1.2 Выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований по разработке методики измерения изменений оптической плотности неоднородных сред

Как было отмечено, большинство описанных в разделе 1.1.2 приборов используется в лабораторных условиях. Они не предназначены для решения задач экологического мониторинга, особенно в ситуациях, вызванных аварийным выбросом загрязняющих веществ.

Анализ стоимости аналитической техники показал, что создание на каждой водопроводной станции современной аналитической лаборатории является экономически невыгодным. Высокочувствительные избирательные приборы имеют высокую стоимость и окупаются только при большом потоке проб.

Поэтому возникает задача оперативного предварительного анализа неоднородных сред с целью дальнейшего принятия решений для проведения тех или иных количественных измерений.

Одним из перспективных направлений в данной ситуации является предварительное измерение отклонений во времени оптической плотности водной среды после внесения конкретных для контролируемого объекта (предприятия) загрязняющих веществ, так называемое тестирование (аналогичное тестирование возможно и для биотканей). Для повышения достоверности выявления изменения оптической плотности вследствие многообразия загрязняющих веществ (возможных аварийных ситуаций), необходимо вводить классификацию этих ситуаций с помощью созданной базы данных кривых, описывающих возможные изменения во времени оптической плотности водной среды. В дальнейшем автоматизированная система, установленная на объекте, сравнивая наряду с количественными параметрами оптической плотности эталонные кривые, хранящиеся в базе данных, с текущими измеренными параметрами и кривыми изменения оптической плотности, принимает решение о наличии или отсутствии аварийной ситуации.

Важной научной задачей при создании и оперативном использовании базы данных кривых изменения оптической плотности водных сред является разработка формы хранения полученных кривых. В рамках выполнения темы будет разработано математическое описание данных кривых на основе относительного описания цифрового сигнала.

Несмотря на достоинства фотоплетизмографии ее использование для диагностики заболеваний на основе анализа формы пульсовой кривой было ограничено. Во многих диагностических приборах, использующих метод фотоплетизмографии, не требуется точного воспроизведения формы пульсовой кривой. К ним относятся измерители частоты сердечных сокращений, пульсоксиметры, например «Оксипульс-01» и др. Кроме того множество артефактов препятствуют получению достоверных результатов при диагностике состояния сосудистой системы.

При нарушении состояния сосудистой системы изменяются параметры кровоснабжения тканей, а значит и форма пульсовой кривой (фотоплетизмограмма). Возникает задача классификации ситуаций, связанная с причинами изменения формы пульсовой кривой: изменение параметров произошло вследствие нарушения функционирования сосудистой системы (это полезная диагностическая информация) или данное изменение обусловлено влиянием артефактов. Во втором случае автоматизированная система должна исключить из анализа эти результаты.

Для решения данной задачи в предложенном проекте с помощью лабораторной установки для регистрации и анализа фотоплетизмограмм будет создана база данных эталонов фотоплетизмограмм, которые обусловлены влиянием различного рода артефактов, что позволит в дальнейшем использовать ее для автоматизированной фильтрации (исключения) фотоплетизмограмм с аномальными параметрами.

Предложенный в работе подход, обладающий новизной решения задачи, наряду с оригинальным математическим описанием формы пульсовой кривой с использованием относительного описания цифровых сигналов позволит повысить оперативность и достоверность диагностики состояния сосудистой системы человека и животных.

Таким образом, в проекте рассматриваются неоднородные среды, возникающие в задачах анализа жидкостей, неоднородных по своей структуре и свойствам во времени, а также в биологических тканях, также неоднородных по своей структуре и свойствам при их анализе по времени. Схожесть этих задач связана также с возможностью применения оптических методов контроля свойств этих сред, имеющих большую перспективу в связи с развитием современных средств оптоэлектроники и лазерных технологий. При этом контроль сред будет проводиться по измерению изменений их оптической плотности во времени. Как показал анализ математических моделей, при решении данных задач можно использовать общие модели прохождения оптического излучения через неоднородные оптические среды.

Проведенные исследования и созданные способы измерения оптической плотности неоднородных оптических сред при контроле биологических тканей и сложных водных сред позволяют разработать методику измерения оптической плотности сред, которая будет способствовать совершенствованию средств контроля оптической плотности биотканей и различных неоднородных оптических сред.

1 Работа выполнена при поддержке Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (Государственный контракт № 16.740.11.0468 от 13.05.2011).

152