ОБЪЕКТ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

«Приборы для оптической неинвазивной диагностики «ЛАКК-М» и «ЛАКК-ОП»

Сидоров Виктор Васильевич

ООО НПП «ЛАЗМА»,г. Москва

ОБЪЕКТ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Гомеостаз биоткани:

- состояние гемодинамики

- регуляция микрососудисто -тканевых систем,

- транспорт кислорода кровью,

- обменные процессы.

оптический зонд

1 и 3 – излучение лазера, 2- микроциркуляторное русло

Три диагностические технологии

МЕТОДЫ

Лазерная допплеровская флоуметрия (ЛДФ)

Оценка кровотока, регуляции и тонуса микрососудов

Оптическая тканевая оксиметрия (ОТО)Определение сатурации кислородом гемоглобина и

потребления кислорода

Лазерная флуоресцентная диагностики (ЛФД)

Контроль обменных процессов в ткани

1. Гемодинамика, регуляция микрососудов и

микрососудистый тонус

зондируемыйобъем ткани

V 1 мм3

Nэр 30000

ЛДФ:Формирование сигнала

Показатель микро-

циркуляцииПМ = Nэр Vср

артериолы2–3 мм/с

капилляры0,3 мм/с

венулы2,5 мм/с

Скорость, V

отраженная волна

падающая волна

лазерноеизлучение

эритроцит

МОДУЛЯЦИЯ КРОВОТОКА

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ РИТМОВ

ЛДФ-грамма

ПФ

время

0

1

2

0,01 0,1 1 10

Э

Н

М

Д С

микроциркуляторное русло

тонус сосудистых мышц

усредненный спектр колебаний кровотока

ЧАСТОТНЫЕ ДИАПАЗОНЫ КОЛЕБАНИЙ КРОВОТОКА

активные ритмы

пассивные ритмы

Э 0,0095-0,02 Гц

0,02 - 0,046 ГцН

0,07 - 0,15 ГцМ

0,15 - 0,4 ГцД

0,4 - 2 ГцС

ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЛДФ

РИТМЫ КРОВОТОКА В МИКРОСОСУДАХ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА

• 0,005–0,0095 Гц – ЭНДОТЕЛИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ (EDHF)

• 0,0095 - 0,02 Гц -- ЭНДОТЕЛИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ (NO)

• 0,02 – 0,05 Гц -- СИМПАТИЧЕСКАЯ АДРЕНЕРГИЧЕСКАЯ • АКТИВНОСТЬ • 0,052 -0,069 Гц -- СЕНСОРНАЯ ПЕПТИДЕРГИЧЕСКАЯ • АКТИВНОСТЬ • 0,07 – 0,12 Гц -- МИОГЕННАЯ АКТИВНОСТЬ

• 0,12 – 0,18 Гц -- ХОЛИНЕРГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ (ПАРАСИМПАТИЧЕСКАЯ ПАССИВНАЯ В ЗОНАХ С

АВА)

• 0,2 – 0,4 Гц -- ДЫХАТЕЛЬНЫЕ РИТМЫ• 0,8 -- 1,6 Гц -- СЕРДЕЧНЫЕ РИТМЫ

ФОРМИРОВАНИЕ ЛДФ-СИГНАЛА

А

А

КВ

Зондирующее излучение

1. Норма

2. Снижение тонуса артериол

3. Застой в венулярном звене

E N M R C

E N M R C

E N M R C

КВ

АК

В

ЛДФ: СОСУДИСТЫЙ ТОНУС

Сосудистый тонус в норме

Повышенный сосудистый тонус

А1

А2

Колебательный компонент СТ = 1/А

СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ КРОВОТОКОМ

артериоло-венулярный анастомоз

артериола

прекапиллярыкапилляры

венула

НТ

МТ

НТ – нейрогенный тонус

МТ – миогенный тонус

ТОНУС МИКРОСОСУДОВ.

1. Стационарный компонент (1/M или Рср./М).

2. Динамический компонент, который определяется

амплитудами осцилляций кровотока

активного диапазона частот в микрососудах (СКО /А).

ЛДФ + Капилляроскопия

Цель исследований: определить взаимосвязь числа капилляров N и величины скорости эритроцитов V в

капиллярном русле с показателями ЛДФ.

