Биофотонисп. Исследование периферического кровотока и колебательных процессов сосудистого русла методом лазерной допплеровской флоуметрии
 Скачать 1.3 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА» Медицинский институт Кафедра: “Приборостроения, метрологии и сертификации” ОТЧЁТ по практической работе № 1 “Комплексное исследование функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем с помощью применения методов оптической не инвазивной диагностики” по дисциплине: «Основы медицинской биофотоники» Студент: Богаденко Максим Евгеньевич (Ф.И.О.) Группа: 010ЛД Специальность/направление: Лечебное дело Отметка о зачёте: Руководитель: _____________________ _________ _________________ (Ф.И.О.) (подпись) (дата) Орёл, 2021 4.1 Исследование периферического кровотока и колебательных процессов сосудистого русла методом лазерной допплеровской флоуметрии4.1.1 Цель работы Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики, а именно лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ); приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» (либо на приборе-аналоге, реализующем метод ЛДФ) с помощью специализированного программного обеспечения. 4.1.2 Содержание работы Проведение исследования периферического кровотока методом ЛДФ. Работа с полученными данными в специализированной программе многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М». 4.1.3 Экспериментальное оборудование Комплекс многофункциональный лазерный диагностический «ЛАКК-М» (ООО НПП «ЛАЗМА», г. Москва), ПК с установленным программным обеспечением для регистрации и обработки информации многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М» (версия 3.0.2.334 и выше). Контрольные вопросы: Какие группы сосудов формируют микрососудистое русло? К микроциркуляторному руслу относят сосуды диаметром менее 100 мкм. Они играют главную роль в обеспечении трофической, дыхательной, экскреторной, регуляторной функций сосудистой системы, развитии воспалительных и иммунных реакций. Звенья микроциркуляторного русла: 1.Артериальное (артериолы и прекапилляры) 2.Капиллярное 3.Венозное (посткапилляры, собирательные и мышечные венулы) Какие функции выполняет микрососудистое русло? Транспортно-дренажную (доставка биологически активных веществ и удаление продуктов тканевого метаболизма) Регулирующую (регуляция кровотока адекватно актуальным потребностям ткани. Депонирующую (в собирательных и мышечных венулах может депонироваться более 70% обьема крови) Трофическую (снабжение тканей питательными веществами) Дыхательную (снабжение тканей кислородом) Экскреторную (удаление и утилизация продуктов тканевого метаболизма) Какие звенья микрососудистого русла относятся к приносящим, обменным и отводящим сосудам? Обменные сосуды, или истинные капилляры, где кровь контактирует с тканью благодаря огромным поверхностям капиллярного ложа. Здесь реализуется основная функция сердечно-сосудистой системы — обмен между кровью и тканями. Отводящие сосуды МЦР образованы мелкими венулами — сосудами диаметром 12—30 мкм, возникающими от слияния капилляров. Мелкие венулы впадают в более крупные, образуя сложную систему с многочисленными анастомозами. Формирование путей оттока крови отличается значительной сложностью, протяженностью, разнообразием их направлений и обширностью окольных сообщений. Этот отдел сосудистого русла подвержен многочисленным структурным вариациям в зависимости от функционального назначения органа и ткани Сформулируйте физический принцип, заложенный в основу метода ЛДФ? В основе ЛДФ лежит измерение величины ДСЧ при рассеянии лазерного излучения на клетках крови, движущихся в исследуемом объеме ткани. Так как в этом случае свет рассеивается на множестве клеток крови, движущихся в раз-личных направлениях и с различными скоростями, то рассеянное излучение будет представлять собой совокупность множества волн с различными частотами, соответствующими различным значениям ДСЧ, вплоть до некоторого максимального значения. Какие длины волн применяются для зондирования биоткани при реализации метода ЛДФ? Для исследований микроциркуляции применяется несколько способов аппаратурной реализации. Существует одноканальный и двухканальный способы зондирования ткани. Как правило, в одноканальных анализаторах используется лазерное излучение длиной волны 0,63 мкм. Данный способ зондирования следует применять для изучения кожного кровотока, кровотока в колоноскопических, эндоскопических исследованиях. Какой параметр регистрируется методов ЛДФ? Какую единицу измерения имеет данный параметр? Таким образом, результирующий параметр в ЛДФ определяет динамическую характеристику микроциркуляторного потока крови в единицу времени в зондируемом объеме. ПМ(t)=М+ бПМ (t) М - постоянная составляющая перфузии. бПМ(t) - переменная составляющая. Формула, описывающая индекс микроциркуляции (показатель микроциркуляции)?  