Какие две составляющие выделяют в сигнале лдф чем обусловлены данные составляющие

Биофотонисп. Исследование периферического кровотока и колебательных процессов сосудистого русла методом лазерной допплеровской флоуметрии

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 ­­­­­­­­­­­­

Специальность/направление: Лечебное дело

Руководитель: _____________________ _________ _________________

4.1 Исследование периферического кровотока и колебательных процессов сосудистого русла методом лазерной допплеровской флоуметрии

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).

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)

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)

поэтому показатель микроциркуляции (перфузии) можно представить следующим выражением:

где:М – постоянная составляющая перфузии и δПМ (t) – переменная составляющая перфузии.

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.

Вывод с указанием полученных показателей:

Значения ритмов колебания кровотока

Указать амплитуду и частоту

Механизмы регуляции кровотока:

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 ­­­­­­­­­­­­

Руководитель: _____________________ _________ _________________

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.

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).

– молярная концентрация оксигемоглобина;

Вывод с указанием полученных показателей:

Источник

Исследование возможностей лазерной доплеровской флоуметрии для оценки применения ортопедических средств

В работе исследованы возможности лазерной доплеровской флоуметрии для оценки эффективности применения ортопедических средств на основе микросфер. На основании анализа полученных результатов сделаны выводы о перспективности использования лазерной доплеровской флоуметрии для индивидуализации применения ортопедических средств по критерию достижения эффекта стимуляции системы микроциркуляции крови.

Современный рынок товаров для здоровья широко представлен различными ортопедическими средствами как бытового назначения, так и для использования в медико-профилактических и реабилитационных целях для коррекции и предупреждения патологий системы микроциркуляции крови (болезнь Рейно, вибрационная болезнь), последствий травм и переломов, нарушений венозного оттока и других патологических состояний. Однако проблема индивидуализации применяемых ортопедических средств носит по-прежнему актуальный характер.

Очевидно, что эффективность применения того или иного ортопедического средства связана с особенностями его конструкции и свойствами наполнителя. В качестве объекта исследования эффективности применения были выбраны ортопедические изделия фирмы «Альсария» с наполнителем из микросфер, обладающие рядом особенностей [1].

Ортопедическое средство в виде варежки, представленное на рисунке 1, характеризуется тем, что содержит два чехла, размещенные один в другом, и наполнитель, который является смесью из микростеклосфер (микросфер) из натриевоборосиликатного стекла размерами 15-200 мкм и микростеклосфер из калий-натриевого стекла размерами 50-160 мкм с кремнийорганическим покрытием. Структура смеси микростеклосфер во внутреннем чехле показана на рисунке 2 [2].

Рисунок 1 – Ортопедическое средство на основе микросфер (варежка) фирмы «Альсария»

Рисунок 2 – Структура смеси микростеклосфер во внутреннем чехле

Диапазоны размеров микростеклосфер каждого вида определены технологией их производства. Среднестатистические размеры микростеклосфер разных видов приблизительно равны между собой, что обеспечивает однородность смеси при её получении и повышает эффект псевдожидкости смеси во время использования ортопедического средства. Отражающее покрытие внутренней стороны внутреннего чехла также способствует уменьшению трения микростеклосфер о поверхность ткани, что тоже повышает подвижность ортопедического изделия.

Ортопедические средства на основе микросфер обладают рядом специфических свойств, сочетание которых даёт множество положительных эффектов, в первую очередь связанных со стимуляцией системы микроциркуляции крови.

Свойство псевдожидкости, позволяющее потребителю испытывать состояние псевдоневесомости.

В замкнутой оболочке изделия (например, варежки) находится наполнитель, свойства которого очень схожи со свойствами жидкости, такими, как внутренний коэффициент трения (или вязкость) – это значит, что наполнитель не оказывает никакого сопротивления изменению формы при неизменном объёме; способность при воздействии внешнего давления передавать это давление по всем направлениям одинаково. Эти свойства приводят к эффекту псевдоплавания (псевдоневесомости), благодаря которому улучшается кровоснабжение органов и тканей, дополнительное раскрытие капилляров, то есть происходит стимуляция системы микроциркуляции крови, а улучшение трофики позволяет репаративным процессам протекать более интенсивно. Создавая состояние псевдоневесомости, ортопедическое изделие приводит к максимальному расслаблению мышц.

Способность накапливать инфракрасное тепло человеческого тела.

