А.Г. Гудков1, Г.П. Никольский2, Н.В. Федоркова3, Н.А. Шумакова4, И.А. Сидоров5, В.Д. Шашурин6, В.Ю. Леушин7, С.В. Чижиков8

1–3,5,6,8 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)
4 Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова (Санкт-Петербург, Россия)
7 ООО «НПИ ФИРМА «ГИПЕРИОН» (Москва, Россия)
1profgudkov@gmail.com, 2gnp2002@mail.ru, 3nvf-family@mail.ru, 4natashashumakova87@gmail.com, 5igorasidorov@yandex.ru, 6schashurin@bmstu.ru, 7ra3bu@yandex.ru, 8chigikov95@mail.ru

Постановка проблемы. Стремительное развитие технологий в области неинвазивного анализа приводит к замещению традиционных инвазивных методов диагностики в медицине, что требует от производителей медицинского оборудования подстраиваться под данную тенденцию. Появление неинвазивных методик может значительно повлиять на устоявшиеся инвазивные процедуры диагностики, например, количественное определение параметров крови.

Цель. Провести анализ существующих технологий и методик неинвазивной диагностики; рассмотреть методы неинвазивного скрининга крови на примере исследования уровня гемоглобина в крови человека; представить реализованные устройства.

Результаты. Проанализированы существующие методы неинвазивной диагностики с акцентом на количественное определение уровня гемоглобина. Представлены модели неинвазивных гемоглобинометров и физические принципы их работы.

Практическая значимость. Полученные результаты работы могут использоваться при совершенствовании разрабатываемых или модернизируемых устройств определения гемоглобина в крови.

Гудков А.Г., Никольский Г.П., Федоркова Н.В., Шумакова Н.А., Сидоров И.А., Шашурин В.Д., Леушин В.Ю., Чижиков С.В. Неинвазивная диагностика, методы и современные гемоглобинометры // Нанотехнологии: разработка, применение – XXI век. 2025. Т. 17. № 1. С. 5–15. DOI: https://doi.org/ 10.18127/ j22250980-202501-01

