Modeling of human surface tissues with microvasculature under the influence of optical radiation

В статье описаны результаты моделирования поверхностных биотканей человека с микроциркуляторным руслом под воздействием лазерного излучения средствами программного пакета COMSOL Multiphysics. Результатом моделирования являются две экспериментальные модели (статическая и динамическая), применимые в исследованиях спекл-изображений при различной скорости движения эритроцитов, что позволит установить зависимость между скоростью и контрастом спеклов и использовать данную информацию после апробации модели на практике для обратной задачи – оценки скорости на основе реальных данных о контрасте. The article describes the results of modeling human surface tissues with a microvasculature under the influence of optical radiation using the COMSOL Multiphysics software package. The simulation result is two experimental models applicable in the study of speckle images

Экспериментальная апробация методических и аппаратно-программных средств спекл-визуализации в диагностике микроциркуляции поверхностных биотканей человека

In modern clinical practice, the assessment of the state of blood microcirculation and the diagnosis of microcirculatory disorders are extremely relevant in a variety of diseases: in cardiology, diabetology, oncology, dermatology, dentistry, surgery and resuscitation. Microcirculatory disorders are very diverse both in their pathogenesis and in clinical manifestations. Therefore, in the pattern of various diseases and extreme conditions, as well as in the correction of microcirculatory disorders the methods are needed for both operative assessment of the state of blood flow at tissue level and for its long-term monitoring. The interest in the study of the microvascular bed of the circulatory system is sparked by the significant role of capillaries in the implementation of the basic processes of the body's vital activity, in the trophic support of organs and their direct participation in tissue and cellular respiration. The health and life expectancy of a person depend on the coordinated work of the heart, large blood lines, and microcirculation vessels. The authors have studied modern optical methods for diagnosing microcirculation. The feasibility of using the speckle imaging method for noninvasive rapid assessment of the state of the microvasculature of human surface biological tissues has been substantiated. To implement the speckle-visualization method, methodological and software have been developed. The processing parameters that are most optimal from the point of view of the ratio of spatiotemporal resolution and computation time have been experimentally substantiated. The purpose of this work is the experimental testing of the developed methodological and hardware speckle imaging for the diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues. The authors have carried out the studies of the state of microcirculation in the superficial blood vessels of the skin during physiotherapeutic procedures and in the imitation of pathology. The results of the studies have proved the feasibility of using the developed software for a high-quality diagnosis of the state of microcirculation of human surface biological tissues: primary changes in microcirculation are revealed, further changes to occur during physiotherapeutic procedures are visualized.В современной клинической практике крайне актуальны оценка состояния микроциркуляции крови и диагностика микроциркуляторных расстройств при самых различных заболеваниях: в кардиологии, диабетологии, при онкологии, в дерматологии, стоматологии, хирургии и реаниматологии. Расстройства микроциркуляции весьма разнообразны как по своему патогенезу, так и по клиническим проявлениям. Поэтому в клинике различных заболеваний и экстремальных состояний, а также при коррекции микроциркуляторных нарушений необходимы методы как оперативной оценки состояния кровотока на тканевом уровне, так и длительного его мониторинга. Интерес к исследованию микрососудистого русла системы кровообращения обусловлен значительной ролью капилляров в осуществлении основных процессов жизнедеятельности организма, в трофическом обеспечении органов и их непосредственном участии в тканевом и клеточном дыхании. От согласованной работы сердца, крупных кровеносных магистралей и сосудов микроциркуляции в целом зависят здоровье и продолжительность жизни человека. Авторами изучены современные оптические методы диагностики микроциркуляции. Обоснована целесообразность применения метода спекл-визуализации для неинвазивной экспресс-оценки состояния микроциркуляторного русла поверхностных биотканей человека. Для реализации метода спекл-визуализации разработано методические и программное обеспечение. Экспериментально обоснованы параметры обработки, наиболее оптимальные с точки зрения соотношения пространственно-временного разрешения и времени вычислений. Целью данной работы является экспериментальная апробация разработанного методического и аппаратного обеспечения спекл-визуализации для диагностики микроциркуляции поверхностных биотканей человека. Проведены исследования состояния микроциркуляции в поверхностных сосудах кожи при прохождении физиотерапевтических процедур и при имитации патологии. Результаты проведенных исследований доказали целесообразность использования разработанного программного обеспечения для качественной диагностики состояния микроциркуляции поверхностных биотканей человека: выявлены первичные изменения в микроциркуляции, обеспечена визуализация дальнейших изменений, происходящих в процессе прохождения физиотерапевтических процедур

