Аппаратное, программное и методическое обеспечение неинвазивной спектрофотометрической диагностики

• Автор: Рогаткин, Дмитрий Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 406 с. : ил.

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ В ОПТИЧЕСКОЙ НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКЕ В МЕДИЦИНЕ В ПЕРИОД НАЧАЛА РАБОТ НАД ДИССЕРТАЦИЕЙ

1.1 Общие принципы и подходы в использовании оптического излучения в

Ф диагностике биологических тканей и сред

1.2 Экспериментальные методы клинической биофотометрии

1.3 Методы оптической плетизмографии и иульсоксиметрии

1.4 Лазерная флюоресцентная диагностика в медицине

1.5 Лазерная дооперовская флоуметрия

1.6 Прочие экспериментальные методы стр. 64 •

1.7 Теоретическое описание распространения оптического излучения в биологических тканях и средах

1.8 Несколько дополнений по поводу последних публикаций

1.9 Анализ представленного материала и выводы к главе

ГЛАВА 2. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЯХ И СРДАХ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ НЕИНВАЗИВНОЙ МЕДЦИНСКОЙ СПЕКТРОФО-ТОМЕТРИИ
% 2.1 Некоторые предварительные замечания
2.2 Развитие метода моментов для решения уравнения переноса излучения в слоисто-неоднородных средах
2.3 Формулировка основной модели сравнения
2.4 Анализ и модификация 2-х потоковой модели Кубелки-Мунка
2.5 Учет явлений флюоресценции в теории переноса
2.6 Развитие модели Кубелки-Мунка на случай многомерных задач рассеяния
2.7 Дифракция излучения на поверхности шероховатого идеального проводника
2.8 Связь между базовыми электродинамическими и фотометрическими понятиями в задачах дифракции и теории переноса
2.9 Моделирование эталонного ламбертовского отражателя
2.10 Имнедансные граничные условия и сопряжение задачи дифракции с задачами теории переноса
2.11 Экспериментальное подтверждение корректности выбранных расчетных
моделей и схем
ф 2.12 Выводы к главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА БАЗОВЫХ ПРИНЦИПОВ ОРГАНЗАЦИИ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ МЕТРОЛОГИИ ДИАГНОСТЧЕСКИХ СИСТЕМ
3.1 Базовые принципы организации программного обеспечения многофункциональных диагностических приборов и комплексов

