ОЦІНЮВАННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО СТАНУ МІКРОЦИРКУЛЯЦІЇ КРОВІ В ТКАНИНАХ ЛЮДИНИ МЕТОДАМИ СПЕКЛ-МЕТРІЇ І ДОППЛЕРІВСЬКОЇ ФЛОУМЕТРІЇ
DOI:
https://doi.org/10.31649/1997-9266-2018-141-6-7-17Ключові слова:
спекл-метрія, мікроциркуляція крові, допплерівська флоуметріяАнотація
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.
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.
##submission.downloads##
-
PDF
Завантажень: 522
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, згодні з такими умовами:
- Автори зберігають авторське право і надають журналу право першої публікації.
- Автори можуть укладати окремі, додаткові договірні угоди з неексклюзивного поширення опублікованої журналом версії статті (наприклад, розмістити її в інститутському репозиторії або опублікувати її в книзі), з визнанням її первісної публікації в цьому журналі.
- Авторам дозволяється і рекомендується розміщувати їхню роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їхньому сайті) до і під час процесу подачі, оскільки це сприяє продуктивним обмінам, а також швидшому і ширшому цитуванню опублікованих робіт (див. вплив відкритого доступу).
