«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