- МГТУ им. Н. Э. Баумана

АННОТАЦИЯ
к научно-техническому отчету
о выполнении 1 этапа Соглашения №14.В37.21.0579 от 10 августа
2012г. по НИР «Биотехническая система морфометрии инфракрасных
диафаноскопических изображений биологических тканей»
Руководитель: Спиридонов И.Н.
Цель проекта
1.
1.1. Разработка метода инфракрасной диафаноскопии (ИКД) тканей ротовой
полости. Создание методики инфракрасной диафаноскопии (ИКД) тканей ротовой
полости для определения причин возникновения воспалительных заболеваний
1.2. Разработка биотехнической системы ИКД и программно-алгоритмических
средств
автоматизированной
морфометрии
биотканей
по
инфракрасным
(ИК)
диафаноскопическим изображениям. Исследования макета аппаратно-программного
комплекса ИКД.
2.
Основные результаты проекта
2.1.
Краткое
описание
основных
полученных
результатов
(основные
теоретические и экспериментальные результаты, фактические данные, обнаруженные
взаимосвязи и закономерности, характеристики созданной научной продукции)/ Указание
основных характеристик созданной научной продукции (при наличии научной продукции).
Необходимость наблюдения строения твердых и мягких тканей ротовой полости
обусловило
применение
в
практической
медицине
рентгенологических
методов
формирования изображений.
При всех своих преимуществах рентгеноскопия и рентгенография обладают целым
рядом существенных и трудно устранимых недостатков. Ионизирующий характер
рентгеновского излучения, воздействующего как на пациента, так и на врачарентгенолога, обуславливает специфику рентгеновского обследования: необходимость
соблюдения специальных мер предосторожности (отдельное, экранированное помещение,
соблюдение расстояний и т.д.), частота обследований ограничена, как правило, однимдвумя снимками за одно обращение, что существенно ниже объективной потребности
врача, и не позволяет проводить динамические обследования.
Перечисленные недостатки могут быть в значительной мере устранены аппаратурой
для визуализации строения мягких и твердых биотканей в неионизирующем лазерном
излучении.
Наиболее приемлемым излучением является излучение оптического диапазона, для
которого существует развитая элементная, методологическая и приборная техническая
базы, и которое обладает помимо прочих преимуществ выраженным терапевтическим
эффектом. Поэтому задача разработки методов и аппаратуры для получения изображений
биотканей в оптическом диапазоне длин волн является безусловно актуальной.
Физическая основа диафаноскопии - взаимодействие проникающих излучений с
веществом, в котором они распространяются. Взаимодействие может выражаться как в
изменении характеристик, связанных соответственно с отражением, рассеянием,
дисперсией, поляризацией, дифракцией, комптон-эффектом, эффектом Масбауера,
ядерными реакциями, магнитным резонансом и т. п.
Информационная способность систем диафаноскопии определяется физической
природой проникающего излучения и механизмом взаимодействия его с биотканью,
интенсивностью. Спектром электромагнитных волн
и геометрией распределенного
потока проникающих излучений.
Развитие средств диафаноскопии позволяет непосредственно наблюдать живые
организмы в движении с начала их эмбрионального развития без вреда для эмбриона.
Благодаря
оптическим
свойствам
тканей
в
инфракрасном
диапазоне
электромагнитных волн (преломление на границе сред с различной плотностью и
отражение от зеркальных поверхностей) системы инфракрасной диафаноскопии (ИКД)
могут быть построены как для наблюдения в проходящем, так и в отраженном "свете".
Особенности применения ИКД в медицине связаны с особенностью взаимодействия
ИК-лучей с биотканью. Свет с длиной волны 0.6-1.2 мкм рассеивается и слабо
поглощается живой биотканью. В тоже время вопросы прохождения оптического
излучения через
биоткани
недостаточно изучены, отсутствует
теоретическая и
экспериментальная база оптической диафаноскопии.
Научно-исследовательская работа посвящена разработке метода ИКД тканей
ротовой полости и созданию методики ИКД тканей ротовой полости для определения
причин возникновения воспалительных заболеваний. В ходе НИР будут разработаны
биотехническая
система
ИКД
и
программно-алгоритмические
средства
автоматизированной морфометрии биотканей по ИКД изображениям (ИКДИ). Также
будет создан и апробирован макет аппаратно-программного комплекса ИКД (АПК ИКД).
тканей ротовой полости.
2.2. Описание новизны научных результатов.
А) В процессе экспериментальных исследований динамики оптических свойств твердых
и мягких тканей ротовой полости в норме и при различных нозологиях в ближнем
инфракрасном диапазоне показана необходимость
повышения дешифровочных свойств
ИКДИ при определении особенностей геометрии сосудистого русла, изменяющей свои
характеристики при развитии воспалительного заболевания. Разработан проект методики
количественной оценки изменений в биотканях по ИКДИ.
Б) Для разработки алгоритмов повышения дешифровочных свойств ИКДИ биотканей
исследованы процессы прохождения монохроматического излучения через мягкие и
твердые
ткани.