Поскольку тело человека излучает инфракрасную энергию в диапазоне приблизительно 3-50 мкм с пиком в 9,6 мкм, при воздействии на организм инфракрасной энергии с длиной волны 9,6 мкм имеет место явление активного поглощения телом внешней энергии (так называемое резонансное поглощение). В результате этого воздействия повышается потенциальная энергия клеток организма и из них будет уходить несвязанная вода, повышается деятельность специфических клеточных структур, растет уровень иммуноглобулинов, увеличивается активность ферментов и эстрогенов, происходят и другие благоприятные биохимические реакции. Это характерно для всех типов клеток организма и крови. Инфракрасное излучение проникает в ткани организма глубже, чем другие виды световой энергии, что вызывает прогревание всей толщи кожи и отчасти подкожных тканей. Более глубокие структуры прямому прогреванию не подвергаются. Область терапевтического применения инфракрасного излучения довольно широка: негнойные хронические и подострые воспалительные местные процессы, в том числе внутренних органов, некоторые заболевания опорно-двигательного аппарата, центральной и периферической нервной системы, периферических сосудов, глаз, уха, кожи, остаточные явления после ожогов и отморожений.

Лечебный эффект инфракрасного облучения определяется механизмом его физиологического действия – он ускоряет обратное развитие воспалительных процессов, повышает тканевую регенерацию, местную сопротивляемость и противоинфекционную защиту. Происходящее при поглощении энергии ИК-излучения образование тепла приводит к локальному повышению температуры облучаемых кожных покровов на 1-2 °С и вызывает местные терморегуляционные реакции поверхностной сосудистой сети. Сосудистая реакция выражается в кратковременном спазме сосудов (до 30 с), а затем увеличении локального кровотока и возрастании объема циркулирующей в тканях крови. Выделяющаяся тепловая энергия ускоряет тканевой обмен веществ. Активация микроциркуляторного русла и повышение проницаемости сосудов способствует дегидратации воспалительного очага и удалению продуктов распада клеток. Активация пролиферации и дифференцировки фибробластов приводят к ускорению заживления ран и трофических язв.

Таким образом, оценка эффективности применения ортопедических средств на основе микросфер, основанная на регистрации отклика в системе микроциркуляции крови, является актуальной и важной задачей на современном этапе.

В последнее время в связи с интенсивным развитием диагностических методов, основанных на неинвазивной медицинской спектрофотометрии – фотоплетизмографии (ФПГ), пульсоксиметрии (SaO₂), оптической тканевой оксиметрии (ОТО), лазерной доплеровской флоуметрии (ЛДФ) и др., всё более актуальным становится вопрос о возможности их применения в качестве методов контроля эффективности различных физических воздействий в режиме реального времени [3].

Наиболее чувствительным методом регистрации динамики процессов микроциркуляции крови в биотканях является сегодня метод ЛДФ. Этот метод является наиболее доступным для оценки состояния МЦК и позволяет в клинических условиях получить объективную информацию о параметрах функционирования микроциркуляторного русла с любого участка поверхности тела в реальном масштабе времени и затем оперативно использовать ее для проведения и коррекции лечебного процесса.

Метод ЛДФ основан на измерении доплеровского сдвига частоты, возникшей после отражения излучения от ансамбля эритроцитов, движущихся с разными скоростями и поразному количественно распределенных в артериолах, капиллярах, венулах. Результат измерений по данной методике – показатель микроциркуляции (ПМ), измеряемый в перфузионных единицах (пф. ед.), который определяют согласно общеизвестной формуле [4]:

ПМ = К * N_эр * V_ср

где ПМ – показатель микроциркуляции;

K– коэффициент пропорциональности (К = 1);

Nэр– количество эритроцитов;

Vср– средняя скорость эритроцитов в зондируемом объеме.

В методе ЛДФ выходной сигнал непрерывно регистрируется в течение времени исследований и диагностика состояния микроциркуляции крови основывается на анализе графической записи изменений перфузии, которая называется ЛДФ-граммой. ЛДФ-сигнал имеет постоянную и переменную от времени составляющие. Постоянная составляющая – это средняя перфузия в микроциркуляторном русле за определенный промежуток времени исследований или за выбранный временной интервал анализа. Переменная составляющая ЛДФ-сигнала обусловлена факторами, влияющими на постоянство потока крови в микроциркуляторном русле, и содержит ценную информацию о модуляции кровотока. Применение спектральных алгоритмов обработки сигналов позволяет извлекать информацию о состоянии сосудистого тонуса в терминах вклада в него разных механизмов регуляции (миогенный, эндотелиальный и пр.) микрогемодинамики. Целью данной работы является исследование возможностей метода лазерной доплеровской флоуметрии для оценки эффективности применения ортопедических средств на основе микросфер (варежки) по регистрации отклика системы микроциркуляции крови. Для исследования влияния применения ортопедического средства (варежки) на динамику параметров системы МЦК проведены оценочные эксперименты с использованием лазерного доплеровского флоуметра «ЛАКК-02» (НПП «ЛАЗМА»),

представленного на рисунке 3а, и инфракрасного термометра «CASON CA380», представленного на рисунке 3б.

