Разработка методики применения инфракрасной термографии в целях ранней диагностики и скрининга опухолевых и предопухолевых заболеваний
Скачать 0.72 Mb.
|
| Инновационные проекты молодых ученых и аспирантов УрО РАН Аннотационные отчеты 2012 г. Содержание
Молодежный инновационный проект № 11-1-ИП-848 Разработка методики применения инфракрасной термографии в целях ранней диагностики и скрининга опухолевых и предопухолевых заболеваний Герасимова Е.И. Институт механики сплошных сред УрО РАН, 614013, Пермь, ул. Академика Королева, 1 E-mail: egerasimova@icmm.ru Проект посвящен поиску наиболее информативных методов обработки поверхностных температурных сигналов тела человека средствами математического анализа динамики нелинейных систем, а также методов цифровой обработки инфракрасных образов молочных желез с признаками онкологических патологий. На данном этапе исследования предполагалось решение следующих задач: 1. Протестировать существующие методы обработки сигналов и изображений 2. Сделать выводы о целесообразности применения тех или иных методов для обработки температурных сигналов и инфракрасных изображений 3. Сформировать принципиально новый математический аппарат для изучения динамики поверхностной температуры тела на базе методов спектрального анализа, вейвлет-преобразования, методов теории динамического хаоса. На начальном этапе исследования был проведен анализ спектров мощности температурных сигналов опухолевой области и здоровой области симметричной молочной железы. Результат анализа показал, что наличие периодических колебаний, соответствующих дыханию, а также движение пациентов затрудняют анализ данных и не позволяют выявить существенных отличий характеристик опухолевых и здоровых тканей. Для устранения «помех» был реализован алгоритм компенсации движения, в основе которого лежит умножение преобразования Фурье каждого кадра F на передаточную функцию маски H: G=H.*F. Следует отметить, что в качестве кадра и маски в процедуре компенсации движения использовались бинарные изображения линий, символизирующих значимые разрывы яркости рассматриваемого температурного представления кадра или маски. Далее находилось обратное преобразование Фурье от G и по положению максимума вещественной части G определись новые координаты маски. Определив положение маски на каждом кадре и найдя вектор перемещений маски, производили компенсацию движения. Последующий анализ спектров мощности температурных сигналов показал наличие значительных отличий наклонов спектров (P(f) ~ f -β): β=1 для нормальной ткани и β=0,48 для опухолевой области. Дальнейший анализ проводился с помощью метода «максимума модулей вейвлет-преобразования», техника которого основывается на вейвлет-анализе, называемом математическим «микроскопом» ввиду его способности сохранять хорошее разрешение на разных масштабах. Полученные результаты свидетельствуют о наличии мультифрактальных свойств у сигналов здоровой ткани и монофрактальных свойств у сигналов опухоли. Данный результат является практически значимым, поскольку может послужить новым диагностическим признаком, позволяющим выявлять патологические отклонения обследуемых тканей. В дальнейшем планируется подтвердить полученный результат, проведя сбор новой информации о пациентах с помощью инфракрасной камеры с более строгим протоколом исследования (исключение движения, задержка дыхания), а также сбор данных по группе здоровых женщин. Основные публикации по проекту
Молодёжный инновационный проект № 11-1-ИП-482 Широкополосный анализатор поляризации лазерного излучения на основе нанографитовой плёнки Стяпшин В. М. Институт механики УрО РАН, 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34. E-mail: vms@udman.ru Цель проекта – разработка и создание принципиально нового анализатора поляризации лазерного излучения, имеющего большую апертуру, не содержащего оптических элементов, способного работать в широком спектральном диапазоне. Для достижения поставленной цели было предложено, чтобы работа анализатора основывалась на регистрации поверхностных токов, возникающих в нанографитовой плёнке при её облучении поляризованным излучением за счёт поверхностного фотогальванического эффекта и эффекта передачи квазиимпульса света электронам при межзонных квантовых переходах. Проект предполагал создание и тестирование действующего макета анализатора поляризации, а также участие в различных специализированных мероприятиях и публикацию полученных результатов.  