изображений
Предложены
сосудов,
алгоритмы
проведены
линейной
фильтрации
экспериментальные
и
сегментации
исследования
алгоритмов
повышения дешифровочных свойств ИКДИ биотканей. Разработан проект медикотехнических требований к АПК ИКД и документация на макет АПК ИКД.
2.3.Сопоставление с результатами аналогичных работ мирового уровня.
Россия имеет определенные преимущества при
разработке метода ИКД,
обусловленные развитием лазерной медицины, элементной базы лазерной техники и
методов цифровой обработки изображений. Кроме того в России с 2009 г начали
защищаться диссертации по физиологии тканей ротовой полости. Патент на метод ИКД
принадлежит
России.
Зарубежным
аналогом
можно
считать
систему
STV,
обеспечивающую визуализацию тканей ротовой полости в видимом диапазоне.
3.
Назначение и область применения результатов проекта
3.1. Описание областей применения полученных результатов (области науки и техники;
отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут или уже используются
полученные результаты или созданная на их основе инновационная продукция).
Результаты НИР найдут применение в стоматологии и как метод исследования
морфологических особенностей тканей ротовой полости, и как АПК ИКД, позволяющий
обнаруживать: кариес на стадии пятна, ранние стадии воспалительного процесса, а также
измерять и контролировать динамику геометрии сосудистого русла, лечить пародонтоз и
ранние стадии кариеса, различные воспалительные заболевания и др.
Создание на основе результатов НИР опытных и серийных АПК ИКД, позволит
продолжить
развитие
медицинского
приборостроения,
создать
инновационную
продукцию, способную существенно повысить качество медицинских услуг в области
стоматологии. К настоящему времени уже проведены встречи с представителями
концерна «Оптоэлектроника» и ОАО «Ижевский электромеханический завод «Купол»»
3.2. Перспективы практического применения и коммерциализации результатов
проекта1
3.2.1. Описание направлений практического внедрения полученных результатов или
перспектив их использования.
Заполняется в случае наличия информации/требований в Соглашении на предоставление гранта
и/или получения РИД в рамках выполнения проекта.
1
Разрабатываемый метод и АПК ИКД найдет широкое применение в стоматологи,
гинекологии и проктологии, как лечебно-диагностическое средство, позволяющее
обнаруживать на ранних стадиях нозологии мягких и твердых тканей ротовой полости,
состояние слюнных протоков, поражение твердых тканей и наличие новообразований.
Также в области гинекологии и проктологии будет обеспечена возможность оперативного
выявления повреждения и перерождения клеток влагалища и прямой кишки, лечение
эрозий на ранних стадиях.
В ходе дальнейших исследований предполагается продолжить экспериментальные
исследования динамики оптических свойств твердых и мягких тканей ротовой полости в
норме и при различных нозологиях в ближнем инфракрасном диапазоне. Результаты
данной работы позволят сформировать обоснованные требования к оптическим системам
когерентного излучателя и излучателя и регистратора. Эти же данные позволят уточнить
особенности характеристик фильтра в области верхних пространственных частот.
Будет апробирована методики количественной оценки изменений в биотканях по
ИКДИ,
проведены
экспериментальные
исследования
алгоритмов
повышения
дешифровочных свойств ИКДИ биотканей, разработаны медико-технических требований
к АПК ИКД и документация на макет АПК ИКД, апробирован макет АПК ИКД.
3.2.2. Оценка или прогноз влияния полученных результатов на развитие научнотехнических и технологических направлений;
Полученные результаты позволят сформировать сегмент динамичной части рынка
медицинского приборостроения – ИК стоматологической техники и технологий,
основанного на применении развитой в РФ элементной базы – лазерных и ИК –диодов,
волоконных лазеров и т.д., станут неотъемлемой частью технологической платформы
«Медицина будущего».
В результате работы будут достигнуты новые технические решения, в области
сферических объективов и астигматических конденсоров, которые станут неотъемлемой
частью
технологической платформы «Фотоника». Расширится номенклатура и
потребление товаров и услуг в соответствующих секторах рынка и социальной сферы.
3.2.3. Описание ожидаемых социально-экономических и др. эффектов от
использования товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов.
В результате внедрения ожидаемых результатов по созданию метод и АПК ИКД
предполагается существенно снизить
стоматологической техники,
устранить
материало- и энергоёмкости производства
отрицательное техногенное воздействие на
окружающую среду (по сравнению с рентгеновской техникой) повысить качество жизни
за счет своевременного устранения причин заболеваний тканей ротовой полости на
ранних стадиях.
3.2.4.
Описание
существующих
или
возможных
форм
коммерциализации
полученных результатов: организация производства продукции и/или оказание услуг, в
том числе с образованием нового юридического лица или без него; заключение
лицензионных договоров, заключение договоров уступки прав на РИД. Либо указывается:
«Коммерциализация проектом не предусмотрена».
