Light-tissue interactions for developing portable and wearable optoelectronic devices for sensing of tissue condition, diagnostics and treatment in Photodynamic therapy (PDT)

This thesis presents the development and in-vivo applications of wearable and portable devices for the investigation of light interaction with tissue involved in Photodynamic therapy (PDT) and during contraction of muscles. A hand-held device and a clinical method were developed for time course in-vivo imaging of the fluorescence of the photosensitizer Protoporphyrin IX (PpIX) in healthy and diseased skin with the aim to guide improvement of PDT protocols. The device was used in a small clinical study on 11 healthy volunteers and 13 patients diagnosed with non-melanoma skin cancer (NMSC). Two types of PpIX precursors were administered: Ameluz gel and Metvix® cream. The fluorescence was imaged with a 10 minute time step over three hours which was the recommended metabolism time before commencing PDT treatment at Ninewells Hospital, Dundee. The fluorescence time course was calculated by integrating the areas with the highest intensity. The fluorescence continued to grow in all subjects during the three hours. The time course varied between individuals. There was no statistical significance between either healthy volunteers or patients in Ameluz vs Metvix® groups; nor was there statistical difference between the three lesions groups (Actinic keratosis (AK) Ameluz vs AK Metvix® vs Basal cell carcinoma (BCC) Metvix®). The p-value was larger than 0.05 in a two sample t-test with unequal variances for all the groups. However, there was strong body site dependence between the head & neck compared to the lower leg & feet, or the trunk & hands body site groups (p-value<0.01). One of the possible explanations for this was temperature and vasculature variation in skin at different body sites: the temperature is higher and the vasculature structure is denser at the head and the neck compared to the lower leg or the trunk. The temperature was not measured during the study. So in order to support this hypothesis, typical skin temperatures at the lesion sites were taken from the IR thermal images of healthy skin available in literature. PpIX fluorescence had a positive correlation to temperature. If this hypothesis is true, it will be highly important to PDT treatment. Increasing the temperature could speed up the metabolism and reduce the waiting time before starting the treatment; ambient temperature should be taken into account for daylight PDT; cooling air as pain management should be administered with caution. Potential improvements for wearable PDT light sources were investigated by modelling light transport in skin for the current LED-based Ambulight PDT device, a commercial OLED for future devices and a directional OLED developed in the group. The optical models were implemented in commercial optical software (with intrinsic Monte Carlo ray tracing and Henyey-Greenstein scattering approximation) which was validated on diffuse reflectance and transmittance measurements using in-house made tissue phantoms. The modelling was applied to investigate the benefits from diffusive and forward scattering properties of skin on light transmission in treatment light sources. 1 mm thick skin can only compensate approximately 10% of non-uniform irradiance. It means that uniform illumination is crucial for the treatment light sources. Forward scattering in skin showed a 10% improved light transmission from a collimated emission compared to a wide angle Lambertian emission. However, depth-dependent transmission measurements of directional vs Lambertian emission from organic light emitting films (a nano-imprinted grating was fabricated to provide directional emission in one of the films), collimated vs diffused HeNe laser light through fresh porcine skin did not show the expected improvement. This could be explained by skin roughness which was previously found to change the optical properties and may also affect light coupling. The modelling was applied to guide an optical design of another wearable device – a muscle contraction sensor. Muscle is fibrous and because of that scatters light differently in different directions. The sensor detects the change in backscattered light in parallel and perpendicular directions with respect to muscle fibres. The sensor was implemented on a wearable bandage on fully flexible substrate with flexible OLED and organic photodiodes. The major advantages of organic optoelectronic sensing compared to conventional electromyography (EMG) sensors are the ability to distinguish two types of contractions (isotonic and isometric), insensitivity to electromagnetic interference and the absence of an immune response due to non-invasive electrode-free sensing. Optical modelling was performed to understand the operation of the sensor. A 3D anisotropic optical model of scattering in muscle was created by geometrical manipulations with the standard Henyey-Greenstein scattering volumes. The penetration depth from the Super Yellow OLED was found to be 20-25 mm; the optimal separation between the source and the detector was found to be 20 mm. This distance provided a still detectable signal along with the best discrimination between the two backscatterings. When a 2 mm thick layer of skin and a 2 mm thick layer of adipose tissue were added to the model, the signal was hugely diffused. The discrimination between the two backscatterings decreased by three orders of magnitude, the penetration depth in muscle was reduced, and the intensity of the signal dropped down but was still detectable. With 5 mm thick adipose tissue and 2 mm thick skin the signal was too diffused and interacted with very shallow layers of muscle which approached the limits of the optical sensing of muscle activity