Рисунок 3 – Внешний вид экспериментального оборудования:

а – аппарат ЛДФ «ЛАКК-02», б – инфракрасный термометр «CASON CA380»

Эксперименты проводились на четырех условно здоровых добровольцах (19, 20, 21 и 23 лет) и состояли из нескольких этапов. На первом этапе измерялась температура безымянного пальца правой руки условно здорового добровольца с помощью инфракрасного термометра и проводилась запись ЛДФ-граммы с помощью аппарата ЛДФ. Затем на 15 минут доброволец надевал варежку на основе микросфер на правую руку. После истечения заданного времени варежка снималась с руки, производилось повторное измерение температуры и регистрация ЛДФ-граммы. Типичные ЛДФ-граммы для добровольца (21 год) и их вейвлет-анализ до и после применения ортопедического средства (варежка на основе микросфер) приведены на рисунках 4 и 5 соответственно.

Результаты экспериментов с использованием данного ортопедического средства (варежки) фирмы «Альсария» и их анализ приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.

Рисунок 4 – ЛДФ-граммы условно здорового добровольца (21 год):

до (а) и после (б) применения ортопедического средства (варежки)

Рисунок 5 – Вейвлет-анализ ЛДФ-грамм:

до (а) и после (б) применения ортопедического средства (варежки)

Таблица 1 – Результаты экспериментов с использованием ортопедического средства (варежки) фирмы «Альсария»

Э – эндотелиальные ритмы; Н – нейрогенные ритмы; М – миогенные ритмы; Д – дыхательные ритмы; С – сердечные ритмы

Таблица 2 – Анализ результатов экспериментов с использованием ортопедического средства (варежки) фирмы «Альсария»

В ходе проведенных исследований и анализа полученных данных прослеживается тенденция увеличения параметра ∆М, наиболее объективно свидетельствующего о стимуляции системы микроциркуляции крови, которая наблюдается в большинстве случаев (5 из 7).

Однако, в эксперименте №2 нагрев биоткани при использовании варежки с микросферами произошел только на 0,6 °С, что явно недостаточно для стимуляции микроциркуляции крови, так как ранее показано [5], что порог реакции микроциркуляционного русла составляет от 0,8 до 1 °С. В эксперименте №4 явно завышен начальный уровень ПМ, возможно наблюдался венозный застой крови, то есть очевидно, что данный случай – это отклонение от нормы.

Таким образом, применение метода лазерной доплеровской флоуметрии совместно с измерением температуры биоткани для оценки эффективности использования ортопедических средств (например, варежки на основе микросфер) является объективным, так как позволяет установить оптимальное время воздействующего фактора (время, проведенное с надетой варежкой) по критерию достижения эффекта стимуляции системы микроциркуляции крови и, следовательно, индивидуализировать медико-профилактические и реабилитационные мероприятия.

ЛИТЕРАТУРА

Дунаев Андрей Валерьевич

ФГОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл

Кандидат технических наук, докторант, доцент кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация», исполнительный директор научно-образовательного центра «Биомедицинская инженерия»

Иножарская Ольга Васильевна

ФГОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс», г. Орёл

Магистрант кафедры «Приборостроение, метрология и сертификация»

Шураева Елена Владимировна

Источник

Комплексное исследование функционального состояния микроциркуляторно-тканевых систем с помощью применения методов оптической неинвазивной диагностики

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).

Подготовка к работе

Самостоятельная подготовка студентов к выполнению лабораторной работы осуществляется по следующим темам раздела «Биомедицинская оптическая диагностика»:

— биомедицинская оптическая диагностика [8];

— лазерная допплеровская флоуметрия [10];

— оптическая тканевая оксиметрия [11];

— обработка биомедицинских сигналов [13].

Вопросы для самопроверки

1) Сформулируйте физический принцип, заложенный в основу метода лазерной допплеровской флоуметрии.

2) Какие факторы влияют на формирование ЛДФ-сигнала?

3) В чем заключается сущность метода ОТО?

4) Какими двумя способами можно проводить оптические измерения в неинвазивной оксиметрии?

