Изменения сетей покоя фМРТ у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой при терапевтической ритмической транскраниальной магнитной стимуляции (клиническое наблюдение)

   Severe traumatic brain injury (TBI) accompanied by impaired consciousness manifesting as prolonged postcoma unawareness (PCU) is one of the current medical and social problems causing high morbidity and mortality worldwide. Difficult recovery of such patients necessitates the development of additional neurorehabilitation approaches, including neuromodulation methods, as well as the search for objective markers of treatment efficacy.   Aim of the study: to evaluate the effect of therapeutic rhythmic transcranial magnetic stimulation (rTMS) on fMRI resting state networks (RSN) in PCU after severe TBI.   Materials and Methods. We analyzed individual fMRI RSN in three patients with PCU before and after a course of rTMS performed at different timepoints after severe TBI and with different efficacy of treatment. We assessed the topography and quantitative characteristics of the networks (DMN, sensorimotor, control functions, left and right fronto-parietal, auditory, and speech) known to be most significant for recovery of consciousness.   Results. We found a trend toward normalization of RSN topography as well as an increase in the integral index of network intensity in two of three patients with a distinct increase in consciousness after a course of rTMS.   Conclusion. Using case observations, we have demonstrated the therapeutic efficacy of rTMS and feasibility of using fMRI RSN as a reliable diagnostic approach in PCU following severe TBI.   Тяжелая черепно-мозговая травма (ТЧМТ), сопровождающаяся нарушением сознания в форме затяжных посткоматозных бессознательных состояний (ПКБС), относится к числу актуальных медико-социальных проблем, обусловливающих высокую инвалидизацию или летальность пациентов во всем мире. Трудности восстановления пациентов обосновывают необходимость разработки дополнительных нейрореабилитационных подходов, включая методы нейромодуляции, а также поиск объективных маркеров эффективности лечения.   Цель исследования. Оценить влияние терапевтической ритмической транскраниальной стимуляции (рТМС) на сети покоя фМРТ (resing state networks — RSN) при ПКБС после ТЧМТ.   Материалы и методы. Проанализировали индивидуальные RSN фМРТ у трех пациентов с ПКБС до и после курсовой рТМС, выполненной в разные сроки после ТЧМТ и с разной эффективностью лечения. Оценивали топографию и количественные характеристики сетей (сеть DMN, сенсомоторная, управляющих функций, лобно-теменные (левая и правая), аудиторная, речевая), наиболее значимых для восстановления сознания по данным литературы.   Результаты. Выявили тенденцию к нормализации топографии RSN, а также увеличение интегрального показателя сетевой интенсивности у двух из трех пациентов с выраженным повышением уровня сознания после курсовой рТМС.   Заключение. На примере индивидуальных наблюдений показали перспективность рТМС в качестве лечебного воздействия, а также оценки RSN фМРТ — как объективного диагностического подхода при ПКБС вследствие ТЧМТ

Results of implementation of viral hepatitis B elimination program in the North-West Russia

Introduction. Vaccination contributed to reduce the incidence of acute hepatitis B in the territories of the North-West Russia. The urgency of this problem remains due to the high incidence of chronic hepatitis B. This accounted for the need to develop a hepatitis B elimination program in the district discussed that was approved in 2013 by the head of the Federal Service for Surveillance on Consumer Rights Protection and Human Wellbeing. Objective is to characterize the results of the program for the elimination of acute hepatitis B virus implemented in the North-Western Federal District. Materials and methods. The 2010–2020 incidence rate of acute and chronic hepatitis B virus (HBV) infection in the regions of the North-West Russia was carried out. To determine HBV genotypes and subgenotypes, 160 blood plasma samples from patients with acute hepatitis B were studied using molecular genetic methods (PCR, sequencing). The prevalence of latent hepatitis B in various population groups was assessed. The 2016–2020 hepatitis B vaccination coverage and relevant serological monitoring in adults was carried out. Results. While implementing the program, it was found that the incidence rate of acute hepatitis B in the district decreased by 4.5-fold, revealing in 2020 no cases of the disease in 5 regions, with incidence rate in the 6 subfederal units being lower than 1.0 per 100,000 population. Moreover, the incidence rate for chronic hepatitis B decreased by 2.6 times. The 2020 vaccination coverage of children under 17 and adults in all territories comprised more than 95% and 90%, respectively. In addition, it was shown the circulation of genotypes D and A of hepatitis B virus is dominated by genotype D (91.8%), subgenotype D2 (47.8%). The prevalence of latent hepatitis B among migrants was 6.5%, pregnant women — 4.9%, hemodialysis patients — 1.7%. Conclusion. Implementation of the program on elimination of acute viral hepatitis B in the territory of the North-West Russia contributed to raise in the vaccination coverage in adult population and lowered incidence rate of acute and chronic HBV infection