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРОЦИРКУЛЯЦИЮ ПОВЕРХНОСТНЫХ БИОТКАНЕЙ

In this operation results of the application developed by authors hardware and the software of dynamic measurement of biospeckles for monitoring of microcirculation of the person when holding physiotherapeutic procedures are provided.Представлены результаты применения разработанного авторами аппаратного и программного обеспечения динамического измерения биоспеклов для мониторинга микроциркуляции поверхностных биотканей человека при проведении физиотерапевтических процедур

РАСЧЕТ КОНТРАСТА СПЕКЛ-ИЗОБРАЖЕНИЙ: МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

Methodical and software has designed to implement the method of speckle visualization. The treatment options has experimentally grounded. They are the most optimal from the point of view of compliance with the space-time resolution and computation time.Для реализации метода спекл-визуализации разработано методические и программное обеспечение. Экспериментально обоснованы параметры обработки, наиболее оптимальные с точки зрения соотношения пространственно-временного разрешения и времени вычислений

ДИАГНОСТИКА МИКРОЦИРКУЛЯЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ БИОТКАНЕЙ ПРИ АРТРИТЕ НА ОСНОВЕ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ БИОСПЕКЛОВ

Results of investigation of superficial vessels of the microcirculation in the skin in the area of the right hind limb of laboratory rats before and after simulation of arthritis based on dynamic measurement method of bio-speckles are presented. The studies were performed using the authors developed hardware and software dynamic measurement of biospeckles.Приведены результаты исследования микроциркуляции в поверхностных сосудах кожи в области правой задней конечности лабораторных крыс до и после моделирования артрита на основе метода динамического измерения биоспеклов. Исследования выполнены с использованием разработанного авторами аппаратного и программного обеспечения динамического измерения биоспеклов. Установлено, что метод динамического измерения и цифровой обработки биоспеклов кожи позволяет выявить первичные изменения в микроциркуляции, происходящие на начальной стадии развития артрита, а также отслеживать дальнейшие изменения, происходящие в процессе развития заболевания. Результаты анализа спекл-изображений согласуются с общей клинической картиной течения заболевания

Experimental approbation of methodological and hardware-software speck-visualization in diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues

In modern clinical practice, the assessment of the state of blood microcirculation and the diagnosis of microcirculatory disorders are extremely relevant in a variety of diseases: in cardiology, diabetology, oncology, dermatology, dentistry, surgery and resuscitation. Microcirculatory disorders are very diverse both in their pathogenesis and in clinical manifestations. Therefore, in the pattern of various diseases and extreme conditions, as well as in the correction of microcirculatory disorders the methods are needed for both operative assessment of the state of blood flow at tissue level and for its long-term monitoring. The interest in the study of the microvascular bed of the circulatory system is sparked by the significant role of capillaries in the implementation of the basic processes of the body's vital activity, in the trophic support of organs and their direct participation in tissue and cellular respiration. The health and life expectancy of a person depend on the coordinated work of the heart, large blood lines, and microcirculation vessels. The authors have studied modern optical methods for diagnosing microcirculation. The feasibility of using the speckle imaging method for noninvasive rapid assessment of the state of the microvasculature of human surface biological tissues has been substantiated. To implement the speckle-visualization method, methodological and software have been developed. The processing parameters that are most optimal from the point of view of the ratio of spatiotemporal resolution and computation time have been experimentally substantiated. The purpose of this work is the experimental testing of the developed methodological and hardware speckle imaging for the diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues. The authors have carried out the studies of the state of microcirculation in the superficial blood vessels of the skin during physiotherapeutic procedures and in the imitation of pathology. The results of the studies have proved the feasibility of using the developed software for a high-quality diagnosis of the state of microcirculation of human surface biological tissues: primary changes in microcirculation are revealed, further changes to occur during physiotherapeutic procedures are visualized

THE SPEKL-VIsUALIZATion METHOD IN THE MICROCIRCULATION RESEARCH

In this operation results of the application developed by authors hardware and the software of dynamic measurement of biospeckles for monitoring of microcirculation of the person when holding physiotherapeutic procedures are provided

Calculation of speckle-image contrast: methodological support and software implementation