5) На каком принципе работает метод пульсоксиметрии?

6) Какую диагностическую информацию можно получить методами ОТО и пульсоксиметрии?

7) Какие параметры регистрируется при проведении исследований методами ЛДФ, ОТО и пульсоксиметрии?

8) Какие комплексные параметры можно рассчитать при проведении исследований методами ЛДФ, ОТО и пульсоксиметрии.

Подготовка к выполнению лабораторной работы

Ознакомьтесь с руководством по эксплуатации многофункционального лазерного диагностического комплекса «ЛАКК-М» (ИАБЖ 9442.004.00 РЭ).

Выполнение работы

1) Запустите программу _LDF_3, нажав мышью на указанный файл.

2) После нажатия на кнопку ОК появится «Окно базы данных». В «Окне базы данных» найдите данные пациента зарегистрированного и измеренного на практическом задании №1.

3) Для базового теста на основании измеренных параметров и данных, по нижепредставленной методике рассчитайте показатель экстракции кислорода (OE) и скорость потребления кислорода (OС):

Для определения значений сатурации венозной крови проанализируйте амплитуды колебаний, связанные с пассивными механизмами регуляции тканевой сатурации (S_tO₂), а именно: амплитуды пульсовых A(S_tO₂)_с и дыхательных A(S_tO₂)_д осцилляций.

Если выполняется данное условие, то сатурация венозной крови рассчитывается следующим образом:

, (4.20)

где A(S_tO₂)_c, A(S_tO₂)_д – максимальные амплитуды колебаний тканевой сатурации кардиального и дыхательного генеза. Этот вариант преобладает в большинстве случаев записей с кожи с АВА.

В случае резонанса колебаний тканевой сатурации, связанных с активными механизмами регуляции, когда высокоамплитудные осцилляции наблюдаются только в одном из них на фоне резкого угнетения колебаний в других диапазонах и снижения их амплитуд, расчёт S_vO₂ имеет ряд особенностей.

В случае резонанса осцилляций в общем миогенном или дыхательном диапазонах сатурация венозной крови рассчитывается следующим образом:

, (4.21)

, (4.22)

Скорость потребления кислорода (OC) рассчитывается на основании анализа колебаний ЛДФ-грамм и рассчитанного ранее значения венозной сатурации:

где I_mnutr – доля нутритивного кровотока в общем микрокровотоке. Данная величина характеризует кровоток в капиллярах и рассчитывается по формуле:

где BI(I_m) – показатель шунтирования, характеризующий долю кровотока в артериоло-венулярных анастомозах. Данный параметр рассчитывается по данным ЛДФ-грамм с применением формулы:

Составляющая BI(I_m)₁ рассчитывается по формуле (4.22) с использованием данных перфузии (I_m). В случае доминирования осцилляций кровотока, связанных с эндотелиальными механизмами регуляции, при расчёте показателя шунтирования амплитуда колебаний нейрогенного генеза (A_н) заменяется на амплитуду колебаний, связанных с эндотелиальными механизмами (A_э).

где A(I_m)_пасс – максимальная амплитуда колебаний кровотока, связанная с пассивными механизмами регуляции (осцилляции пульсового или дыхательного генеза).

Таким образом, расчёт данных параметров делает возможным оценку перфузии по нутритивным (капиллярам) и шунтовым (артериоло-венулярным анастомозам) путям в микроциркуляторном русле.

Для оценки колебательного компонента микрососудистого тонуса рассчитайте величины эндотелиального (ЭT), нейрогенного (НТ) и миогенного (MT) тонуса:

где σ – среднеквадратическое отклонение (СКО) показателя микроциркуляции крови (I_m);

A(I_m)_э – наибольшее значение амплитуды колебаний перфузии в эндотелиальном диапазоне.

где A(I_m)_н – наибольшее значение амплитуды колебаний перфузии в нейрогенном диапазоне.

где A(I_m)_м – наибольшее значение амплитуды колебаний перфузии в миогенном диапазоне.

Содержание отчёта

Отчёт по практической работе должен содержать расчёт

— показателя экстракции кислорода (ОЕ),

— скорости потребления кислорода (ОС);

— эндотелиального (ЭT), нейрогенного (НТ) и миогенного (MT) тонусов.

Кроме того, отчет должен содержать вывод об оценке перфузии по нутритивным (капиллярам) и шунтовым (артериоло-венулярным анастамозам) путям в микроциркуляторном русле.

Дата добавления: 2019-11-25 ; просмотров: 250 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник