Аннотация 2
Условные обозначения символов, сокращений, терминов 5
Введение 6
1 Обзор литературы по теме исследования 7
1.1 Виды внутричерепных гематом 7
1.1.1 Эпидуральные гематомы 8
1.1.2 Субдуральные гематомы 8
1.1.3 Субарахноидальные гематомы 8
1.1.4 Внутримозговые гематомы 8
1.1.5 Внутрижелудочковые гематомы 9
1.2 Инструментальные методы диагностики внутричерепных гематом 9
1.2.1 Компьютерная томография (КТ) 9
1.2.2 Магнитно - резонансная томография (МРТ) 10
1.3 Обзор аналогов 11
1.3.1 Infrascanner model 2000 11
1.3.2 Микроволновый шлем 12
2 Спектроскопия в ближней инфракрасной области 14
2.1 Метод обработки сигнала 15
2.2 Оптические свойства биологических тканей 18
3 Разработка экспериментального стенда 20
3.1 Конструкция макета для проведения экспериментальных исследований 20
3.2 Разработка излучателя и фотоприемника ИК спектра 21
3.3 Разработка макета системы 3D позиционирования 25
3.3.1 Разработка 3D конструкции экспериментального макета 25
3.3.2 Разработка управления макетом 28
4 Разработка программного обеспечения 33
Заключение 40
Описок использованных источников и литературы 41
Приложение А. Код программы для управления двигателями системы 3D
позиционирования 43
Приложение Б. Код программы ПО 45
В случае черепно-мозговых травм чрезвычайно важно своевременно определить вид и степень тяжести черепно-мозговой гематомы для дальнейшей диагностики и транспортировки пострадавшего. На данный момент достоверными и точными инструментальными методами выявления внутричерепных повреждений являются компьютерная томография (КТ) и магниторезонансная томография (МРТ), однако возможность проведения экспресс-диагностики сразу после травмы почти невозможна.
Таким образом, создание прибора, которое позволит проводить экспресс- диагностику гематом мозга и оперативно выявлять их характеристики, является актуальной задачей. В данной работе исследуется такой оптический метод диагностики как ближняя инфракрасная спектроскопия. Данный метод основан на спектре поглощения молекул различных веществ, интенсивность же поглощения зависит от наличия и концентрации поглощающего компонента в объекте. То есть, если в облучаемом месте головы имеется внутричерепная травма с разрывами сосудов (гематома), то из-за скопления крови концентрация веществ, таких как оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигемоглобина (HbH), которые в большей степени влияют на пропускаемый свет из- за повышенной степени поглощения, будет выше в данном участке головы. При пропускании света в диапазоне ближнего инфракрасного излучения (750 - 1400 нм) в направлении гематомы, большая часть излучения поглотится, а малая - отразится.
Стоит отметить, что используемая область спектра безопасна как для выполняющего сканирование, так и для анализируемого объекта (пациента).
Разрабатываемый комплекс можно будет использовать для проведения детальных экспериментов по изучению зависимости изменения оптического сигнала от характеристик гематом.
В результате выполненной работы были рассмотрены виды ЧМГ и методы их диагностики. Были изучены существующие методы диагностики выявления
внутричерепных гематом, такие как КТ и МРТ, их преимущества и недостатки. Также были рассмотрены аналоги, анализ которых показал, что тип приборов для экспресс-
диагностики внутричерепных гематом, работающих на методе ближнего ИК спектра, не распространён, а имеющиеся аналоги имеют ряд существенных недостатков. Также были описаны оптические свойства тканей и метод ближней инфракрасной спектроскопии, по принципу которой работает разрабатываемое устройство.
Были выбраны электронные компоненты для оптического блока. На основе выбранных элементов были спроектированы и рассчитаны принципиальные схемы источника и приемника инфракрасного излучения. Проведена трассировка и реализация печатных плат.
Также была разработана и собрана система 3D позиционирования, которая позволяет регулировать местоположение аналога гематомы в пространстве, что поможет в будущем проверить гипотезу зависимости степени поглощения ИК спектра дезоксигемоглобином от местонахождения и вида внутричерепной гематомы. На первом этапе данной работы были спроектированы и реализованы основные детали макета. Далее проведен выбор исполнительных устройств данной системы и осуществлено их подключение. Разработан программный код для управления шаговыми двигателями с помощью драйверов.
Было разработано ПО для управления макетом программно-аппаратного комплекса для проведения экспериментальных исследований, в частности реализовано: управление системой 3D позиционирования с возможностью настройки количества и размера шагов; настройка излучателя, а именно регулирование количества и частоты лазерных импульсов; построение графика (как по файлу так и вручную), а также его сохранение в качестве картинки; настройка подключения COM-порта с выбором скорости передачи данных.
