Лазерная флюоресцентная диагностика несенсибилизированных биотканей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи

УДК 15.849.19:[535.2:621.373.8]

6АРЫШЕВ Максим Владимирович

ЛАЗЕРНАЯ ФЛЮОРЕСЦЕНТНАЯ ДИАГНОСТИКА НЕСЕНСИБИЛИЗИРОВАННЫХ БИОТКАНЕЙ

(Специальность 01.04.21 - Лазерная физика )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

Москва 1993 г.

Работа выполнена в Институте Общей физики РАН

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Е Б. ЛОШЕНОВ

Научный консультант по медицинской части:

академик РАМН М. И. КУЗИН

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор С. С. АЛИМПИЕВ

доктор физико-математических наук

профессор

Е. Ф. КУСТОВ

Ведущая организация: НЮ1ЯФ МРУ

Защита диссертации состоится " %'''' 1993 г.

в_15_часов-на заседании Специализированного Ученого

Совета ( Д 003. 49.02 ) Института Общей Физики РАН по адресу: 117942, Москва, ул. Вавилова 38, ИОФ РАН

С 'диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института общей физики РАН

Автореферат разослан " " 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета кандидат физико-математических наук Т. В. Еоллк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тешл. Высокая информативность методов лазерной флюоресцентной диагностики живых биологических тканей, обусловлена главным образом существующей взаимосвязью между особенностями их спектральных характеристик и функциональным состоянием отдельных клеточных структур, входящих в состав единой биологической системы.

Наиболее широко известным методом в этом направлении является диагностика рака по флюоресценции экзогенных красителей -фотосенсибилизаторов (ФС), определенным образом накапливающихся в злокачественных опухолях после их предварительного введения /см. напр.1 /.

К сожалению, широкое применение данного метода в клинической практике затруднено по ряду причин, в том числе связанных с недостатками используемых в настоящее время ФС, а именно • их токсичностью, недостаточной селективностью накопления в опухолях и неоднородности химического состава. Кроме того, сравнительно небольшая глубина проникновения в биоткань низкоинтснсивного лазерного излучения, используемого для возбуждения флюоресценции ФС, не позволяет проводить эффективную диагностику новообразований, локализованных внутри ткани.

Вместе с тем, еще с начала века хорошо известно явление собственной флюоресценции биологических тканей, проявляющееся, например, в специфическом красном свечении злокачественных опухолей при их освещении ультрафиолетовым (УФ) спетом . Объективные трудности, связанные с регистрацией аутофлюорссцсшши ( АФ ), обладающей низким ( на 2 - 3 порядка ниже, чем у ФС ) квантовым выходом привели к тому, что большинство авторов рассматривали собственную флюоресценцию лишь как фоновое явление при проведении диагностики фотосенсибилизированных биотканей /2/. В то же время, в некоторых работах приводятся данные, свидетельствующие о специфических особенностях аутофлюоресцентных свойств раковых и нормальных

тканей человека /3/, которые можно было бы использовать в целях онкапогичсско] диагностики. Однако, до постановки настоящей работы исследования в дапно) направлении практически не проводились.

Таким образом, разработка методов и аппаратуры для регистрации и анализ собственной флюоресценции разупорядоченн ых биологических структур и и: применение в клинической практике является актуальной задачей.

Пспь работы заключается в: 1) Разработке методов и аппаратуры для измерений и анализа спектрально - аутофлюоресцснтных характеристик живых биологических тканей при возбуждении АФ лазерным излучением ближнего УФ и красного диапазона спектра. 2) Наборе и анализе статистического материала по спектрально -аутофлюорссцеитным характеристикам биотканей человека для выработки критериев оценки степени • злокачественности ткани и определения корреляций между спектральными параметрами и данными определения типа исследуемых тканей известными методами. 3) Применении разработанных методов в клинической практике с целью повышения вероятности диагностики и идентификации заболеваний различных органов человека.

Основные положения и результаты препстатшенные у защите:

1. Метод лазерной флюоресцентной диагностики разупорядоченных биологических структур, основанный на измерении и анализе спектров собственной флюоресценции живых тканей человека, индуцируемой излучением длиной волны 633 нм.