артериолакапилляры

НТ

МТЛДФ Капилляроскопия

прекапилляры

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР РЕГУЛЯЦИИ ЧИСЛА ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ КАПИЛЛЯРОВ

Исследование микрогемодинамики методами ЛДФ и компьютерной капилляроскопии:

Результат: число открытых прекапиллярных сфинктеров и число функционирующих капилляров (N) прямо

пропорционально величине нормированной амплитуды миогенных колебаний (Ам) и сенсорных пептидергических

колебаний (Асп) . Взаимосвязи с Ан и Аэ не выявлено.

Ам, Асп

N

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР РЕГУЛЯЦИИ МИКРОКРОВОТОКА И СКОРОСТЬ

КРОВОТОКА В КАПИЛЛЯРАХ

Результат исследований: величина скорости эритроцитов Vэр в капиллярах возрастает с

увеличением нейрогенного тонуса НТ в артериолах

Vэр Vэр при НТ

НТ= /А(н+э)

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЫ

1. Дыхательная.

2. Электростимуляционная

3. Постуральная (ортостатическая).

4. Холодовая (общая и местная).

5. Тепловая (общая и местная). 6. Окклюзионная (реактивная гиперемия).

7. Фармакологические (общие, • локальные ионофоретические).

2. Оценка содержания кислорода крови в микрососудах и его

утилизации в тканях.

Схема оптической тканевой оксиметрии

ОТО: основные оптические хромофоры тканей

Hb

HbO2

H2O

Mеланин

Другие

Длина волны, нм

SO2=HbO2/(HbO2+Hb)

- Средняя объемная сатурация (оксигенация) периферической крови – процентное содержание HbO2 в общем объеме крови в зоне измерения

- Фракционное объемное кровенаполнение ткани в зоне измерения

Расчетные характеристики оптической тканевой оксиметрии

Схема зондирования ткани при совмещении методов ЛДФ и ОТО

Метод ЛДФ Метод ОТО

Методы диагностики: ЛДФ + ОТО

1

10 -2

400 550 700 850

Сатурация кислорода в крови

SO2=HbO2/(HbO2+Hb)

, nm

a, mm -1

Показатель микроциркуляции

ПМ = Nэр Vср

HbO2

Hb

эритроцит

отраженная волна

падающая волна

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ПРИРОДА SO2

• Артерии, АВА: рО2= 95 мм рт.ст, SO2 = 97%. • Вены: рО2= 40 мм рт.ст, SO2 = 73%.• Артерио-венозная разница по О2 = 25%. • Звенья диффузии О2: «кровь-ткань» – мелкие

артериолы, капилляры.• Не диффузионная поверхность- артерии,

крупные артериолы, АВА.

• Кожа с АВА (подушечка пальца) - SO2 = 60%-80% (доминирует вклад НbО2 из АВА).

• Кожа без АВА (предплечье) - SO2 = 35%-55%.

АНАЛИЗАТОР ЛАКК-02 (исполнение 4)

СОСТАВ:• допплеровский канал,• фотометрический канал,• составной световодный

зонд с объединенной рабочей частью,

• программное обеспечение для регистрации и обработки информации.

ПРИМЕР ГРАФИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ (ОККЛЮЗИОННАЯ ПРОБА)

SO2

пм

Vr

Результаты функциональных тестов

Окклюзионный тест

1. Норма 2. Вибрационная болезнь

SO2-грамма

ЛДФ-грамма

SO2

Пф.ед.

КОМПЛЕКСНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ (ЛДФ+ОТО)

1. Индекс удельной перфузионной сатурации кислорода в крови SO2m=SO2/М, где М –среднее значение перфузии.

2. Индекс диффузии кислорода (ИДК) в ткани:

ИДК без АВА =SpO2/SO2,

ИДК с АВА = SpO2/ SO2 х [M/(1+Ан/Ам)] .

Medical examples3. Combination: LDF + TRO. Complex parameter SmO2 = SO2/ M

Page 29

SPE LAZMA

SO2 SO2

SO2

Im

Vr

Norma SmO2

= 3,5

M (Im) or

Diagnosis SmO2 Consumption O2

Dystonia 5,1

Thyroidectomy 2,4

Fracture bone 11,5

Regeneration of new bone

3,1 norma Recording Im,SO2 and Vr

before metabolism after metabolism

Оценка утилизации кислорода в ткани(доля диффундировавшего в ткани кислорода) .

Артерия

Микроциркуляторное русло

SpO2 = 96 - 98 %

1) SO2 = 60%-80% (подушечка пальца=АВА+дифф.п-сть),

2) SO2 = 35%-55% (предплечье).

Индекс диффузии - I = SpO2 / SO2 – зона без АВА, I = SpO2 / SO2 х [M/(1+Ан/Ам)] – зона с АВА доля нутритивного кровотока

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ (1)

Соответствие динамики ПМ и VrРазличия динамики ПМ и Vr за счет скоростного компонента ПМ

SO2

пм

Vr

SO2

пм

Vr


2 палец кисти. SO2/M=5,1, ПК снижено. Синдром вегетососудистой дистонии, зябкость кистей, гиперсимпатикотония, t-25 град.

2 палец кисти. SO2/M=2,4. ПК увеличено. Резекция щитовидной железы в анамнезе, гипосимпатикотония, t-31,3 град.


SO2/M=11,15. ПК снижено.

Острый период перелома костей предплечья с болевым синдромом.

SO2/M=3,1. ПК увеличено.

Стадия регенерации лучевой кости предплечья, мозолеобразование

З. Лазерная флуоресцентная

диагностика. Контроль обменных

процессов

ЛФД: Лазерная флуоресцентная диагностика

лазер

объект

Спектр рассеяния и люминесценции

-- НАДН-- Флавины -- Липофусцин -- Порфирины -- и другие ферменты

Определение содержания в тканях:

Center of tumor

Intact tissue

Standard scatter Нак

опле

ние

порф

ирин

ов

ЛФД: СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ

СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ СПЕКТРЫ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ

Коэффициент флуоресцентной контрастности

-50

0

50

100

150

200

250

300

33

8

35

4

37

1

38

8

40

5

42

2

43

9

45

5

47

2

48

9

50

6

52

2

53

9

55

6

57

3

59

0

60

7

62

4

64

1

65

8

67

5

69

2

70

8

72

5

74

2

75

9

77

6


Ам

пл

иту

да

, ус

л. е

д.

fI

)/()( lflff IIII1K

lI

Спектры излучения возбуждения и флуоресценции

0

20

40

60

80

100

120

140

30

0

31

5

32

9

34

4

35

8

37

3

38

8

40

2

41

7

43

2

44

7

46

1

47

6

49

1

50

5

52

0

53

4

54

9

56

4

57

9

59

4

60

9

62

3

63

8

65

3

66

7

68

2

69

7Длина волны, нм

Ам

пл

иту

да

, у

сл

. е

д.

0

20

40

60

80

100

120

140

300

316

331

347

363

378

394

410

426

441

457

473

489

504

520

536

551

567

583

599

615

631

647

663

678

694

710


Ам

пл

иту

да,

усл

. ед

.

lI

НАД,

НАДН флавины

КОЖА слизистая

Длины волн(нм): возбуждения – 365,

флуоресценции: НАД- 435, НАДН-460, флавины - 520

Спектры флуоресценции

0

20

40

60

80

100

120

140

30

0

31

6

33

1

34

7

36

3

37

8

39

4

41

0

42

6

44

1

45

7

47

3

48

9

50

4

52

0

53

6

55

1

56

7

58

3

59

9

61

5

63

1

64

7

66

3

67

8

69

4

71

0


Ам

пл

иту

да

, у

сл

. е

д.

0

20

40

60

80

100

120

140

30

0

31

5

33

1

34

6

36

2

37

7

39

2

40

8

42

3

43

9

45

5

47

0

48

6

50

1

51

6

53

2

54

7

56

3

57

9

59

4

61

0

62

5

64

1

65

7

67

2

68

8

70

3

71

9


Ам

пл

иту

да

, у

сл

. е

д.

