Сидоров

«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
ЛДФ:Формирование сигнала
зондируемый
объем ткани
лазерное
излучение
отраженная
волна
V  1 мм3
Nэр  30000
падающая
волна
эритроцит
артериолы
2–3 мм/с
капилляры
0,3 мм/с
Скорость, V
венулы
2,5 мм/с
Показатель
микроциркуляции
ПМ = Nэр Vср
МОДУЛЯЦИЯ КРОВОТОКА
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ
РИТМОВ
ВОЗМОЖНОСТИ МЕТОДА ЛДФ
ПФ
ЧАСТОТНЫЕ ДИАПАЗОНЫ
КОЛЕБАНИЙ КРОВОТОКА
активные ритмы
время
микроциркуляторное
русло
ЛДФ-грамма
Н
Э
0,046 Гц
-
0,07
0,15 Гц
-
М
пассивные ритмы
1
Д
С
0,15
Д Гц
0
0,01
тонус сосудистых
мышц
0,02
М
Н
2
Э 0,0095-0,02 Гц
0,1
1
-
0,4
10
усредненный спектр
колебаний кровотока
С
0,4
-
2 Гц
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
• 0,8 -- 1,6 Гц
-- ДЫХАТЕЛЬНЫЕ РИТМЫ
-- СЕРДЕЧНЫЕ РИТМЫ
ФОРМИРОВАНИЕ ЛДФ-СИГНАЛА
Зондирующее излучение
1. Норма
К
В
А
E N M R C
2. Снижение тонуса артериол
А
К
В
E N M R C
3. Застой в венулярном звене
А
К
E N M R C
В
ЛДФ: СОСУДИСТЫЙ ТОНУС
Сосудистый тонус в норме
А1
Повышенный сосудистый тонус
А2
Колебательный
компонент СТ = 1/А
СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ КРОВОТОКОМ
прекапилляры
капилляры
венула
артериола
НТ – нейрогенный тонус
НТ
МТ – миогенный тонус
МТ
артериоло-венулярный
анастомоз
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
прекапилляры
капилляры
артериола
НТ
МТ
ЛДФ
Капилляроскопия
Цель исследований: определить взаимосвязь числа
капилляров N и величины скорости эритроцитов V в
капиллярном русле с показателями ЛДФ.
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР РЕГУЛЯЦИИ
ЧИСЛА ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ КАПИЛЛЯРОВ
Ам,
Асп
N
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.
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР РЕГУЛЯЦИИ
МИКРОКРОВОТОКА И СКОРОСТЬ
КРОВОТОКА В КАПИЛЛЯРАХ
Vэр
Vэр
при НТ
НТ= /А(н+э)
Результат исследований: величина скорости
эритроцитов Vэр в капиллярах возрастает с
увеличением нейрогенного тонуса НТ в артериолах
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
 a (мм-1)
10
Меланин
Mеланин
1
Hb
Hb
10-1
Прочие
Другие
HbO2
10-2
HbO2
10-3
SO2=HbO2/(HbO2+Hb)
H22O
H
O
10-4
400
550
700
Длина волны, нм
850
(нм)
Расчетные характеристики
оптической тканевой оксиметрии
SO2 
CHbO2
CHbO2  CHb
- Средняя объемная сатурация
(оксигенация) периферической
крови – процентное содержание
HbO2 в общем объеме крови в
зоне измерения
Cblood
Ht объемное
Фракционное
Vkr 
 x1 ;
 x2 ; so 2  x3
Cblood  Cother
1  Ht ткани в зоне
кровенаполнение
измерения
Схема зондирования ткани при совмещении
методов ЛДФ и ОТО
Метод ЛДФ
Метод ОТО
Методы диагностики: ЛДФ + ОТО
a, mm -1
отраженная
волна
1
падающая
волна
эритроцит
10 -2
Hb
HbO2
400
550
700
850
Показатель микроциркуляции
Сатурация кислорода в крови
ПМ = Nэр Vср
SO2=HbO2/(HbO2+Hb)
, nm
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
Пф.ед.
SO2
2. Вибрационная
болезнь
ЛДФ-грамма
SO2-грамма
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)] .
SPE LAZMA Medical examples
3. Combination: LDF + TRO. Complex parameter SmO2 = SO2/ M
before
metabolism
SO2
SO
2
after metabolism
SO2
Norma SmO2
= 3,5
Im
Vr
Recording Im,SO2 and Vr
M (Im)
or
Diagnosis
SmO2
Dystonia
5,1
Thyroidectomy
2,4
Fracture bone
11,5
Regeneration
of new bone
3,1
Consumption
O2
norma
Page 29
Оценка утилизации кислорода в ткани
(доля диффундировавшего в ткани кислорода) .