Визуализация сетей покоя (resting state) фМРТ у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой

According to the literature, fMRI analysis at resting state (RS) is an informative methodological approach to the study of the basic level of a healthy and diseased brain’s functional activity. Averaging data over observation groups for various forms of cerebral pathology is often unacceptable. Previously, we mastered and applied the Independent Component Algorithm (ICA) in FSL software to visualize and analyze individual fMRI resting networks of healthy people.Objective: to analyze individual fMRI resting networks associated with the state of motor activity and consciousness in patients with severe traumatic brain injury (STBI).Materials and methods. Observation groups: 23 patients with SТBI (main) and 17 healthy volunteers (control). 3T fMRI recorded at rest. Individual (norm and STBI) and group (norm) analysis of RS networks was carried out by FSL software (ICA algorithm) and SPM8 in MATLAB.For the DMN and Sensorimotor networks, topography and total volume and intensity of their activation of their activation were determined.Results. The topography features reproduced in the group and individual analysis of fMRI of healthy people, as well as the averaged quantitative indicators of the rest networks were used as reference for pathology.In the context of motor activity, the RS Sensorimotor network was considered. Its topography is close to normal in most patients without or with mild hemiparesis. The growth of this defect is accompanied by a decrease in the integral quantitative indicators of the network, combined with asymmetric reduction (lack of activation in the contralateral motor cortex) in rough hemiparesis.In the context of consciousness, the expression and characteristics of the DMN network were compared in healthy people and in patients with STBI at its various levels: from clear to chronic vegetative state. It was revealed that a decrease in the level of consciousness is accompanied by a reduction in the cortical components of DMN, primarily the frontal (anterior DMN), not pronounced in the vegetative state. Activation of the caudal component of DMN (in particular, the posterior cingular cortex) persists in patients with depressed consciousness: distinct and even somewhat enhanced compared to the norm with its reversible form, less pronounced with chronicConclusion. The data obtained indicate the informative value of fMRI analysis of individual resting networks in the context of studying cerebral structural and functional foundations of consciousness and motor activity, as well as diagnosing the state of these functions in STBI.По данным литературы, анализ функциональной манитно-резонансной томографии (фМРТ) в состоянии покоя (RS) является информативным методическим подходом к исследованию базового уровня функциональной активности здорового и больного мозга. Усреднение данных по группам наблюдений при разных формах церебральной патологии зачастую неприемлемо. Ранее нами был освоен и применен алгоритм независимых компонент (ICA) в программном обеспечении FSL для визуализации и анализа индивидуальных сетей покоя фМРТ здоровых людей.Цель исследования: анализ индивидуальных сетей покоя фМРТ, сопряженных с состоянием двигательной активности и сознания, у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой (ТЧМТ).Материал и методы. Группы наблюдений: 23 пациента с ТЧМТ, сопровождавшейся разной степенью угнетения сознания и двигательных нарушений в форме гемипареза (основная), и 17 здоровых испытуемых (контроль). У каждого записывали фМРТ 3 Тл в состоянии покоя с закрытыми глазами. Проводили групповой (в норме) и индивидуальный (в норме и при патологии) фМРТ-анализ RS с использованием программных средств FSL (алгоритм ICA) и SPM8 в среде MATLAB. Для сетей DMN и Sensorimotor определяли топографию активированных зон мозга, представленность сетей в группах наблюдений, общий объем и интенсивность их активации.Результаты. Воспроизводимые при групповом и индивидуальном анализе фМРТ здоровых людей особенности топографии, а также усредненные количественные показатели сетей покоя были использованы в качестве эталонных для патологии.В контексте двигательной активности рассматривали сенсомоторную сеть RS. Ее топография близка к норме у большинства пациентов без или с легким гемипарезом. Нарастание этого дефекта сопровождается  уменьшением интегральных количественных показателей сети, сочетающимся с асимметричной редукцией (отсутствием активации в контралатеральной моторной коре) при грубом гемипарезе.В контексте сознания анализировали особенности сети DMN у пациентов с ТЧМТ при разном его уровне: от ясного до хронического вегетативного состояния. Выявлено, что снижение уровня сознания сопровождается редукцией корковых составляющих DMN, в первую очередь лобных (anterior DMN), не выраженной при вегетативном состоянии. Активациия каудального компонента DMN (в частности, задней цингулярной коры) у пострадавших с угнетенным сознанием сохраняется: отчетливая и даже несколько усиленная по сравнению с нормой при обратимой его форме, менее выраженная – при хронической.Заключение. Полученные данные свидетельствуют об информативности фМРТ-анализа индивидуальных сетей покоя в контексте изучения церебральных структурно-функциональных основ сознания и двигательной активности, а также диагностики состояния этих функций при ТЧМТ

