ОЦІНЮВАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ МІКРОЦИРКУЛЯЦІЇ КРОВІ В ТКАНИНАХ ЛЮДИНИ МЕТОДАМИ СПЕКЛ-МЕТРІЇ І ДОППЛЕРІВСЬКОЇ ФЛОУМЕТРІЇ

  • Н. Д. Абрамовіч Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки, Мінськ,
  • С. К. Дік Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки, Мінськ
  • Л. О. Васілевська Республіканський науково-практичний центр неврології та нейрохірургії, Мінськ
  • І. І. Хлудеєв Білоруський державний університет, Мінськ
  • В. Г. Петрук Вінницький національний технічний університет
  • С. М. Кватернюк Вінницький національний технічний університет
Ключові слова: спекл-метрія, мікроциркуляція крові, допплерівська флоуметрія

Анотація

На основі аналітичної методики оцінювання параметрів спекл-структури, що формується багато­кратно розсіяним світлом в багатошаровій біологічній тканині типу шкіри людини на довжинах хвиль видимого — ближнього ІЧ діапазону спектра, використання відомих розв’язків рівняння переносу випромінювання в біологічній тканині і зв’язку теорії поширення світла в розсіювальних середовищах з теорією когерентності побудована математична модель поширення лазерного випромінювання у біологічній тканині. Використовуючи механіку багатофазних середовищ, кров для математичного моделювання початково вважали двофазною в’язкою суспензією, що складається з таких фаз: пристінкового і приосьового шарів плазми з еритроцитами. Моделювання руху крові по судинах проводилося з урахуванням низки аномальних ефектів (реологічних властивостей) течії крові: ефекту Фареуса, безеритроцитного пристінкового шару плазми, ефекту Фареуса–Ліндквіста і тупого профілю швидкості крові. Характеристики мікроциркуляції крові в тканинах людини досліджували неінвазивним спекл-оптичним методом з використанням апарата «Speckle-Scan». У частотному діапазоні 40…1000 Гц визначали потужність спектра, середню частоту спектра і середньоквадратичну швидкість руху частинок. Одночасно досліджували шкірну мікрогемодинаміку за допомогою ультразвукової допплерографії (УЗДГ) з використанням приладу «Мінімакс-Допплер-К». За кривою середньої швидкості визначали середню лінійну і середню об’ємну швидкості кровотоку. Дані, отримані УЗДГ і апаратом «Speckle-Scan», порівнювались між собою і математичною моделлю поширення лазерного випромінювання в мікрогемоциркуляторному руслі. Встановлено, що параметр «середня частота спектра» більшою мірою відображає перфузію, а величина площі під спектральною кривою — ємність капілярного русла. Встановлено, що усереднена потужність спектра флуктуацій інтенсивності розсіяного випромінювання після декомпресії судини збільшується приблизно на 15 % у порівнянні з нормальним станом. Отримано автокореляційні функції флуктуацій поля при розсіюванні назад частинок за різної величини тисків після декомпресії плечової артерії у різні часові відрізки реєстрації змін. Нахил автокореляційної функції, що залежить від тиску, можна використовувати для діагностики тонусу (еластичності) судин. Запропоновано методич­ні підходи для оцінювання отриманих даних з метою верифікації спекл-вимірювань за допомогою широко поширеної методики допплерівської флоуметрії.

Біографії авторів

Н. Д. Абрамовіч, Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки, Мінськ,

аспірант кафедри електронної техніки і технології

С. К. Дік, Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки, Мінськ

канд. фіз.-мат. наук, доцент, перший проректор

Л. О. Васілевська, Республіканський науково-практичний центр неврології та нейрохірургії, Мінськ

канд. мед. наук, доцент, провідний науковий співробітник

І. І. Хлудеєв, Білоруський державний університет, Мінськ

канд. біол. наук, доцент, старший науковий співробітник НДЛ біофізики та біотехнології кафедри біофізики фізичного факультету

В. Г. Петрук, Вінницький національний технічний університет

д-р. техн. наук, професор, директор Інституту екологічної безпеки та моніторингу довкілля

С. М. Кватернюк, Вінницький національний технічний університет

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри екології та екологічної безпеки

Посилання

Н. Д. Абрамович и др. «Моделирование спекл-структуры светового поля внутри многослойной ткани кожи,» Инженерно-физический журнал, № 6 (86), с. 1288-1295, 2013.