Рис. 1. Общий вид анализатора поляризации В ходе работы над проектом был изготовлен и апробирован действующий макет анализатора поляризации (рис. 1), состоящий из несущего стержня, цилиндрической втулки, нанографитовой плёнки, двух измерительных электродов, размещённых на поверхности плёнки, а также электроизмерительного устройства в виде усилителя с осциллографом. Апертура макета составила 1620 мм, что больше апертуры обычных анализаторов поляризации. Испытания макета, проведённые для длин волн лазерного излучения 532 и 1064 нм, подтвердили работоспособность нанографитового анализатора поляризации. В ходе испытаний были получены экспериментальные зависимости регистрируемого фотовольтаического сигнала от угла поворота анализатора при различных состояниях поляризации падающего излучения. Во всех опытах нулевой сигнал наблюдался только при совпадении плоскости поляризации с плоскостью падения либо плоскостью, перпендикулярной ей. В то же время в окрестности указанных точек направление смены полярности сигнала при вращении анализатора было противоположным, что позволяло однозначно определять положение плоскости поляризации. Погрешность измерений составляла ± 0,25 и была обусловлена погрешностью измерительной шкалы, поэтому имеются предпосылки для её уменьшения. Таким образом, впервые был создан анализатор поляризации лазерного излучения, не содержащий оптических элементов. На его конструкцию получено положительное решение на выдачу патента РФ на изобретение от 20.08.2012 г. Также чтобы определить возможность увеличения чувствительности анализатора поляризации были проведены эксперименты по исследованию фотовольтаического сигнала в нанографитовых плёнках при низких температурах. При охлаждении образца от комнатной температуры до 86 К фотовольтаический сигнал, возбуждаемый излучением с длиной волны 1064 нм, возрос всего на 15 %. Следовательно, применение охлаждения для увеличения чувствительности анализатора поляризации малопродуктивно. Результаты работы легли в основу диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук по специальности 05.11.14 – «Технология приборостроения» на тему «Разработка технологии создания анализатора поляризации лазерного излучения и датчика углового положения на фотовольтаическом эффекте в нанографитовых плёнках». Диссертация была успешно защищена 29.05.2012 г. Полученные результаты были также продемонстрированы на двух научных конференциях, в том числе зарубежной. Созданный анализатор поляризации может быть использован в экспериментах по разработке и созданию мощных лазерных источников, для контроля состояния поляризации лазерного излучения при проведении научных исследований, а также в учебном процессе. Основные публикации по проекту
Молодежный инновационный проект №11-2-ИП-603 Автоматизированный измерительный комплекс для комбинированных измерений термических, оптических и кондуктивных свойств компонентов лекарственных препаратов Волосников Д.В., Гурашкин А.Л., Смотрицкий А.А., Ямпольский А.Д. Институт теплофизики УрО РАН 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 106. E-mail: dima_volosnikov@mail.ru Цель проекта. Создание автоматизированного измерительного комплекса для контроля протекания химических реакций синтеза лекарственных препаратов. Методы и подходы, использованные в ходе выполнения проекта. Программно-управляемый измерительный комплекс, включает в себя датчики регистрации изменений термических, оптических и кондуктивных свойств жидких сред – компонентов реакции диазотирования. Основные достоинства комплекса: информативность, миниатюрность датчиков, возможность организации контроля непосредственно в химическом реакторе, возможность организации удаленного доступа, что важно при работе с взрывоопасными веществами. Общее для всех трех методов – регистрация электрических величин и их визуализация с помощью быстродействующего АЦП и уникального ПО, реализация одновременного контроля трех независимых и взаимодополняющих параметров в режиме реального времени. Метод термозондирования основан на регистрации отклика от импульсно нагреваемого образца. Время измерения ~ 10 мс. Чувствительность к изменению исходного состава образца, наличию растворенного газа ~ 0,001 %. Длина проволочного зонда датчика ~ 3 мм, диаметр – 20 мкм. Метод оптоволоконной рефлектометрии состоит в прецизионном измерении интенсивности излучения, отраженного от сколотого торца одномодового волоконного световода (френелевское отражение). Оптоволокно диаметром ~ 125 мкм, может быть размещено в любом удобном месте реакционной камеры и не является источником методически вносимых возмущений. Кондуктометрический метод дополняет метод термозондирования. Важнейшие результаты, полученные за отчетный период. 1. Разработан макет программно-управляемого измерительного комплекса для контроля за ходом реакции диазотирования в режиме реального времени. 2. Созданы миниатюрные датчики для регистрации относительных изменений термических, оптических и кондуктивных параметров в химически реагирующей среде. 