Лабораторная №2

Цель работы: Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики, а именно оптической тканевой оксиметрии (ОТО); приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» (либо на приборе-аналоге, реализующем метод ОТО) с помощью специализированного программного обеспечения.

Контрольные вопросы:

1. Перечислите хромофоры, определяющие оптические свойства кожи.

Оптические свойства кожи определяют меланин, гемоглобин, коллаген.

2. Какие хромофоры кожи поглощают и отражают оптическое излучение?

Поглощение ткани определяется спектрами поглощения пигментов, в частности для кожи – спектрами поглощения меланина и крови (гемоглобина и оксигемоглобина). Отражение потока оптического излучения кровью определяется коллагеном.

3. Какие различия в оптических свойствах имеют кожа европейского типа и африканского?

Содержание меланина у людей, принадлежащих к разным этническим группам, значительно отличается и варьируется при-мерно в диапазоне 1,3-43 %. У слабопигментированных (европейского (белого) типа кожи) меланин составляет 1,3-1,6 %, у среднепигментированных – 11-16 %, у темнокожих (африканского типа кожи) может достигать до 43 %.

Большинство исследований в флуоресцентной спектроскопии (ФС) в настоящее время проводятся при ультрафиолетовой длине волны возбуждения флуоресценции. Однако, как известно, в ультрафиолетовом и видимом диапазоне длин волн возбуждения, меланин является фактически нефлуоресцирующим веществом и мощным поглотителем, что делает метод ФС менее информативным для людей с африканским типом кожи.

4. В каких диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды мал?

В УФ, видимом и БИК – диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды очень мал.

5. Чем определяются поглощающие свойства крови?

Поглощение потока оптического излучения кровью определяется, в основном, его поглощением водой, гемоглобином и оксигемоглобином.

6. Какие характерные полосы поглощения характерны для гемоглобина и оксигемоглобина?

В растворе оксигемоглобина, можно обнаружить две характерные полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. Для восстановленного гемоглобина (оксигемоглобина) характерна одна широкая полоса поглощения в желто-зеленой части спектра.

7. В чем заключается сущность метода ОТО?

В основе метода ОТО в медицине лежит разница в оптических свой-ствах, а, точнее, разница в коэффициентах поглощения света разных длин волн разными фракциями гемоглобина. Спектры поглощения оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигемоглобина (Нb) для гемолизованной крови.

8. Опишите два способа реализации методов ОТО? В чем суть данных способов и разница между ними?

• Методом ОТО оценивается сатурация SO2 крови в микроциркуляторном русле, содержащем артериолы с оксигемоглобином и венулы с дезоксигемоглобином, то есть определяется сатурация смешанной крови.

• Для определения молярной концентрации каждого из хромофоров в большинстве приборов современной оксиметрии реализуется подход, когда исследуемый объём ткани рассматривается, как многокомпонентная система, в которой каждое вещество вносит свой отдельный вклад в общее поглощение излучения средой (биотканью) на выбранной длине волны λ.

9. Какие длины волн применяются для зондирования биоткани при реализации метода ОТО?

Необходимо иметь определенный набор (массив) данных измерений, например, на разных длинах волн λ для того, чтобы получить замкнутую систему независимых линейных уравнений и решить её относительно всех присутствующих веществ и их концентраций Ci.

Именно такой подход реализуется сегодня в подавляющем большинстве случаев в разных методах оптической оксиметрии. В простейшей модельной расчётной схеме среда распространения излучения, например, чистая кровь в кювете, может быть представлена как 2-компонентная жидкость-раствор, содержащая в себе непоглощающий свет растворитель-основу и только две растворенные в ней основные фракции гемоглобина – оксигенированную фракцию (HbO2) и восстановленную (Hb), т.е. деоксигенированную. В этом случае для двух разных длин волн λ1 и λ2 имеется система из двух линейных алгебраических уравнений:

В лабораторной работе для расчётов в качестве неизобестических точек в зеленой области необходимо выбрать: 560 нм; в ИК области: 750 нм. В качестве изобестических точек в зеленой области: 545 нм; в ИК области 797 нм.

10. Какие параметры оцениваются методом ОТО?

Методом ОТО оценивается сатурация SO2 крови в микроциркуляторном русле, содержащем артериолы с оксигемоглобином и венулы с дезоксигемоглобином, то есть определяется сатурация смешанной крови. Кроме сатурации методом ОТО оценивается также относительный объём фракции эритроцитов в области исследования.

11. Напишите формулу для расчёта тканевой сатурации (сатурации смешанной крови)?

Определение этого параметра осуществляется по формуле:

где – молярная концентрация оксигемоглобина;

– молярная концентрация дезоксигемоглобина

12. Напишите формулу для расчёта уровня объемного кровенаполнения (относительный объем фракций эритроцитов в области исследования)?

Этот параметр оценивается по формуле:

Где С_др – молярная концентрация всех сторонних клеточных структур в зоне обследования (в диагностическом объёме биоткани).

Относительный объём фракции эритроцитов определяет в процентах долю фракции крови (суммы оксигенированного и восстановленного гемоглобина) в диагностическом объёме биоткани.

Ход работ:

График сигнала StO2

Амплитудно-частотный спектр сигнала StO2

Анализ нелинейной динамики сигнала StO2

3-D вейвлет-анализ сигнала StO2

График сигнала Vr

Амплитудно-частотный спектр сигнала Vr

Анализ нелинейной динамики сигнала Vr

3-D вейвлет-анализ сигнала Vr

Вывод:

Параметры зарегистрированного сигнала:

1) Для StO2:

Среднее значение M = 52,4

Среднеквадратическое отклонение σ = 4,3

Cv*100 = 8,2

Провели амплитудно-частотный анализ зарегистрированного сигнала

- для эндотелиального диапазона АE = 1,970 пф.ед.;

- для нейрогенного диапазона АN = 2,510 пф.ед.;

- для миогенного диапазона АМ = 1,700 пф.ед.;

- для дыхательного диапазона АB = 0,370 пф.ед.;

- для сердечного диапазона АP = 0,230 пф.ед.

В зарегистрированном сигнале доминируют колебания нейрогенного диапазона

2) Для Vr:

Среднее значение M = 8,8

Среднеквадратическое отклонение σ = 0,4

Cv*100 = 4,8

Провели амплитудно-частотный анализ зарегистрированного сигнала

- для эндотелиального диапазона АE = 0,270 пф.ед.;

- для нейрогенного диапазона АN = 0,340 пф.ед.;

- для миогенного диапазона АМ = 0,240 пф.ед.;

- для дыхательного диапазона АB = 0,060 пф.ед.;

- для сердечного диапазона АP = 0,060 пф.ед.

В зарегистрированном сигнале доминируют колебания нейрогенного диапазона.

В ходе выполнения отчета я углубила теоретические знания в области оптической неинвазивной диагностики, а именно оптической тканевой оксиметрии (ОТО); приобрела практические навыки регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» (либо на приборе-аналоге, реализующем метод ОТО) с помощью специализированного оборудования.