Какие две составляющие выделяют в сигнале ЛДФ? Чем обусловлены данные составляющие? ЛДФ-сигнал имеет постоянную и переменную от времени составляющие, поэтому показатель микроциркуляции (перфузии) можно представить следующим выражением: ПМ (t) = М + δПМ (t), где:М – постоянная составляющая перфузии и δПМ (t) – переменная составляющая перфузии. Рисунок 13 - Пример ЛДФ-граммы кожного кровотока Постоянная составляющая М - это средняя перфузия в микроциркуляторном русле за определенный промежуток времени исследований или за выбранный временной интервал анализа ЛДФ-граммы. Переменная составляющая ЛДФ-сигнала δПМ (t) обусловлена факторами, влияющими на постоян- ство потока крови в микроциркуляторном русле, то есть связана с обстоятельствами, изменяющими величину скорости Vср и концентрацию Nэр эритроцитов. Какие факторы влияют на формирование сигнала ЛДФ? Переменная составляющая ЛДФ-сигнала δПМ (t) обусловлена факторами, влияющими на постоян-ство потока крови в микроциркуляторном русле, то есть связана с обстоятельствами, изменяющими величину скорости Vср и концентрацию Nэр эритроцитов. Перечислите ритмы колебаний кровотока в микроциркуляторном русле?  Это должно быть вставлено не картинкой, а текстом. Вопрос звучит «Перечислите…»Что значит пассивные и активные ритмы колебаний кровотока в микроциркуляторном русле? Модуляция кровотока осуществляется вследствие активных или пассивных колебаний сосудистой стенки. Активные для микроциркуляторного русла ритмы обусловлены метаболической (эндотелиальной), нейрогенной и миогенной активностью механизмов регуляции. Сердечные и дыхательные ритмы рассматриваются для системы микроциркуляции как пассивные факторы В чем заключается диагностическое значение ритмов колебаний кровотока в микроциркуляторном русле? Диагностическое значение ритмов колебаний кровотока в микроциркуляторном русле. Микроциркуляторное русло находится под многоуровневым контролем, который организован через систему с обратной связью. В процессе самоорганизации кровотока эндотелиальная активность, нейрогенный и миогенный механизмы контроля, пульсовые и дыхательные ритмы образуют положительные и отрицательные обратные связи Какие физиологические параметры можно оценить анализируя регистрируемые с помощью метода ЛДФ параметры? Таким образом, результирующий параметр в ЛДФ определяет динамическую характеристику микроциркуляторного потока крови в единицу времени в зондируемом объеме. ПМ(t)=М+ бПМ (t) М - постоянная составляющая перфузии. бПМ(t) - переменная составляющая. Вывод с указанием полученных показателей:  Значения ритмов колебания кровотока Э=1,830;0,019 Н=1,720;0,021 М=1,500;0,066 Д=0,330;0,310 С=0,440;1,324 Указать амплитуду и частоту  Итог: Показатель микроциркуляции: М=23,4 Механизмы регуляции кровотока: δ=2,4 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА» Медицинский институт Кафедра: __________________________ ОТЧЁТ по практической работе № 2 (полное наименование работы) по дисциплине: «__________________________________» Студент: Богаденко Максим Евгеньевич (Ф.И.О.) Группа: ____________________ Специальность/направление:________________________________________ Отметка о зачёте: Руководитель: _____________________ _________ _________________ (Ф.И.