2. Волоконно - оптическая схема для регистрации собственной флюоресценции

-ч -6

биообьектов с квантовым выходом 10 -10 в режиме реального времени и 10 в режиме накоплений сигнала.

3. Сушсст по лампе корреляций между интснсивностями и формой спектрального распределения аугофлюорссценции в красном диапазоне и типом исследуемой биоткани.

4. Установление характера неоднородного распределения флюорохромов в нормальных и опухолевых тканях желудка и легких человека с минимумами и максимумами на различных участках пораженных тканей.

5. Экспериментальные данные по определению разовой и обшей лозы лазерного излучения, требуемой для активизации обменных процессов в трансплантированных тканях.

разработке и применении нового метода регистрации и анализа спектральных свойств разупорядоченных биологических структур, основанного на особенностях индуцируемой лазерным излучением собственной флюоресценции . Основные защищаемые положения диссертации имеют приоритетный характер. Полученные результаты углубляют представления о механизмах взаимодействия лазерного излучения с биотканями.

Практическая ценность: 1) Разработан и внедрен в ограниченное промышленное производство лазерный волоконно-оптический комплекс, позволяющий проводить диагностику заболеваний по собственной флюоресценции тканей различных органов, в том числе внутриполосгных, на предмет контроля за обменными процессами и онкологической диагностики во время проведения общего или эндоскопического обследования пациента, а также хирургической операции. Клинические испытания системы проведены в Московской Медицинской Академии им И.М.Сеченова, ВОНЦ РАМН и 2 лазерно - медицинских центрах за рубежом ( Зап.Германия ).

2) Аппробирован и внедрен в клиническую практику ММА им И.М.Сеченова метод диагностики рака легких (бронхов) и желудка по спектрально -аутофлюоресцентным характеристикам, реализуемый во время эндоскопического

проведенных исследовании заключается в

обследования ( патент РФ ), а также во время операции с целью контроля за уровнем хируршческого имешатсльстпа и определенна степени прорастании опухоли п окружающие ткани. В настоящее время клиническая аппробация метода проведена в ММД нм И.М.Сечснова и ВОНЦ РАМН более чем у 300 паниагтоп с различными онкологическими заболеваниями желудка и легких, а также при онкологической диагностике опухолей головы и шеи.

3) Внедрен и клиническую практику Клиники уха.юрла и носа п ММД им И.М.Сечснова метод аугофлюоресцснтного контроля за приживлением трансплантатов после проведении тимпанопластики и при лечении поспалительпых процессов с использованием лазерного излучения

Аппробачия работы. Основные положения диссертационной работы доложены на Международной конференции "Лазеры и медицина" ( Ташкент 1989г. ), Республиканской школе - семинаре "Лазерная биология и лазерная мединина:практика" ( Тарту 1990г. ), Всесоюзной конференции "Проблемы создания научно - технических средств для диагностики и лечения сердечно - сосудистых заболеваний" ( Львов 1990г. ), Республиканской школе - семинаре "Лазерная биология и меднщша-НоБые применения" (Таллинн 1991г.), Пленуме Научного Совета АМН СССР "Лазерная медицина, хирургия и лазерная медицинская техника" ( Казань 1991г.), XIV Международной конференции по ко1ерсптной и нелинейной оптике ( Ленинград, 1991г.), Международной конференции "Новое в лазерной медицине" ( Брест, 1991г. ), Международном симпозиуме по биомедицинской оптике (Будапешт 1 - 5 сентября 1993г.).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Содержание диссертации изложено на страницах,иллюстрировано 41 рисунком и содержит 4 таблицы, из которых одна составлена по данным литературы. Список литературы включает 1Н2 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В_черной глапс проанализированы литературные данные поспящснные

исследованиям собственной флюоресценции биологических тканей.

Согласно /4/ многие флюорохромы, определяющие функциональное состояние биообъектов, обладают характерными спектрами поглощения и флюоресценции, причем интенсивности и форма спектральных линий в значительной степени зависят от характера обменных процессов между этими компонентами. В частности по спектрам флюоресценции тканей, возбуждаемой источниками ближнего УФ диапазона, например, ртутной лампой Х=365 нм .удобно характеризовать состояние объекта по величине отношения интенсивностей флюоресценции восстановленных молекул НАД в диапазоне 460 - 480 нм и окисленных флавопротеинов (520-540 нм).

С применением лазерной спектроскопии к исследованиям собственной флюоресценции биотканей 131 было принципиально установлено, что основные максимумы на спектрах флюоресценции опухолевых тканей существенно сдвинуты »10 нм и синюю область по сравнению с максимумами на спектрах здоровых тканей при возбуждении флюоресценции аргоновым Х=488 нм лазером. На спектрах раковых тканей были зафиксированы дополнительные максимумы в диапазоне 590 - 640 нм, соответствующие природным порфиринам.

Различия в распределении флюоресценции, возбуждаемой излучением НсСи и Кг лазеров, подводимым непосредственно к опухоли и нормальной ткани легкого через бронхоскоп посредством системы оптических волокон, позволяют проводить аутофлюоресцентную диагностику непосредственно во время . обследования внугриполостных органов человека 15/.

Между тем, в /б/ уделяется значительное внимание вопросам сравнительного анализа и воспронимднмости результатов при измерении аугофнюорссцсшши непосредственно на живых тканях труднодоступных органов. Отмечается, что наличие

пополнительных полос перспоглошеиия итлучеиия гемоглобином п значительной степени усложняет идентификацию спектра при возбуждении флюоресценции в области 300 - 600 им. Другую проблему, возникающую при анализе спектралыюй информации, связывают с неконтролируемым рассеянием от неоднородностей среды.

Несмотря на достаточное число работ, посвященных исследованиям собственной флюоресценции биотканей существуют определенные недостатки не позволяющие надеяться на широкое практическое применение представленных методов. В частности, неоптимальный выбор источников, работающих.» основном, в УФ и ближнем видимом диапазонах спектра для возбуждения флюоресценции, отсутствие систем регистрации излучения, позволяющих измерять сигнал в многоканальном режиме и несовершенство оптических схем для регистрации флюоресценции с низким квантовым выходом и рассеяния света от ткани в процессе измерений, затрудняют проведение исследований с высокой точностью диагностики и получение воспроизводимых результатов. В связи с этим, на основании анализа литературных данных и с учетом вышеприведенных недостатков существующих методов аутофлюоресцентного анализа нами был реализован новый метод исследований спектральных свойств биотканей по интенсивностям и форме распределения аутофлюоресценцни в красном диапазоне 660-850 нм и интенсивности рассеянного от ткани лазерного излучения Х= 633 им, применяемого для возбуждения.

Во второй главе рассматриваются основные теоретические и экспериментальные аспекты взаимодействия лазерного излучения с разупорядоченными структурами. С учетом основных положений теории диффузии теоретически обоснована целесообразность одновременной регистрации флюоресценции и рассеяния при осуществлении метода спектрально-аугофлюоресцентното анализа объектов в красном диапазоне спектра, прсдсташкнного в данной работе (глава 5) .

Практическое применение методов лазерной флюоресцентной диагностики к исследованиям живых обьектов требует серьезной модельной аппробашш. В /б/ отмечается, что при анализе распределения флюоресценции биотканей необходимо

- & ~

учитывать геометрию образца и его оптические свойства, т.к. полный коэффициент ослабления на длинах волн возбуждения и регистрации вносит существенные изменения в регистрируемый сигнал.

Теория диффузии, допуская параллельность• слоев ткани, считая одинаковым их индекс рефракции, пренебрегая анизотропией и поляризационными эффектами, позволяет описывать взаимодействие излучения с тканью для граничных условий, подразумевающих равенство плотности потока излучения, направленного внутрь ткани, плотности потока падающего на границу развела двух сред излучения, а также условие полубесконечности среды.

Согласно /8/, основное уравнение теории диффузии записывается в виде

^ v1Ui(r) - сги,^) * 0(г) =0 ( 0

где ^ - коэффициент диффузии, с£- коэффициент поглощения, Ц,И - средняя угловая плотность излучения и - функция источника.

