Джоульметрические детекторы ионов

Джоульметрические детекторы ионов
1. Классификация (тематическое направление, не более двух)
Приборостроение
2. Назначение и область применения
Джоульметрические детекторы ионов предназначены для визуализации биологических
объектов и диагностирования патологий тканей.
Область применения: Медицина
3. Краткое описание (суть) проекта
Возможность проведения диагностирования в реальном времени. Исключение
вероятности неполного удаления патологических участков тканей при проведении
операции.
4. Актуальность и новизна идеи (конкретное инновационное решение)
Существующие в настоящее время методики проведения операций по поводу рака,
ишемических поражений кишечника, гангрены конечностей, панкреонекроза, основаны на
удалении значительной массы ткани, в том числе, здоровой. Реализация этих методик
сопровождается высоким уровнем травматичности и сохранением вероятности неполного
удаления патологических участков тканей. Это в значительной степени обусловлено тем,
что сейчас основным объективным методом диагностики тканей на наличие в них
патологии являются гистологические исследования, основанные на исследовании
ограниченного количества проб тканей, расположенных по границе резекции. Процедура
подготовки проб и их анализа занимает значительное время, что исключает возможность
применения гистологических исследований для оперативного определения границы
резекции непосредственно в процессе операции.
В связи с этим решение проблемы оперативного определения границы резекции
непосредственно в процессе операции имеет большое социально-экономическое значение,
так как
позволит реализовать методики проведения операций на основе
тканесохраняющих технологий. При таком подходе существенно снижается вероятность
неполного удаления патологических тканей и травматичность пациентов, резко
сокращается время их реабилитации.
5. Научно-техническое описание
В качестве информативного признака в предлагаемом методе используются значения
работы, совершаемой током при переводе исследуемого объекта из одного состояния в
другое. Значения работы связаны с концентрацией ионов исследуемого объекта.
Изменение ионообменных процессов в клетках патологических тканей приводит к
изменению джоульметрических показаний. Физически этот параметр определяется путем
интегрирования во времени произведения коммутируемого тока на значение
межэлектродного потенциала и представляется в виде кванта энергии.
Квантовый джоульметрический метод позволяет формировать многопараметрическое
признаковое пространство хорошо воспроизводимых, некоррелированных признаков,
учитывает ответную реакцию организма и параметры гистерезиса исследуемой системы.
Метод прост в реализации, не требует существенных временных затрат, что позволяет
реализовать томографические системы, работающие в реальном времени.
Квант джоуля легко преобразуется в различные единицы измерений. В его долях могут
быть выражены практически все электрохимические параметры, характеризующие
биологические объекты. Метод делает возможным преобразовывать многомерное
признаковое пространство, описываемое квантом джоуля в n-ой степени, в n-векторное
одномерное пространство, что позволяет на практике упростить процедуру обращения
многомерных матриц и, как следствие, существенно сократить время вычислительных
процедур и обучения нейросетевого классификатора.
На основе обобщенного значения выхода нейросетевого классификатора и в соответствии
с геометрией расположения точечных электродов матричного датчика, при помощи
процедур аппроксимации данных, производится воспроизведение, в линиях уровней,
границ однотипных участков исследуемого органа. В результате обработки данных в
реальном времени на экране монитора получается томогорафическое изображение (на
рисунке 1 приведен пример томографического изображения рака почки, полученного при
помощи игольчатого двухэлектродного датчика (рисунок 2). На томограмме отчетливо
просматриваются границы и эпицентр опухоли) исследуемого участка тела пациента,
представленное в виде обобщенных значений электрохимических свойств исследуемого
органа, что позволит осуществить быстрое и надежное диагностирование наличия
патологии и принять обоснованное решение о границах резекции во время проведения
хирургической операции.
Применение данных детекторов во время проведения операции позволит хирургу,
используя полученное изображение, проводить резекцию по линии выбранного уровня,
соответствующей разделению ткани на «норму» и «патологию». При этом может быть
использован специальный скальпель, с расположенным на лезвии точечным электродом,
что позволит вести звуковой контроль соответствия выбранной границы резекции с
заданной линией уровня томографического изображения.
На практике клетки, способные редуцировать новообразования, могут распространяются
неравномерно вокруг капсулы. Это приводит к тому, что появляется вероятность
неполного удаления опухоли. На рисунке 3 схематично показана требуемая граница
резекции, которая может определяться при помощи джоульметрического метода.
В перспективе возможно создание автоматизированных систем удаления патологических
участков ткани. В настоящее время в мире не существует систем, способных решать
подобные задачи.
