Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Кравчук Д. А. Экспериментальные измерения концентрации глюкозы в крови прототипом оптоакустического цитометра, оценка погрешности измерений // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2025. Т. 25, вып. 1. С. 86-92. DOI: 10.18500/1817-3020-2025-25-1-86-92, EDN: NGVPSU

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.03.2025
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 14)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биофизика и медицинская физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
535.015+57.087.1+004.418
DOI: 
10.18500/1817-3020-2025-25-1-86-92
EDN: 
NGVPSU

Экспериментальные измерения концентрации глюкозы в крови прототипом оптоакустического цитометра, оценка погрешности измерений

Авторы: 
Кравчук Денис Александрорвич, Южный федеральный университет
Аннотация: 

Проведены доклинические экспериментальные измерения уровня глюкозы в крови оптоакустическим методом. Экспериментальные исследования охватывали различные возрастные группы пациентов, в кровь вводили гепарин для остановки процесса свертывания. Полученные профили акустических сигналов позволили построить зависимость амплитуды акустического сигнала в пробе крови от концентрации глюкозы в крови, оценена погрешность измерений с учетом температурных и концентрационных факторов, влияющих на результат измерения уровня глюкозы.

Ключевые слова: 
оптоакустика
сигнал
погрешность измерений
глюкоза
лазер
Список источников: 
  1. Oraevsky A. A., Karabutov A. A. Optoacoustic tomography // Biomedical photonics : Handbook / Vo-Dinh T., ed. Boca Raton, FL : CRC Press, 2003. Chapter 34. P. 1–34. https://doi.org/10.1201/9780203008997
  2. Егерев С. В., Симановский Я. О. Оптоакустика неоднородных биомедицинских сред: конкуренция механизмов и перспективы применения (обзор) // Акуст. журн. 2022. Т. 68, № 1. С. 96–116. https://doi.org/10.31857/S0320791922010026
  3. Moldon P. A., Ermolinskiy P. B., Lugovtsov A. E., Timoshina P. A., Lazareva E. N., Surkov Yu. I., Gurfinkel Y. I., Tuchin V. V., Priezzhev A. V. Influence of optical clearing agents on the scattering properties of human nail bed and blood microrheological properties: In vivo and in vitro study // J. Biophotonics. 2024. Art. e202300524. https://doi.org/10.1002/JBIO.202300524
  4. Bi R., Dinish U. S., Goh Ch. Ch., Imai T., Moothanchery M., Li X., Kim J. Y., Jeon S., Pu Y., Kim Ch., Ng L. G., Wang L. V., Olivo M. In vivo label-free functional photoacoustic monitoring of ischemic reperfusion // J. Biophotonics. 2019. Vol. 12, № 7. Art. e201800454. https://doi.org/10.1002/jbio.201800454
  5. Girshick R., Donahue J., Darrell T., Malik J. Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation // Proceedings of the IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2014. P. 580–587. https://doi.org/10.1109/CVPR.2014.81
  6. Кравчук Д. А. Восстановление акустического сигнала при оптоакустическом взаимодействии для визуализации биологических тканей // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия : Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2019. T. 9, № 1. С. 67–75.
  7. Wang G. A perspective on deep imaging // IEEE Access, 2016. Vol. 4. P. 8914–8924. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2016.2624938
  8. Assi H., Cao R., Castelino M., Cox B., Gilbert F. J., Gröhl J., Gurusamy K., Hacker L., Ivory A. M., Joseph J., Knieling F., Leahy M. J., Lilaj L., Manohar S., Meglinski I., Moran C., Murray A., Oraevsky A. A., Pagel M. D., Pramanik M., Raymond J., Mithun K. A. S., Vogt W. C., Wang L., Yang S., Bohndiek S. E. A review of a strategic roadmapping exercise to advance clinical translation of photoacoustic imaging: From current barriers to future adoption // Photoacoustics. 2023. Vol. 32. Art. 100539. https://doi.org/10.1016/j.pacs.2023.100539
  9. Cai C., Nedosekin D. A., Menyaev Y. A., Sarimollaoglu M., Proskurnin M. A., Zharov V. P. Photoacoustic flow cytometry for single sickle cell detection in vitro and in vivo // Analytical Cellular Pathology. 2016. Vol. 2016, iss. 1. Art. 2642361. https://doi.org/10.1155/2016/2642361
