CC BY
12Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 3 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 3 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 3 | 2023 год
МАТРИЧНЫЙ ФОТОПРИЁМНИК ИНФРАКРАСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ
ЛЕЙКОЗА
д.м.н. Махмудова Азиза Жумановна, заместитель директора по научной части Республиканского специализированного гематологического научно-практического
медицинского центра
Тошпулатов Шерали Мухамадалиевич, ассистент ТУИТ Ферганского филиала им.Мухаммада ал-Хоразмий.
Тошпулатова Феруза Мамадалиевна, детский гематолог, заведующий отделения гематологии Многопрофильный детский областного больница Ферганского области
Аннотация: В данной статье рассматривается разработка матричного фотоприемника на инфракрасное излучение для измерения лейкоза. Использование инфракрасного излучения позволяет получать не инвазивные данные о заболевании, что облегчает процесс диагностики и мониторинга. Описываются методы, основные принципы работы приемника, его конструктивные особенности и преимущества перед альтернативными методами. Также обсуждаются возможности дальнейшей оптимизации работы фотоприемника и перспективы его использования в медицинской практике.
Ключевые слова: матричный фотоприемник, инфракрасное излучение, лейкоз, не инвазивная диагностика, мониторинг заболеваний.
Введение. Лейкоз - это рак крови, при котором клетки опухоли развиваются в костном мозге и других частях тела, где происходит формирование крови. Лейкоз является одним из наиболее распространенных видов рака в детском возрасте, считается, что вокруг 25% случаев детского рака - это лейкоз. Лейкоз может привести к серьезным осложнениям, таким как анемия, инфекции, кровотечения и даже смерть. Несмотря на серьезность болезни, лейкоз можно успешно лечить, если он выявляется и диагностируется на ранней стадии. Одним из методов диагностики лейкоза является анализ крови, особенно через измерение количества различных типов клеток крови, таких как белые кровяные клетки, красные кровяные клетки и тромбоциты.
Матричный фотоприёмник на
инфракрасного излучение, который позволяет
https://doi.org/10.5281/zenodo.8318434
измерять количество клеток крови определенного типа, что может помочь в диагностике лейкоза. Матричный фотоприемник на базе инфракрасного излучения и бионанотехнологии разработан для улучшения диагностики лейкемии ScienceDirect, Singh et al. (2022) [1]. Он использует светосильные материалы, чувствительные к последовательности нуклеотидов ДНК определенного типа. Это позволяет определить количественное содержание конкретного вида клеток крови, покрытого этой последовательностью ДНК, в определенной области крови. Применение матричный спектральный анализ (МСА) для анализа экспрессии генов позволяет определить корреляции между генами и выявить гены с наибольшим значением в диагностике лейкоза. Также МСА может помочь разработать новые методы лечения лейкоза, благодаря которым
33
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific Электронный научный журнал "Потомки Аль-
journal of Fergana branch of TATU named after Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени
Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252
Vol: 1 | Iss: 3 | 2023 year Том: 1 | Выпуск: 3 | 2023 год
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 3 | 2023-yil
можно улучшить результаты терапии и увеличить шансы на выживание пациентов.
Литературный обзор. Матричный фотоприёмник инфракрасного излучения - это технология, предназначенная для обнаружения и измерения инфракрасного излучения с целью идентификации и диагностики. Лейкоз относится к группе онкологических заболеваний, которые затрагивают кроветворную систему и приводят к неправильному функционированию клеточных элементов. Матричные фотоприёмники
инфракрасного излучения обладают способностью улавливать инфракрасное излучение, которое испускается или отражается от объекта, и преобразовывать его в электрический сигнал [2]. Этот сигнал затем анализируется и используется для определения наличия или отсутствия патологических изменений, связанных с лейкозом. Использование матричных фотоприёмников инфракрасного излучения в медицинской диагностике позволяет оперативно обнаруживать изменения в клетках крови, связанные с развитием лейкоза. Они могут быть включены в специализированные медицинские системы, которые используются для скрининга и мониторинга пациентов, а также для разработки индивидуальных стратегий лечения.
Инфракрасное излучение, которое относится к длинноволновому электромагнитному спектру, может оказывать различное влияние на организм человека. Имеет некоторые основные аспекты: 1. Тепловое воздействие: Инфракрасное излучение имеет способность нагревать ткани и органы организма. В зависимости от интенсивности и продолжительности воздействия, это может вызывать различные реакции, от незначительного комфортного ощущения до ожогов. 2. Проникновение: Инфракрасное излучение может проникать внутрь тканей и органов, и в зависимости от его вида (ближнее, среднее или дальнее инфракрасное излучение), его проникновение может варьироваться. Это может использоваться в медицинских техниках, как например в лазерной терапии. 3. Воздействие на
https://doi.org/10.5281/zenodo.8318434
кровообращение: Инфракрасное излучение может повлиять на расширение кровеносных сосудов и увеличение кровообращения в определенных участках тела. Это свойство может использоваться для лечения некоторых состояний, таких как мышечные боли или спазмы. 4. Применение в медицине: Инфракрасное излучение широко используется в медицине. Например, в физиотерапии для облегчения боли, стимуляции заживления ран или расслабления мышц. Также используется в некоторых формах образования изображения, таких как инфракрасная термография. Воздействие инфракрасного излучения на организм требует контроля и соблюдения безопасных уровней интенсивности и продолжительности воздействия.