6. Предлагаемая к выпуску продукция
Джоульметрические детекторы ионов
7. Существующие аналоги и преимущества перед ними
В настоящее время для описания состояния тканей применяются электрохимические
методы исследований:
Методика их использования основана том, что формирование в тканях и органах
патологии вызывает изменение их электрохимических свойств. В измерительных
системах с датчиками, построенными по принципу «Электрод-среда-электрод» внешнее
электрическое воздействие вызывает изменение электрохимических свойств среды,
заключенной в межэлектродном пространстве датчика. В подобных системах, в качестве
входного воздействия применяются различные формы тока. В качестве параметра,
характеризующего состояние среды, используется межэлектродный потенциал.
Установленное соотношение между коммутируемым током и снимаемым потенциалом в
динамике является основанием для реализации различных электрохимических методов
(вольтамперометрия, кулонометрия, хронопо-тенциометрия, полярография и.т.д.).
Некоторой разновидностью методов является импедансометрия, обеспечивающая
описание исследуемой системы в виде передаточной функции или упрощенно в виде
параметров элементов линейной эквивалентной схемы замещения датчика.
Биологические ткани и органы, с точки зрения исследования электрохимическими
методами, являются достаточно сложными объектами. Они, как правило, нестационарны,
нелинейны, обладают ответной реакцией на внешнее воздействие и гистерезисом.
Применение известных электрохимических методов исследований для решения
поставленной задачи сопряжено со следующими недостатки, связанными с ограничением
их применения:
- сложность и длительность проведения исследований;
- ограниченное количество признаков, описывающих состояние объекта;
- плохая воспроизводимость результатов от эксперимента к эксперименту;
- существенные временные затраты на получение результатов;
- низкая чувствительность;
- высокая стоимость исследований.
Не менее важное значение имеет решение проблемы выполнения быстрой и эффективной
до операционной диагностики вышеперечисленных заболеваний. Решение этих проблем
связано с реализацией прикладных исследований в области распознавания образов тканей
в состоянии «норма» и «патология», визуализацией патологических участков, анализом их
изображения и представления его в линях двухмерного изображения границы
необходимой резекции.
Для решения поставленной задачи предлагается использовать новый квантовый
джоульметрический метод.
Применение джоульметрических детекторов ионов позволяет оперативно, в реальном
масштабе времени получать информацию о состоянии исследуемого биологического
объекта во время проведения операций. Принцип работы основан на новом,
разработанным авторским коллективом методе.
Преимущества предлагаемого способа:
Оперативность получения информации 1-2 мин.,
высокая чувствительность –
способность определять изменение состояния объекта при воспалительных процессах с
интервалом 1-2 часа.
8. Анализ рынка (потенциальные потребители, география проекта)
Основными потребителями разрабатываемого технологии должны стать медицинские
учреждения, специализирующиеся на проведении операций по поводу рака, ишемических
поражений кишечника, гангрены конечностей, панкреонекроза.
Потенциальные потребности рынка в данной продукции практически не удовлетворены.
Автоматизированных систем диагностики органов человека во время проведения
операций на сегодняшний день на внутреннем и внешнем рынке никто не предлагает.
С учетом остроты проблемы, связанной с реализацией тканесохраняющих методик
проведения операций, предлагаемый проект представляет несомненный интерес с точки
зрения его коммерциализации. Стимулом для приобретения комплекса
является
существенное снижение послеоперационных последствий и травматичности операций.
На стадии технического проекта буду проведены детальные маркетинговые исследования
состояния рынка в предметной области.
Предполагаемый объем производства: 250 штук в год.
Рынок потребителей: Региональный – 10 ед., Российский рынок: 1500 ед.
9. Защита интеллектуальной собственности (наличие правоохранных и
прочих документов)
Вид, название и Дата
номер охранного приоритета
документа
Авторы
Правообладатель
Статус
документа на
дату
предоставления
информации о
проекте*
действует
Устройство для 28.08.2006
диагностики
состояния
биологических
объектов
Геращенко С.И., Геращенко С.И.
Геращенко
С.М.,
Капустин К.Н.,
Мартынов И.Ю.
Устройство для 23.01.2002
прогнозирования
динамики
воспалительного
процесса
Волчихин В.И., Государственное
действует
Геращенко С.И., образовательное
Геращенко
учреждение
С.М.,
высшего
Енгалычев
профессионального
Ф.Ш.,
образования
Чистова Ю.С., «Пензенский
Иванов А.В.