Функция источника записывается в виде:

- С£%иг(К) (2)

где с - концентрация флюорохромов,е- коэффициент молярной экстинции^-квантовый выход, Цг1г)- средняя плотность потока возбуждающего излучения.

Для вычислений по теории диффузии требуется знание оптических характеристик обьекта - коэффициента поглощения, рассеяния и фазовой функции. Как правило, эти параметры определяются на кусочках ткани в модельных исследованиях при помощи интегрирующей сферы и гониометра.

Расчеты изложенные в работах /7/, /8/ и экспериментальные результаты 191 были взяты за основу в нашей работе при теоретическом обосновании методик регистрации собственной флюоресценции тканей и модельных исследований, изложенных в главах 2,3.

В п-3 главы 2 рассматриваются решения теории диффузии для случая преобладающего поглощения, когда флюоресценция возбуждается'п ближнем УФ и синем диапазоне и доминирующего рассеяния в области 600 - 1100 нм /9/.

В первом случае распространение излучения описывается законом Ламбэрта -Бэра. Показано, что в этом случае плотность потока излучения регистрируемого фотоприемнкком пропорциональна числу падающих фотонов или мощности 1«) (бужламшеп) излучения Мо ;

~ (3)

Во втором случае, учитывая функцию источника -

-%т М

0#> -

' ~ ) ^ И Р°шая УР-ение диффузии, получим, что

__'/2

Г"'

величина потока флюоресценции Фф регистрируемо?« приемником также

пропорциональна мощности падающего излучения:

со--§__(5)

Однако, в данном случае, помимо флюоресценции регистрируется интенсивность обратно рассеянной лазерной компоненты, или поток Фр,

- -/о -

Отношение потоков излучения запишем в следующем виде:

С £<£-

(?)

Таким образом величина К не зависит от мощности возбуждающего излучения и Фр может являться нормировочной при сравнительном анализе спектров ауго(^1кк)рсснсмпи н.

аутофлюорссиентиых (СДФ) свойств живых биотканей. Представлена методика измерений собственной флюоресценции биотканей, возбуждаемой в ближнем УФ диапазоне спектра и новый метод одновременной регистрации флюоресценции индуцируемой и регистрируемой в красном диапазоне спектра и интенсивности рассеянного от ткани лазерного излучения Х=633 нм. Изложены результаты тестовых модельных исследований по оптимизации конструкции вешоконно - оптического катетера (ВОК) н оптической схемы для реализации САФ диагностики.

САФ исследования проводили на лазерном многоканальном волоконном эндоскопическом спектроанализаторе ЛЭСА, включающем: лазерные источники, систему компьютерной регистрации и обработки, эндоскопическую технику и ВОК для подведения излучения к объекту и передачи сигнала х полихроматору. Спектральный диапазон системы 300 - 900 нм. Использовали два режима работы установки. Спектры измеряли в масштабе реального времени и в режиме накопления и усреднений сигнала.

Особенность оптической схемы заключается в том, что на выходе полихроматора устанавливали специально разработанную систему, представляющую комбинацию интерференционных и "обрезных" светофильтров. Покрытие, толщина и комбинация фильтров подбирались экспериментально. Данная конструкция позволяла регистрировать слабые сигналы флюоресценции с квантовым выходом 10"4 - Ю5 в режиме реального

В главе 3 описана установка для исследования спектрально

- Ц -

времени и величину характеризующую поток рассеянного от ткани излучения в сопоставимых интенсивности*.

С целью оптимизации ВОК для осуществления онкологической САФ диатостики были проведены модельные исследования зависимости измеряемой величины К, характеризующей отношение интенсивности аугофлюоресценции к интенсивности рассеянного от ткани лазерного излучения Х=633 нм от угла наклона между осью измерительной части катетера и плоскостью поверхности ткани. Измерения проводили на стандартных образцах n(Nch03)-Kl-n)BaS0<. обладающих изотропным характером обратного рассеяния и коже руки при помощи гониометра. Показано, что оптимальный интервал углов, в пределах которых относительная ошибка в определении К не превышает 3 - 5% составляет 7 - 14°.

