсионные свой ства кожи.

Рассмотренный способ бесконтактного определения спектра колебаний кровотока из спектра колебаний температуры может найти практическое применение в исследованиях термических поражений кожи, исследованиях влияния физических, химических факторов на гемодинамику в перифериче ских сосудах и микроциркуляцию кожи.

Библиографический список 1.Bornmyr S., Svenson Н., Lilja В. et al. Skin temperature changes in skin blood flow monitored with Doppler flowmetry and imaging: methodological study in normal humans // Clin.

Physiology. 1997. Vol.17, № 1. P. 71–81.

2.Stikbakke E., Mercer B.J. An Infrared thermographic and Doppler flowmetric investi gation of skin perfusion in the forearm and finger tip flowing a short period of vascular stasis // Thermology international. 2008. Vol.18, № 3. P. 107–111.

3.Stoner H.B., Barker P., Riding G.S. еt al. Relationships between skin temperature and perfusion in the arm and leg // Clin. Physiology. 1991. Vol.11, № 1. P. 27–40.

4.Усанов Д.А., Сагайдачный А.А., Скрипаль А.В., Фомин А.В. Взаимосвязь колеба ний температуры и кровотока пальцев рук // Регионарное кровообращение и микроцирку ляция. 2012. №2. С. 37–42.

5.Sagaidachnyi A.A., Usanov D.A., Skripal A.V., Fomin A.V. Correlation of skin tempera ture and blood flow oscillations // Saratov Fall Meeting 2011: Optical Technologies in Biophys ics and Medicine XIII / ed. by V.V. Tuchin, E.A. Genina, I.V. Meglinski. Proc. of SPIE Vol.

8337.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 9 |
 










 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.