Diagnosticul bazat pe ratele de înregistrare de mișcare direcțională - diagnosticare cu laser în biologie și medicină

3.4. Diagnosticare de obiecte biologice pe baza de înregistrare a vitezei de mișcare direcțională
Electroforeza. Unul dintre cele mai clare exemple de spectroscopie împrăștiere cvasi elastice în biologie și medicină este electroforetică împrăștierea luminii (EFS) utilizat pentru a măsura mobilitatea particulelor de difuzie a luminii încărcate într-un câmp electric. In singura grinda sau LDA cu două grinzi prevăzute cu un sistem de procesare a semnalelor de frecvență joasă este introdus în celula electroforetică cu o soluție omogenă sau suspensie a particulelor în studiu. Cel mai simplu tip de celulă este o celulă spectrofotometrică în care un electrod spațiate strâns (de obicei, platină sau paladiu). La aplicarea diferenței de potențial în soluție o mișcare direcționată a particulelor la o rată
unde n - mobilitatea electroforetică (EPM), e și d) - constanta dielectrică și vâscozitatea mediului, - potențialul de suprafață al particulelor. Deplasarea corespunzătoare Doppler de frecvență în conformitate cu (3.1) și (3.3)
(3.5)
Prin urmare, cunoscând intensitatea câmpului în celulă și măsurarea frecvenței Doppler poate trecerea determina în mod direct și de la EPT - potențialul de suprafață a particulelor. informații vizuale despre EFS sunt spectre Doppler. Fig. 3-7 ilustrează spectrul Doppler obținut prin utilizarea LDA-beam singur (imprastiere unghi 0 = -11,7 °) dintr-o populație de celule sanguine - favorabile IMM-urilor
Fig. 3.7. Spectrul de EFS obținut din suspensie de limfocite (1) și eritrocite (2)
limfocite B și eritrocite într-o soluție tampon [33]. Amplitudinea vârfurilor este proporțională cu concentrația celulelor Doppler care, așa cum se vede, difera bine în acest experiment. În cazul în care, în conformitate cu expresia (3.5) numărate mobilitate frecvență Doppler, este posibil să se construiască spectrele EPT în unități corespunzătoare. EXEMPLU Spectrele EPT eritrocite umane și trombocitelor este prezentată în Fig. 3.8 [34].

Fig. 3.8. Spectra plachetar EPT (1) și eritrocite (2) umană
EFS pe scara larga in biologie si medicina, ca o metodă analitică foarte sensibilă și eficientă este determinată de o varietate mare de particule care pot fi investigate din submicron la macromolecule mari celule eucariote, precum și o gamă largă de sarcini. Această analiză a particulelor din amestec (formate elemente și proteinele plasmatice, virusuri și populațiile de bacterii, și așa mai departe. D.) și analiza reacțiilor imunologice, efectuat în diagnosticarea bolilor asociate cu o modificare a statutului imun al organismului (aparitia cancerului, imunodeficientei etc. . d.). EFS este utilizat pentru a studia procesele de agregare și de polimerizare a moleculelor de proteină (de exemplu, tranziții tetramer - dimer de hemoglobină) observată la pH ridicat, auto-asamblarea filamente de actină (F-actina) monomeri globular (G-actină).
Fig. 3.9 prezintă trei spectre actina EFS în soluție cu diferite concentrații de ioni de Mg2 +. [35]. Spectrul prezentat în Fig. 3.9a, obținute la un unghi de împrăștiere 9 ° într-o soluție de 8,3 mmol de G-actină, la o temperatură de 20 ° C și câmpul electric de 104 V / cm. Caracteristic, spectrul conține un singur vârf îngust, a cărei lățime este determinată prin difuzia monomeri G-actină (hardware lărgind, în acest caz, în mod semnificativ mai puțin). Deplasarea Doppler de 139 Hz corespunde EPT n = 2,4 cm2 / (V-c) într-un tampon de stabilizare etalon.

Fig. 3.9. EFS trei spectre obținute prin soluție de proteină actină cu diferite concentrații de ioni de magneziu
Spectru Următorul (Fig. 3.96) se obține în 30 de minute după adăugarea soluției MgCl2 cu creșteri corespunzătoare ale concentrației de Mg2 + la 0,5 mM. Vedem că acest lucru duce la formarea de particule cu mai puțin EPT EPT și pentru a extinde intervalul de valori. De-a lungul timpului, spectrul ia forma a două vârfuri înguste care corespund schimburi de frecvență mai mici. Spectrul prezentat în Fig. 3.9c, obținută prin 12 ore după prima. Vârful drept este lăsat să se filamente de F-actina se deplasează încet. Vârful din stânga poate fi atribuită filamentele de actină sunt atașate de pereții cuvei.