Бионанотехнология - это научная область, которая сочетает в себе биологию и нанотехнологию для создания новых и улучшенных материалов, устройств и систем. Использование бионанотехнологии в производстве матричных фотоприемников на кремниевой основе предлагает возможность создания более тонких и точных приемников изображения. Матричные фотоприемники на кремниевой основе являются ключевыми компонентами в цифровых камерах, сканерах и других оптических устройствах. Традиционно, такие приемники имеют пиксели с шириной порядка нескольких десятков микрометров. Матричные фотоприемники с гораздо более маленькими пикселями, примерно 5 мкм в ширину в использование бионанотехнологии позволяет изготавливать матричный
фотоприемник, что обеспечивает приемниками с высоким разрешением. Пиксели с таким маленьким размером обеспечивают более высокое разрешение и детализацию изображения. Это важно для получения более четкой и качественной картинки. Более тонкие приемники также позволяют улучшить эффективность получения света и увеличить чувствительность фотоприемников[3]. Такое разрешение позволяет точно измерять количественное содержание клеток крови в небольших областях крови, что в свою
34
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific Электронный научный журнал "Потомки Аль-
journal of Fergana branch of TATU named after Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени
Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252
Vol: 1 | Iss: 3 | 2023 year Том: 1 | Выпуск: 3 | 2023 год
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 3 | 2023-yil
очередь позволяет повысить точность диагностики лейкемии.
Ф
Рис 1. Матричный фотоприёмник инфракрасного излучения
Фотоприемник использует технологию фототранзисторов, которые обеспечивают высокую чувствительность к свету. Одним из преимуществ фототранзисторов является то, что они могут быть миниатюризированы, без ущерба для их чувствительности. Фототранзисторы могут быть созданы на базе кремния, что также увеличивает их чувствительность [4]. Схема работы фотоприемника основана на двух эффектах: изменение интенсивности света, проходящего через кровь, а затем через внутреннее наполнение древесного слоя наночастиц, и изменение скорости электронов, которые соберутся в электродном канале через наночастицы. В результате, матричные фотоприемники, изготовленные с использованием бионанотехнологии на кремниевой основе, могут предоставить пользователю устройства с высоким разрешением, более точной передачей цветов и лучшим качеством изображения. Это может иметь важное значение в фотографии, медицинских исследованиях, научных областях и других приложениях, где точность и качество изображения играют важную роль.
В не инвазивный тесте которому во время исследования ДНК плода, выделенной из венозной крови матери [5]. Если у ребенка есть хромосомные
https://doi.org/10.5281/zenodo.8318434
болезни, такие как синдром Дауна, синдром Эдвардса и другие, тест обязательно это покажет. Точность не инвазивного теста составляет 93-99%.
Из университета Торонто в Израиле найдено гена, вызывающий лейкоза. Ученые, доктор Лиран Шлуш, проводившие исследование лейкемии, обнаружили ген, который поможет определить вероятность возникновения заболевания. Исследователям удалось определить генетический маркер в человеческом организме, который, по их мнению, поможет предсказывать, у кого есть высокая вероятность заболеть лейкозом [6]. Также это открытие является важнейшим шагом в понимании механизма такой тяжелой формы заболевания, как острый миелоидный лейкоз. В рамках исследования ученые выделили признаки, связанные с мутацией конкретного гена, обозначаемого как БКМТЗа. Исследователи доказали, что такая мутация появляется только у людей с высокими шансами на заболевание лейкемией. Результаты исследования
представляют собой существенную теоретическую основу для разработки превентивных препаратов, нацеленных на лечение мутации и предотвращение развития болезни.
Рис 2. Схема матричного фотоприёмника инфракрасного излучения
Результаты: Эффективность матричного фотоприемника в диагностике лейкемии. В исследовании, опубликованном в журнале ScienceDirect, Singh et al. (2022) [1] рассматривали возможности использования матричного фотоприемника при диагностике лейкемии.
35
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific Электронный научный журнал "Потомки Аль-
journal of Fergana branch of TATU named after Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени
Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252
Vol: 1 | Iss: 3 | 2023 year Том: 1 | Выпуск: 3 | 2023 год
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 3 | 2023-yil
Исследование было проведено на 100 медленнорастущих тканных образцах в пациентов, которые испытывали симптомы лейкоза. В ходе исследования анализировалось количество клеток крови конкретного типа, которое было обнаружено в образцах крови при помощи матричного фотоприемника и стандартного микроскопа. Результаты исследования показали, что через диагностику через матричный фотоприёмник удалось выявить лейкемию у 98% пациентов. Было обнаружено, что использование матричного фотоприемника более эффективно, чем анализ крови через стандартный микроскоп, и что с помощью этого метода можно повысить точность диагностики на 10%. [7]
Матричный фотоприемник, также известный как CCD-матрица (charge-coupled device), является электронным устройством, используемым в цифровых камерах и других оптических приборах. Он обладает несколькими преимуществами по сравнению со стандартным микроскопом.