1) SO2 = 60%-80% (подушечка
пальца=АВА+дифф.п-сть),
2)
SO2 = 35%-55% (предплечье).
SpO2 = 96 - 98 %
Артерия
Микроциркуляторное русло
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)
SO2
SO2
пм
пм
Vr
Соответствие динамики ПМ и Vr
Vr
Различия динамики ПМ и Vr за счет
скоростного компонента ПМ
КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ (2)
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, t31,3 град.
КЛИНИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ (3)
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
объект
Спектр рассеяния
и люминесценции
Определение
содержания в тканях:
-- НАДН
-- Флавины
-- Липофусцин
-- Порфирины
-- и другие ферменты
Center of
tumor
Intact tissue
Standard scatter
Накопление
порфиринов
лазер
ЛФД: СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ И
ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ
СПЕКТРЫ ПОГЛОЩЕНИЯ
СПЕКТРЫ
ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ
Коэффициент флуоресцентной
контрастности
Il
If
Kf  1  (If  Il ) /( If  Il )
140
140
120
120
Длина волны, нм
КОЖА
710
694
678
663
647
631
615
599
583
567
551
536
520
504
489
473
457
441
426
410
394
378
363
697
682
667
653
638
623
609
594
579
564
549
534
520
505
491
476
461
447
432
417
402
388
0
373
0
358
20
344
20
329
40
315
40
347
60
331
флавины
80
316
Il
60
100
300
НАДН
80
Амплитуда, усл. ед.
НАД,
100
300
Амплитуда, усл. ед.
Спектры излучения возбуждения и
флуоресценции
Длина волны, нм
слизистая
Длины волн(нм): возбуждения – 365,
флуоресценции: НАД- 435, НАДН-460, флавины - 520
40
100
20
50
0
0
Длина волны, нм
снижены НАДН и флавины
Длина волны, нм
снижены липофусцины
790
775
760
745
730
715
700
685
670
655
640
625
610
595
580
565
550
535
520
505
490
475
460
60
445
80
Длина волны, нм
Длина волны, нм
рак слизистой
140
400
120
350
300
250
200
150
798
783
769
754
739
724
709
695
680
665
651
636
621
606
592
577
562
547
532
518
503
488
474
459
444
430
415
40
430
0
400
60
Амплитуда, усл. ед.
80
415
100
Амплитуда, усл. ед.
710
694
678
663
647
631
615
599
583
567
551
536
520
504
489
473
457
441
426
410
394
378
363
347
331
316
300
Амплитуда, усл. ед.
100
400
719
703
688
672
657
641
625
610
594
579
563
547
532
516
501
486
470
455
439
423
408
392
377
362
346
331
315
300
Амплитуда, усл. ед.
Спектры флуоресценции
слизистая (норма)
140
300
120
250
200
150
100
50
20
0
Редокс –соотношение (redox ratio)=
Флавины/ НАД-Н.
Флюоресцентный показатель
потребления кислорода
ФПК=НАД-Н/ Флавины.
Примечание. НАД-Н – восстановленный никотинамид - адениндинуклеотид (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 КИСЛОРОДА
в 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
SPE LAZMA
Data records and diagnostic
parameters
Microhemodynamics (LDF
record )
Tissues reflectance oximetry
(SO2 record)
Tissues reflectance oximetry (Vr
record)
Complex blood microcirculation parameters:
•
•
Index of perfusion oxygen saturation in micro bloodstream
SOm = SO2 / М (M – average value Im)
Index of oxygen diffusion
U= (SрO2/SO2)
Arterial SрO2 by
extended
pulse oximeter
Page 44
www.lazma.
SPE LAZMA
Calculating of complex
characteristic
Tissue fluorescent biomarkers
Redox ratio =
Flavins/NADH
Calculating of complex characteristic –
oxygen metabolism efficiency (OME)
OME = M[Im] / Redox ratio * SpO2 / SO2
Page 45
Medical examples
SPE LAZMA
4. 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]
Gel
OME
“Lasmik”
(Russia)
+64%
SmO2
“Hialurox”
(Spain)
+34%
NADH
BYONIK
Hyaluronic
Gel XOO
(Germany)
+38%
Flavins
Only laser
radiation
+48%
Page 46
SPE LAZMA
Further data procession
Gain-frequency characteristic of record
N
2
E
M
1
B
Average
oscillations
amplitudes
P
0
0,01
0,1
1
10
Analyzing of blood flow
fluctuations as nonlinear
dynamic system
One-time
moment
oscillations
amplitudes and
oscillations
frequencies
Page 47
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