С. К. Дик, Лазерно-оптические методы и технические средства контроля функционального состояния биообъектов. Минск, РБ: Изд. БГУИР, 2014. 235 с.

Л. С. Долин, «Уравнения для корреляционных функций волнового пучка в хаотически неоднородной среде,» Изв. Вузов. Радиофизика, № 6 (11), с. 840-849, 1968.

Э. П. Зеге, А. П. Иванов, и И. Л. Кацев, Перенос изображения в рассеивающей среде. Минск, СССР: Наука и техника, 1975, 327 с.

А. П. Иванов, и И. Л. Кацев, «О спекл-структуре светового поля в дисперсной среде, освещенной лазерным пучком,» Квантовая электроника, № 7 (35), с. 670-674, 2005.

A. R. Pries, and T.W. Secomb, “Blood flow in microvascular networks” in Microcirculation. Elsevier, pp. 3-36, 2008.

B. Ackerson et al., “Correlation transfer-application of radiative transfer solution methods to photon correlation problems,” Thermophys Heat Transfer, № 4 (6), рp. 577-588, 1992.

R. Dougherty et al., “Correlation transfer: development and application,” Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, № 6 (52), рp. 713-727, 1994.

Ф. М. Морс, и Г. Фешбах, Методы теоретической физики, т. 1. Москва: Рипол Классик, 2013, 936 с.

S. A. Walker, D. A. Boas, and E. Gratton, “Photon density waves scattered from cylindrical inhomogeneities: theory and experiments”, Appl Opt., № 10 (37), p. 1935-1944, 1998.

Г. Ван де Хюлст, Рассеяние света малыми частицами. Москва: изд-во иностр. литературы, 1961, 536 с.

G. Maret, and P. E. Wolf, “Multiple light scattering from disordered media. The effect of brownian motion of scatterers”, Zeitschrift fur Physik B Condensed Matter, no. 65 (4), p. 409-413. 1987.

D. J. Pine et al., “Diffusing wave spectroscopy,” Phys. rev. lett., no. 60(12), рp. 1134-1137, 1988.

M. J. Stephen, “Temporal fluctuations in wave propagation in random media,” Phys. Rev., B Condens. Matter., no. 37 (1), p. 1-5, 1988.

Н. Б. Базылев, и Н. А. Фомин, Количественная визуализация течений, основанная на спекл-технологиях. Минск: Беларуская навука, 2016, 392 с.

R. Bonner, and R. Nossal, “Model for laser Doppler measurements of blood flow in tissue,” Appl Opt., no. 20 (12), рp. 2097-2107, 1981.

В. В. Тучин, Оптика биологических тканей: методы рассеяния света в медицинской диагностике. Москва: Физматлит, 2013, 812 с.

C. Wright, C. Kroner, and R. Draijer, “Non-invasive methods and stimuli for evaluating the skin’s microcirculation,” Journal of pharmacological and toxicological methods, no. 54 (1), рp. 1-25, 2006.

M. Roustit, and J. L. Cracowski, “Noninvasive assessment of skin microvascular function in humans: an insight into methods,” Microcirculation, no. 19 (1), рp. 47-64, 2012.

A. Bircher, E.M. Boer, T. Agner et al., “Guidelines for measurement of cutaneous blood flow by laser Doppler flowmetry”, Contact dermatitis, no. 30 (2), p. 65-72, 1994.

J. K. Wilkin, “Periodic cutaneous blood flow during postocclusive reactive hyperemia,” American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, no. 250 (5), рp. H765-H768, 1986.

А. М. Чернух, П. Н. Александров, и О. В. Алексеев, Микроциркуляция. под общей ред. акад. А. М. Чернуха. Москва: Медицина, 1984. 432 с.

Опубліковано
2018-12-28
Як цитувати
[1]
Н. Абрамовіч, С. Дік, Л. Васілевська, І. Хлудеєв, В. Петрук, і С. Кватернюк, ОЦІНЮВАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ МІКРОЦИРКУЛЯЦІЇ КРОВІ В ТКАНИНАХ ЛЮДИНИ МЕТОДАМИ СПЕКЛ-МЕТРІЇ І ДОППЛЕРІВСЬКОЇ ФЛОУМЕТРІЇ, Вісник Вінницького політехнічного інституту, № 6, с. 7-17, Груд 2018.
Номер
Розділ
Автоматика та інформаційно-вимірювальна техніка

Найчитабильні статті цього ж автора(ів)

1 2 > >>