Загрузил mariakirillova98

kursach po elektronike

Реклама
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью данного исследования является разработка блока формирования
излучения для спектрофотометрического глюкометра.
Задачи исследования:
- исследовать кровообращение и содержание глюкозы в мягких
тканях организма по данным из научной литературы;
- провести оценочные расчеты показателей поглощения глюкозы,
воды и гемоглобина;
- исследовать рассеяние света в тканях организма по данным в
научной литературе;
- разработать
структурную
схему
спектрофотометрического
глюкометра;
- разработать
и
промоделировать
формирования излучения.
электрическую
схему
блока
ВВЕДЕНИЕ
Глюкоза является одним из важнейших источников углеводных
питательных веществ и является фундаментальной для почти всех
биологических
процессов.
Значительная
роль
для
физиологического
мониторинга глюкозы заключается в диагностике и лечении диабета. Диабет
— это хроническая болезнь, развивающаяся в тех случаях, когда
поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина или когда
организм не может эффективно использовать вырабатываемый им инсулин
[1]. Неконтролируемый диабет со временем приводит к серьезному
повреждению многих систем организма, особенно нервов и кровеносных
сосудов.
В 2014 году уровень заболеваемости диабетом составил 8,5% среди
взрослого населения 18 лет и старше. По оценкам, в 2016 году 1,6 миллиона
смертельных случаев произошло по причине диабета, а в 2012 г. - 2,2
миллиона случаев смерти по причине высокого содержания сахара в крови
[1].
Целью лечения диабета является поддержание уровня глюкозы в крови
с помощью инъекций инсулина, модифицированной диеты, физических
упражнений или их комбинации. Для последовательной терапии диабета
требуется регулярное измерение уровня глюкозы в крови (до пяти раз в день)
[2, 3]. Поскольку современные методы определения уровня глюкозы требуют
инвазивной пункции кожи для получения образца крови для анализа,
разработка неинвазивных методов определения глюкозы с использованием
оптических методов является важной задачей [4].
2
1 Спектрофотометрия
Спектрофотометрия—
анализ,
основанный
происходящего
анализируемым
на
молекулярно-абсорбционный
измерении
вследствие
ослабления
избирательного
веществом
(системой).
спектральный
светового
потока,
поглощения
света
Изменение
интенсивности
электромагнитного излучения после взаимодействия с веществом связано с
качественным и количественным составом вещества [5].
1.1 Поглощение и рассеяние света в тканях организма
При прохождении света через вещество изменяются его интенсивность,
поляризация, фаза и другие характеристики вследствие его поглощения и
рассеяния частицами вещества.
Поглощением
называется
ослабление
интенсивности
света
при
прохождении через любое вещество за счет превращения световой энергии в
другие ее виды (рисунок 1).
Рисунок 1 – Прохождение излучения через слой поглощающей среды
[6]
Поглощение
монохроматического
параллельного
пучка
света
однородно поглощающими средами описывается законом Бугера-ЛамбертаБера:
𝐼 = 𝐼0 ∙ 𝑒 −𝜀∙𝑐∙𝑙
(1),
3
где I – интенсивность выходящего света; 𝐼0 – интенсивность входящего
света; 𝜀 - коэффициент экстинкции, л ∙ моль ∙ см−1 ; c – молярная
концентрация поглощающих молекул вещества, моль/л; 𝑙 - длина слоя
вещества, см [6].
2 Кровообращение и содержание глюкозы в мягких тканях
В данной работе мы проводим спектрофотометрические исследования
мышцы предплечья.
Кровоток в скелетных мышцах в покое составляет около 0,03 – 0,04
мл*г-1*мин-1. Поскольку общая масса скелетных мышц равна примерно 30 кг,
мышечный кровоток в целом составляет 900 – 1200 мл/мин, т.е. 15 – 20%
общего сердечного выброса. При максимальной физической нагрузке
мышечный кровоток может достигать 0,5 – 1,3 мл*г-1*мин-1 [5].
Уровень глюкозы в плазме строго регулируется в пределах от 60 мг/дл
(3,375 ммоль/ л) до 110 мг/дл (6,2 ммоль/ л) [6].
У больного сахарным
диабетом уровень глюкозы в крови изменяется в большинстве случаев от 2
ммоль/л до 20 ммоль/л [].
С учетом этих данных в приложении А приведены расчеты показателей
поглощения воды, глюкозы и гемоглобина на длинах волн 830 и 660 нм.
3 Спектры поглощение основных хромофоров в мышечной ткани
4
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.
Всемирная организация здравоохранения [Электронный ресурс].
– URL: https://www.who.int/ru/ (дата обращения 20.04.2019)
2.
D.C. Klonoff, “Continuous glucose monitoring,” Diabetes Care, vol.
28, 2005, pp. 1231-1239.
3.
D.B. Sacks, D.E. Bruns, D.E. Goldstein, et al., “Guidelines and
recommendations for laboratory analysis in the diagnosis and management of
diabetes mellitus,” Clin. Chem., vol. 48, 2002, pp. 436-472.
4.
O.S. Khalil, “Spectroscopic and clinical aspects of noninvasive
glucose measurements,” Clin. Chem., vol. 45, 1999, pp. 165-177.
5.
Дмитриевич И.Н., Пругло Г.Ф., Федорова О. В., Комиссаренков
А.А. Физико-химические методы анализа. Ч.II. Оптические методы анализа:
учебное пособие для студентов заочной формы обучения/СПбГТУРП. - СПб.,
2014.- 39 с
6.
Основы взаимодействия физических полей с биообъектами;
Воздействие ионизирующего и оптического излучения; Учеб. пособие / Под
ред. С.И. Щукина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. баумана, 2006. – 240 с.: ил.
(Биомедицинская инженерия в техническом универсистете).
7.
Физиология человека. В 3-х томах. Под ред. Р. Шмидта и Г.
Тевса. Пер. с англ . - 3-е изд. - М.: Мир, 2005; Т.1 - 323с., Т.2 - 314с.; Т.3 228с.
8.
5
Скачать