Применение спектроскопии в медицине

Оглавление 2
Введение 3
Обзор основных направлений применений лазеров в медицине 5
1. Лазерная диагностика 5
2. Применение в хирургии 7
Флуоресцентная спектроскопия 12
1. Основы и методы 12
2. Колебательная спектроскопия 12
3. Спектроскопия рассеяния и оптическая когерентная томография 13
4. Оптотермическая спектроскопия и томография 14
5. Спекл-интероферометрия 16
6. Динамика спеклов 16
7. Применение спекл-технологий 17
Заключение 19
Список литературы 20

Весь текст будет доступен после покупки

В последние несколько десятилетий лазерные технологии стали активно применяться в пластической хирургии, онкологии, офтальмологии, медико-биологических исследованиях и других областях медицины. После изобретения когерентного излучения были выявлены большие возможности применения лазерного излучения в медицине. Квантовый генератор излучает когерентный свет в узком диапазоне длин волн, позволяет получать большие мощности. Такое излучение сфокусировано в очень маленькой точке, благодаря чему достигается высокая плотность излучения. Изучив данные свойства когерентного излучения, его начали активно применять в различных областях хирургии, терапии и медицинской диагностики. [1]
Лазерная терапия основана на взаимодействии когерентного излучения с разными участками тела: кожа, кости, мышцы, сухожилия, внутренние органы и др. Каждый участок имеет свое сложное строение и свои свойства, как оптические, так и теплофизические.[2] Следовательно, для каждого участка воздействие когерентного излучения будет разным. В каждом случае необходимо выбирать индивидуальные параметры излучения: длины волн, длительность воздействия, мощность, длительность воздействия и др. Для осуществления терапевтического воздействия на ткань, лазерное излучение может быть направлено на другой объект. Здесь положительное действие имеет лазерная терапия, когда облучением крови, ладоней, ступней или точек позвоночника оказывает воздействие на определенные внутренние органы. [3]
Взаимодействие света с молекулами биообъекта приводит к их возбуждению и последующему переходу в основное состояние за счет безызлучательных переходов с выделением тепла. Увеличение температуры приводит к разрыву водородных связей и других ван-дер-ваальсовых связей, к нарушению конформации биомолекул и, следовательно, жизненных функций биообъекта. Происходит коагуляция белковых образований. Дальнейшее повышение температуры при росте мощности излучения приводит сначала к испарению жидких сред (в первую очередь тканевой воды), а затем обугливанию органических компонентов живой материи и выгоранию карбонизированного каркаса.
Несмотря на то что лазерная медицинская диагностика —одно из самых эффективных направлений применения лазеров в биомедицине, она пока не получила должного развития.[4] Это связано в основном со сложностью аппаратуры и высокими требованиями, предъявляемыми к выходным параметрам лазеров, и, конечно, со сложностью самих физических процессов, лежащих в основе методов лазерной диагностики. Тем не менее в ближайшие десятилетия прогнозируется предпочтительный рост лабораторно-диагностической лазерной техники по сравнению с лечебно-хирургической.
К преимуществам лазерных методов диагностики относятся их
быстрота, возможность получения результата при исследовании очень
малых количеств биоматериала, что может послужить основой для создания методов массовой экспресс диагностики. [5]

Весь текст будет доступен после покупки

Обзор основных направлений применений лазеров в медицине
1. Лазерная диагностика
В диагностике лазерное излучение может использоваться как вне организма, так и для прямого анализа органов и тканей пациента. Приведем некоторые примеры применения лазеров в диагностике. [6]

Применение in vivo.
Через тонкий кварцевый капилляр прокачивается специально обработанная кровь. Излучение лазера направляется на прозрачный капилляр и вызывает флюоресценцию клеток крови. Флюоресцентное свечение улавливается чувствительными датчиками. Это свечение специфично для каждого типа клеток крови, проходящих поодиночке в области лазерной засветки. Поэтому имеется возможность подсчитать их количество в заданном объеме крови, а также получать с высокой точностью количественные показатели по каждому типу клеток. Этот принцип использован в приборе, который называется гемоцитометр. Производительность этого прибора в сотни раз превышает производительность анализа крови лаборантом традиционным способом. И точность, и объективность результатов также существенно выше. [7]

Весь текст будет доступен после покупки

1. V.V. Tuchin, Lasers and Fiber Optics in Biomedical Research. 2 edition. (Fizmatlit, Moscow, 2010)
2. V.V. Tuchin, J. Biomed. Opt., 4, 106 (1999)
3. F.A. Gubarev, Lin Li, M.S. Klenovskii and A.Ph. Glotov , Speckle pattern processing by digital image correlation, МАТЕС Web of Conferences (2016)
4. Alyona I. Bloshkina, Lin Li, Fedor A. Gubarev, Miron S. Klenovskii, Investigation of Extracting Information from Vibrating Objects by Digital;
5. Dmitry D. Postnov, Valery V. Tuchin, Olga Sosnovtseva, Estimation of vessel diameter and blood flow dynamics from laser speckle images // Biomedical optics express, 2016, Vol. 7, No. 7, pp. 1-10.
6. Yevgeny B., et al.. Remote estimation of blood pulse pressure via temporal tracking of reflected secondary speckles pattern // Journal of Biomedical Optics, 2010, Vol. 15, N 6, pp. 061707.1 – 8.
7. Chance В. Optical method // Arm. Rev. Biophys. Biophys. Chem. 1991. V. 20. P. 1-28.
8. Special Issue on Optical Radiation Technique in Medicine and Biology / Ed. II. Moseley // Phys. Med. Biol. 1997. V. 24. P. 759-996.
9. Chance В., Cope M., Gratton E. et al. Phase measurement of light absorption and scatter in human tissue // Rev. Sci. Instrum. 1998. V. 698. P. 3457-3481.

Весь текст будет доступен после покупки