Малов А.Н., Воробьев В.А, Саютин О.Ю., Соболева Н.Н.,

Рогаткин Д.А., Выговский Ю.Н., Черный В.В.

Кафедра радиоэлектроники ИГУ,

Кафедра челюстно-лицевой ортопедии Иркутского ГИУВа,

Лаборатория лазерной медицины МОНИКИ, Москва,

Научно-техническая фирма “МеДиа”, Москва.

Кафедра ИИС Московского института электроники и математики.

В последнее время в различных областях медицины стали широко внедряться физико-математические подходы и методы, приводящие к повышению, как качества медицинского обслуживания населения, так и требований к собственно технической оснащенности больниц и клиник. Одним из таких подходов является использование лазеров и ряда других оптических методов. При этом огромное значение приобретает вопрос об оптических свойствах самих биологических объектов, подвергающихся воздействию.

В этом направлении необходимо развитие, как методов и аппаратуры для оптической диагностики, так и тщательное изучение фундаментальных оптических свойств собственно биологических тканей, с целью установления их взаимосвязи с состоянием организма, наличием заболеваний, нарушением обмена веществ, кровообращения и т.п., в том числе и с целью прогнозирования и контроля результатов лазерного или любого другого лечебно-профилактического воздействия. Оптический метод диагностики обладает рядом преимуществ – отсутствие противопоказаний, атравматичность, асептичность, реальный масштаб времени, объективный количественный результат, относительная дешевизна метода.

Основная существующая гипотеза такова: отраженный и рассеяный биологическим объектом свет, оптические параметры тканей биообъекта, несут огромное количество информации об объекте, которая успешно может быть использована в целях диагностики и лечения различных заболеваний, при условии научно обоснованного и комплексного физико-математического и медико-биологического подхода к проблеме.

На основе строгого физико-математического подхода будут разработаны более точные методы и аппаратура для измерения спектральных коэффициентов отражения поверхностью лазерного излучения. По данным об отражательных свойствах будут выработаны предложения по более корректному определению поглощенной и рассеянной дозы для лазерной терапии, будут определяться закономерности изменения отражательных свойств в зависимости от наличия и тяжести различных заболеваний, что послужит основой для решения задач оптической диагностики в медицине.

Математические методы теории рассеяния света, а именно методы теории рассеяния в случайно-неоднородных средах будут модифицироваться и адаптироваться для расчета и регистрации поля рассеянного лазерного излучения внутри биологических тканей. Для получения информации об объемной плотности энергии лазерного излучения будут использованы разработанные теоретические модели и экспериментальные данные по сечениям рассеяния различных тканей в норме и патологии. Это даст возможность корректировать методики лазерной терапии в смысле более точной дозировки лечебного лазерного излучения для более полного удовлетворения принципу “доза – эффект”. Более того, поскольку рассеянный тканью свет несет информацию об оптических свойствах глубинных тканей и органов, например крови, то спектральный анализ рассеянного излучения дает количественную информацию о состоянии этих глубинных органов, например о кровонаполнении и степени оксигенации тканей. Эта информация будет использована в качестве диагностической для контроля функционального состояния организма, а также может быть использована в интересах фотоплетизмографии или цветокалориметрии в косметологии.

Техника лазерной спектроскопии будет использована для получения количественной информации о нелинейных оптических свойствах биологических тканей, таких как флюоресценция и частотная дисперсия. Измерение флюоресцентных откликов биологических тканей на разноволновое лазерное воздействие позволит судить о пролиферативной клеточной активности при диагностике морфологии и степени тяжести опухолевых процессов в стоматологии, для контроля послеоперационного заживления тканей в хирургии и др. Особое внимание будет уделено развитию методик флюоресцентной спектрометрии злокачественных новообразований. Методы биоспектроскопического анализа также станут составной частью общего оптического метода диагностики, позволяющего на биофизическом уровне отслеживать биохимический состав тканей и органов, влияние на него различных патологических процессов, проводимого курса лечения и т.п.

Начиная с определенного уровня решения проблем биофотометрические и биоспектроскопические исследования будут проводиться не только для отдельных участков тканей, но также для целого участка поверхности биологического объекта посредством использования специально создаваемой для этих целей методики обработки изображения. В дальнейшем такая методика даст возможность создавать компьютерные базы данных и экспертные системы по проблеме компьютерной биоспектрофотометрической диагностики изображений очагов воспаления.

С помощью разработанных методов и аппаратуры биофотометрической и биоспектрометрической диагностики будут проведены широкие клинические исследования оптических характеристик биологических объектов. Будут измеряться различные оптические свойства очагов заболевания у пациентов для различных диагнозов, возрастных групп, различных стадий лечения и т.п. для выявления закономерностей зависимости оптических свойств от этих факторов. Будут проводиться полномасштабное оптическое электромагнитное картирование биологических объектов, подобно УЗИ обследованию, с целью составления по результатам исследований атласов и баз данных оптических характеристик тканей в норме и патологии.