О.) (подпись) (дата) Орёл, (год) Цель работы: Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики; приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном неинвазивном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» с помощью специализированного программного обеспечения. Содержание работы Проведение комплексного исследования функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем с помощью применения методов лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ), оптической тканевой оксиметрии (ОТО), пульсоксиметрии. Работа с полученными данными в специализированной программе многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М». Экспериментальное оборудование Комплекс многофункциональный лазерный диагностический «ЛАКК-М» (ООО НПП «ЛАЗМА», г. Москва), ПК с установленным программным обеспечением для регистрации и обработки информации многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М» (версия 3.0.2.334 и выше). Ответы на контрольные вопросы: Перечислите хромофоры, определяющие оптические свойства кожи. Основными хромофорами кожи, определяющими спектр диффузного отражения кожи в видимом диапазоне спек-тра, являются пигмент меланин и гемоглобин крови, содержащейся в папиллярной дерме. Какие хромофоры кожи поглощают и отражают оптическое излучение? Прошедшая часть потока оптического излучения попадает в дерму, где поглощается преимущественно гемоглобином разных форм, присутствующим в поверхностном слое дермы. Оставшееся излучение диффузно отражается от коллагена, присутствующего в остальной части дермы. В обратном направлении отражённый поток оптического излучения проходит через слои гемоглобина и меланина, частично поглощаясь. Коэффициенты рассеяния эпидермиса и дермы различаются между собой, но эти различия незначительны. Оптические свойства гиподермы определяет меланин. Какие различия в оптических свойствах имеют кожа европейского типа и африканского? Отражающие свойства эпидермиса имеют сильную зависимость от типа кожи человека. На рисунке приведен пример влияния содержания меланина на значение относительного коэффициента отражения от кожи человека европейского типа и афроамериканца. Данные различи  я необходимо учитывать при исследованиях для снижения методической погрешности измерения.В каких диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды мал? При описании эффектов, происходящих в тканях под воздействием потока оптического излучения, поглощение воды играет важную роль, поскольку она является главной составляющей большинства тканей. В УФ, видимом и БИК – диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды очень мал. В этих областях поглощение ткани определяется спектрами поглощения пигментов, в частности для кожи – спектрами поглощения меланина и крови (гемоглобина и оксигемоглобина). Чем определяются поглощающие свойства крови? Поглощение потока оптического излучения кровью определяется, в основном, его поглощением водой, гемоглобином и оксигемоглобином [9]. Оксигемоглобин, гемоглобин и некоторые другие соединения и производные гемоглобина дают характерные полосы поглощения лучей спектра. Так, пропуская луч света через раствор оксигемоглобина, можно обнаружить две характерные полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. Для восстановленного гемоглобина характерна одна широкая полоса поглощения в желто-зеленой части спектра. Какие характерные полосы поглощения характерны для гемоглобина и оксигемоглобина? Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко алый цвет, притом тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет темно-вишневый цвет. На длинах волн 548, 568, 587 и 805 нм значения поглощения потока оптического излучения гемоглобином и оксигемоглобином равны между собой. Эти значения длин волн называются изобестическими точками. В чем заключается сущность метода ОТО? Канал оптической тканевой оксиметрии предназначен для оценки in vivo изменений объема фракции гемоглобина и среднего относительного уровня кислородной сатурации (оксигенации) крови микроциркуляторного русла биоткани Опишите два способа реализации методов ОТО? В чем суть данных способов и разница между ними? В настоящее время при реализации методов оптической неинвазивной оксиметрии измерение параметров оксигенации осуществляется двумя способами - в прошедшем и отражённом свете. В первом способе параметры оксигенации определяются путём анализа прошедшего через ткань излучения, при этом источник и приёмник излучения располагаются на противоположных друг другу сторонах При реализации второго способа анализируется отражённый тканями световой поток - источник и приёмник излучения располагаются на поверхности исследуемой области Какие длины волн применяются для зондирования биоткани при реализации метода ОТО? Метод оптической тканевой оксиметрии основан на спектрофотометрическом анализе различных фракций гемоглобина при зондировании биоткани излучением двух диапазонов длин волн (красного 630 нм и зеленого 530 нм). Какие параметры оцениваются методом ОТО? Основными регистрируемыми параметрами являются тканевая сатурация (StO2), определяемая выражением (2), которая показывает долю фракций оксигемоглобина по отношению к различным фракциям гемоглобина, и уровень объемного кровенаполнения, который рассчитывается по формуле (3) и показывает процентное содержание различных фракций гемоглобина в диагностируемом объеме биоткани Напишите формулу для расчёта тканевой сатурации (сатурации смешанной крови)?  – молярная концентрация оксигемоглобина; – молярная концентрация дезоксигемоглобина. Напишите формулу для расчёта уровня объемного кровенаполнения (относительный объем фракций эритроцитов в области исследования)?  Вывод с указанием полученных показателей: График сигнала StO2  М=52.4 δ=4.3 Cvs100=8.2 График сигнала Vr  М=8.8 δ=0.4 Cvs100=4.8 Амплитудно-частотный спектр сигнала StO2  E=1.970;0.019 N=2.510;0.047 M=1.700;0.066 B=0.370;0.210 P=0.230;1.324 Указать амплитуду и частоту Амплитудно-частотный спектр сигнала Vr  E=0.270;0.019 N=0.340;0.047 M=0.240;0.066 B=0.060;0.235 P=0.060;1.180 Указать амплитуду и частоту МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА» Медицинский институт Кафедра: “Приборостроения, метрологии и сертификации” ОТЧЁТ по практической работе № 3 “Комплексное исследование функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем с помощью применения методов оптической не инвазивной диагностики” по дисциплине: «Основы медицинской биофотоники» Студент: Богаденко Максим Евгеньевич (Ф.И.О.) Группа: 010ЛД Специальность/направление: Лечебное дело Отметка о зачёте: Руководитель: _____________________ _________ _________________ (Ф.И.О.) (подпись) (дата) Орёл, 2021 4.6.1 Цель работы Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики, а именно флуоресцентной спектроскопии (ФС); приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном неинвазивном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» с помощью специализированного программного обеспечения. 4.6.2 Содержание работы Проведение исследования спектального состава биоткани методом флуоресцентной спектроскопии Работа с полученными данными в специализированной программе многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М». 4.6.3 Экспериментальное оборудование Комплекс многофункциональный лазерный диагностический «ЛАКК-М» (ООО НПП «ЛАЗМА», г. Москва), ПК с установленным программным обеспечением для регистрации и обработки информации многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М» (версия 3.0.2.334 и выше). Вопросы для самопроверки 1. Флуоресцентная спектроскопия (также известная как флуориметрия или спектрофлуориметрия ) - это тип электромагнитной спектроскопии , который анализирует флуоресценцию образца. Он включает использование луча света, обычно ультрафиолетового света , который возбуждает электроны в молекулах определенных соединений и заставляет их излучать свет; обычно, но не обязательно, видимый свет . Дополнительным методом является абсорбционная спектроскопия . В частном случае флуоресцентной спектроскопии одиночных молекул флуктуации интенсивности излучаемого света измеряются либо отдельными флуорофорами, либо парами флуорофоров. 2. Перечислите основные флуорофоры кожи. Как было сказано выше, при взаимодействии лазерного излучения с биотканью поглощенный свет переизлучается в виде флуоресценции. Биоткань содержит большое число различных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области поглощения и флуоресценции, различные квантовые выходы флуоресценции, различные времена затухания флуоресценции (рисунок 3.8).  3 Какие факторы влияют на формирование спектра флуоресценции? Переменная составляющая ЛДФ-сигнала δПМ (t) обусловлена факторами, влияющими на постоян-ство потока крови в микроциркуляторном русле, то есть связана с обстоятельствами, изменяющими величину скорости Vср и концентрацию Nэр эритроцитов. 4. Перечислите основные медицинские приложения метода флуоресцентной спектроскопии? Оптическая неинвазивная диагностика предполагает использо- вание оптического (в том числе лазерного) излучения для прижизнен- ного зондирования тканей и органов пациента с целью получения по отражённому (рассеянному, прошедшему ткань насквозь, переизлу- ченному в форме флуоресценции и т.