Для экспериментального обоснования возможности проведения бесконтактных измерений САФ характеристик биотканей, что особенно важно при эндоскопических исследованиях были измерены зависимости К от расстояния до обьскта, проведенные на коже и слизистой. Продемонстрировано, что в пределах 3-10 мм относительная ошибка в определении К. составляет не более 5 %

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты исследований собственной флюоресценции нормальных и опухолевых тканей легких во время бронхоскопичссих обследований и на образцах тканей (послеоперационный материал) при возбуждении аугофлюоресценции АФ различными лазерными источниками, работающими в УФ и ближнем видимом диапазоне спектра.

Показано, что из примененных лазерных источников, наиболее оптимальным для возбуждения собственной флюоресценции биотканей является азотный лазер (Х=337 нм). Особенности спектрального распределения аутофлюоресценции злокачественных тканей, в отличие от нормальных, возбуждаемой излучением данного лазерного источника, заключаются в интенсивной флюоресценции в диапазоне 600 - 850 нм, с отчетливо проявляющимися вкладами различных флюорохромов и низкоинтснсимюй

- Y2. -

[|ш|<х1рсо1|сиц1Ш ПЛДИ па им, что п прншпшс шгихишст нлсншфинироппть

раковые опухоли.

Установлено, что значительные изменения интенсивности флюоресценции ткани на Х=480 им проявляющиеся на спектрах аутофпюорссненцин тканей послеоперационного материала и наличие вкладов дополнительных полос, характеризующих перепоглощение излучения гемоглобином и липидов, не позволяют проводить эффективный сравнительный анализ живых тканей и тканей взятых посе удаления органа.

Однако, учитывая недостатки используемого метода, заключающиеся в необходимости контактного режима измерений САФ характеристик, вследствие небольшой глубины проникновения излучения ^=337 ни в ткань и отсутствия надежной нормировочной компоненты, позволяющей проводить сравнительный анализ спектров рекомендовано применение источников работающих в красном диапазоне спектра, для возбуждения аутофпюоресцснции в целях диагностики опухолей.

В пятой главе реализован метод САФ диагностики, позволяющий по особенностям спектрального распределения аутофпюоресценции возбуждаемой в красном диапазоне спектра и величине интенсивности рассеянного лазерного излучения, решетрируемой на Х=бЗЗ им определять параметры, характеризующие тип и степень поражения онкологических новообразований во время эндоскопических процедур, хирургических операций и на послеоперационном материале.

В результате статистической обработки данных САФ анализа полученных при эндоскопических обследованиях пациентов с различными заболеваниями желудка установлены корреляции между величиной ДК, рассчитанной для тканей каждого пациента н типом ткани, определяемым другими методами. ДК показывает по сколько раз интенсивность аутофлюоресценции исследуемой ткани превосходит интенсивность флюоресценции нормы. В частности, величина ДК опухоли в 2 - 10 раз превышает ДК нормальных тканей.

Рис.1 Спехтры .аутофлюоресцемшш некротической ткани (1), раковой опухоли (2), нормальной слизистой (3), измеренные во время эндоскопического обследования желудка. Аутофлюоресцениию возбуждали излучением Х= 633 нм.

Разработана методика разделения сложных спектров на вклады различных флюорохромов. Это позволило разделить вклады флюорохромов присущих некротизировапным тканям и тканям в которых развивается злокачественный пропссс. Программа дает возможность моделировать эксперимиггальную кривую с учетом известных спектральных характеристик отдельных флюорохромов, идентифицированных но статистическим данным (Сопсе 10000 спектров,). Путем изменения таких параметров как длина волны, полуширина, интенсивность, отношение "Гаусса - Лоренца" в автоматическом режиме и с фиксацией отдельных параметров добивались оптимального совпадения моделируемой и экспериментальной спектральной кривой. Сходимость итерационной процедуры считалась удовлетворительной, когда отношение Г :

^ _ Щ (А/)«ьи - ГгеорУ' £ (8)

I сигнОА 1сиГноЛ

нс более чем в 2 раза превышало величину шум/сигнал. В проведенных исследованиях значение Г составляло 1-2%.