3. Измерительный комплекс апробирован на лабораторном химическом реакторе. Получены данные об изменениях термических, оптических и кондуктивных параметров в ходе семичасовой реакции диазотирования. Анализ данных позволил выделить характерные временные стадии, связанные с загрузкой начальных компонентов и их охлаждением, началом дозирования нитрита натрия, появлением и накоплением полезных продуктов реакции и последующим завершением реакции. Основной успех – определение стадии образования диазосоединений. Начало и конец данной стадии определяется одновременно двумя независимыми методами. Данные с датчиков термического и оптического экспресс-контроля регистрируют маркерную реакцию интенсивного газовыделения, которая указывает на завершение целевой реакции синтеза или существенное снижение скорости ее протекания. Дальнейшее развитие методик экспресс-контроля будет связано с учетом влияния внешних факторов: механических воздействий и электромагнитных помех на регистрируемые параметры. Практическая значимость полученных результатов. Реакция диазотирования ароматических и гетероароматических аминов применяется в производстве многочисленных соединений ароматического ряда, в частности, при синтезе органических красителей, лекарственных веществ и витаминов. Результаты работ по данному проекту могут быть востребованы при создании технологий производства эффективного противовирусного препарата – триазавирин Основные публикации по проекту
Молодежный инновационный проект №11-2-ИП-55 Синтез керамических лазерных сред на основе YAG из нанопорошков, спрессованных изостатическим методом Лукьяшин К.Е., Шитов В.А., Спирина А.В., Максимов Р.Н. Институт электрофизики УрО РАН 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 106. E-mail: kostya@iep.uran.ru Цель заключалась в получении образцов керамики на основе YAG (иттрий-алюминиевого граната) из смеси нанопорошков Nd:Y2O3 и Al2O3, с использованием метода изостатического прессования. В исследованиях использовался нанопорошок полученный методом лазерного синтеза. Для прессования компактов из смесей нанопорошков применялись методы одноосного статического (CUP) и холодного изостатического (CIP) прессования. Получение керамики осуществлялось методом твердофазного синтеза (SSR). Анализу подвергались нанопорошок (рентгенофазовый, измерение удельной поверхности ВЕТ методом), компакты (плотность методом геометрического обмера и измерения массы) и керамика (катодолюминесцентный, спектральный, оптический, измерение твёрдости по Виккерсу). Основные результаты:
- Синтезирована прозрачная Nd:YAG керамика (рис.1) из нанопорошков спрессованных изостатическим методом при наиболее оптимальном давлении 200 МПа с оптическими потерями 0,7176 см-1 (рис.2) и содержанием основной YAG фазы в образцах – (99,9 +/-0,1)%; - Установлено, что влияния времени вакуумирования на уплотняемость компактов нет, и можно считать, что давление как внутри компакта, так и вне его одинаковое уже после 30 минут вакуумирования; - Зависимости по твёрдости (по Виккерсу) керамик не установлено. Среднее значение твёрдости керамик составляет HV2,0 =14,8 ГПа; - Найдены зависимости относительных плотностей компактов от давлений прессований описываемые модифицированной безразмерной формой уравнения Бережного (рис.2);
- Определено, что метод CIP (холодное изостатическое прессование) по уплотняемости компакта заметно превосходит метод CUP (одноосное статическое прессование), а пятикратное прессование методом CIP ещё более заметно превосходит однократное CIP (рис.3). При CIP частички двигаются от периферии к центру, то есть имеют больше степеней свободы по сравнению с CUP методом; - Установлено, что при пятикратной нагрузке метод CUP достигает значения, полученное при однократной нагрузке методом CIP (рис.3); - Установлено, что после изоста-тического прессования компактов прослеживается слабая зависимость уплотняемости от давлений подпрессовки (рис.4); - Спрессован компакт с максимальной относительной плотностью 47%, не превышая при этом оптимального давления прессования 200 МПа, в следующем режиме: подпрессовка методом CUP 100 МПа, вакуумирование 30 минут, прессование методом CIP 200 МПа с пятикратной нагрузкой-разгрузкой (произведено пять циклов прессования). Полученные результаты могут быть использованы при синтезе керамики из нанопорошков на основе YAG цилиндрической формы с использованием изостатического прессования. Формы и размеры керамики могут быть любыми при прессовании изостатическим методом в зависимости от подпрессовочных пресс-форм и размеров рабочего пространства изостата. Молодежный инновационный проект № 11-2-ИП-430 Разработка альтернативной технологии получения слоистых композиционных материалов на основе металлов без взаимной растворимости А.В. Иноземцев, А.М. Власова, Т.П. Толмачев, А.Ю. Волкова, Е.С. Белослудцева Институт физики металлов УрО РАН, 620990, г. Екатеринбург, ул.