Multicomputer system dedal-2 for local landscape monitoring

The paper contains the description of a multicomputer system for terrestrial surface automatized monitoring. The system is able to detect moving objects on the terrain considered, to locate static objects which appear/disappear on terrain as well as to recognize such objects. The system uses photosnapshot the terrain and a set of reference images for recognition

Температурное состояние пластины с зависящими от температуры теплопроводностью и энерговыделением

The temperature state of a solid body, in addition to the conditions of its heat exchange with the environment, can greatly depend on the heat release (or heat absorption) processes within the body volume. Among the possible causes of these processes should be noted such as a power release in the fuel elements of nuclear reactors, exothermic or endothermic chemical reactions in the solid body material, which respectively involve heat release or absorbtion, heat transfer of a part of the electric power in the current-carrying conductors (so-called Joule’s heat) or the energy radiation penetrating into the body of a semitransparent material, etc. The volume power release characterizes an intensity of these processes.The extensive list of references to the theory of heat conductivity of solids offers solutions to problems to determine a stationary (steady over time) and non-stationary temperature state of the solids (as a rule, of the canonical form), which act as the sources of volume power release. Thus, in general case, a possibility for changing power release according to the body volume and in solving the nonstationary problems also a possible dependence of this value on the time are taken into consideration.However, in real conditions the volume power release often also depends on the local temperature, and such dependence can be nonlinear. For example, with chemical reactions the intensity of heat release or absorption is in proportion to their rate, which, in turn, is sensitive to the temperature value, and a dependence on the temperature is exponential. A further factor that in such cases makes the analysis of the solid temperature state complicated, is dependence on the temperature and the thermal conductivity of this body material, especially when temperature distribution therein  is significantly non-uniform. Taking into account the influence of these factors requires the mathematical modeling methods, which allow us to build an adequate nonlinear mathematical model of the heat conductivity process in the volume power release body. Quantitative analysis of these models requires using the numerical methods, as a rule.At the same time, such a simple body, which is an unlimited plate of the constant thickness allows us, under certain assumptions, to solve analatically a nonlinear heat conductivity problem taking into account  the thermal conductivity of the plate material and the power release intensity versus temperature.This solution enables us to reveal a number of significant effects that have impact on the thermal state of the plate, including those related to conditions of available steady temperature distribution, and it can be used to test the results obtained by numerical methods.Температурное состояние твердого тела помимо условий его теплообмена с окружающей средой может существенно зависеть от процессов тепловыделения (или теплопоглощения) в объеме тела. Среди возможных причин возникновения таких процессов следует отметить выделение энергии в тепловыделяющих элементах ядерных реакторов,       протекание в материале твердого тела экзотермических или эндотермических химических реакций, сопровождаемых соответственно выделением или поглощением теплоты, переход в теплоту части электрической энергии при прохождении электрического тока через проводники (так называемая джоулева теплота) или энергии излучения, проникающего в тело из полупрозрачного материала, и т.п. Интенсивность этих процессов характеризуют объемной мощностью энерговыделенияю.В обширной литературе по теории теплопроводности твердых тел приведены решения задач по определению стационарного (установившегося во времени) и нестационарного температурного состояния твердых тел (как правило, канонической формы), в которых действуют источники объемного энерговыделения. При этом в общем случае учитывается возможность изменения энерговыделения по объему тела, а при решении нестационарных задач и возможная зависимость этой величины от времени.Однако в реальных условиях объемная мощность энерговыделения часто зависит и от локального значения температуры, причем такая зависимость может быть нелинейной. Например, интенсивность выделения или поглощения теплоты при химических реакциях пропорционально скорости их протекания, которая, в свою очередь, чувствительна к значению температуры, причем зависимость от температуры имеет экспоненциальный характер. Дополнительным фактором, усложняющим в таких случаях анализ температурного состояния твердого тела, является  зависимость от температуры и коэффициента теплопроводности материала этого тела, особенно в случае существенной неоднородности распределения в нем температуры. Учет влияния перечисленных факторов приводит к необходимости использовать методы математического моделирования,  позволяющие построить адекватную нелинейную математическую модель процесса теплопроводности в теле с объемным энерговыделением. Количественный анализ таких моделей требует, как правило, применения численных методов.Вместе с тем для такой простой формы тела, какой является неограниченная пластина постоянной толщины, возможно при определенных допущениях получить в аналитическом виде решение нелинейной задачи теплопроводности, учитывающее зависимости от температуры коэффициента теплопроводности материала пластины и интенсивности энерговыделения. Такое решение позволяет выявить ряд существенных эффектов, влияющих на температурное состояние пластины, в том числе связанных с условиями существования установившегося распределения температуры, и может быть использовано для тестирования результатов, получаемых при помощи численных методов