Methodical and software has designed to implement the method of speckle visualization. The treatment options has experimentally grounded. They are the most optimal from the point of view of compliance with the space-time resolution and computation time

Diagnostik of microcirculation of surface biological tissues for arthritis based on the method of dynamic measurements biospeckles

Results of investigation of superficial vessels of the microcirculation in the skin in the area of the right hind limb of laboratory rats before and after simulation of arthritis based on dynamic measurement method of bio-speckles are presented. The studies were performed using the authors developed hardware and software dynamic measurement of biospeckles

Experimental approbation of methodological and hardware-software speckvisualization in diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues

В современной клинической практике крайне актуальны оценка состояния микроциркуляции крови и диагностика микроциркуляторных расстройств при самых различных заболеваниях: в кардиологии, диабетологии, при онкологии, в дерматологии, стоматологии, хирургии и реаниматологии. Расстройства микроциркуляции весьма разнообразны как по своему патогенезу, так и по клиническим проявлениям. Поэтому в клинике различных заболеваний и экстремальных состояний, а также при коррекции микроциркуляторных нарушений необходимы методы как оперативной оценки состояния кровотока на тканевом уровне, так и длительного его мониторинга. Интерес к исследованию микрососудистого русла системы кровообращения обусловлен значительной ролью капилляров в осуществлении основных процессов жизнедеятельности организма, в трофическом обеспечении органов и их непосредственном участии в тканевом и клеточном дыхании. От согласованной работы сердца, крупных кровеносных магистралей и сосудов микроциркуляции в целом зависят здоровье и продолжительность жизни человека. Авторами изучены современные оптические методы диагностики микроциркуляции. Обоснована целесообразность применения метода спекл-визуализации для неинвазивной экспресс-оценки состояния микроциркуляторного русла поверхностных биотканей человека. Для реализации метода спекл-визуализации разработано методические и программное обеспечение. Экспериментально обоснованы параметры обработки, наиболее оптимальные с точки зрения соотношения пространственно-временного разрешения и времени вычислений. Целью данной работы является экспериментальная апробация разработанного методического и аппаратного обеспечения спекл-визуализации для диагностики микроциркуляции поверхностных биотканей человека. Проведены исследования состояния микроциркуляции в поверхностных сосудах кожи при прохождении физиотерапевтических процедур и при имитации патологии. Результаты проведенных исследований доказали целесообразность использования разработанного программного обеспечения для качественной диагностики состояния микроциркуляции поверхностных биотканей человека: выявлены первичные изменения в микроциркуляции, обеспечена визуализация дальнейших изменений, происходящих в процессе прохождения физиотерапевтических процедур. In modern clinical practice, the assessment of the state of blood microcirculation and the diagnosis of microcirculatory disorders are extremely relevant in a variety of diseases: in cardiology, diabetology, oncology, dermatology, dentistry, surgery and resuscitation. Microcirculatory disorders are very diverse both in their pathogenesis and in clinical manifestations. Therefore, in the pattern of various diseases and extreme conditions, as well as in the correction of microcirculatory disorders the methods are needed for both operative assessment of the state of blood flow at tissue level and for its long-term monitoring. The interest in the study of the microvascular bed of the circulatory system is sparked by the significant role of capillaries in the implementation of the basic processes of the body’s vital activity, in the trophic support of organs and their direct participation in tissue and cellular respiration. The health and life expectancy of a person depend on the coordinated work of the heart, large blood lines, and microcirculation vessels. The authors have studied modern optical methods for diagnosing microcirculation. The feasibility of using the speckle imaging method for noninvasive rapid assessment of the state of the microvasculature of human surface biological tissues has been substantiated. To implement the speckle-visualization method, methodological and software have been developed. The processing parameters that are most optimal from the point of view of the ratio of spatiotemporal resolution and computation time have been experimentally substantiated. The purpose of this work is the experimental testing of the developed methodological and hardware speckle imaging for the diagnosis of microcirculation of human surface biological tissues. The authors have carried out the studies of the state of microcirculation in the superficial blood vessels of the skin during physiotherapeutic procedures and in the imitation of pathology. The results of the studies have proved the feasibility of using the developed software for a high-quality diagnosis of the state of microcirculation of human surface biological tissues: primary changes in microcirculation are revealed, further changes to occur during physiotherapeutic procedures are visualized