Экспериментальные измерения концентрации глюкозы в крови прототипом оптоакустического цитометра, оценка погрешности измерений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Проведены доклинические экспериментальные измерения уровня глюкозы в крови оптоакустическим методом. Экспериментальные исследования охватывали различные возрастные группы пациентов, в кровь вводили гепарин для остановки процесса свертывания. Полученные профили акустических сигналов позволили построить зависимость амплитуды акустического сигнала в пробе крови от концентрации глюкозы в крови, оценена погрешность измерений с учетом температурных и концентрационных факторов, влияющих на результат измерения уровня глюкозы.

Об авторах

Денис Александрорвич Кравчук

Южный федеральный университет

ORCID iD: 0000-0003-0656-8919
SPIN-код: 2826-3107
Scopus Author ID: 57200313806
ResearcherId: F-8436-2018
Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/42

Список литературы

  1. Oraevsky A. A., Karabutov A. A. Optoacoustic tomography // Biomedical photonics : Handbook / Vo-Dinh T., ed. Boca Raton, FL : CRC Press, 2003. Chapter 34. P. 1–34. https://doi.org/10.1201/9780203008997
  2. Егерев С. В., Симановский Я. О. Оптоакустика неоднородных биомедицинских сред: конкуренция механизмов и перспективы применения (обзор) // Акуст. журн. 2022. Т. 68, № 1. С. 96–116. https://doi.org/10.31857/S0320791922010026
  3. Moldon P. A., Ermolinskiy P. B., Lugovtsov A. E., Timoshina P. A., Lazareva E. N., Surkov Yu. I., Gurfinkel Y. I., Tuchin V. V., Priezzhev A. V. Influence of optical clearing agents on the scattering properties of human nail bed and blood microrheological properties: In vivo and in vitro study // J. Biophotonics. 2024. Art. e202300524. https://doi.org/10.1002/JBIO.202300524
  4. Bi R., Dinish U. S., Goh Ch. Ch., Imai T., Moothanchery M., Li X., Kim J. Y., Jeon S., Pu Y., Kim Ch., Ng L. G., Wang L. V., Olivo M. In vivo label-free functional photoacoustic monitoring of ischemic reperfusion // J. Biophotonics. 2019. Vol. 12, № 7. Art. e201800454. https://doi.org/10.1002/jbio.201800454
  5. Girshick R., Donahue J., Darrell T., Malik J. Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation // Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2014. P. 580–587. https://doi.org/10.1109/CVPR.2014.81
  6. Кравчук Д. А. Восстановление акустического сигнала при оптоакустическом взаимодействии для визуализации биологических тканей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия : Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2019. T. 9, № 1. С. 67–75.
  7. Wang G. A perspective on deep imaging // IEEE Access, 2016. Vol. 4. P. 8914–8924. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2016.2624938
  8. Assi H., Cao R., Castelino M., Cox B., Gilbert F. J., Gröhl J., Gurusamy K., Hacker L., Ivory A. M., Joseph J., Knieling F., Leahy M. J., Lilaj L., Manohar S., Meglinski I., Moran C., Murray A., Oraevsky A. A., Pagel M. D., Pramanik M., Raymond J., Mithun K. A. S., Vogt W. C., Wang L., Yang S., Bohndiek S. E. A review of a strategic roadmapping exercise to advance clinical translation of photoacoustic imaging: From current barriers to future adoption // Photoacoustics. 2023. Vol. 32. Art. 100539. https://doi.org/10.1016/j.pacs.2023.100539
  9. Cai C., Nedosekin D. A., Menyaev Y. A., Sarimollaoglu M., Proskurnin M. A., Zharov V. P. Photoacoustic flow cytometry for single sickle cell detection in vitro and in vivo // Analytical Cellular Pathology. 2016. Vol. 2016, iss. 1. Art. 2642361. https://doi.org/10.1155/2016/2642361
  10. Menyaev Y. A., Nedosekin D. A., Sarimollaoglu M., Juratli M. A., Galanzha E. I., Tuchin V. V., Zharov V. P. Optical clearing in photoacoustic flow cytometry // Biomed. Opt. Express. 2013. Vol. 4, № 12. P. 3030–3041. https://doi.org/10.1364/BOE.4.003030