1. Сороковикова Т.В., Морозов А.М., Жуков С.В., Рыжова Т.С., Морозова А.Д., Хорак К.И., Беляк М.А. Роль неинвазивных методов исследования в современной клинической практике // Современные проблемы науки и образования. 2022. № 2.
2. Данатарова М.К. Современное медицинское оборудование // Наука и мировозрение. 2024. № 20.
3. Keall P.J. et al. Integrated MRI-guided radiotherapy – opportunities and challenges. Nat. Rev. Clin. Oncol. Nature Publishing Group. 2022. V. 19. № 7. P. 458–470.
4. Mlosek R.K., Migda B., Migda M. High-frequency ultrasound in the 21st century. J. Ultrason. 2021. V. 20. № 83. P. e233–e241.
5. Сухов В.Ю., Поспелов В.А. Методики радионуклидной диагностики // Лучевая диагностика и терапия. 2016.
6. Аншелес А.А., Сергиенко И.В., Сергиенко В.Б. Современное состояние и перспективные технологии радионуклидной диагностики в кардиологии // Кардиология. 2018. Т. 58. № 6. С. 61–69.
7. Рыжков А.Д. и др. Применение гибридных радионуклидных технологий визуализации и радионуклидной терапии у больных с остеогенной саркомой // Онкологический журнал: лучевая диагностика, лучевая терапия. 2024. Т. 7. № 1. С. 19–29.
8. Morozov A.M. et al. Medical thermography: capabilities and perspectives. Kazan Med. J. 2018. V. 99. № 2. P. 264–270.
9. Anderson R.R., Parrish J.A. The Optics of Human Skin. J. Invest. Dermatol. 1981. V. 77. № 1. P. 13–19.
10. Meng X. et al. Non-invasive optical methods for melanoma diagnosis. Photodiagnosis Photodyn. Ther. 2021. V. 34. P. 102266.
11. Андреева И.В., Виноградов А.А. Перспективы использования современных методов визуализации в морфологических и экспериментальных исследованиях // Наука Молодых. 2015. № 4. C. 56–69.
12. Ослопов В.Н., Кущева А.В., Хайруллин А.Р. и др. Электрокардиография высокого разрешения в клинической практике // Вестник современной клинической медицины. 2023. Т. 16. № 6. С. 110–122.
13. Репина Е.С., Костелей Я.В., Буреев А.Ш., Юрьев С.Ю., Петров И.А., Тихоновская О.А., Михеенко Г.А. Мониторирование внутриутробного состояния плода. История вопроса. Новые возможности фонокардиографии. Бюллетень сибирской медицины. 2023. № 22(3). С. 141–149. https://doi.org/10.20538/16820363-2023-3-141-149.
14. Файзрахманов Р.А., Мехоношин А.С. Методы диагностики сердечно-сосудистых заболеваний с использованием пульсовых сигналов // Вестник ПНИПУ Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2014. № 10. С. 79–88.
15. Vesnin S.G. et al. Portable microwave radiometer for wearable devices. Sens. Actuators Phys. Elsevier, 2021. V. 318. P. 112506.
16. Reddy K.A., George B., Kumar J.V. Use of Fourier Series Analysis for Motion Artifact Reduction and Data Compression of Photoplethysmographic Signals. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2009. V. 58. № 5. P. 1706–1711.
17. Саматов Д.С., Мочула А.В. Методы машинного обучения в радиомике для анализа кардиоваскулярных изображений // Перспективы развития фундаментальных наук. 2023. Т. 3. С. 25–27.
18. Катаев М. Ю., Карамушка В.С. Обзор методов обработки изображений МРТ томографии // Актуальные вопросы общества, науки и образования: сборник статей XVI Междунар.науч.-практ. конф. Пенза. 2024. С. 14–16.
19. Дедков А.Е., Андриков Д.А., Храмов А.Е. Обзор способов измерения когнитивной нагрузки мозга и методов машинного обучения для их идентификации на основе данных ЭЭГ // Врач и информационные технологии. 2024. № 3. C. 20–31.
20. Jianming Zhu et al. A Non-Invasive Hemoglobin Detection Device Based on Multispectral Photoplethysmography. Biosensors. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2024. V. 14. № 1. P. 22.
21. Tamura T. et al. Wearable Photoplethysmographic Sensors–Past and Present. Electronics. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. 2014. V. 3. № 2. P. 282–302.
22. Жулев Е.Н., Ростов А.В., Ростов А.А. Сравнительная характеристика лазерного излучения с длинами волн 810 и 980 Нм в эксперименте (in vitro) и в клинике (in vivo) // Фундаментальные аспекты психологического здоровья. 2018. № 3. С. 11–13.
23. URL: https://heaclub.ru/anatomicheskoe-stroenie-ruki-cheloveka-s-nazvaniyami-nazvaniya-bazovyh-chastej-ruki-osobennosti-foto (дата обра­щения: 09.01.2025).
24. Кащенко И.Е. Адаптация системы ввода цифровых предыскажений с помощью модифицированного рекурсивного метода наименьших квадратов // Техника радиосвязи. 2020. № 1(44). C. 76–85.
25. Zumbahlen H. Linear Circuit Design Handbook. Newnes. 2011.
26. Schafer R.W. What Is a Savitzky-Golay Filter? IEEE Signal Process. Mag. 2011. V. 28. № 4. P. 111–117.
27. Lee C.M., Zhang Y.T. Reduction of motion artifacts from photoplethysmographic recordings using a wavelet denoising approach. IEEE EMBS Asian-Pacific Conference on Biomedical Engineering. 2003. P. 194–195.
28. Teng X.F., Zhang Y.T. Continuous and noninvasive estimation of arterial blood pressure using a photoplethysmographic approach. Proceedings of the 25th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. 2003. V. 4.
    P. 3153–3156.
29. Wu B.-F. et al. Camera-based Heart Rate measurement using continuous wavelet transform. International Conference on System Science and Engineering (ICSSE). 2017. P. 7–11.
30. Bousefsaf F., Maaoui C., Pruski A. Continuous wavelet filtering on webcam photoplethysmographic signals to remotely assess the instantaneous heart rate. Biomed. Signal Process. Control. 2013. V. 8. № 6. P. 568–574.
31. Dehkordi P. et al. Extracting Instantaneous Respiratory Rate From Multiple Photoplethysmogram Respiratory-Induced Variations. Front. Physiol. Frontiers. 2018. V. 9.
32. Hyvärinen A., Oja E. Independent component analysis: algorithms and applications. Neural Netw. 2000. V. 13. № 4. P. 411–430.
33. Kim B.S., Yoo S.K. Motion artifact reduction in photoplethysmography using independent component analysis. IEEE Trans. Biomed. Eng. 2006. V. 53. № 3. P. 566–568.
34. Sahoo K.C. et al. Diagnostic Validation and Feasibility of a Non-invasive Haemoglobin Screening Device (EzeCheck) for “Anaemia Mukt Bharat” in India. Cureus. V. 16. № 1. P. e52877.
35. Гудков А.Г., Лазаренко М.И., Леушин В.Ю., Чечеткин А.В. Технологии трансфузиологии. М.: Сайнс-пресс. 2012. C. 156.
36. Купряшов A.A., Бирюкова Т.В. Возможности применения неинвазивной гемоглобинометрии для скрининга доноров // Гематология и трансфузиология. 2019. Т. 62. № 1. C. 41–46.
37. Seekircher L. et al. HemoCue Hb-801 Provides More Accurate Hemoglobin Assessment in Blood Donors Than OrSense NBM-200. Transfus. Med. Rev. 2024. V. 38. № 2. P. 150826.
38. Hiscock R. et al. Comparison of Massimo Pronto-7 and Hemocue Hb 201+ with Laboratory Haemoglobin Estimation: A Clinical Study. Anaesth. Intensive Care. 2014. V. 42. № 5. P. 608–613.
39. Shamah Levy T. et al. Validation of Masimo Pronto 7 and HemoCue 201 for hemoglobin determination in children from 1 to 5 years of age. PLOS ONE. Ed. Lam W. 2017. V. 12. № 2. P. e0170990.
40. Skelton V.A. et al. Evaluation of point‐of‐care haemoglobin measuring devices: a comparison of Radical‐7TM pulse co‐oximetry, HemoCue® and laboratory haemoglobin measurements in obstetric patients. Anaesthesia. 2013. V. 68. № 1. P. 40–45.