государственный
университет»
(ПГУ)
10. Информация об участии проекта в конкурсах инновационных
проектов, в т.ч. в федеральных (название конкурса, организатор, сроки
проведения, результаты участия)
Старт 2006, Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической
сфере, 2006 г, победитель конкурса («Оценка динамики воспалительных процессов в
лобных пазухах и при абсцессах живота»)
ФЦП " Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 гг.,
2010г., победитель конкурса («Разработка и исследование джоульметрических методов и
систем для оперативного контроля динамики воспалительных процессов»)
11. Состояние проекта
Стадия разработки: НИР, эскизный проект
Имеется следующий научно-технический задел: Изготовлены эскизные образцы
джоульметрических детекторов ионов, разработаны методики проведения исследований
различных патологий.
12. Фотоматериал (3-5 фотографий)
Рисунок 1. Томографическое изображение рака почки.
Рисунок 2. Двухэлектродный игольчатый датчик для исследования органов.
Рисунок 3. Схематичное изображение границ резекции.
Рисунок 4
Рисунок 5
Рисунок 6
13. Схема реализации проекта (предстоящие этапы и основные
сложности - риски)
Вид сотрудничества, способ финансирования разработки: привлечение венчурного
инвестора.
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана будут определены
предстоящие этапы и основные риски.
14. Имеющиеся ресурсы для реализации проекта (производственные
мощности, сырье, трудовые ресурсы, инвестиционная площадка,
инфраструктура)
Исследования проводятся в Пензенском онкологическом диспансере, Областной
клинической больнице им. Н.Н. Бурденко.
15. Необходимые ресурсы для реализации проекта
Наименование
статьи Расшифровка статьи
Сумма, тыс. руб.
затрат
Фонд оплаты труда
разработчиков
Накладные расходы ПГУ
Материалы и
комплектующие для
изготовления макетного
образца устройства
Приобретение
оборудования
Прочие расходы
4000
1350
1000
2000
650
9000
Итого:
16. Финансовые показатели проекта
Общая
стоимость
проекта,
млн. руб.
Необходимы
е
для
привлечения
инвестиций,
млн. руб.
Срок
реализац
ии
проекта,
мес.
9
9
24
Период
окупаемост
и проекта,
мес.
Предполагаемый
объем выпуска и
реализации, млн.
руб./год
Имеющиеся
ресурсы
для
реализации
проекта
(производствен
ные мощности,
сырье,
труд.
ресурсы и др. )
На
этапе На
этапе Исследования
техническо технического
проводятся
в
го проекта проекта
при Пензенском
при
составлении
онкологическом
составлени бизнес-плана
диспансере,
и бизнес- будут
Областной
плана будет проработаны
клинической
проработан вопросы
больнице
им.
вопрос
предполагаемого Н.Н. Бурденко.
периода
объема выпуска и
окупаемост реализации
и проекта
продукции
17. Перспективы развития (при получении инвестиций), возможные
результаты по этапам реализации проекта
Перспективы развития проекта будут сформулированы по окончанию работ по текущему
этапу.
Стадия разработки на завершающем этапе: технический проект
Степень готовности на завершающем этапе: опытный образец
18. Ожидаемый социально-экономический эффект (количество
создаваемых рабочих мест, налоговые поступления в бюджеты всех
уровней)
Социально-экономических эффект от использования объектов для коммерциализации,
основанных на результатах данного проекта, заключается в улучшение качества жизни и
здоровья населения.
На этапе технического проекта при составлении бизнес-плана данный вопрос будет
проработан более детально.
19. Команда проекта
19.1. Руководитель проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность)
Геращенко Сергей Иванович, кафедра «Медицинские приборы и оборудование»,
профессор
19.2. Участники проекта (Ф.И.О., место работы/учебы, должность, роль в
проекте)
1) Геращенко Сергей Михайлович, кафедра «Медицинские приборы и оборудование»,
доцент, разработчик
2) Янкина Наталия Николаевна, кафедра «Медицинские приборы и оборудование»,
доцент, разработчик
20. Контактная информация
20.1. Название предприятия (организации)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Пензенский государственный университет»
20.2. Информация о предприятии (сфера деятельности)
Образовательная деятельность, научная деятельность, инновационная деятельность
20.3. Руководитель (Ф.И.О., должность)
Волчихин Владимир Иванович, ректор
20.4. Адрес
440026, г. Пенза, ул. Красная, 40
20.5. Телефон/Факс, электронная почта, web-сайт
(8412) 56-35-11/(8412) 56-51-22, [email protected], http://www.pnzgu.ru/
21. Дата представления или последнего обновления информации
14.11.2010