Исследование сатурации крови и относительного объема фракций эритроцитов в микроциркуляторном русле методом оптической тканевой оксиметрии

Цель работы

Углубление теоретических знаний в области оптической неинвазивной диагностики, а именно оптической тканевой оксиметрии (ОТО); приобретение практических навыков регистрации и обработки данных на многофункциональном лазерном диагностическом комплексе «ЛАКК-М» (либо на приборе-аналоге, реализующем метод ОТО) с помощью специализированного программного обеспечения.

Содержание работы

Проведение исследования периферического кровотока методом ОТО. 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];

- оптическая тканевая оксиметрия [11];

Вопросы для самопроверки

1) Перечислите хромофоры, определяющие оптические свойства кожи.

2) Какие хромофоры кожи поглощают и отражают оптическое излучение?

3) Какие различия в оптических свойствах имеют кожа европейского типа и африканского?

4) В каких диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды мал?

5) Чем определяются поглощающие свойства крови?

6) Какие характерные полосы поглощения характерны для гемоглобина и оксигемоглобина?

7) В чем заключается сущность метода ОТО?

8) Опишите два способа реализации методов ОТО? В чем суть данных способов и разница между ними?

9) Какие длины волн применяются для зондирования биоткани при реализации метода ОТО?

10) Какие параметры оцениваются методом ОТО?

11) Напишите формулу для расчёта тканевой сатурации (сатурации смешанной крови)?

12) Напишите формулу для расчёта уровня объемного кровенаполнения (относительный объем фракций эритроцитов в области исследования)?

Теоретическая часть работы

Метод оптической тканевой оксиметрии

Одной из главных функций крови является её газотранспортная функция, в частности, – доставка кислорода к внутренним тканям и органам. Поэтому в медицине очень важным показателем для крови в живом организме является количество гемоглобина, переносящего кислород. Методы диагностики, позволяющие оценить это количество гемоглобина, носят в медицине обобщенное название методов оксиметрии [11].

В основе метода ОТО в медицине лежит разница в оптических свойствах, а, точнее, разница в коэффициентах поглощения света разных длин волн разными фракциями гемоглобина. Спектры поглощения оксигемоглобина (HbO2) и дезоксигемоглобина (Нb) для гемолизованной крови в видимом диапазоне спектра приведены на рисунке 3.6.

Методом ОТО оценивается сатурация SO₂ крови в микроциркуляторном русле, содержащем артериолы с оксигемоглобином и венулы с дезоксигемоглобином, то есть определяется сатурация смешанной крови. Определение этого параметра осуществляется по формуле:

, (4.4)

где – молярная концентрация оксигемоглобина;

– молярная концентрация дезоксигемоглобина.

Для определения молярной концентрации каждого из хромофоров в большинстве приборов современной оксиметрии реализуется подход, когда исследуемый объём ткани рассматривается, как многокомпонентная система, в которой каждое вещество вносит свой отдельный вклад в общее поглощение излучения средой (биотканью) на выбранной длине волны λ. В этом случае транспортный коэффициент поглощения μ_α(λ) биоткани представляет собой сумму вкладов от поглощения света каждым отдельным компонентом среды:

, (4.5)

где ε_i(λ) – коэффициент погонной (молярной) экстинкции для i-го биохимического компонента среды;

C_i – погонная (молярная) концентрация i-го компонента внутри тестируемой области.

Вычленить отсюда каждое отдельное C_i по результатам измерений (вычислений) только одного μ_α(λ) на одной длине волны не представляется возможным. Необходимо иметь определенный набор (массив) данных измерений, например, на разных длинах волн λ для того, чтобы получить замкнутую систему независимых линейных уравнений и решить её относительно всех присутствующих веществ и их концентраций C_i.