  10. Menyaev Y. A., Nedosekin D. A., Sarimollaoglu M., Juratli M. A., Galanzha E. I., Tuchin V. V., Zharov V. P. Optical clearing in photoacoustic flow cytometry // Biomed. Opt. Express. 2013. Vol. 4, № 12. P. 3030–3041. https://doi.org/10.1364/BOE.4.003030
  11. Pearl W. G., Selvam R., Karmenyan A. V., Perevedentseva E. V., Hung S., Chang H. H., Shushunova N. A., Prikhozhdenko E. S., Bratashov D. N., Tuchin V. V., Cheng C. L. Berberine mediated fluorescent gold nanoclusters in biomimetic erythrocyte ghosts as a nanocarrier for enhanced photodynamic treatment // RSC Adv. 2024. Vol. 14, № 5. P. 3321–3334. https://doi.org/10.1039/d3ra08299g
  12. Гусев В. Э., Карабутов А. А. Лазерная оптоакустика. М. : Наука, 1991. 304 с.
  13. Дунина Т. А., Егерев, С. В., Лямшев, Л. М., Наугольных К. А. К нелинейной теории теплового механизма генерации звука лазерным излучением // Акуст. журн. 1979. Т. 25. С. 622–625.
  14. Savateeva E. V., Karabutov A. A., Solomatin S. V. Optical properties of blood at various levels of oxygenation studied by time-resolved detection of laser-induced pressure profiles // Proc. SPIE. Biomedical Optoacoustics III. 2002. Vol. 4618. P. 63–75. https://doi.org/10.1117/12.469849
  15. Yang L., Chen C., Zhang Z., Wei X. Glucose Determination by a Single 1535 nm Pulsed Photoacoustic Technique: A Multiple Calibration for the External Factors // J. Healthc. Eng. 2022. Vol. 2022. Art. 9593843. https://doi.org.10.1155/2022/9593843
  16. Ren Z., Liu G., Huang Z., Zhao D., Xiong Z. Exploration and Practice in Photoacoustic Measurement for Glucose Concentration Based on Tunable Pulsed Laser Induced Ultrasound // Int. J. Optomechatronics. 2015. Vol. 9, № 3. P. 221–237. https://doi.org/10.1080/15599612.2015.1051677
  17. Yadav J. R., Asha S., Vijander M., Bhaskar M. Prospects and limitations of non-invasive blood glucose monitoring using near-infrared spectroscopy // Biomed. Signal Process. Control. 2015. Vol. 18, № 1. P. 214–227. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2015.01.005
  18. Quan K. M., Christison G. B., MacKenzie H. A., Hodgson P. Glucose determination by a pulsed photoacoustic technique: An experimental study using a gelatin-based tissue phantom // Phys. Med. Biol. 1993. Vol. 38, № 12. P. 1911–1922. https://doi.org/10.1088/0031-9155/38/12/014
  19. Jin H., Zheng Z., Liu S., Zhang R., Liao X., Liu S., Zheng Y. Pre-migration: A General Extension for Photoacoustic Imaging Reconstruction // IEEE Trans. Comput. Imaging. 2020. Vol. 6. P. 1097–1105. https://doi.org/10.1109/TCI.2020.3005479
  20. Prasad V. P. N. S. B. S., Syed A. H., Himansh M., Jana B., Mandal P., Sanki P. K. Augmenting authenticity for noninvasive in vivo detection of random blood glucose with photoacoustic spectroscopy using Kernel-based ridge regression // Sci. Rep. Nature Research. 2024. Vol. 14, № 1. Art. 8352. https://doi.org/10.1038/s41598-024-53691-z
  21. Кравчук Д. А. Результаты экспериментальных исследований оптоакустического отклика в биологических тканях и их моделях // Прикладная физика. 2022. T. 3, № 3. С. 63–66. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2022-3-63-66
  22. Kravchuk D. A., Voronina K. A. Studies of red blood cell aggregation and blood oxygenation on the basis of the optoacoustic effect in biological media // J. Biomed. Photonics Eng. 2020. Vol. 6, № 1. P. 010307-1–010307-5. https://dx.doi.org/10.18287/JBPE20.06.010307
  23. Кравчук Д. А. Использование оптоакустического эффекта для измерения концентрации глюкозы // Прикладная физика. 2021. T. 6, № 3. С. 63–66. https://doi.org/10.51368/1996-0948-2021-6-63-66
  24. Kravchuk D. A., Starchenko I. B. Reconstruction of the Optical Acoustic Signal for Visualization of Biological Tissues // Physics and Mechamics of New Materials and Their Aplication. Processing of the International Conference PHENMA. 2021 / eds. I. A. Parinov, S. H. Chang. Springer Proceedings in Materials. Cham, Springer, 2021. Vol. 10. P. 473–479. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76481-4_39
Поступила в редакцию: 
23.04.2024
Принята к публикации: 
02.09.2024
Опубликована: 
31.03.2025
  • 54 просмотра