Оптимальная толщина локально нагреваемого теплозащитного покрытия с зависящим от температуры коэффициентом теплопроводности

Applying a thermal barrier coating can ensure effective protection of structures from localized intense heat exposure. When applying a coating layer to the surface structure the thermal contact on  this surface, generally, differs from the ideal value and corresponds to some value of a coefficient of contact heat transfer. With high density of the localized heat flux a temperature at the hottest point of the coating outer surface can substantially exceed the temperature of the protected structure, which makes it necessary to take into account the dependence of the thermal conductivity of the coating material on the temperature.For a quantitative analysis of the impact of the above features of thermal interaction between the coating and the protected cover design it is advisable to use the mathematical modeling methods, allowing to build an adequate mathematical model of heat transfer process in a layer of thermal barrier coating. This model should enable us to determine a thermal state of the coating at its specified thickness and also to find an optimal ratio of defining parameters, ensuring the lowest possible temperature at the hottest point of the outer surface of the coating. One of these parameters may be the thickness of the coating layer, which should be regarded as optimal.The paper offers a mathematical model that describes a process of the stationary thermal conductivity with the locally heated outer surface of the thermal barrier coating on a cooled flat wall. The coefficient of thermal conductivity of the coating material depends on the temperature, and the thermal contact between the coating and the wall is accepted as non-ideal. A quantitative analysis of the mathematical model is reduced to the solution of the boundary value problem for the Laplace equation in the cylindrical coordinate system. A solution to the problem obtained in the analytical form allows us to find the area of defining parameters where the minimum possible value of the temperature at the hottest point of the surface can be ensured by changing a thickness of the coating with temperature-dependent thermal conductivity. It is found that in case of an ideal thermal contact between the coating and the structure to be protected the temperature at the heattest point of outer coating surface monotonically increases with its thickness, i.e. there is no possibility to select the optimal thickness of the  locally heated thermal barrier coating.Эффективная защита конструкций от локализованного интенсивного теплового воздействия возможна путем применения теплозащитного покрытия. При нанесении слоя покрытия на поверхность конструкции тепловой контакт на этой поверхности в общем случае отличается от идеального и соответствует некоторому значению коэффициента контактного теплообмена. В случае высокого уровня плотности локализованного теплового потока температура в наиболее нагретой точке наружной поверхности покрытия может существенно превосходить температуру защищаемой конструкции, что приводит к необходимости учитывать зависимость коэффициента теплопроводности материала покрытия от температуры. Для количественного анализа влияния перечисленных особенностей теплового взаимодействия покрытия с защищаемой конструкцией целесообразно использовать методы математического моделирования, позволяющие построить адекватную математическую модель процесса теплопроводности в слое теплозащитного покрытия. Такая модель должна дать возможность определить при заданной толщине покрытия его температурное состояние, но и найти оптимальное соотношение определяющих параметров, обеспечивающих наименьшую возможную температуру в наиболее нагретой точке наружной поверхности покрытия. Одним из этих параметров может быть толщина слоя покрытия, которую следует считать оптимальной. В работе построена математическая модель, описывающая процесс стационарной теплопроводности при локальном нагреве наружной поверхности теплозащитного покрытия на охлаждаемой плоской стенке. Коэффициент теплопроводности материала покрытия зависит от температуры, а тепловой контакт между покрытием и стенкой принят неидеальным. Количественный анализ математической модели сведен к решению краевой задачи для уравнения Лапласа в цилиндрической системе координат. Полученное в аналитической форме решение задачи позволило установить область определяющих параметров, в которой путем изменения толщины покрытия с зависящим от температуры коэффициентом теплопроводности можно обеспечить минимально возможное значение температуры в наиболее нагретой точке этой поверхности. Установлено, что в случае идеального теплового контакта между покрытием и защищаемой конструкцией температура наиболее нагретой точки наружной поверхности покрытия монотонно возрастает с увеличением его толщины, т.е. отсутствует возможность подбора оптимальной толщины локально нагреваемого теплозащитного покрытия