С. Ковалевской, 18 E-mail: avinz@imp.uran.ru Целями проекта являются разработка технологии получения соединений металлов без взаимной растворимости (Сu-Ta) и получение опытных образцов биметаллических соединений сваркой взрывом и методом кручения под давлением. Проведение сравнительного анализа процессов, происходящих в переходной зоне биметаллических соединений металлов с ограниченной взаимной растворимостью при получении соединений этими двумя способами. Получены образцы биметаллических соединений меди с танталом методами сварки взрывом, и сдвига под давлением. Проведен сравнительный анализ процессов массопереноса и перемешивания в переходной зоне биметаллических соединений металлов без взаимной растворимости. Переходная зона соединений, полученных методом сварки взрывом, исследована методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии. Проведены микродюрометрические измерения различных структурных составляющих переходной зоны. Установлено, что в случае получения соединений методом сварки взрывом образование соединения происходит за счет интенсивных, быстропротекающих процессов фрагментации, перемешивания и расплавления в переходной зоне. Проведены испытания на срез, притом для соединения Cu-Ta с «плоской» границей раздела прочность соединения заключена в интервале 231-305 МПа, а с волнообразной границей раздела – 153-176 МПа. Среди особенностей структуры переходной зоны соединений, полученных сдвигом под давлением в отличие от полученных сваркой взрывом, следует отметить наличие несплошностей и отсутствие зон перемешивания. При получении биметаллических образцов методом кручения под давлением, механизм образования соединения значительно отличается от сварки взрывом. При сварке взрывом деформация осуществляется за короткий промежуток времени, так что температура повышается скачкообразно, поэтому в соединениях наблюдаются зоны локального расплавления, в то время как при кручении под давлением соединение образуется в твердой фазе. Деформация при сдвиге под давлением неоднородна по площади, её степень уменьшается от периферии к центру, что приводит к образованию соединения лишь на некотором расстоянии от центра образца. В центральной части степень деформации может оказаться меньше необходимой для образования соединения. Увеличение степени деформации за счет увеличения угла поворота приводит к нарушению очередности слоев соединяемых металлов. Перспективой использования соединения Cu-Ta, полученного сваркой взрывом, являются коррозионностойкие плакирующие покрытия теплообменников, а тонких пластин соединения Cu-Ta, после кручения под давлением – тонкие проводящие диффузионные барьерные слои тантала, разделяющих различные материалы (Cu и Si) в месте их контакта. В настоящее время во всём мире уделяется огромное внимание снижению себестоимости выпускаемой продукции при увеличении её качества и наращивании объёмов производства. В условиях металлургии и, в частности, в машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) эти направления находят место в совершенствовании процесса непрерывной разливки. Одной из основных проблем производства является повышение ресурса работы кристаллизатора. Во многих случаях износ медной стенки кристаллизатора и захват меди отливкой могут быть предотвращены с помощью нанесения защитных покрытий. Для защиты активно применялись хромовые и никелевые покрытия, затем началось активное внедрение технологий газотермического напыления для защиты плит кристаллизаторов МНЛЗ с помощью керамических, металлокерамических покрытий, а также покрытий из сплавов. Различные технологии нанесения покрытий для кристаллизаторов позволят значительно повысить эффективность металлургического производства. Сварка взрывом как метод покрытия медных кристаллизаторов МНЛЗ тонким слоем Ta, Nb, либо другими жаростойкими и жаропрочными материалами представляется достаточно перспективным методом. Основные публикации по проекту
Молодежный инновационный проект № 11-2-ИП-504 |
Похожие:
 | Об утверждении порядков проведения пренатальной (дородовой) диагностики нарушений развития ребенка, универсального аудиологического... | | Экспертного Совета Министерства здравоохранения Республики Бурятия по вопросу «О состоянии онкозаболеваемости и смертности от злокачественных... |
 | Руп-17 «Разработка методики определения параметров и применения грунтовых моделей упрочняющегося грунта (Hardening Soil) и слабого... | | Клинико-статистическая группа заболеваний – группа заболеваний, относящихся к одному профилю стационарной/стационарозамещающей медицинской... |
| В целях обеспечения высококвалифицированной помощи беременным по комплексной пренатальной (дородовой) диагностике нарушений развития... | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
| «разработка проекта методики и первичная оценка масштабов незаконного лесопользования в российской федерации» | | «разработка проекта методики и первичная оценка масштабов незаконного лесопользования в российской федерации» |