Поляризационный неинвазивный метод мониторинга гематокрита крови

Хлынов Р.Д., Рыжова В.А., Коротаев В.В., Ярышев С.Н., Джамийков Т.С., Маринов М.Б. Поляризационный неинвазивный метод мониторинга гематокрита крови // Оптический журнал. 2023. Т. 90. № 1. С. 60–75. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-01-60-75

Khlynov R.D., Ryzhova V.A., Korotaev V.V., Yarishev S.N., Djamiykov T.S., Marinov M.B. Polarization non-invasive method of blood hematocrit monitoring [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2023. V. 90. No 1. P. 60–75. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2023-90-01-60-75

R. D. Khlynov, V. A. Ryzhova, V. V. Korotaev, S. N. Yarishev, T. S. Djamiykov, and M. B. Marinov, "Noninvasive polarization-based technique for hematocrit monitoring," Journal of Optical Technology. 90(1), 33-41 (2023). https://doi.org/10.1364/JOT.90.000033

Предмет исследования. Поляризационные изображения, соответствующие координатным распределениям параметров состояния поляризации излучения, рассеянного биологическими объектами, которые характеризуются разным уровнем гематокрита крови. Поляризационные изображения сформированы в результате зондирования лазерным излучением с заданным состоянием поляризации кровесодержащей ткани через ногтевую пластину мизинца левой руки человека. Цель работы. Анализ возможностей применения метода активной видеополяриметрии для бесконтактного мониторинга уровня гематокрита крови в реальном времени. Разработка информативных критериев, позволяющих определить различия уровня гематокрита крови при разных состояниях биологического объекта. Метод. Физическое моделирование преобразования параметров поляризованного излучения при его взаимодействии с биологическим объектом. Реализована оптическая схема макета Стокс-видеополяриметра для регистрации распределений облученности на чувствительной площадке матричного приемника оптического излучения с единым полем анализа. Выполнена обработка цифровых изображений с использованием матричного формализма Стокса и Мюллера. Проведен сравнительный статистический анализ координатных распределений параметров состояния поляризации излучения (степени поляризации, азимута и эллиптичности) для выявления возможности определения различий в уровне гематокрита крови человека. Основные результаты. Предложен новый подход к неинвазивному мониторингу уровня гематокрита крови на основе поляризационно-оптического метода. При участии двух испытуемых добровольцев, состояние организмов которых гарантированно отличается уровнем гематокрита крови, получены координатные распределения и гистограммы параметров состояния поляризации излучения. Проведен статистический анализ, который показал, что существенные различия в статистических моментах второго–четвертого порядков поляризационных параметров излучения являются наиболее информативными диагностическими индикаторами при сравнительном анализе биологических объектов с различным уровнем гематокрита крови. Практическая значимость. При дальнейшем развитии предлагаемый метод может найти применение как в медицинской диагностике, так и в терапии при чрезвычайных ситуациях. Своевременное выявление существенных отклонений от нормы гематокрита на основе автоматизированного расчета и анализа разработанных информативных параметров поляризованного излучения позволит выполнять непрерывный мониторинг гематокрита крови при проведении хирургических операций и проводить эффективную корректировку вязкости крови в реальном времени.

Благодарность: авторы признательны Научно-исследовательскому центру оптико-электронного приборостроения Санкт-Петербургского университета ИТМО и Сектору исследования и разработки технического университета Софии за материальную и финансовую поддержку.