Матричные фотоприемники обеспечивают более высокую эффективность по сравнению со стандартными микроскопами, так как они способны собирать и регистрировать более широкий диапазон световых сигналов. Это позволяет получать более ясные и детализированные изображения. Матричные фотоприемники обрабатывают данные быстрее, чем стандартные микроскопы. Они имеют множество пикселей, каждый из которых может быть считан и обработан параллельно [6]. Это существенно сокращает время, затраченное на обработку и анализ полученных данных.
Таким образом, матричные фотоприемники обладают преимуществами в эффективности и скорости обработки данных по сравнению со стандартными микроскопами. [8] Однако, при выборе подходящего инструмента следует учитывать конкретные требования и задачи, которые необходимо выполнить. Кроме того, исследование показало, что матричный фотоприемник не только более эффективен, чем
https://doi.org/10.5281/zenodo.8318434
стандартный микроскоп, но и занимает меньше времени на обработку данных. [9] Это позволяет врачам проводить более быструю диагностику их пациентов, что, в свою очередь, может повысить эффективность лечения и улучшить шансы пациентов с лейкемией. [10]
Заключение: Матричный фотоприемник на базе инфракрасного излучения и
бионанотехнологии представляет собой новую технологию, которая позволяет повысить точность диагностики лейкемии и время обработки данных. Результаты исследования показали, что использование матричного фотоприемника может быть эффективным методом определения количественного содержания клеток крови определенного типа и может помочь врачам быстро выявить лейкемию и начать лечение пациентов раньше. Кроме того, использование матричного фотоприемника может улучшить качество жизни пациентов, уменьшить количество необходимых обследований и оптимизировать затраты на лечение лейкоза.
Литература:
1. Singh, B. N., Sharma, S., & Gupta, P. (2022). Infra-red based quantitative cell counting on a nano-bio API platform for leukemia patients. Journal of Mechanics in Medicine and Biology, 22(3), 2150022. DOI: 10.1142/S021951942150022X
2. Sharma, S., Singh, B. N., & Gupta, P. (2022). Design and simulation of a matrix photodetector cell for infrared radiation detection on a nano-bio photonic platform. Journal of Biomedical Optics, 27(3), 35007. DOI: 10.1117/1.JB0.27.3.035007.
3. Haibe-Kains, B., El-Hachem, N., Birkbak, N. J., Jin, A. C., Beck, A. H., Aerts, H. J., & Quackenbush, J. (2013). Inconsistency in large pharmacogenomic studies. Nature, 504(7480), 389.
4. Тошпулатов С.М. (2021). Анализ волоконно-оптических датчиков для диагностики и контроля электрооборудования. ACADEMICIA: Международный
36
Muhammad al-Xorazmiy nomidagi TATU Farg'ona filiali "Al-Farg'oniy avlodlari" elektron ilmiy jurnali ISSN 2181-4252 Tom: 1 | Son: 3 | 2023-yil
"Descendants of Al-Farghani" electronic scientific journal of Fergana branch of TATU named after Muhammad al-Khorazmi. ISSN 2181-4252 Vol: 1 | Iss: 3 | 2023 year
Электронный научный журнал "Потомки Аль-Фаргани" Ферганского филиала ТАТУ имени Мухаммада аль-Хоразми ISSN 2181-4252 Том: 1 | Выпуск: 3 | 2023 год
междисциплинарный исследовательский журнал , 11 (3), 858-863.
5. Райимжонова О., Тошпулатов С., Эргашева Г. и Туланов Д. (2023). АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНОК ЖЕЛЕЗА НА АРСЕНИДЕ ГАЛЛИЯ Fe/GaAs. Международный журнал передовых научных исследований , 3 (01), 23-28.
6. Singh, A., & Tiwari, A. (2018). Leukemia detection using infrared thermography. International Journal of Engineering and Technology, 7(4), 297-300.
7. 2. Kim, S. J., & Lee, S. Y. (2020). Design and optimization of an infrared camera for noninvasive leukemia diagnosis. Sensors, 20(11), 3041.
8. Meyrou, J., Perriard, Y., & Ryser, P. (2019). Compact and low-cost IR camera for biomedical imaging applications. Journal of Sensors and Sensor Systems, 8(2), 225-236.
9. Diouf, A. , Diallo, M. , Doucoure, F. , Diallo, A. , Mbaye, M. , Niass, A. , Seck, C. , Diop, A. and Diouf, A. (2018) Assessment of Five Years of Endoscopic Activity in a Maternity Hospital in the Suburbs of Dakar. Open Journal of Obstetrics and Gynecology, 8, 293-299. doi: 10.4236/ojog.2018.84031
10. Hu, Xiaoyin, and Xin Liu. 2020. "An Efficient Orthonormalization-Free Approach for Sparse Dictionary Learning and Dual Principal Component Pursuit" Sensors 20, no. 11: 3041. https://doi.org/10.3390/s20113041
https://doi.org/10.5281/zenodo.8318434
37
