Медицинская Техника / Медицинская техника №4, 2024 / с. 46-48

Монте-Карло моделирование распространения света в задаче оптоэлектронной биостимуляции седалищного нерва крыс

И.О. Козлов, Е.А. Юсуповская, А.Г. Марков, С.В. Селищев, Д.В. Телышев

Аннотация

Исследовано распространение света в биоткани для биостимуляции седалищного нерва крыс. Получены карты значений относительной интенсивности потока для решения задачи порогового возбуждения объемных органических гетероструктур – p-n-переходов короткими импульсами света с центральной длиной волны 637 нм. Для моделирования был использован метод Монте-Карло с использованием 5 млн пакетов фотонов и трехслойной модели ткани, включающей в себя дерму, подкожную жировую прослойку и мышечный слой. В результате работы были определены технические требования к формированию излучения для надежного создания биопотенциалов в объемных гетероструктурах.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Игорь Олегович Козлов, канд. техн. наук, инженер-исследователь,

Елена Александровна Юсуповская, мл. научный сотрудник, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва,

Александр Геннадьевич Марков, PhD, ведущий научный сотрудник, центр «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение», доцент, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва,

Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, директор, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

Дмитрий Викторович Телышев, д-р техн. наук, доцент, директор, Институт бионических технологий и инжиниринга, Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет), г. Москва, профессор, Институт биомедицинских систем, ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, г. Зеленоград,

e-mail: igor57_orel@mail.ru

Список литературы

1. Markov A.G., Gerasimenko A.Y., Selishchev S.V. et al. Wireless Optoelectronic Neurostimulation of the Retina Using a Multilayer Organic Semiconductor Device // Biomed. Eng. 2023. Vol. 57. PP. 81-84.

2. Markov A., Gerasimenko A., Boromangnaeva A.-K., Shashova S., Iusupovskaia E., Kurilova U., Nikitina V., Suetina I., Mezentseva M., Savelyev M. et al. Multilayered organic semiconductors for high performance optoelectronic stimulation of cells // Nano Res. 2023. Vol. 16. PP. 5809-5816.

3. Mishchenko M.A. et al. Optoelectronic system for brain neuronal network stimulation // PLoS One. Public Library of Science. 2018. Vol. 13. № 6. P. e0198396.

4. Yu J. et al. A Multichannel Flexible Optoelectronic Fiber Device for Distributed Implantable Neurological Stimulation and Monitoring // Small. 2021. Vol. 17. № 4. P. 2005925.

5. Han M. et al. Tissue-Like Optoelectronic Neural Interface Enabled by PEDOT:PSS Hydrogel for Cardiac and Neural Stimulation // Adv. Healthc. Mater. 2022. Vol. 11. № 8. P. 2102160.

6. Haugen E.J. et al. Measurement of rat and human tissue optical properties for improving the optical detection and visualization of peripheral nerves // Biomed. Opt. Express. Optica Publishing Group. 2023. Vol. 14. № 6. PP. 2839-2856.

7. Bashkatov A.N. et al. Optical properties of the subcutaneous adipose tissue in the spectral range 400-2 500 nm // Opt. Spectrosc. 2005. Vol. 99. № 5. PP. 836-842.

8. Prahl S., Jacques S.L. Monte Carlo light scattering programs / omlc.org/software/mc (дата доступа: 25.07.2024).

9. Jacques S.L. Modeling tissue optics using Monte Carlo modeling: A tutorial // Optical Interactions with Tissue and Cells XIX / Ed. Jacques S.L., Roach W.P., Thomas R.J. SPIE, 2008. Vol. 6854. P. 68540T.

10. Eickenscheidt M. et al. An optoelectronic neural interface approach for precise superposition of optical and electrical stimulation in flexible array structures // Biosens. Bioelectron. 2022. Vol. 205. P. 114090.