Разработка документации и СПО по окончанию НИР может быть продолжена в
одном из структурных подразделений МГТУ им. Н.Э. Баумана, например, Научноисследовательский и испытательный центр биометрической техники (НИИЦ БТ) или
специально созданном малом инновационном предприятии с образованием юридического
лица. Кроме того существуют варианты
заключение лицензионных договоров,
заключение договоров уступки прав на РИД с концерном «Оптоэлектроника» или ОАО
«Ижевский электромеханический завод «Купол»»
3.2.5. Описание видов новой и усовершенствованной продукции (услуги), которые
могут
быть
созданы
или
уже
созданы
на
основе
полученных
результатов
интеллектуальной деятельности (РИД); указание предполагаемых или фактических
рынков сбыта.
На основе полученных результатов интеллектуальной деятельности могут созданы
при соответствующих инвестициях АПК ИКД для гинекологии и проктологии для
российского и зарубежных рынков сбыта..
4.
Перспективы развития исследований
Краткая информация о перспективах развития выполненного в ходе выполнения
проекта исследования.
1) Информация о том, насколько участие в ФЦП способствовало формированию
новых исследовательских партнерств. Участвует ли научный коллектив в проектах по 7й рамочной Программе Евросоюза (с указанием названия проектов и перечня партнеров
по ним).
В процессе проведения исследований в данном научном направлении были
установлены тесные связи и заключены договора о творческом сотрудничестве между
МГТУ им. Н.Э. Баумана и МНИОИ им. П.А. Герцена, между МГТУ им. Н.Э. Баумана и
МГМСУ, между МГТУ им. Н.Э. Баумана и ММА им. И.М. Сеченова.
2) Краткая информация о проектах научного коллектива по аналогичной
тематике.
В области морфометрии медико-биологических изображений научный коллектив
успешно
работает
над
созданием
АПК
для
автоматической
морфометрии
гематологических, цитологических и гистологических препаратов. Завершена разработка
программно-алгоритмического обеспечения и, прошли апробацию в МНИИОИ им. П.С.
Герцена и НЦ Здоровья детей РАМН АПК «Гранат-Гемо» и АПК «Гранат-Цито», ведется
подготовка
производства
изделия
АПК
«Гранат-Гемо»
на
ОАО
«Ижевский
электромеханический завод «Купол»».
3) Информация о том, сотрудничество с какими странами и исследовательскими
центрами может способствовать наибольшей отдаче для развития в России технологий
в области исследования, а также для выхода российской продукции на региональные и
глобальные рынки.
Проведены предварительные переговоры о сотрудничестве в данном направлении с
кафедрой биоинформатики Мюнхенского технического университета.
5.
Опыт закрепления молодых исследователей – участников проекта
(этапа проекта) в области науки, образования и высоких технологий
За выполнением проекта закреплены следующие специалисты:
1.
Батшев Владислав Игоревич, 20.04.1984 года рождения, к.т.н., принят на должность
старшего научного сотрудника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
2.
Колпаков Александр Владимирович, 29.04.1987 года рождения, зачислен в очную
аспирантуру Исполнителя, принят на должность научного сотрудника НИИЦ БТ МГТУ
им. Н.Э. Баумана;
3.
Латышева Екатерина Юрьевна, 02.12.1988 года рождения, зачислена в очную
аспирантуру Исполнителя, принята на должность инженера НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э.
Баумана;
4.
Нехина Анастасия Алексеевна, 24.04.1989 года рождения, зачислена в очную
аспирантуру Исполнителя, принята на должность инженера НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э.
Баумана;
5.
Петрук Владимир Игоревич, 05.05.1987 года рождения, зачислен в очную
аспирантуру Исполнителя, принят на должность младшего научного сотрудника НИИЦ
БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
6.
Таранов Александр Анатольевич, 23.08.1988 года рождения, зачислен в очную
аспирантуру Исполнителя, принят на должность инженера 1 кат. НИИЦ БТ МГТУ им.
Н.Э. Баумана;
7.
Чанина Мария Андреевна, 23.03.1989 года рождения, выпускница МГТУ им. Н.Э.
Баумана 2012г., принята на должность инженера НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
8.
Бочаров Дмитрий Александрович, 21.05.1992 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э.
Баумана, принят на должность техника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
9.
Кострова Наталия Владимировна, 06.08.1990 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э.
Баумана, принята на должность инженера НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
10. Куликова Ольга Константиновна, 21.08.1989 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э.
Баумана, принята на должность техника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
11. Рыбин Дмитрий Александрович, 03.12.1991 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э.
Баумана, принят на должность техника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
12. Томак Ксения Сергеевна, 27.08.1991 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э. Баумана,
принята на должность техника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана;
13. Янгиров Тимур Амирович, 27.07.1990 года рождения, студент МГТУ им. Н.Э.
Баумана, принята на должность техника НИИЦ БТ МГТУ им. Н.Э. Баумана.
6.
Вклад приглашенного руководителя в проект (этап проекта)
Приглашенные научные руководители в проекте не участвуют.