Ошибкообнаруживающая способность квазиравновесного кода

У статті отримана кількісна оцінка здатності квазірівноважного коду виявляти помилки. Ця оцінка дозволяє більш точно визначити галузі ефективного використання коду і розробити способи адаптації його параметрів до кількості помилок у каналах передачі та кінцевих пристроях розподілених автоматизованих систем. Як таку оцінку застосовують ймовірність помилки, яка не виявляється. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27994В статье получена количественная оценка ошибкообнаруживающей способности квазиравновесного кода, которая позволяет более точно определить области его эффективного использования и разработать способы адаптации параметров кода к количеству ошибок в каналах передачи и оконечных устройствах распределенных автоматизированных систем. В качестве такой оценки используется вероятность необнаруживаемой ошибки. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/27994In the paper the quantitative evaluation of error detection ability for a quasi-constant weight code is obtained. The evaluation makes it possible to determine more accurately fields of its effective application and to develop methods of error quantity adaptation of code parameters for transmission channels and terminal units of distributed automated system. In the capacity of such an evaluation the undetected error probability is used. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2799

Порівняння наукової підготовки соціальних працівників у США та Західній Європі: українська перспектива

The article studies how the USA and Western Europe organize research training of social workers, traces its key trends and analyzes the ways of organizing and motivating students towards such activities. By comparing and discovering common methodical trends in Europe and the USA, one can identify the practical experience Ukraine needs. The analysis of relevant scientific literature and teaching practice in higher education institutions abroad shows that the above-mentioned approaches are mostly associated with module-based learning in its various modifications. Its system-forming link is independent work of students, including research activities. At the same time, professional functions of university teachers shift towards determining general areas of specialist training (elaboration of module-based programmes), supervising independent work of students (counselling based on an individual approach) and maintaining links between research activities and practice. The international relevance of the article lies in the possibility of improving research training in developing countries due to US and European experience. Furthermore, there is an opportunity to overcome traditional (over-theoretical) approaches to research training of social workers.У статті досліджується, як США та Західна Європа організовують наукову підготовку соціальних працівників, простежуються її ключові тенденції та аналізуються шляхи організації та мотивації студентів до такої діяльності. Порівнюючи та виявляючи спільні методичні тенденції в Європі та США, можна визначити, який практичний досвід необхідний Україні. Аналіз відповідної наукової літератури та практики викладання у вищих навчальних закладах за кордоном показує, що вищезгадані підходи переважно пов’язані з модульним навчанням у різних його модифікаціях. Його системоутворюючою ланкою є самостійна робота студентів, у тому числі дослідницька діяльність. При цьому професійні функції викладачів ВНЗ зміщуються у бік визначення загальних напрямів підготовки спеціалістів (розробка модульних програм), контролю за самостійною роботою студентів (консультування на основі індивідуального підходу) та підтримки зв’язків наукової діяльності з практикою. Міжнародна актуальність статті полягає у можливості вдосконалення наукової підготовки в країнах, що розвиваються, завдяки досвіду США та Європи. Крім того, є можливість подолати традиційні (надтеоретичні) підходи до науково-дослідницької підготовки соціальних працівникі

Ultrafast multi-electron dynamics studied with THz-field streaking

This article has no abstract

Пристрій стиснення інформації

Пристрій стиснення інформації містить блок синхронізації, вхід якого підключений до інформаційного входу та входу синхронізації пристрою, вхід суматора одиниць підключений до інформаційного входу пристрою та виходу блока синхронізації, вихід суматора одиниць є першим виходом пристрою. До пристрою введений лічильник нулів, вхід якого приєднаний до інформаційного входу пристрою та виходу блока синхронізації, блок розрахунку біноміальних коефіцієнтів, на вхід якого заведені виходи суматора одиниць та лічильника нулів, блок розрахунку номерів, до входу якого підключений вихід блока розрахунку біноміальних коефіцієнтів та вихід блока синхронізації. Вихід блока розрахунку номерів є другим виходом пристрою. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/2888

