Информационная технология и программно-аппаратный комплекс для контроля состояния биологических жидких образцов

Павел Федорович Щапов, Роман Сергеевич Томашевский

Анотація


Решаются вопросы разработки информационной технологии контроля и диагностики состояния жидких биологических образцов. Предложен метод на основании факторного анализа, вызванного информационного электрического сигнала в результате механического воздействия на биологический образец. Приведен детальный анализ методов применения подобного (пьезоэлектрического) эффекта в медицинской и исследовательской практике. Целью работы являлась разработка и экспериментальное исследование метода и систем контроля состояния жидких биологических образцов. В качестве информационной модели факторного воздействия в работе использованы базовые модели: параметрическая и модель компонент-дисперсий. В качестве уровней влияющего фактора в данном методе используется уровень механического воздействия на жидкий образец, а в качестве информативного сигнала была использована разность потенциалов с погруженных в жидкий образец электродов. В работе приведена структурная схема лабораторной установки и описан принцип ее действия. Для экспериментальной проверки разработанного метода в работе были использованы 10 образцов цельной крови пациентов (5 без патологии, 5 с колоректальным раком). В работе приведена методика подготовки полученных данных и приведена информационная технология выделения информативных признаков. С использованием описанных информативных моделей факторного влияния в работе приведен информативный анализ предложенных параметров и оценка количественного содержания в них контрольной информации. В результате экспериментального исследования получен вывод, что разработанная информационная технология позволяет с 95 % достоверностью выявлять изменения состояния контролируемого биохимического материала.

Ключові слова


лабораторная диагностика; факторное воздействие; пьезоэлектрический эффект; статистический анализ; биохимическое состояние; информационные параметры; количество информации

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Zajcev, V.M., Lifljandskij, V.G. and Marinkin, V.I. (2003), Prikladnaja medicinskaja statistika, OOO «Izd-vo FOLIANT», Sankt-Peterburg, 432 p.

Kochetov, A.G., Ljang, O.V., Masenko, V.P., Zhirov, I.V., Nakonechnikov, S.N. and Tereshhenko, S.N. (2012), Metody statisticheskoj obrabotki medicinskih dannyh : metodicheskie rekomendacii dlja ordinatorov i aspirantov medicinskih uchebnyh zavedenij, nauchnyh rabotnikov, RKNPK, Moskva, 42 p.

Platonov, A.E. (200), Statisticheskij analiz v medicine i biologii: zadachi, terminologija, logika, komp'juternye metody, Izd-vo RAMN, Moskva, 52 p.

Zhang, Ch., Shi, J., Wang, W., Xi, N., Wang, Yu, and Liu, L. (2017), «Simultaneous Measurement of Multiple Mechanical Properties of Single Cells Using AFM byIndentation and Vibration», IEEE Trans., Series Biomed. Engineering, No. 64 (12), pp. 2771–2780.

Shhapov, P.F., Tomashevskij, R.S. and Zol'tman, E.V. (2017), «Informacionnyj analiz regressionnoj modeli faktornogo planirovanija mediko-biologicheskogo jeksperimenta», Ukrainskij metrologicheskij zhurnal, pp. 58–62.

Tomashevskiy, R.S. (2017), «Information analysis of models of planning of the medicalbiological experiment at control of discrete changes of levels of the impactant factor», Bulletin of the National Technical University «KhPI», coll. works, Series New solutions in modern technologies, No. 53 (1274), pp. 45–52.

Shamos, M.H., Lavine, L.S. and Shamos, M.I. (1963), «Nature», Nature, No. 197, p. 81.

Lang, S., Marino, A., Berkovic, G., Fowler, M. and Abreo, K. (1996), «Bioengineering», Bioelectrochem., Series Bioeng., No. 41, p. 191.

Halperin, C., Mutchnik, S., Agronin, A., Molotski, M., Urenski, P., Salai, M. and Rosenman, G. «Nano Lett.», Nano Lett., Vol. 4, No. 1253.

Horiuchi, S. and Tokura, Y. (2008), «Nature Mater.», Nature Mater., No. 7, p. 357.

Yarmarkin, V.K., Shulman, S.G. and Lemanov, V.V. (2009), «ФТТ», ФТТ, Vol. 51, No. 1771.

Lemanov, V.V., Popov, S.N. and Pankova, G.A. (2011), «ФТТ», ФТТ, Vol. 53, No. 1526.

Boiko, V.V., Zamyatin, P.N., Zhukov, V.I., Shchapov, P.F., Nevzorov, V.P. and Klimova, E.M. (2012), «The phenomenon of piezobiosynthesis in biological tissues», Materials of the application for opening, Diploma, No. 454.

Pollard, Dzh. (1982), Spravochnik po vychislitel'nym metodam statistiki, in Chetyrkin, E.M. (ed.) and predisl., Translated from English by Zanadvorov, V.S., Finansy i statistika, Moskva, 344 p., il.

Donnelli-ml., R.A. (2007), Statistika, Translated from English by Voronina, N.A., Astrel', AST, Moskva, Vol. XIV, 367 p., P. 3, il.