п.) свету информации об оптиче- ских параметрах биотканей и на позволяет на её основании проводить диагностику биохимического состава и анатомического (морфологи- ческого) строения обследуемого участка мягких тканей тела пациента. Вывод с указанием полученных показателей:   Рассчитываем коэффициент флуоресцентной контрастности Kf = 1 + (If – Il) / (If + Il), где If – максимум (пик) интенсивности в линии флуоресценции фермента; Il – максимум в интенсивности пика в линии возбуждения. Kf=1+(2649.65-343.68)/(2649.65+343.68)=1.77 Kf=1.77 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ И.С. ТУРГЕНЕВА» Медицинский институт Кафедра: “Приборостроения, метрологии и сертификации” ОТЧЁТ по практической работе № 4 “Комплексное исследование функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем с помощью применения методов оптической не инвазивной диагностики” по дисциплине: «Основы медицинской биофотоники» Студент: Богаденко Максим Евгеньевич (Ф.И.О.) Группа: 010ЛД Специальность/направление: Лечебное дело Отметка о зачёте: Руководитель: _____________________ _________ _________________ (Ф.И.О.) (подпись) (дата) Орёл, 2021 4.6.1 Цель работы Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики, а именно флуоресцентной спектроскопии (ФС); приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном неинвазивном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» с помощью специализированного программного обеспечения. 4.6.2 Содержание работы Проведение исследования спектального состава биоткани методом флуоресцентной спектроскопии Работа с полученными данными в специализированной программе многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М». 4.6.3 Экспериментальное оборудование Комплекс многофункциональный лазерный диагностический «ЛАКК-М» (ООО НПП «ЛАЗМА», г. Москва), ПК с установленным программным обеспечением для регистрации и обработки информации многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М» (версия 3.0.2.334 и выше). Вопросы для самопроверки 1. Флуоресцентная спектроскопия (также известная как флуориметрия или спектрофлуориметрия ) - это тип электромагнитной спектроскопии , который анализирует флуоресценцию образца. Он включает использование луча света, обычно ультрафиолетового света , который возбуждает электроны в молекулах определенных соединений и заставляет их излучать свет; обычно, но не обязательно, видимый свет . Дополнительным методом является абсорбционная спектроскопия . В частном случае флуоресцентной спектроскопии одиночных молекул флуктуации интенсивности излучаемого света измеряются либо отдельными флуорофорами, либо парами флуорофоров. 2. Перечислите основные флуорофоры кожи. Как было сказано выше, при взаимодействии лазерного излучения с биотканью поглощенный свет переизлучается в виде флуоресценции. Биоткань содержит большое число различных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области поглощения и флуоресценции, различные квантовые выходы флуоресценции, различные времена затухания флуоресценции (рисунок 3.8). 3 Какие факторы влияют на формирование спектра флуоресценции? Переменная составляющая ЛДФ-сигнала δПМ (t) обусловлена факторами, влияющими на постоян-ство потока крови в микроциркуляторном русле, то есть связана с обстоятельствами, изменяющими величину скорости Vср и концентрацию Nэр эритроцитов. 4. Перечислите основные медицинские приложения метода флуоресцентной спектроскопии? Оптическая неинвазивная диагностика предполагает использо- вание оптического (в том числе лазерного) излучения для прижизнен- ного зондирования тканей и органов пациента с целью получения по отражённому (рассеянному, прошедшему ткань насквозь, переизлу- ченному в форме флуоресценции и т.п.) свету информации об оптиче- ских параметрах биотканей и на позволяет на её основании проводить диагностику биохимического состава и анатомического (морфологи- ческого) строения обследуемого участка мягких тканей тела пациента. Вывод с указанием полученных показателей: Рассчитываем коэффициент флуоресцентной контрастности Kf = 1 + (If – Il) / (If + Il), где If – максимум (пик) интенсивности в линии флуоресценции фермента; Il – максимум в интенсивности пика в линии возбуждения. Kf=1+(2649.65-343.68)/(2649.65+343.68)=1.77 Kf=1.77 |