 
EFS cu laser utilizate în prezent în mai multe laboratoare de profil medical și biologic.
dificultăți specifice de aplicare a acestei metode asociate cu soluția de încălzire, cu necesitatea de a ține seama de fenomene electroosmotic, și un număr de alte persoane, a fost deja depășită parțial. De cercetare pentru a îmbunătăți metoda și de a extinde domeniul său de aplicare „merge mai departe.
Hemodinamica. O altă direcție de muncă legate de înregistrarea particulelor de mișcare în diagnosticarea medicală dirijate, este o măsură a caracteristicilor vitezei de sânge curge :. Rata medie de curgere, distribuția vitezei pe secțiunea transversală a navei, intensitatea pulsațiilor turbulente, etc. Aceste activități sunt importante pentru dezvoltarea cercetării în fiziologie și reologia sânge și sânge navele în legătură cu problemele de a crea înlocuitori artificiali și diagnosticarea sarcini bolilor. LDA este utilizat din ce în ce [36] în aceste studii.
Prima măsurătoare in vivo a vitezei fluxului sanguin prin intermediul LDA au fost realizate la începutul anilor '70 in ochi arterelor iepure retinal [37]. Montajul experimental ne-a permis să se estimeze viteza fluxului sanguin, care a fost de ordinul a 1,1-1,8 cm / s, ceea ce este în bună concordanță cu rezultatele obținute prin metode tradiționale. Cu toate acestea, nevoia de a nivelului de putere relativ mare a laserului (aproximativ 10 mW), la o lungime de măsurare de aproximativ 2 minute și, de asemenea, de anestezie și midriaza au fost nu au voie să folosească în mod direct această metodă în practica clinică, și a cerut o îmbunătățire semnificativă [38-40].
Pentru valori ale vitezelor de curgere și simplifică sistemele de aliniere au utilizat circuit cu fasciculul de referință. Structural, toate elementele circuitului optic într-un aparat de fotografiat fundus modernizat care permite măsurători independente de viteza de sânge folosind angiofluorografia convenționale în studiile experimentale. Un astfel de sistem este inerent neajunsul comun: deplasarea vasului de sânge din punctul de focalizare în timpul măsurătorilor. Prin urmare, de obicei, încercați și de a reduce timpul de măsurare la aproximativ 0.5 secunde și mai mică [40] sau utilizarea unor sisteme de compensare speciale care permit monitorizarea în mod automat poziția razelor pe un vas de sange, cu ajustarea ulterioară a acestora [41].
In oftalmologie LDA poate fi folosit cu succes pentru a studia blocarea relativa a venelor si arteriale insuficienta in boli ale retinei, efectul fotocoagulare circulației vasculare și pentru alte scopuri de diagnosticare.
Trebuie remarcat faptul că precizia de măsurare a vitezei fluxului sanguin este relativ ridicat decât în ​​cazul foarte subțire

Fig. 3.10. Spectrele Doppler obținute din fluxul diluat (/) și produsul solid (2) Sânge într-un capilar de sticlă
diametrul capilar mai mic de 100 de microni, cu pereți transparenți, când starea unică de imprastiere. In mai mari capilare incep sa afecteze multiple efecte de împrăștiere [42].
Fig. 3.10 arată aspectul caracteristic al spectrelor Doppler, înregistrată cu LDA diferențial în modelul experiment pe un diametru capilar de sticlă de 210 microni, prin care una și aceeași viteză ca și estimată din soluția diluată de curgere volumetric de curgere (/) și integral (2) sânge. Diluția a fost astfel încât a fost furnizat de modul single-scattering. Se atrage atenția asupra formei asimetrice a spectrului în al doilea caz. Cu toate acestea, în ciuda împrăștierii multiple, spectrul Doppler al sângelui integral conține un maximum bine definită, conform căreia, în general vorbind, se poate observa debitul. Acest lucru se datorează faptului că celulele roșii din sânge, care fac contribuția principală la dispersia dimensiunii sale cu mai mult de un ordin de mărime mai mare decât lungimea de undă a radiației laser și risipirea brusc tras înainte. Cu toate acestea, împrăștierea multiplă duce la o schimbare a spectrului. Dacă nu iau în considerare acest lucru atunci când măsurarea offset, puteți obține rezultate distorsionate. [36]
concentrația de volum mare de eritrocite din sânge integral și prezența unor pereți opaci au vase singure mari, se masuratori optice perturbatori imposibile rate vivo fac. De aceea, în astfel de cazuri, radiația este introdusă în vas printr-un cateter de fibră optică, cu un diametru de 100-500 mm [43, 44]. Aceste catetere sunt folosite pentru îndepărtarea radiațiilor împrăștiate din fluxul. Contribuția principală la semnalul detectat se face eritrocite care se deplasează în apropierea capătului de fibre care asigură o rezoluție spațială de măsurare de aproximativ 100 de microni. Dezavantajul evident al acestei metode de măsurare este fluxul perturbație, astfel încât să nu o adevărată viteză reală măsurată, și debitul. abaterea de la valoarea reală, în funcție de dimensiunile relative și fibre de recipient, iar forma fibrei optice. Cu toate acestea, astfel de sisteme au fost utilizate cu succes pentru a măsura nu numai staționar, dar, de asemenea, fluxuri pulsatorii [45].
Diagnosticul unui număr de cardiovasculare, endocrine, piele și alte boli pot fi realizate prin măsurarea dereglarea microcirculației - fluxul sanguin în microvasculatura stratului de suprafață a corpurilor. Astfel de măsurători pot fi efectuate fără contact, înregistrarea luminii împrăștiate de eritrocite care se deplasează în direcții diferite, într-o grosime a stratului de țesut mm 0.5-2 [46, 47]. În zona cercetat de capilarele raza laser sunt orientate în direcții diferite și având proeminență diferită de aceea pe vectorul imprastiere. Prin urmare, semnalul care rezultă din amestecarea optică a luminii împrăștiate prin deplasarea celulelor roșii din sânge și țesut relativ fix are o gamă caracteristică de joasă frecvență centrată în jurul frecvenței de zero, fără maxima pronunțată. Semilățimea spectrului, așa cum se arată în experimentele de model [46], este proporțională cu intensitatea microcirculația în zona de studiu.
Pana in prezent, a dezvoltat mai multe modificări ale fotonilor cu fibre de corelare calibre microcirculației optice a căror utilizare în condiții clinice a demonstrat eficiența ridicată [47, 48]. De asemenea, dezvoltate acționează pe aceleași dispozitive compacte principiu, folosind ca emițător diode laser compacte, integrate într-o singură unitate cu detectori [49].