Hastie, T. and Tibshirani, R. (1995), Generalized Additive Models for medical research, Stat. Methods Med. Res., pp. 187–196.

Strode, P. and Brokaw, A. (2015), Using BioInteractive Recourses to Teach. Mathematics and Statistics in Biology, 39 p.

Glanc, S. (1998), Mediko-biologicheskaja statistika, Translated from English, Praktika, Moskva, 459 p.

Zhovinskij, A.N. and Zhovinskij, V.N. (1979), Inzhenernyj jekspress-analiz sluchajnyh processov, Jenergija, Moskva, 113 p., il.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Зайцев В.М. Прикладная медицинская статистика / В.М. Зайцев, В.Г. Лифляндский, В.И. Маринкин. – СПб. : ООО «Изд-во ФОЛИАНТ», 2003. – 432 с.
  2. Методы статистической обработки медицинских данных : методические рекомендации для ординаторов и аспирантов медицинских учебных заведений, научных работников / А.Г. Кочетов, О.В. Лянг, В.П. Масенко, И.В. Жиров, С.Н. Наконечников, С.Н. Терещенко. – М. : РКНПК, 2012. – 42 с.
  3. Платонов А.Е. Статистический анализ в медицине и биологии: задачи, терминология, логика, компьютерные методы / А.Е. Платонов. – М. : Изд-во РАМН, 2000. – 52 с.
  4. Simultaneous Measurement of Multiple Mechanical Properties of Single Cells Using AFM byIndentation and Vibration / Ch.Zhang, J.Shi, W.Wang, N.Xi, Yu.Wang, L.Liu // IEEE Trans. Biomed. Engineering. – 2017. – No. 64 (12). – Pp. 2771–2780.
  5. Щапов П.Ф. Информационный анализ регрессионной модели факторного планирования медико-биологического эксперимента / П.Ф. Щапов, Р.С. Томашевский, Е.В. Зольтман // Украинский метрологический журнал. – 2017. – С. 58–62.
  6. Tomashevskiy R.S. Information analysis of models of planning of the medicalbiological experiment at control of discrete changes of levels of the impactant factor / R.S. Tomashevskiy // Bulletin of the National Technical University «KhPI» : coll. works. Series : New solutions in modern technologies. – 2017. – No. 53 (1274). – Pp. 45–52.
  7. Shamos M.H. Nature / M.H. Shamos, L.S. Lavine, M.I. Shamos // Nature. – 1963. – No. 197. – P. 81.
  8. Bioengineering / S.Lang, A.Marino, G.Berkovic, M.Fowler, K.Abreo // Bioelectrochem. Series : Bioeng. – 1996. – No. 41. – P. 191.
  9. Nano Lett. / C.Halperin, S.Mutchnik, A.Agronin, M.Molotski, P.Urenski, M.Salai, G.Rosenman // Nano Lett. – 2004. – Vol. 4, No. 1253.
  10. Horiuchi S. Nature Mater. / S.Horiuchi, Y.Tokura // Nature Mater. – 2008. – No. 7. – P. 357.
  11. Yarmarkin V.K. ФТТ / V.K. Yarmarkin, S.G. Shulman, V.V. Lemanov // ФТТ. – 2009. – Vol. 51, No. 1771.
  12. Lemanov V.V. ФТТ / V.V. Lemanov, S.N. Popov, G.A. Pankova // ФТТ. – 2011. – Vol. 53, No. 1526.
  13. «The phenomenon of piezobiosynthesis in biological tissues» / V.V. Boiko, P.N. Zamyatin, V.I. Zhukov., P.F. Shchapov, V.P. Nevzorov, E.M. Klimova // Materials of the application for opening. – Diploma. – No. 454. – 2012.
  14. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики / под ред. и с предисл. Е.М. Четыркина ; пер. с англ. В.С Занадворова; – М. : Финансы и статистика, 1982. – 344 с. ; ил.
  15. Доннелли-мл. Р.А. Статистика / Р.А. Доннелли-мл. ; пер. с англ Н.А. Ворониной. – М. : Астрель : АСТ, 2007. – XIV, 367 с. – С. 3 ; ил.
  16. Hastie T. Generalized Additive Models for medical research / T.Hastie, R.Tibshirani. – Stat. Methods Med. Res., 1995. – Pp. 187–196.
  17. Strode P. Using BioInteractive Recourses to Teach. Mathematics and Statistics in Biology / P.Strode, A.Brokaw. – 2015. – 39 p.
  18. Гланц С. Медико-биологическая статистика / С.Гланц ; пер. с англ. – М. : Практика, 1998. – 459 с.
  19. Жовинский А.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов / А.Н. Жовинский, В.Н. Жовинский. – М. : Энергия, 1979. – 113 с. ; ил.




DOI: https://doi.org/10.26642/tn-2018-1(81)-87-95

Copyright (c) 2018 Павел Федорович Щапов, Роман Сергеевич Томашевский

Ліцензія Creative Commons
Це видання ліцензовано за ліцензією Creative Commons Із Зазначенням Авторства - Некомерційна 4.0 Міжнародна.