Diagnoza temelji na stopnjah registrske smeri gibanja - lasersko diagnostiko v biologiji in medicini

3.4. Diagnostika bioloških objektov na podlagi registracije hitrosti smeri gibanja
Elektroforeza. Eden od najbolj očitnih primerov kvazi-elastično sipanje spektroskopijo v biologiji in medicini je elektropotopni sipanja svetlobe (EFS) uporablja za merjenje mobilnosti nabitih svetlobno sipanje delcev v električnem polju. V enotnem pramena ali LDA dva pramena opremljen s sistemom za obdelavo signala nizke frekvence vstavljen v elektropotopni celico s homogene raztopine ali suspenzije delcev v raziskavi. Najpreprostejša vrsta celic je spektrofotometrično celica, v katero je tesno odmaknjena elektroda (običajno platina ali paladij). Ob uporabi potencialne razlike v raztopini ostane usmerjena gibanja delcev s hitrostjo
kjer je n - elektropotopni mobilnost (EPM) e in d) - dielektričnost in viskoznost medija, - površina potencial delcev. Ustrezna frekvenca Dopplerjev premik v skladu z (3.1) in (3.3)
(3.5)
Zato vedel intenzivnost polja v celici in merjenje Dopplerjev frekvence premik je lahko direktno ugotovi EPT in iz - površinsko potenciala delcev. Vizualne informacije o EFS so Doppler spektri. Sl. 3-7 ponazarja Dopplerjev spekter, dobljen z uporabo LDA enim gredjo (razprševalne kota 0 = 11,7 °) iz populacije krvničk - dejavnosti MSP
Sl. 3.7. EFS spekter pridobljen iz limfocitov suspenzijo (1) in eritrocite (2)
limfocitov B in eritrocitov v puferski raztopini [33]. Amplituda vrhov je sorazmerna s koncentracijo Doppler celic, ki, kot vidimo, se razlikujejo dobri v tem poskusu. Če je v skladu z izrazom (3.5) prešteti frekvenčni mobilnosti Doppler, je možno zgraditi EPT spektre v ustreznih enotah. PRIMER spektre EPT človeških eritrocitov in trombocitov je prikazan na sl. 3.8 [34].

Sl. 3.8. Spektri trombocitov EPT (1) in eritrocitov (2) Humani
Razširjena EFS v biologiji in medicini kot zelo občutljivo in učinkovito analitsko metodo opredeljujejo veliko različnih delcev, ki jih je mogoče preiskati iz submikronskih do velikih makromolekul evkariontskih celicah, kot tudi različnih nalog. Ta analiza delcev zmesi (oblikovani elementi in plazemske proteine, virusi in bakterije populacije, in tako naprej. D.) in analiza imunološke reakcije, izvedene pri diagnosticiranju bolezni, povezanih s spremembo imunskega stanja organizma (pojava raka, imunske pomanjkljivosti, itd . d.). EFS uporabimo za preučevanje združevanja in polimerizacijske procese proteinskih molekul (npr prehodi tetramer - dimer hemoglobina) opazili pri visokem pH, samo-sestavljanje aktina vlaken (F-aktin) iz kroglastih monomerov (G-aktin).
Sl. 3.9 prikazuje tri spektre EFS aktina v raztopini z različnimi koncentracijami ionov Mg2 +. [35]. Spekter je prikazano na sl. 3.9a, pridobljen pri sipanja kotom 9 ° v raztopini 8,3 mmol G-aktina pri temperaturi 20 ° C in električno polje 104 V / cm. Značilno je spekter vsebuje en ozek vrh, katere širina je določena z difuzijo monomerov G-aktina (strojna razširitev v tem primeru znatno manj). Premik Doppler 139 Hz ustreza EPT n = 2,4 cm2 / (V-c) v standardnem stabilizacijski izravnalnik.

Sl. 3.9. EFS tri spektre dobimo z aktina raztopine proteinov z različnimi koncentracijami magnezijevih ionov
Naslednja spekter (sl. 3.96) dobimo v 30 minutah po dodatku MgCl2 raztopine z ustrezno povečanje koncentracije Mg2 + 0,5 mM. Vidimo, da to vodi do nastanka delcev z manj EPT EPT in razširiti obseg vrednosti. Sčasoma spekter ima obliko dveh ozkih vrhov, ki ustreza manjše frekvenčnih premika. Spekter je prikazano na sl. 3.9c, pridobljeni z 12 ur po prvem. Pravica vrh pustimo, da se počasi premika filamenti iz F-aktina. Leva vrha mogoče pripisati aktinskih filamentov so pritrjeni na stene kivete.