0

50

100

150

200

250

300

40

0

41

5

43

0

44

4

45

9

47

4

48

8

50

3

51

8

53

2

54

7

56

2

57

7

59

2

60

6

62

1

63

6

65

1

66

5

68

0

69

5

70

9

72

4

73

9

75

4

76

9

78

3

79

8


Ам

пл

иту

да

, ус

л. е

д.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

40

0

41

5

43

0

44

5

46

0

47

5

49

0

50

5

52

0

53

5

55

0

56

5

58

0

59

5

61

0

62

5

64

0

65

5

67

0

68

5

70

0

71

5

73

0

74

5

76

0

77

5

79

0


Ам

пл

иту

да

, у

сл

. е

д.

слизистая (норма)

рак слизистой

снижены НАДН и флавины снижены липофусцины

Редокс –соотношение (redox ratio)= Флавины/ НАД-Н.

Флюоресцентный показатель потребления кислорода ФПК=НАД-Н/ Флавины.

Примечание. НАД-Н – восстановленный никотинамид - аденин- динуклеотид (NADH).

Флавины – окисленные флавопротеины (Fp) или флавин – аденин – динуклеотид (FAD).

Гипоксия ткани(облигатные признаки)

• Артериальная - снижение SpO2.

• Анемическая - снижение Hb и/или HbO2.

• Ишемическая – снижение Vr, M.

• Тканевая – снижение ПК.

• Смешанная – сочетание признаков.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОБМЕНА КИСЛОРОДАв микроциркуляторно-тканевой системе.

Транспорт О2 из артерий (SpO2) в диффузионные отделы МГЦ русла (М), диффузия доли кислорода в ткани (ИДК), потребление O2 в митохондриях клеток ткани (ФПК).

Зоны без АВА: ЭОК= M x ИДК х ФПК.

Зоны с АВА: ЭОК = M x ИДК внешунт. х ФПК.

Комплекс ЛАКК-М Световодные зонды:

черезкожный и эндоскопический

Лазерный комплекс:•допплеровский канал (ЛДФ),•спектрофотометрический

канал(ОТО),•флуоресцентный канал (ЛФД).

Исследование биоткани тремя методами за одну

диагностическую процедуру

Data records and diagnostic parameters

Page 44

• Index of perfusion oxygen saturation in micro bloodstream

SOm = SO2 / М (M – average value Im)

• Index of oxygen diffusion

U= (SрO2/SO2)

Microhemodynamics (LDF record )

Tissues reflectance oximetry (SO2 record)

Tissues reflectance oximetry (Vr

record)

Complex blood microcirculation parameters:Arterial SрO2 by

extendedpulse oximeter

SPE LAZMA

www.lazma.ru

Calculating of complex characteristic

Page 45

Calculating of complex characteristic – oxygen metabolism efficiency (OME)

Tissue fluorescent biomarkers

Redox ratio = Flavins/NADH

OME = M[Im] / Redox ratio * SpO2 / SO2

SPE LAZMA

Medical examples4. Combination: LDF + TRO + LFD. Parameter OME = M[Im] /(Redox

ratio) x SpO2 / SO2. Diagnostic task: verification new method of “laserphoresis” of the hyaluronic acid for treatment a skin aging (cosmetic surgery).

Laser emitter for laserphoresis: λ = 780nm, P = 45 mW, T = 0.5 min

Detail diagnostics of blood microcirculation and biomarkers

after laserphoresis:

M[Im] SmO2 NADH Flavins

Page 46

SPE LAZMA

Gel “Lasmik”(Russia)

“Hialurox”(Spain)

BYONIK HyaluronicGel XOO(Germany)

Only laser radiation

OME +64% +34% +38% +48%

Further data procession

Page 47

Gain-frequency characteristic of record

Average oscillations amplitudes

One-time moment

oscillations amplitudes and

oscillations frequencies

Analyzing of blood flow fluctuations as nonlinear dynamic system

0

1

2

0,01 0,1 1 10

E

N

M

B P

SPE LAZMA

3 D вейвлет-анализ

Оценка состояния микроциркуляции показателями нелинейной динамики

I. Геометрический образ динамики микрокровотока – фазовый портрет.

II. Количественные показатели:

1. энтропия – мера упорядоченности регуляции микрокровотока.

2. показатели фазового портрета:

- корреляционная размерность,

- размерность Хаусдорфа

Анализатор ЛАКК-ОП – стандартный протокол диагностики

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

www.lazma.ru

(495)- 780-92-31

http://www.lazma.ru/

Documents

ОБЪЕКТ ОПТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