АНАЛИЗ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В МЕДИЦИНЕ

ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF PHOTOMETRIC TECHNIQUE IN MEDICINE

Glushchenko Egor Ivanovich

Master's Degree Student, 1st Year, Kazan State Power Engineering University

Russia, Kazan

Gilfanov Kamil Khabibovich

Scientific supervisor, Doctor of Engineering Sciences, Professor, Kazan State Power Engineering University,

Russia, Kazan

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются современные аспекты фотометрической техники, применяемой в медицинской диагностике и лабораторных исследованиях. Анализируются принципы работы, ключевые характеристики и ограничения существующих фотометрических систем. Особое внимание уделено инновационным подходам к совершенствованию методик, включая миниатюризацию устройств, повышение точности и специфичности измерений, интеграцию с цифровыми платформами и автоматизацию процессов. Статья также затрагивает тенденции развития отрасли, включая создание многопараметрических систем и использование искусственного интеллекта для анализа данных. Результаты анализа демонстрируют потенциал модернизации фотометрической техники для повышения доступности, скорости и надежности медицинских исследований.

ABSTRACT

The article examines modern aspects of photometric techniques used in medical diagnostics and laboratory research. It analyzes the working principles, key characteristics, and limitations of existing photometric systems. Special attention is paid to innovative approaches to improving methodologies, including device miniaturization, increasing measurement accuracy and specificity, integration with digital platforms, and process automation. Examples of the practical application of advanced photometric technologies in clinical practice, such as rapid diagnostics, therapy monitoring, and point-of-care testing, are provided. The article also touches upon industry trends, including the development of multiparameter systems and the use of artificial intelligence for data analysis. The analysis results demonstrate the potential for modernizing photometric technology to enhance the accessibility, speed, and reliability of medical testing.

Ключевые слова: фотометрия, медицинская диагностика, спектрофотометрия, лабораторное оборудование, биохимический анализ, оптические методы диагностики, point-of-care тестирование, миниатюризация, автоматизация, точность измерений.

Keywords: photometry, medical diagnostics, spectrophotometry, laboratory equipment, biochemical analysis, optical diagnostic methods, point-of-care testing (POCT), miniaturization, automation, measurement accuracy.

Фотометрическая техника составляет основу множества количественных и качественных анализов в медицинских лабораториях. Её сущность заключается в измерении оптической плотности или интенсивности светового потока после взаимодействия с анализируемым образцом (кровь, моча, биологические жидкости). Несмотря на длительную историю применения, эта область продолжает динамично развиваться, стремясь удовлетворить растущие запросы современной медицины на скорость, точность, доступность и многопараметричность.

1. Принципы и современное состояние фотометрии в медицине

В основе большинства медицинских фотометрических методов лежит закон Бугера – Ламберта – Бера, устанавливающий зависимость между поглощением света и концентрацией вещества в растворе. Современные фотометры и спектрофотометры, используемые в анализаторах, различаются по:

• Источникам света: (галогенные лампы, светодиоды, лазеры).
• Диапазонам длин волн: (UV, видимый, ИК спектр).
• Способу детектирования: (фотодиоды, ПЗС-матрицы).

Ключевыми требованиями к аппаратуре остаются высокая чувствительность, низкий уровень шумов, воспроизводимость результатов и стабильность калибровки.

2. Актуальные проблемы и ограничения

Несмотря на прогресс, традиционная фотометрическая техника сталкивается с вызовами:

• Необходимость в большом объеме образца для анализа.
• Временные затраты на подготовку проб и проведение измерения.
• Ограниченная портативность стационарных систем.
• Потенциальные ошибки, связанные с мутностью образца или наличием интерферирующих веществ.
• Высокая стоимость высокоточного оборудования.

3. Направления совершенствования и инновации

Современные тенденции развития направлены на преодоление указанных ограничений:

• Миниатюризация и создание портативных устройств: Разработка компактных, в том числе носимых, фотометров для point-of-care тестирования (POCT). Использование смартфонов в качестве детектора и платформы для анализа.
• Повышение точности и специфичности: Применение узкополосных светодиодов и лазерных диодов, улучшенных оптических фильтров и многолучевых схем измерения для компенсации погрешностей.
• Микрофлюидика и малообъемный анализ: Интеграция фотометрических детекторов с микрофлюидными чипами, позволяющими работать с микролитрными объемами образцов.
• Автоматизация и цифровизация: Полная автоматизация процессов дозирования, инкубации и измерения. Подключение приборов к лабораторным информационным системам (LIS) для безошибочного учёта данных и отслеживания контрольных параметров.
• Развитие многопараметрических систем: Одновременное измерение нескольких аналитов в одной пробе за счёт использования массива детекторов на разных длинах волн.
• Применение искусственного интеллекта: Использование алгоритмов машинного обучения для калибровки приборов, учёта мешающих факторов и прямой интерпретации комплексных спектральных данных.

4. Практическое применение усовершенствованных технологий

Инновационные фотометрические решения уже находят применение в:

• Экспресс-диагностике: Определение маркеров воспаления, сердечных тропонинов, глюкозы, холестерина у постели больного.
• Мониторинге терапии: Контроль концентрации лекарственных препаратов в крови.
• Гематологических анализаторах: Расчёт гемоглобина по цианметгемоглобиновому или лаурилсульфатному методу.
• Иммуноферментном анализе (ИФА): Детекция результатов реакции с помощью планшетных ридеров.

Заключение

Совершенствование фотометрической техники в медицине идёт по пути интеграции достижений оптики, микроэлектроники, микросистемной техники и информационных технологий. Основными векторами развития являются миниатюризация, автоматизация, повышение доступности и информативности анализов. Внедрение новых решений позволяет переносить сложные лабораторные исследования ближе к пациенту, ускоряя постановку диагноза и начало лечения, что в конечном итоге повышает эффективность медицинской помощи в целом.

Список литературы:

1. Кишкун А.А. Руководство по лабораторным методам диагностики. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019. — 800 с.
2. Skoog D.A., Holler F.J., Crouch S.R. Principles of Instrumental Analysis. 7th ed. — Boston: Cengage Learning, 2017. — 976 p.
3. Панфилов В.А., Карасев В.В. Микрофлюидные системы для биохимического анализа. — Биотехносфера, 2020, №3(67), с. 18-25.
4. Vashist S.K., Luppa P.B., Yeo L.Y. et al. Emerging Technologies for Next-Generation Point-of-Care Testing // Trends in Biotechnology. — 2018. — Vol. 33(5). — P. 692-705.