Именно такой подход реализуется сегодня в подавляющем большинстве случаев в разных методах оптической оксиметрии. В простейшей модельной расчётной схеме среда распространения излучения, например, чистая кровь в кювете, может быть представлена как 2-компонентная жидкость-раствор, содержащая в себе непоглощающий свет растворитель-основу и только две растворенные в ней основные фракции гемоглобина – оксигенированную фракцию (HbO₂) и восстановленную (Hb), т.е. деоксигенированную. В этом случае для двух разных длин волн λ₁и λ₂ имеется система из двух линейных алгебраических уравнений:

, (4.6)

которая при экспериментально измеренных μ_α(λ₁) и μ_α(λ₂) и известных из литературы и легко решается относительно двух неизвестных концентраций и . Это позволяет легко найти процент оксигенированной фракции гемоглобина в крови, который соответствует, в общем случае, сатурации по формуле (4.4).

Оптические измерения в неинвазивной оксиметрии, направленные на определение μ_α(λ₁) и μ_α(λ₂) по формуле (4.6), можно проводить как в отражённом, так и в прошедшем свете (рисунок 4.3). В общем случае в приборе (оксиметре) излучение от источников света 1, доставляется к обследуемому органу 2 через оптическое волокно 3. С помощью приёмного оптического жгута 4 регистрируемые световые потоки доставляются в блок регистрации излучения 5. Этот блок содержит, как правило, оптические фильтры и набор фотоприёмников на разные длины волн. Далее полезный электрический сигнал проходит аналоговую обработку (усиление, фильтрацию) в электронном блоке 6, оцифровывается и передаётся в компьютер 7 для дальнейшей математической обработки (реализации вычислений).

а) б)

Рисунок 4.3 – Реализация методов неинвазивной оптической
оксиметрии в отражённом (а) и прошедшем (б) свете

По результатам измерений блоком регистрации мощности излучений на разных длинах волн в программном обеспечении прибора реализуется вычисление транспортных коэффициентов μ_α(λ₁) и μ_α(λ₂), по которым на основании (4.6) и (4.4), вычисляется сатурация в тестируемом объёме биоткани.

Кроме сатурации методом ОТО оценивается также относительный объём фракции эритроцитов V _r в области исследования. Этот параметр оценивается по формуле:

, (4.7)

где С_др – молярная концентрация всех сторонних клеточных структур в зоне обследования (в диагностическом объёме биоткани).

Относительный объём фракции эритроцитов определяет в процентах долю фракции крови (суммы оксигенированного и восстановленного гемоглобина) в диагностическом объёме биоткани.

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 обработки полученных данных в режиме «ЛДФ+спектрофотометрия» установите метку на соответствующее обследование (базовый) в разделе «Обследования», нажмите кнопку «Загрузить», после чего появится окно «ОТО» с соответствующими вкладками «Исходные данные», «Спектры», «Нелинейная динамика», «3D вейвлет-коэффициенты».

4) Во вкладке «Исходные данные», используя соответствующие кнопки («Добавить фрагмент», «Добавить маркер», «Удалить маркер»), выделите из полученного базового теста ЛДФ-граммы фрагмент (1-2 мин).

5) Для полученного обследования, а также для выделенного фрагмента поочерёдно воспользуйтесь всеми вкладками, при этом необходимо нажимать на соответствующие кнопки «Рассчитать» («Спектры», «Нелинейная динамика», «3D вейвлет-коэффициенты»).

6) Во вкладке «Исходные данные», используя соответствующие кнопки («Добавить фрагмент», «Добавить маркер», «Удалить маркер»), выделите из полученного базового теста ОТО-грамм (тканевой сатурации и уровня объемного кровенаполнения) фрагмент (1-2 мин).

Содержание отчёта

Отчёт по практической работе должен содержать:

1) скриншоты (копии экрана):

- полученных ОТО-грамм;

- выделенного фрагмента;

- вкладки «Спектры»;

- рассчитанного фазового портрета во вкладке «Нелинейная динамика» и сигнала в 3D.

2) Определите среднее значение, среднеквадратическое отклонение и коэффициент вариации параметров, измеряемых методом ОТО (тканевой сатурации и уровня объёмного кровенаполнения) в полной записи и фрагменте.

Кроме того, отчёт должен включать выводы по работе, в которых необходимо представить полученные значения тканевой сатурации и уровня объёмного кровенаполнения.

Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1143; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!