кривые, характеризующие вклады отдельных флюорохромов (2, 3, 4).

В качестве примера на рис.1 представлены спектры аутофлюоресненпии некротической ткани, опухоли и нормальной слизистой, измеренные во время эндоскопии. На рис.2 приведен спектр опухоли и модельные кривые характеризующие вклады отдельных флюорохромов. С применением данной процедуры анализа дополнительно к амплитудному методу , основанному на вычислении параметра ДК, вероятность обнаружения раковых процессов методом САФ анализа увеличена до 98% в случае исследований тканей желудка.

Впервые выявлен характер неоднородного распределения флюорохромов в тканях легких. В частности установлено, что максимальная интенсивность флюоресценции наблюдается на расстоянии 1 - 3 см от опухоли, что позволяет осуществляя

сканирование ткани во время бронхоскопии выявлять глубоко залегающие опухоли, обнаружение которых другими методами невозможно.

В шестой главе описывается метод спектрально - аутофлюорссцснтиого анализа биотканей основанный на определении соотношения интснсивностей спектральных линий в диапазонах 460 - 480 нм и 540 - 560 нм и величины полуширины спектра при возбуждении аутофлюоресценции азотным лазером (Х= 337 нм ). Метод позволяет осуществлять контроль за состоянием трансплантируемых тканей. Рассчитаны оптимальные разовые и общие энергетические дозы лазерного излучения Х=633 нм требуемые для активизации обменных процессов в аутотрансплантатах.

В экспериментальной части измеряли САФ характеристики аутотрансплантатов (АТ) животных до и после операции по пересадке тканей. В качестве внешнего воздействия применяли излучение Х=633 нм различной интенсивности. Воздействие лазерного излучения плотностей мощности 0.5 мВт/см2 , 3.5 мВт/см2 . 9 мВт/см2 производили для различных животных как в дооперационном периоде (7 дней до трансплантации) так и во время процесса приживления (14 дней после операции ). В качестве нормы использовали ткани группы животных, неподвергавшихся лазерному воздействию.

Предложена методика измерений и обработки спектров, позволяющая определять однозначное соответствие между интенсивностями аутофлюоресценции на Х=480нм для всех измеренных спектров нормальных и исследуемых тканей. Для минимизации ошибки измерения за счет различий в геометрии эксперимента и чувствительности установки проводили иормиропку спектров. По зависимостям нормированных иитснсипностсй и полуширин спектров тканей от времени с момента операции и сравнительном анализе этих данных с результатами оценки другими методами рассчитаны оптимальные разовые, и общие энергетические дозы, требуемые для стимуляции процессов приживления- в транешшгтируемых тканях. Так. разовую энергетическую дозу рассчитывали по формуле:

Н-Е-* (9)

- -

где Н - разовая энергетическая доза, Е - плотность мощности в Вт/см* ± - время воздействия в сек. Величина Н составила 1.8 - 2.4 Дж/см2.

На основании экспериментальных данных метод САФ анализа впервые применен для определения жизнеспособности трансплантируемых тканей при проведении хирургической операции - тимпанопластике. Изучены спектральные характеристики тканей наружного слухового . прохода и среднего уха у пациентов с различными заболеваниям ЛОР органов.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы и выводы:

1) Разработан метод диагностики онкологических новообразований, осуществляемый во время эндоскопического обследования или хирургической операции и основанный на измерении и анализе спектральных характеристик собственной флюоресценции разупорядоченных биологических структур, индуцируемой излучением гелий - неонового лазера (Х=бЗЗ нм ).

2) Усовершенствована волоконио - оптическая часть лазерного эндоскопа -спектроанализатора. Найдена оптимальная конструкция волоконио - оптического катетера ( количество, диаметры, пространственная упаковка подокон и конструкция торцевой части ), что позволило реализовать регистрацию слабых свечений с квантовым выходом 10'4 - 10"5 в режиме реального времени и 10б в режиме усреднений и накоплений сигнала!. Осуществлена калибровка катетера по расстояниям и углам между плоскостью торцевой части катетера и поверхностью обьекта. Показано, что ошибка измерений составляет не более 5% в диапазонах расстояний 3-10 мм и углах 7 - 14°.

