Регистрация / Вход
Прислать материал

«Разработка и исследование методов и систем высоко эффективной
широкополосной спектрофотометрии биологических сред»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0096
Организация
CПбГЭТУ "ЛЭТИ"
Руководитель работ
Шаповалов Валентин Викторович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 27 мес.
Бюджетные средства
10,5 млн
Внебюджетные средства
2,1 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 30.09.2009
В рамках первого этапа проекта были выполнены следующие работы:
Рассмотрено применение информационной теории к оптическим системам, и, в частности, к исследуемому объекту – полихромному источнику света с управляемым спектром, предназначенному для выполнения биомедицинских анализов. Показано, что применение информационной теории к оптике требует введения дополнительных характеристик по сравнению с характеристиками, применявшимися в теории связи, поскольку оптические системы более сложны по сравнению с электронными, если иметь в виду распределение информации. Информация в оптической системе модулирует не только время, но и пространственные координаты, спектральный состав, фазу и некоторые другие показатели.
Проведен анализ информационных характеристик полихромных источников света с управляемым спектром, который показал, что традиционные методы формирования спектра, применяемые в спектрофотометрах, существенно ограничивают информационные возможности устройств благодаря наличию механически заменяемых фильтров, которые к тому же способны одновременно выделять только единственный спектральный интервал.
Осуществлен анализ акустооптических перестраиваемых фильтров (АОПФ) как селективных элементов спектрофотометров, используемых для биомедицинских анализов. Рассмотрен разработанный критерий оценки разрешающей способности АОПФ по длине волны света и предложены методы измерения этой технической характеристики прибора, а также установлена взаимосвязь между информационными характеристиками ПИС с управляемым спектром и параметрами АОПФ.
Исследованы различные светоизлучающие элементы полихромных источников и показано, что набором оптимальных характеристик обладают светодиоды, единственным недостатком которых является сравнительная узкополосность.
Рассмотрены варианты конструкции устройства, в которых этот недостаток может быть скомпенсирован и показано, что оптимальной является конструкция, в которой с помощью использования дифракционного элемента и специальной геометрии локализации набора светодиодов можно получить общий пучок света от светодиодов с разными длинами волн излучения, который распространяется вдоль общей оптической оси. Показано также, что наилучшие результаты можно получить в случае, когда совместно используются последовательно расположенные дифракционная решетка и АОПФ.
Развернуть
2
01.10.2009 - 15.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № 2
«Разработка теоретической модели универсального полихромного источника света» государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 15 июня 2009 г. № 02.740.11.0096.


Шифр: «2009-1.1205-022-009»
Период выполнения этапа 1 октября 2009 г. – 15 декабря2009 г.
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет “ЛЭТИ” имени В.И. Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ)
Цель работы Разработка и экспериментальные исследования систем высокоэффективной широкополосной спектрофотометрии биологических сред для задач медицинской диагностики


1. Наименование разрабатываемой продукции
- экспериментальный образец универсального полихромного источника света для биохимических анализаторов с оптимизированными характеристиками;
- протоколы измерений характеристик разработанного экспериментального образца;
- методики высокоскоростного управления спектральным составом источника излучения;
- отчет о НИР, содержащий обоснование развиваемого направления исследований, изложение методик проведения исследований, а также описание полученных результатов.

2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. На 2-м этапе получены следующие результаты:
- сформирована позвенная модель универсального полихромного источника света для биохимических анализаторов с оптимизированными характеристиками;
- проведен анализ прохождения сигналов и шумов через разработанную модель универсального полихромного источника света;
- рассмотрены основные источники шумов в модели полихромного источника света и проведен их сравнительный анализ;
- осуществлен энергетический расчет полихромного источника, выстроенного в соответствии с разработанной моделью и показано, что возможно достижение световой энергии на выходе не менее нескольких процентов от входной световой энергии;
- показано, что в модели полихромного источника света информация проходит в виде бинарного сигнала, поступающего на цепи питания светодиодов и в виде аналогового сигнала, поступающего на вход акустооптического перестраиваемого фильтра;
- разработано новое программное обеспечение и осуществлен выбор стандартных программных пакетов для расчетов модели полихромного источника света, моделирования и наглядного представления информационных потоков, а также для подготовки к проектированию узлов макета источника, который будет разрабатываться на последующих этапах;
- осуществлено расчетное применение программных средств для оценки характеристик полихромного источника и его работы в режиме формирования цветовых векторов.
Полученные результаты соответствуют требованиям, предусмотренным заданием для второго этапа работы.
2.2. Большинство результатов, полученных на 2 этапе, являются новыми. Аналогичные результаты по формированию позвенных моделей и по исследованию информационных потоков ранее были получены применительно к телевизионным системам, к пространственно-временным модуляторам света и к некоторым другим образцам элементной базы оптоэлектроники, но к управляемым источникам полихромного излучения подобный подход был применен впервые. Эти результаты должны позволить создать полихромный источник с характеристиками, превышающими мировой уровень.
2.3. Позвенный метод формирования моделей оптических и оптико-электронных устройств частично разработан авторами настоящей работы. Использовались также известные методы разработки программного обеспечения.
2.4. Объектами интеллектуальной собственности могут служить как разработанная модель устройства, так и программное обеспечение, особенно в части, касающейся формирования цветовых векторов. Предполагается, что результаты будут опубликованы в научной периодике.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Предполагается, что полученные результаты будут использованы при разработки новой медицинской диагностической техники, в частности, при разработке высокопроизводительных устройств, производящих спектральный анализ биологических жидкостей и других проб. Результаты универсальны и могут быть применены как для работы с просвечиванием проб, так и для работы на отражение. Применение высокопроизводительных акустооптических элементов позволит значительно повысить производительность систем по сравнению с существующими, а отсутствие механически движущихся частей – повысить их надежность. Возможно применение результатов во вновь разрабатываемых устройствах неинвазивной диагностики.
Кроме того, результаты могут быть применены в системах безопасности, в профилометрических устройствах, в устройствах определения подлинности ценных бумаг, в системах цифрового телевидения и в других областях техники.

