Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРООПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ТЕРАПИИ И ДИАГНОСТИКИ В МЕДИЦИНЕ

В последние (25¸30) лет в медицине все большее распространение получают физические методы терапии и диагностики, в том числе лазерооптические методы.

Лазерооптические методы и аппаратура для их реализации развиваются с конца 70-х годов прошлого века и широко используются для терапии и диагностики различных патологий. Для терапии широко используются методы фотодинамической терапии (ФДТ), лазериндуцированной термотерапии (ЛИТТ) и низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ).

При проведении лазерооптической диагностики наибольшее распространение получили методы биофотометрии, флюоресценции, флуометрии, пульсоксиметрии, фотоплетизмографии, термотерапии, корреляционной спектроскопии и др.

Развитие существующих лазерооптических методов, прежде всего, связано с более глубоким и детальным изучением механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканью и исследованием режимов воздействия и/или зондирования биоткани при проведении терапевтических и/или диагностических процедур.

Выполненный за последние 10 лет цикл работ (~100) по анализу процессов взаимодействия лазерного излучения с биотканью при терапии и диагностики различных патологий, проведенные теоретические и экспериментальные исследования по режимам воздействия и/или зондирования биоткани при терапии и диагностике, а также проектные работы по разработке лазерной аппаратуры, позволили сформировать новое направление развития лазерных технологий в медицине.

Предложенные и разработанные новые лазерные технологии включают многофункциональные адаптивные лазерные информационные системы терапии и диагностики (ЛИС ТД), сочетанные лазерооптические методы терапии и диагностики и многоволновое лазерное излучение воздействия и/или зондирования биоткани, обеспечивающее повышение эффективности терапевтических и достоверности диагностических процедур при лечении различных патологий, включая онкологические, улучшающие потребительские характеристики, расширяющие функциональность, области применения и увеличивающие жизненный цикл лазерной медицинской аппаратуры.

В докладе рассмотрены основные составляющие предложенных и разработанных лазерных технологий, в том числе общий подход и базовые положения проводимых исследований, сочетанные методы терапии и диагностики и особенности построения многофункциональных адаптивных ЛИС ТД. Показано, что одновременное использование многоволнового лазерного излучения для воздействия и/или зондирования биоткани сочетанных методов терапии и диагностики, различных методов определения функционального состояния биотканей, реализация оперативной диагностики при проведении терапевтических процедур, систем автоматического регулирования мощности лазерного излучения в зависимости от состояния биоткани пациента, а также программноалгоритмических методов управления сеансами терапевтических и диагностических процедур существенно повышает эффективность лечения различных патологий.

Общий подход проводимых исследований при разработке новых лазерных технологий основывается на принципе, что, apriori, деструкция патологических участков биоткани, например, злокачественных опухолей, будет более эффективной, если на опухоль действует несколько физических факторов, а диагностика функционального состояния биоткани будет более достоверна, если диагностическая информация будет формироваться несколькими физическими методами и рядом базовых положениях, заключающихся в том, что достижение положительного результата при лечении различных патологий, в том числе злокачественных опухолей, определяется:

  • сроками обнаружения и достоверностью определения границ патологии;
  • эффективностью метода терапии конкретной обнаруженной патологии;
  • наличием системы оперативного контроля в реальном масштабе времени качества проведения терапевтической процедуры;
  • наличием диагностической системы для проведения мониторинга динамики лечебного процесса;
  • эффективность терапевтических методов (или средств), способствующих процессу выздоровления пролеченных участков биоткани в интраоперационный период;
  • наличием лазерной аппаратуры, реализующий все используемые методы терапии и диагностики.

В докладе рассмотрены впервые разработанные и сформулированные физические модели сочетанных методов терапии и диагностики различных патологий. Физическая модель сочетанного метода терапии различных патологий базируется на принципе синергизма (гр. Synerqeia), т.е. однонаправленного взаимноусиливающего действия нескольких лазерооптических методов в процессе проведения лазерооптических процедур, и основана на использовании физических, фотохимических и медико-биологических механизмов фотодинамической терапии (ФДТ), лазериндуцированной термотерапии (ЛИТТ) и низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) при воздействии многоволного лазерного излучения на патологический участок биоткани, например, злокачественную опухоль.

Как показали проведенные экспериментальные исследования, в этом случае суммарная эффективность терапевтической процедуры, разработанного сочетанного метода терапии, больше суммы эффективностей каждого из применяемых методов в отдельности.

Физическая модель сочетанного метода диагностики базируется на принципе суперпозиции и предполагает, что, apriori, результирующий вектор интегрального показателя основного диагностического результата представляет сумму векторов, вызываемых каждым зондированием биоткани различными лазерооптическими методами в отдельности и основана на использовании многоволнового лазерного излучения при зондировании биоткани и приеме первичной диагностической информации в реальном масштабе времени, содержащейся во вторичном лазерном излучении информационными каналами, каждый из которых функционирует на основе различных моделей взаимодействия лазерного излучения с биоткаью, например, флюоресценции, биофотометрии,, доплеровской флуометрии, фотоплетизмографии, пульсоксиметрии, неинвазивной и/или инвазивной термотерапии и т.д.

При этом, как подтверждено полученными экспериментальными результатами, интегральная достоверность показателя основного диагностического результата разработанного сочетанного метода диагностики при проведении диагностической процедуры выше по сравнению с результатами диагностики, получаемые при использовании какого-либо одного из указанных методов.