3) В результате анализа статистического материала ( более 10000 спектров ) выявлены характерные особенности аугофлюоресценции биотканей в красном диапазоне диапазоне спектра, заключающиеся в том, что интенсивность линий спектра

- О ~

собственной флюоресценции однозначно связана с типом исследуемой ткани и наличия злокачественных процессов. В частности, интенсивность флюоресценции тканей желудка в опухоли в 2-10 раз превосходит интенсивность флюоресценции окружающих н нормальных тканей.

Выявлен характер неоднородного распределения флюорохромов в тканях легких. Обнаружено, что в случае диагностики легких, интенсивность флюоресценции на расстоянии 1-4 см от опухоли максимальна и в 2-5 раз превышает интенсивность флюоресценции опухоли и окружающих тканей, что позволяет регистрировать глубокозалегаю щие опухоли с более высокой вероятностью, чем при использовании других методов.

4) Разработана методика разделения вкладов различных флюорохромов в спектральное распределение флюоресценции, по относительным величинам однородной и неоднородной составляющих, положению пика, полной ширине полосы на половине высоты и площади выделенной полосы по отношению к обшей площади спектра в диапазоне 600 - 850 нм, что позволяет проводить диагностику тканей в случаях, когда амплитудный анализ спектров флюоресценции недостаточно эффективен.

5) На основании предложенного способа анализа спектров аутофлюоресценции возбуждаемой в ближнем УФ ( Х= 337 нм ) и регистрируемой R видимом диапазоне спектра, установлена оптимальная разовая энергетическая и общая суммарная доза, составляющие 1.8-2.4 Дж/см2 и 12.6-16.8 Дж/см3 соответственно, требуемая для осуществления стимулирующего воздействия низконнтенсивного лазерного излучения на трансплантируемые ткани.

В приложении приведен вывод уравнения диффузии из транспортного уравнений • переноса Больцмана, основные выкладки которых использованы в главе 2 данной работы

-и-

1. Dougherty T.J. "Photodynamie Therapy". Clinics in Chest Medicine, 1985. v.6, N2. pp. 219 - 236.

2. Aizawa K. "Endoscopic detection of hematoporphyrin derivative fluorescence in tumors". In: Lasers and Hematoporphyrin Derivative in Cancer, Tokyo, 1983, pp. 21 - 24.

3. Alfano R.R. ct al. "Method for detecting cancerous tissue using visible native luminescence." - US patent N 4. 930. 516 Jun. 5. 1990.

4. Карнаухов B.H. "Спектральный анализ в изучении внутриклеточной регуляции обмена веществ и энергии" - Цитология, 1976 г., т.ХХУОТ, N4, стр. 408 • 418.

5. Palcic В., Jagg В. "Bronchial imaging and autofluorescence". - OE Reports," 1991, v.13, pp. 1-3.

6. Potter W.R., Mang T.S. "Photofrin II levels by in vivo fluorescence photometry". Porph. loc. and treatm. of tumors". A.Liss, 1984, pp. 177 - 186

7. Profio A.E. "Light transport in tissue". - Appt-OpL, 1989, v.28, N12, pp.2216 - 2222.

8. Исимару А. "Распространение волн и рассеяние в случайно - неоднородных средах". -Москва: Мир. 1981. - т. 1,2.

9. S.L.Jacques, S.L., Alter С.А., Prahl S.A. "Angular dependence of HeNe laser light scattering by human dermis". Lasers in Life Science, 1987, v.l, pp. 309 - 333.

Опубликованные работы.

1. "Лазеры и медшшна" Международная конференция Ташкент 10-13 Октября 1989г. N2 стр.3, тезисы докладов "Спектральные исследования люминесценции оптических волокон" М.В.Барышев, Е.М.Бслкииа, В.БЛошенов, В.Г.Артюшснко, В.П.Папжшш и др.

2. SPIE, 1989 V.1353, pp.103-107 Pilot Study: Spcctxal - lumincsccnt analysis and photodynamic activity of phthalocyanincs in experiments in vivo" V.E.Normansky, N.N.Zharkova, M.V.Baryshev ct al.

