CC BY
371
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОПТОВОЛОКНА В МЕДИЦИНЕ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ Симонян Э.А.1, Горнова В.А.2
1Симонян Эдгар Арутович - бакалавр; 2Горнова Валерия Алексеевна - бакалавр, кафедра программного обеспечения и управления в технических системах, факультет информационных систем и технологий, Поволжский государственный университет телекоммуникации и информатики,
г. Самара
Аннотация: в статье анализируются методы оптоволоконного исследования в медицине и диагностирование заболеваний с помощью оптоволокна. Рассматриваются способы получения и обработки информации. В статье исследуются разные области применения оптоволокна в сфере медицины. Ключевые слова: оптоволокно, медицина, технические науки, инженерия, биоинженерия.
Оптическое волокно очень часто используются в медицине в сфере диагностики. Поскольку Оптические волокна могут быть очень тонкими и могут быть свиты в гибкие нити, они могут быть использованы в исследованиях кровеносных сосудов, легких и других органов человека. Оптические волокна позволяют врачам проводить визуальный анализ и лечение различных заболеваний через очень мелкие надрезы при помощи инструмента под названием эндоскоп.
Неупорядоченный пучок световолокон может использоваться для подсветки во время операции, а упорядоченный способен передавать изображение на экран. Как раз на этой функции и построено использование упорядоченных пучков световолокон как оптического ядра любого эндоскопа. Примерно тот же принцип используется, когда происходит видеосварка оптоволокна. Еще одно физическое свойство световолокна также чрезвычайно важно с точки зрения медицины: волокна очень гибкие и это дает возможность применять широко лазерный луч в терапии.
Так, практически во всех видах терапии, при которых лазерная энергия должна проникнуть в человеческое тело: в пульмонологии, урологии, гинекологии и т.д., световоды «помогают» лазеру. В тех же случаях, когда лазерную энергию вводят непосредственно в кровоток, используются катетеры, созданные также из волокна. Следует отметить, что в медицине применяются исключительно световоды, созданные из высокочастотного кварцевого стекла, так как высокая механическая крепость и юстированные оптические свойства дают возможность регулировать светопотери в оптическом кабеле.
Эндоскоп медицинской инструмент, изготовленный для ввода двух пучков оптических волокон внутри одной длинной трубки. Один пучок оптического волокна используется для проецирования света на осматриваемые участки ткани, а другое оптоволокно передает отраженный свет от тканей и позволяет получить четкое изображение. Эндоскопы используются для изучения конкретных областей человеческого тела.
Например, израильские врачи могут использовать эндоскоп для изучения коленных, плечевых и других суставов в организме, без ущерба здоровью. Еще один метод исследований, при котором используются оптические волокна, получивший широкое распространение для лечения различных заболеваний в Израиле, называется Артроскопия. При этом методе используется прибор под названием артроскоп.
Этот инструмент представляет собой прямой цилиндр с серией линз и оптических призм, которые вводят в разрез шириной от двух до пяти миллиметров,
непосредственно в сустав. Артроскоп используется для диагностики суставов в организме. По своему принципу действия артроскоп напоминает эндоскоп.
Ссрипшш киота
Рис. 1. Строение оптоволокна
Оптические волокна, используемые в артроскопе, могут быть использованы для измерения температуры и других параметров организма, а также при выполнении хирургических процедур. Основное преимущество использования оптоволокна в артроскопии заключается в том, что операция может быть выполнена через небольшой разрез, в результате чего пациент испытывает наименьшее количество неудобств, и сроки заживления значительно сокращаются по сравнению с другими методами хирургии. Помимо использования в эндоскопии и артроскопии, оптоволокна широко используются для исследования и лечения сердца и сосудов.
Медики также успешно применяют оптоволокно для прямого интенсивного лазерного излучения на рану, для остановки кровотечений или сожжения аномальных тканей. Волоконно-оптические исследования крайне необходимы в области медицины. Область применения оптических волокон в медицинской практике и исследованиях продолжает быстро расти с каждым днем.
Новая система позволяет практически мгновенно определить наличие тех либо иных веществ в крови человека, которые являются «маркерами» определенного заболевания. Технология пока что разрабатывается, но первые прототипы уже показали широкие возможности новой системы.
Система состоит из «пробника», который погружается непосредственно в кровь, и системы анализа крови, которая имеет размер, равный размеру планшета. Собственно, это и вся «лаборатория», которая заменяет собой все оборудование современной лаборатории анализа крови, с ее центрифугами, электронными анализаторами и всем прочим.
В системе самым важным элементом является сам пробник, который представляет собой оптоволокно с системой отражателей и внешним покрытием, которое связывает некоторые вещества крови, те самые «маркеры», в случае их наличия. Свет идет по оптоволокну, отражаясь системой отражателей на внутреннее покрытие. Затем свет отражается от стенок, и поступает на спектрометр. Если внешнее покрытие «связало» молекулы соответствующих веществ, то спектр отражаемого светового луча меняется, и спектрометр это «засекает».
В результате врач сразу видит, какие вещества есть в крови, что позволяет обнаруживать соответствующие отклонения/заболевания.
Конечно, тут есть некоторые сложности — ведь покрытие, которое связывает «маркеры», должно быть универсальным и уметь реагировать на большинство важных маркеров, находящихся в крови человека.
Прототипы системы, как говорилось выше, показали хорошие результаты. Так, система сейчас способна реагировать на наличие вещества, концентрация которого в крови составляет всего 2 нанограмма на литр. Стоимость такой системы, когда она начнет производиться в промышленных масштабах, будет значительно ниже стоимости существующих систем анализа крови.
Ну, и кроме анализа крови такая система может использоваться для определения качества воды, мониторинга состояния водных ресурсов в определенном регионе и т.п.
Список литературы 1. КалчугинаН.С. Оптоволоконные методы исследований, 2014. № 3 (11). С. 15-45.
