Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №2, 2023 / с. 26-29

Предсказание прочности на разрыв лазерных сварных швов биотканей методами машинного обучения

                                

Д.И. Рябкин, В.В. Сучкова, А.Ю. Герасименко


Аннотация

Ежегодно увеличивается количество случаев, в которых необходимо восстанавливать целостность биологических тканей пациентов. Несмотря на в целом успешное применение существующих методов восстановления целостности биологических тканей, актуально создание новых, позволяющих формировать соединения, герметичные для жидкостей и с равномерным распределением механических напряжений. Новым потенциальным методом является лазерное сваривание биологических тканей, однако эффективное использование этого метода требует оптимизации процесса восстановления целостности биологических тканей с целью повышения прочности на разрыв соединений. Ключевым этапом оптимизации является определение прочности на разрыв для различных параметров лазерного сваривания. В рассматриваемой работе предлагается для оптимизации вместо экспериментально полученных данных использовать значения прочности на разрыв, предсказанные с помощью методов машинного обучения. На основе научных статей был сформирован набор данных, полученных от 394 объектов. Модели, основанные на ансамбле решений деревьев, показали максимальную точность предсказания.


Сведения об авторах

Дмитрий Игоревич Рябкин, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва,
Виктория Викторовна Сучкова, магистрант, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,
Александр Юрьевич Герасименко, канд. физ.-мат. наук, доцент, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва,

Список литературы

1. Wolf-de J.I.C.D.Y.M., Beek J.F., Balm R. 25 years of laser assisted vascular anastomosis (LAVA): What have we learned? // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. 2004. Vol. 27. № 5. PP. 466-476.
2. Matteini P., Ratto F., Rossi F., Pini R. Laser-activated nano- biomaterials for tissue repair and controlled drug release // Quantum Electronics. 2014. Vol. 44. № 7. PP. 675-682.
3. Lalayan A.A., Israelyan S.S. Metal nanoparticles and IR laser applications in medicine for biotissue ablation and welding // Laser Physics. 2015. Vol. 26 (5). PP. 055605-1-5.
4. Urie R., Quraishi S., Jaffe M., Rege K. Gold Nanorod-Collagen Nanocomposites as Photothermal Nanosolders for Laser Welding of Ruptured Porcine Intestines // ACS Biomaterials Science and Engineering. 2015. Vol. 1 (9). PP. 805-815.
5. Bleier B.S., Cohen N.M., Bloom J.D., Palmer J.N., Cohen N.A. Laser tissue welding in lung and tracheobronchial repair: An animal model // Chest. 2010. Vol. 138. № 2. PP. 345-349.
6. Gerasimenko A.Yu., Morozova E.A., Ryabkin D.I., Fayzullin A., Tarasenko S.V., Molodykh V.V., Pyankov E.S., Savelyev M.S., Sorokina E.A., Rogalsky A.Yu., Shekhter A., Telyshev D.V. Reconstruction of Soft Biological Tissues Using Laser Soldering Technology with Temperature Control and Biopolymer Nanocomposites // Bioengineering. 2022. Vol. 9. № 6. Р. 238.
7. Gerasimenko A.Yu., Ichkitidze L.P., Pavlov A.A., Piyankov E.S., Ryabkin D.I., Savelyev M.S., Selishchev S.V., Rimshan I.B., Zhurbina N.N., Podgaetskii V.M. Laser System with Adaptive Thermal Stabilization for Welding of Biological Tissues // Biomedical Engineering. 2016. Vol. 49. № 6. P. 344.
8. Gerasimenko A.Yu., Ichkitidze L.P., Piyankov E.S., Pyanov I.V., Rimshan I.B., Ryabkin D.I., Savelyev M.S., Podgaetskii V.M. Use of indocyanine green in nanocomposite solders to increase strength and homogeneity in laser welding of tendons // Biomedical Engineering. 2017. Vol. 50. PP. 310-313.
9. Gomes D.F., Galvao I., Loja M. Overview on the Evolution of Laser Welding of Vascular and Nervous Tissues // Appl. Sci. 2019. Vol. 9. № 10. Р. 2157.
10. Ul Haq I., Gondal I., Vamplew P., Brown S. Categorical features transformation with compact one-hot encoder for fraud detection in distributed environment / Australasian Conference on Data Mining. 2018. PP. 69-80