3. SPIE. 1989 V.1353. pp.219-225 "Spectral - luminescence characteristics of human intracavital organs" V.B.Loschenov, M.V.Baryshev et al.

4. А.Н.Шалыгии, Е.В.Переведенцева, М.В.Барышев "Особенности магнитной восприимчивости н спектральных свойств липосом из липидов эритроцитарных мембран". Журнал Физической химии, 1990 N64 стр. 1623 - 1629.

5. "Проблемы создания научно-технических средств для диагностики и лечения сердечно - сосудистых заболеваний" Всесоюзная конференция Львов 20-23 Сентября 1990 Тезисы докладов, стр 43 И.Г.Аллилуев, М.В.Барышев, АЛ.Сыркин, В.БЛошенов и др. "Особенности спектрально - люминесцентных характеристик плазмы и сыворотки крови больных хронической ИБС и острым инфарктом миокарда".

6. XTV Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ( К и НО' 91 ) 24 - 27 сентября 1991г. Ленинград Тезисы докладов т.2 стр 76 "Многоканальный спектральный анализ в исследовании жизнеспособности трансплантируемых тканей при лазерном воздействии" М.В.Барышев. В.БЛощенов и др.

7. XTV Международная конференция по когерентной и нелинейной оптике ( К и НО' 91 ) 24 - 27 сентября 1991г. Ленинград Тезисы докладов т.2 стр 76 - 77 "Спектрально -люминесцентный анализ в идентификации злокачественных опухолей бронхов" М.ВЛ>арышев, В.БЛощенов, М.И.Кузин и др.

8. SPIE Ргос. V. 1420.271, 1991 рр.46 - 58 "Spectral - luminescence analysis as method of tissues state evaluation and laser influence on tissues before and after transplantation" V.B.Loschenov, M.V.Baryshev et al.

9. SPIE Ргос. V. 1641 ( 1992 ) pp. 177 - 193 "Spcctral - autofluoresccnt diagnostics of stomach and lung cancer" V.B.Loshchenov, M.V.Baryshev, M.I.Kuzin et al.

10. Лазерная биология и медицина. Новые применения материалы докладов 4 - ой республиканской школы - семинара Тарту - Лохусалу, 20-25 мая 1991, Материалы докладов стр.99 -106 "Спектрально-люминесцентная диагностика опухолей бронхов" М.В.Барышев, В.БЛошенов, М.И.Кузин и др.

11. "Новое в лазерной медицине" Международная конференция, ноябрь 1991 Брест Материалы докладов стр 56-57 "Спектрально-люминесцентная диагностика злокачественных опухолей желудка и бронхов" В.БЛощенпп, М.В.Парышсп и др.

12. SPIE, Vol. 1649 Optical fibers in medicine VII ( 1992 ) pp. 135-139 V.B.Loshchenov, M.V.Baryshcv ct al. "Multichannel fiber system for luminescence diagnostics of tumors".

13. "Значение спектрально - флюоресцентного анализа в диагностике хирургических заболеваний легких" М.И.Кузин, Л.В.Успенскнй. В.БЛошенов. Ю.А.Аблнпов. В.К.Рыбин, Л.ЕЛогинов, М.В.Барышев, В.Я.Заводнов Сов. медицина ( в печати ) .

14. "Optimization of optical fibre catheter for spcctral investigations in clinics" M.V.Baryshev, V.I.Konov, V.B.Loshchenov, SPIE iN 2084 in press .

15. "Intrasurgical diagnostics of metastasis in lymphatic nodes" V.B.Loshchenov, M.V.Baryshev et al SPIE N 2081 in press -

16. "Autofluorescent identification of head and neck canccr" V.B.Loshchenov, M.V.Baryshev, E.M.Belkina, T.A.Kramarenko el al. SPIE N 2081 in press.

17. Диагностика рака легких и желудка человека по собственной флюоресценции Патент РФ N 4955489/14 от 25.06.90 г. В.БЛошенов, М.В.Барышев, М.И.Кузин, Л.ЕЛогинов, В.Я.Заводнов.

- -U -