В докладе сформулировано направление работ и определены специфические медикотехнические требования (МТТ) к многофункциональным адаптивным ЛИС ТД для реализации предложены и разработанных сочетанных методов терапии и диагностики. Показано, что реализация многофункциональных адаптивных ЛИС ТД, решающих одновременно задачи терапии и диагностики с приемлемыми габаритно-массовыми, энергетическими и потребительскими характеристиками и повышенным временем жизненного цикла (ЖЦ), удовлетворяющих МТТ организаций здравоохранения в различных областях медицины, возможно только при внедрении программноалгоритмических методов управления с использованием вычислительных средств на основе современных микропроцессоров и персональных компьютеров и на базе достижений полупроводниковых лазеров, оптических компонентов, волоконно-оптической техники и программируемых логических электронных компонентов различного назначения.

Проведен системный анализ спектра задач, решаемых техническими (ТС) и программноалгоритмическими средствами (ПАС) адаптивными ЛИС ТД. Показано, что на технические средства (ТС) целесообразно возложить задачи генерации и транспортирования лазерного излучения для воздействия и/или зондирования биоткани, транспортирование и прием вторичного лазерного излучения, как источника первичной информации, и других информационных потоков, определяющих функциональное состояние биоткани. В свою очередь на ПАС возлагаются решения функциональных задач по управлению ТС, обеспечению сочетанности различных методов, функциональности, оперативности и адаптивности при создании новых и/или модернизации существующих методик терапии и диагностики, визуализации, автоматизации и безопасности проведения процессов терапевтических и диагностических процедур, универсальности применения в различных областях, архивации и документирования результатов лечения, прогнозирования результатов и выработке рекомендаций по выработке стратегии лечебного процесса, обеспечение лучших потребительских характеристик и обеспечение возможности включения, как базового компонента, в состав медицинских информационных систем лазерный терапии и диагностики (МИС ЛТД).

При этом технические средства вычислительной среды (ВС) для реализации ПАС представляют многоуровневую иерархическую структуру, включающую центральный процессор (ЦП), который связан с микропроцессорами (МП) каждого функционального законченного компонента ЦП через МП, осуществляет управление функционированием входящими компонентами и решает весь комплекс задач по обеспечению генерации лазерного излучения и обработки диагностической информации.

При проектировании многофункциональных адаптивных ЛИС ТД разработаны новые технические решения как по ТС, так и по ПАС.

По техническим средствам:

  • система автоматического регулирования (САР) мощности лазерного излучения в зависимости от температуры биоткани;
  • система оперативного контроля функционального состояния биоткани;
  • температурный сенсор на основе пироэлектрического эффекта для неинвазивного измерения радиационной температуры биоткани;
  • многоволновый генератор зондирующего лазерного излучения оптического диапазона l= (0,4¸1,1) мкм регулируемый мощности в пределах (1¸20) мВт с дискретностью 1% и стабильностью поддержания мощности в течение времени проведения диагностической процедуры на уровне 1%;
  • разработана аппаратная реализация всех информационных каналов;
  • разработана система транспортирования зондирующего лазерного излучения от генератора до биоткани и вторичного лазерного излучения от биоткани к приемным информационным каналам.

По программно-алгоритмическим средствам:

  • разработаны научно-технические основы функционирования многофункциональных адаптивных ЛИС ТД, включая:
  • алгоритмы и программное обеспечение функционирования при сочетанном методе проведения терапии, в том числе обеспечение различных режимов формирования лазерного излучения, формирование циклограмм терапевтических процедур и др.;
  • алгоритмы и программное обеспечение функционирования при сочетанном методе проведения диагностики, в том числе управление всеми информационными каналами и генератором зондирующего лазерного излучения, прием первичной диагностической информации;
  • преобразование первичной диагностической информации в параметры физического и медико-биологического уровня;
  • формирование интегрального показателя основного диагностического результата, формирование визуализации и представление процесса проведения терапевтической процедуры и выходной диагностической информации врачупользователю в наиболее воспринимаемом виде, например, графики, цветное изображение и т.д.

Новизна разработанных лазерных технологий заключается в следующем:

  • реализация сочетанных методов, включающиеся одновременное использование различных лазерооптических методов терапии и диагностики;
  • обеспечение повышения эффективности терапевтических и достоверности диагностических процедур;
  • универсальность применения при терапии и диагностики различных патологий;
  • обеспечение оперативной адаптации при создании новых методик терапии или диагностики или при модернизации существующих;
  • создание единого многофункционального лечебно-диагностического комплекса;
  • высокие потребительские характеристики лазерной аппаратуры и повышенный жизненный цикл в процессе эксплуатации;
  • расширение конкурентной ниши практического применения лазерооптических методов в медицине.

Приведенные экспериментальные материалы подтверждают высокую эффективность терапии и достоверность диагностики при лечении различных патологий.

В докладе показано, что потенциальные возможности лазерооптических методов в медицине значительно шире по сравнению с накопленным опытом их применения в клинической практике. Полученный опыт применения разработанных технологий показывает, что на современном этапе предложенное и сформированное направление работ по дальнейшему развитию сочетанных методов и многофункциональным адаптивным ЛИС ТД для их реализации может быть основным направлением дальнейшего совершенствования лазерооптических методов, т.е. новых наукоемких технологий XXI века.


Библиографическая ссылка

Свирин В.Н. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛАЗЕРООПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ТЕРАПИИ И ДИАГНОСТИКИ В МЕДИЦИНЕ // Фундаментальные исследования. – 2009. – № 5. – С. 68-70;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=1770 (дата обращения: 25.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252