3.2 Вариант практической реализации многоуровневого программного обеспечения на примере анализатора «СПЕКТРОТЕСТ»
3.3 Вопросы метрологии неинвазивной спектрофотометрии
3.4 Исследование приборных и методических погрешностей диагностики
3.5 Разработка образцовых эталонов сравнения и калибровки
3.6 Общие вопросы обработки и представления результатов диагностики
3.7 Выводы к главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НЕИНВАЗИВНЫХ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ
4.1 Малогабаритный шаровой биофотометр «Белка-МТ»
4.2 Биофотометр со светорассеивающим интегратором
4.3 Универсальный лазерный фотоплетизмограф
4.4 Спектрофотометрический анализатор «СПЕКТРОТЕСТ»
4.5 Многофункциональный диагностический комплекс «ЛАЗДИКОМ»
4.6 Другие сопутствующие приборы и устройства
4.7 Общий системный подход к проектированию приборов для неинвазивной спектрофотометрии
4.8 Выводы к главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
РАЗРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКИХ МЕТОДИК ДИАГНОСТИКИ
® 5.1 Мониторинговая биофотометрия и исследования параметров отражения
5.2 Неинвазивная спектрофотометрии в лечении эрозивно-язвенных дефектов
верхних отделов желудочно-кишечного тракта
5.3 Флюоресцентная диагностика в лечении злокачественных опухолей кожи и слизистых оболочек орофарингеальной зоны
5.4 Мониторинговая оксиметрия в лучевой терапии рака кожи и слизистых
оболочек орофарингеальной зоны
5.5 Спектрофотометрическая диагностика в оценке кожной микроциркуляции
крови при нарушенном кровообращении конечностей
5.6 Некоторые другие фрагментарные исследования
5.7 Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ф ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы. Анализ современных тенденций развития новейших методов диагностики и лечения в медицине показывает, что в подавляющем большинстве случаев на первое место сегодня выходят сложные и наукоемкие технологии, минимизирующие инвазивность, химические, лучевые и другие физиологически и психологически нежелательные воздействия на организм пациента. Параллельно прослеживается отчетливая тенденция повышения эффективности методов оказания медицинской помощи за счет использования преимуществ современной микроэлектроники, оптики, лазерной техники, компьютеров и т.д. [50 и др.]. Кроме того, увеличение численности и заболеваемости населения во всем мире увеличивает нагрузку на медицинский персонал клиник и выдвигает на первое место медицинские технологии, обладающие максимальным эффектом при минимальном затрате времени.
С другой стороны, во многих областях медицины качество оказываемой населению помощи остается еще явно недостаточным. Труднейшей задачей современной медицины является онкология, где очень высока смертность больных как вследствие часто позднего обнаружения заболевания, так и вследствие недостаточной эффективности существующих методов, например, лучевого лечения. В лучевой терапии есть проблемы надежного индивидуального прогноза ее результатов, слабо развиты методы эксиресс-анализа индивидуальной восприимчивости пациента к выбираемым схемам радиосенсибилизации опухолей и т.н. [85, 88, 223]. Одной из не менее противоречивых и сложных проблем клинической медицины остается язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки. Не до конца остаются ясными причины и механизмы протекания длительной язвенной болезни, плохо развиты методы ее лечения. Значительные трудности возникают при диагностике начальных стадий рака, развивающегося на фоне торпидного течения эрозивно-язвенного процесса [240, 259]. Много вопросов остается без ответа в диагностике и лечении расстройств периферического кровообращения и заболеваний сердечно-сосудистой системы, особенно при их развитии вследствие действия вредных производственных факторов [66], что часто приводит к инвалидизации населения. Поэтому клиницисты многих стран мира вынуждены искать новые и более эффективные методы оказания медицинской помощи, в том числе методы, потенциально пригодные для ранней и экспресс-диагностики указанных заболеваний, объективизации и прогноза эффективности проводимых нацистам лечебных процедур и т.п.

уровня диагностических технологий, полностью удовлетворяющих врачебный персонал, требуется, видимо, привлечение более мощных и разносторонних методов анализа, включая методы более углубленного физико-математического моделирования и прогнозирования результатов диагностики. Требуется построение многофункциональных приборов, в комплексе реализующих методики оксигемометрин, пуль-соксиметрии и фотоплетизмографии на разных длинах волн с разработкой унифицированных методов калибровки аппаратуры и алгоритмов количественной обработки и анализа совокупных диагностических данных.
1.4 Лазерная флюоресцентная диагностика в медицине.
Методы флюоресцентной диагностики, как одного из направлений по неинвазивной лазерной диагностике в медицине, известны также достаточно давно, практически с начала XX века [59, 327, 462]. Но в то время они не получили широкого распространения, как инструме1гг для практикующих врачей, из-за несовершенства конструкции источников света, громоздких ламповых электронных усилителей, сложных в эксплуатации спектральных оптических приборов [123J и до середины 1980-х годов использовались, главным образом, in vitro в области фундаментальных научных исследований и лабораторного клинического анализа [2, 59, 124, 327]. С появлением компактных лазерных излучателей, интегральной электроники, волоконной оптики и персональных компьютеров появилась возможность создания достаточно удобных, мато габаритных и дешевых диагностических систем для нужд не только лабораторий, но и любых других клинических подразделений [10, 125]. В научной печати стали появляться сообщения о лазерной флюоресцентной диагностике (ЛФД) in vivo и in situ, особенно о возможности определения методами ЛФД наличия и концентрации в тканях разнообразных экзогенных (искусственных) фотосенсибилизаторов (ФС) для целей лазерной фотодинамической терапии (ФДТ) в онкологии [119, 152, 156, 167, 269, 277, 319, 352, 394, 402, 423 и др.].
При проведении ФДТ, как известно [216, 291, 353], специальный ФС принудительно вводится в ткань (внутривенно, внутримышечно) для повышения генерации синглетного кислорода и достижения эффекта фотодеструкции опухоли. И оказалось, что практически все искусственные ФС для ФДТ обладают способностью к сильной вынужденной флюоресценции под действием освещающего их лазерного