3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Результаты работы, полученные на втором этапе работы, будут использоваться для проведения дальнейших работ по проекту, прежде всего при расчете, проектировании, изготовлении и испытании макета полихромного источника света с управляемым спектром. С другой стороны, предполагается внедрение результатов работы в учебный процесс. В частности, результаты предполагается включить в новый курс лекций (условное название – «Медицинская оптоэлектроника»), который планируется внедрить в учебный процесс в 2010 году. Некоторые результаты, в частности, разработанное программное обеспечение, предполагается включить в лабораторные работы по новому курсу для студентов медико-инженерных специальностей.
3.3. Результаты работы, полученные в рамках выполнения второго этапа работы, послужат необходимым заделом для проведения последующих этапов работы с тем, чтобы обеспечить к ее концу получение образцов продукции, указанных в п. 1, удовлетворяющих требованиям Технического задания.
Результаты работы, полученные в рамках второго этапа, значительно расширяют поле деятельности для молодых ученых, поскольку возникает необходимость в разработке новых экспериментальных образцов, экспериментальном исследовании информационных процессов, протекающих в этих образцах, а также проведении всесторонних измерений характеристик этих образцов. При этом придется решать серьезные научные задачи, обусловленные теми предпосылками, которые были разработаны на первых двух этапах, что будет способствовать привлечению к настоящей работе аспирантов.



4. Выводы
Результаты работ по второму этапу настоящего проекта удовлетворяют требованиям Технического задания и являются основанием для выполнения последующих этапов работ по настоящему проекту.

Руководитель работ по проекту

Зав. кафедрой БМЭиОС СПбГЭТУ _________________ В.В.Шаповалов
30 ноября 2009 г.
М.П.
Развернуть
3
01.01.2010 - 31.07.2010
3.1. Разработка схемной концепции
электронной и оптической частей
источника света в соответствии с
разработанной моделью.
3.2. Анализ рынка светоизлучающих
диодов и выбор необходимых
позиций, позволяющих реализовать
разработанную модель источника.
3.3. Разработка концепции
конструктивной части источника.
3.4. Расчет и разработка оптической
схемы источника.
3.5. Расчет электронных схем
управления источником.
3.6. Разработка программного
обеспечения, необходимого для
управления источником в
соответствии с разработанной
моделью.
3.7. Изготовление механических
деталей и электронных схем.
3.8. Сборка экспериментального
образца источника.
3.9. Разработка и изготовление
комплекта акустооптических
перестраиваемых фильтров (АОПФ).
Развернуть
4
01.08.2010 - 15.12.2010
4.1 . Разработка методов измерений
технических и информационных
характеристик источника.
4.2. Разработка и изготовление
экспериментального измерительного
стенда для проведения измерений
характеристик источника.
4.3. Проведение комплекса
измерений характеристик источника.
4.4. Проведение метрологической
оценки результатов измерений
характеристик источника.
4.5. Проведение пробных
экспериментов по применению
источника света для биохимических
анализов.
4.6. Анализ результатов
экспериментальных исследований и
обобщение данных.
4.7. Подготовка программного
обеспечения для измерений и
испытаний.
Развернуть
5
01.01.2011 - 31.05.2011
5.1. Проведение патентного поиска,
анализ результатов поиска и
составление сводки патентов на
близкие решения.
5.2. Определение патентоспособных
решений в рамках предложенной
модели источника света.
5.3. Разработка необходимых
материалов для составления
патентной заявки.
5.4. Подготовка научных статей и
докладов на конференции по
материалам проведенных
исследований.
5.5. Подготовка описаний,
иллюстраций и формул патентов,
защищающих найденные решения.
5.6. Подготовка комплекта
документов заявок на патент для
отправки в ФИПС.
Развернуть
6
01.06.2011 - 05.09.2011
6.1. Обобщение данных, полученных
в результате исследования
экспериментального образца
источника света.
6.2. Подготовка рекомендаций по
разработке биохимического
анализатора на базе разработанного
источника света.
6.3. Разработка программы внедрения
результатов проведенных
исследований в учебный процесс.
6.4. Анализ и обобщение результатов
исследований по разработке
полихромного универсального
источника света на базе
использования акустооптических
перестраиваемых фильтров (АОПФ).
6.5 Разработка материалов лекций и
лабораторных работ для
использования в учебном процессе по
материалам проведенных
исследований.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005, 1 мес.
Бюджетные средства
0,36 млн
Организация
МАИ
профинансировано
Продолжительность работ
2011 - 2012, 19 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИХКГ СО РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2014 - 2016, 30 мес.
Бюджетные средства
25 млн
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
профинансировано
Тема
Разработка устройств для гидрологических и океанологических исследований на основе широкополосных гидроакустических технологий.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
Лазерный расходомер биологических жидкостей.
Продолжительность работ
2009, 8 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологии создания нового поколения широкополосных телекоммуникационных средств комплектации беспроводных сетей передачи данных, голоса и видеоинформации.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
3
Тема
Поддержка научных исследований, проводимых целевыми аспирантами по научному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» в области: • Доступ к широкополосным мультимедийным услугам
Продолжительность работ
2012 - 2013, 13 мес.
Бюджетные средства
4,8 млн
Количество заявок
6
Тема
Поддержка научных исследований, проводимых коллективами научно-образовательных центров по научному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» в области: • Доступ к широкополосным мультимедийным услугам
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
51 млн
Количество заявок
6