  11. Pearl W. G., Selvam R., Karmenyan A. V., Perevedentseva E. V., Hung S., Chang H. H., Shushunova N. A., Prikhozhdenko E. S., Bratashov D. N., Tuchin V. V., Cheng C. L. Berberine mediated fluorescent gold nanoclusters in biomimetic erythrocyte ghosts as a nanocarrier for enhanced photodynamic treatment // RSC Adv. 2024. Vol. 14, № 5. P. 3321–3334. https://doi.org/10.1039/d3ra08299g
  12. Гусев В. Э., Карабутов А. А. Лазерная оптоакустика. М. : Наука, 1991. 304 с.
  13. Дунина Т. А., Егерев, С. В., Лямшев, Л. М., Наугольных К. А. К нелинейной теории теплового механизма генерации звука лазерным излучением // Акуст. журн. 1979. Т. 25. С. 622–625.
  14. Savateeva E. V., Karabutov A. A., Solomatin S. V. Optical properties of blood at various levels of oxygenation studied by time-resolved detection of laser-induced pressure profiles // Proc. SPIE. Biomedical Optoacoustics III. 2002. Vol. 4618. P. 63–75. https://doi.org/10.1117/12.469849
  15. Yang L., Chen C., Zhang Z., Wei X. Glucose Determination by a Single 1535 nm Pulsed Photoacoustic Technique: A Multiple Calibration for the External Factors // J. Healthc. Eng. 2022. Vol. 2022. Art. 9593843. https://doi.org.10.1155/2022/9593843
  16. Ren Z., Liu G., Huang Z., Zhao D., Xiong Z. Exploration and Practice in Photoacoustic Measurement for Glucose Concentration Based on Tunable Pulsed Laser Induced Ultrasound // Int. J. Optomechatronics. 2015. Vol. 9, № 3. P. 221–237. https://doi.org/10.1080/15599612.2015.1051677
  17. Yadav J. R., Asha S., Vijander M., Bhaskar M. Prospects and limitations of non-invasive blood glucose monitoring using near-infrared spectroscopy // Biomed. Signal Process. Control. 2015. Vol. 18, № 1. P. 214–227. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2015.01.005
  18. Quan K. M., Christison G. B., MacKenzie H. A., Hodgson P. Glucose determination by a pulsed photoacoustic technique: An experimental study using a gelatin-based tissue phantom // Phys. Med. Biol. 1993. Vol. 38, № 12. P. 1911–1922. https://doi.org/10.1088/0031-9155/38/12/014
  19. Jin H., Zheng Z., Liu S., Zhang R., Liao X., Liu S., Zheng Y. Pre-migration: A General Extension for Photoacoustic Imaging Reconstruction // IEEE Trans. Comput. Imaging. 2020. Vol. 6. P. 1097–1105. https://doi.org/10.1109/TCI.2020.3005479
  20. Prasad V. P. N. S. B. S., Syed A. H., Himansh M., Jana B., Mandal P., Sanki P. K. Augmenting authenticity for noninvasive in vivo detection of random blood glucose with photoacoustic spectroscopy using Kernel-based ridge regression // Sci. Rep. Nature Research. 2024. Vol. 14, № 1. Art. 8352. https://doi.org/10.1038/s41598-024-53691-z
  21. Кравчук Д. А. Результаты экспериментальных исследований оптоакустического отклика в биологических тканях и их моделях // Прикладная физика. 2022. T. 3, № 3. С. 63–66. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2022-3-63-66
  22. Kravchuk D. A., Voronina K. A. Studies of red blood cell aggregation and blood oxygenation on the basis of the optoacoustic effect in biological media // J. Biomed. Photonics Eng. 2020. Vol. 6, № 1. P. 010307-1–010307-5. https://dx.doi.org/10.18287/JBPE20.06.010307
  23. Кравчук Д. А. Использование оптоакустического эффекта для измерения концентрации глюкозы // Прикладная физика. 2021. T. 6, № 3. С. 63–66. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2021-6-63-66
  24. Kravchuk D. A., Starchenko I. B. Reconstruction of the Optical Acoustic Signal for Visualization of Biological Tissues // Physics and Mechamics of New Materials and Their Aplication. Processing of the International Conference PHENMA. 2021 / eds. I. A. Parinov, S. H. Chang. Springer Proceedings in Materials. Cham, Springer, 2021. Vol. 10. P. 473–479. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76481-4_39

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».