Засоби кодування і перетворення інформації в електронних системах

Об’єкт досліджень:розробка цифрових пристроїв для електронних систем. Предмет досліджень: завадостійкість цифрових пристроїв та захист з їх допомогою електронних систем від несанкціонованого доступу. Мета роботи:кодування інформації займає одне з важливих місць в процесі перетворення даних в різних електронних системах: автоматизованих системах управління, системах передачі і зберігання інформації. Метою кодування є підвищення ефективності роботи різних інформаційних систем за рахунок збільшення швидкості або надійності передачі для систем зв'язку, розширення можливостей обчислювальної обробки для систем машинної арифметики. Перспективним напрямом є розвиток біноміального кодування, заснованого на використанні біноміальних систем числення. Біноміальні коди, отримані на основі біноміальних систем числення, дозволяють підвищити завадостійкість цифрових пристроїв за рахунок їх структурної надлишковості, а також вирішують задачу захисту інформації від несанкціонованого доступу. У роботі досліджені біноміальні системи числення, на основі чого пропонується ідея використання біноміальних систем числення при розробці завадостійких біноміальних цифрових пристроїв, таких як лічильники імпульсів, регістри, дешифратори, перетворювачі кодів тощо, що дозволило покращити характеристики роботи сучасних цифрових систем, а також надало можливість побудувати нову концепцію їх роботи

THz streak camera performance for single-shot characterization of XUV pulses with complex temporal structures

The THz-field-driven streak camera has proven to be a powerful diagnostic-technique that enables the shot-to-shot characterization of the duration and the arrival time jitter of free electron laser (FEL) pulses. Here we investigate the performance of three computational approaches capable to determine the duration of FEL pulses with complex temporal structures from single-shot measurements of up to three simultaneously recorded spectra. We use numerically simulated FEL pulses in order to validate the accuracy of the pulse length retrieval in average as well as in a single-shot mode. We discuss requirements for the THz field strength in order to achieve reliable results and compare our numerical study with the analysis of experimental data that were obtained at the FEL in Hamburg - FLASH. © 2020 Optical Society of America under the terms of the OSA Open Access Publishing Agreemen

Перетворювач коду

Перетворювач кодів, що містить вхідну шину і n розрядів, кожен з яких містить тригер, два елементи І, перший елемент АБО, елемент НІ і суматор, а в розряди з другого по k-й, де k - контрольне число менше числа розрядів, але більше нуля, введений другий елемент АБО, перша група входів суматора з'єднана з прямим і інверсним виходами тригера, входи установки в одиницю і в нуль якого з'єднані відповідно з виходами першого і другого елементів І, перший вхід другого елемента І з'єднаний з входом елемента HI, вихід якого з'єднаний з першим входом першого елемента І, другі входи першого і другого елементів І кожного розряду, починаючи з (k+1)-го, з'єднано з виходом другого елемента І попереднього розряду, друга група входів суматора якого з'єднана з виходами суматора подальшого розряду, вхідна шина з'єднана з другими входами першого і другого елементів І першого розряду.Преобразователь кодов, содержащий входную шину и n разрядов, каждый из которых содержит триггер, два элемента И, первый элемент ИЛИ, элемент НЕ и сумматор, а в разряды со второго по k -й , где k - контрольное число меньше числа разрядов, но больше нуля, введен второй элемент ИЛИ, первая группа входов сумматора соединена с прямым и инверсным выходами триггера, входы установки в единицу и в ноль которого соединены, соответственно, с выходами первого и второго элементов И, первый вход второго элемента И соединен с входом элемента НЕ, выход которого соединен с первым входом первого элемента И , вторые входы первого и второго элементов И каждого разряда, начиная с (k+1)-го, соединены с выходом второго элемента И предыдущего разряда, вторая группа входов сумматора которого соединена с выходами сумматора следующего разряда, входная шина соединена с вторыми входами первого и второго элементов И первого разряда.A code converter comprises an input bus and n bits, each of which comprises a trigger and two AND elements, a first OR element, and NOT element and an adder, a second OR element is introduced to bits from second to k- th , where k – a check value less than number of bits, but more than zero, a first group of adder inputs is connected to the adder direct and inverse outputs of the trigger, set inputs and reset inputs of which are connected correspondingly to the outputs of first and second AND elements, the first input of AND element is connected to the input of NOT element, whose output is connected to the first input of first element AND, second elements of first and second element AND of every bit beginning from (k+1)-th is connected to the output of second element AND of the previous bit, the second group of adder, inputs of which is connected to outputs of an adder of the next bit, the input bus is connected to the second inputs of first and second AND elements of first bit