 
EFS z laserjem, ki se trenutno uporablja v mnogih laboratorijih medicinske in biološke profilu.
Posebne težave pri uporabi te metode, povezane z raztopino s segrevanjem, s potrebo, da se upošteva elektroosmotski pojavov in številnih drugih, je že delno premagali. Raziskave za izboljšanje metode in razširiti njeno področje "dogaja.
Hemodinamika. Druga smer dela v zvezi z registracijo delcev usmerjenih gibanja v medicinski diagnostiki, je merjenje lastnosti hitrosti krvi teče :. povprečni pretok, porazdelitev hitrosti nad prerezom plovila, intenzivnost turbulentnih utripanja, itd Te dejavnosti so pomembne za razvoj raziskav na področju fiziologije in krvi reologije in krvi plovila v zvezi s problematiko ustvarjanja umetnih nadomestkov in naloge diagnozo bolezni. LDA se bolj uporablja [36] V teh študijah.
Prvi vivo merjenje hitrosti toka krvi z LDA smo izvedli v zgodnjih 70. mrežnice arterije kunčjega očesa [37]. Eksperimentalna postavitev nam je omogočilo, da se oceni hitrost pretoka krvi, ki je bila v redu 1.1-1.8 cm / s, kar je dobro ujemajo z rezultati, pridobljenimi s tradicionalnimi metodami. Vendar pa je potreben relativno velik močjo laserja (približno 10 mW) na dolžini merjenja približno 2 minuti ter anestetiki in midriaze bili ne smejo neposredno uporabo te metode v klinični praksi, in je zahtevala veliko nadgradnjo [38-40].
Za vrednosti hitrosti toka in poenostavitev sistemov za poravnavo so uporabili vezje z referenčnim žarkom. Strukturno vsi elementi optičnega vezja v modernizacijo fundus kamero, ki omogoča samostojne meritve hitrosti krvi z uporabo konvencionalne fluoresceinsko angiografijo na poskusnih študijah. Tak sistem je lastno skupnemu pomanjkljivost: premik žilo od točke poudarkom med meritvami. Zato je običajno poskušali zmanjšati merjenja časa za približno 0,5 sekunde in manj kot [40] ali z uporabo posebnih odškodninskih shem, ki omogočajo samodejno spremljanje položaja žarkov na žilo z njihovo poznejšo prilagoditev [41].
V oftalmologiji se LDA lahko uspešno uporabimo za študij relativno zamašitev žil in arterijske insuficience pri boleznih mrežnice, učinek fotokoagulacijo žil obtoku in druge diagnostične namene.
Treba je opozoriti, da je točnost merjenja hitrosti pretoka krvi relativno visoka le v primeru zelo tanka

Sl. 3.10. Dopplerjev spektre dobimo iz toka razredčene (/) in trdno snov (2) krvi v stekleno kapilaro
kapilarni premer manj kot 100 mikronov, pri čemer prosojne stene, ko se stanje enotnega sipanja. V večji kapilare začeli vplivati ​​na več sipanje učinke [42].
Sl. 3.10 prikazuje značilno videz Dopplerjevega spektri registriran pri diferenčni LDA v vzorcu poskusa premerom stekleno kapilarno 210 mikronov, s katero ena in ista hitrost kot ocenimo iz tekočega razredčenimi prostorninskega pretoka (/) in integralni (2) krvi. Redčenje je bila taka, da je bilo določeno z načinom enim sipanje. Opozoriti je treba na asimetrično obliko spektra v drugem primeru. Vendar pa kljub večkratni sipanja je Dopplerjev spekter polni krvi vsebuje natančno določen maksimum, po katerem je na splošno, je mogoče videti na stopnjo pretoka. To je zato, ker so rdeče krvne celice, zaradi katerih je glavni prispevek k sipanje svoje velikosti več kot red velikosti večja od valovne dolžine laserskega sevanja in sipanja močno potegnil naprej. Vendar pa je večkratno sipanje vodi v premik spektra. Če ne to upoštevati pri merjenju odmik, lahko dobite popačene rezultate. [36]
Velika koncentracija volumen eritrocitov v celotni krvi in ​​prisotnost neprosojnih stenah imajo velike posamezne plovila bi bilo nemogoče moti optične meritve v stopnji vivo. Zato je v takih primerih je sevanje uvedemo v posodo preko optičnih vlaken katetra s premerom 100-500 mm [43, 44]. Te katetri se uporabljajo za odstranjevanje razpršene sevanja iz potoka. Glavni prispevek k zaznanega signala je narejen eritrocitov gibljejo blizu konca vlaken, ki omogoča ločljivost prostorsko merilno okoli 100 mikronov. Očitna pomanjkljivost te metode merjenja je pretok motnje, tako da ni res, dejanska izmerjena hitrost in pretok. Njegova odstopanje od prave vrednosti v odvisnosti od relativne velikosti in vlaken posode in oblika konca vlaken. Vendar pa takšni sistemi so bili uspešno uporablja za merjenje ne le v mirovanju, ampak tudi pulzirajoče tokove [45].
Diagnozo številnih kardiovaskularnih, endokrine, kože in drugih bolezni lahko izvedemo z merjenjem motnje mikrocirkulacijo - pretoka krvi v mikrovaskulaturi površinskem sloju organov. Take meritve se lahko opravi brezstično, registracije svetlobe, ki eritrocitov, ki se gibljejo v različnih smereh v debelini plasti 0,5-2 mm tkiva [46, 47] razpršene. Na območju, ki ga kapilar Laserski žarek skeniran so usmerjeni v različnih smereh in imajo zato drugačno projekcijo na sipanja vektorja. Zato je signal, ki izhaja iz optičnega mešanja svetlobe s premikanjem rdeče krvne celice in relativno fiksni tkivo ima značilno nizko frekvenčno območje osredotočen ničelne frekvence razpršenega, brez izražena maksimuma. Razpolovni širina spektra, kot je prikazano na modelnih eksperimentih [46], je sorazmerna intenzivnosti mikrocirkulacije v obravnavanem območju.
Do sedaj so razvili več modifikacije fotonska iskala korelacijo optičnih merilnikov mikrocirkulacijo, katerih uporaba v kliničnem okolju pokazali visoko učinkovitost [47, 48]. Prav tako se razvijajo deluje na istem principu kompaktnih naprav, pri čemer se emitorjem kompaktnih diodnih laserjev, integrirana v eno enoto z detektorjem [49].