Метод лазерной допплеровской флоуметрии

На сегодняшний день для исследования параметров кровотока в микроцир- куляторном русле всё большее распространение получает метод лазерной доппле­ровской флоуметрии, который основан на эффекте Допплера и реализуется путём неинвазивного зондирования биоткани лазерным излучением с последующим ана­лизом излучения, отражённого и рассеянного от движущихся эритроцитов [15, VO- 72].

Рисунок 1.13 - Схема зондирования биоткани при реализации метода ЛДФ

Как видно из рисунка 1.13, регистрация отражённого и рассеянного излуче­ния осуществляется двумя фотоприёмниками, при этом поступающий на вход фо­топриёмников сигнал после взаимодействия лазерного излучения с биотканью

имеет две составляющие. Первая составляющая формируется в результате отраже­ния излучения от структур, которые находятся в неподвижном состоянии, при этом рассеянное и зондирующее излучения имеют одинаковую частоту. Данная состав­ляющая называется постоянной. Вторая составляющая сигнала формируется в ре­зультате взаимодействия лазерного излучения с движущимися частицами - эрит­роцитами. При этом рассеянное излучение отличается от зондирующего на вели­чину допплеровского сдвига.

Допплеровский сдвиг частоты связан со скоростью движения эритроцитов выражением [15]:

где- допплеровский сдвиг частоты;

n- показатель преломления биоткани;

V - скорость движения эритроцитов;

λ- длина волны зондирующего излучения.

Величина Δfопределяется косинусом угла между вектором распространения излучения и вектором скорости движения эритроцитов и уменьшается пропорцио­нально значению данного параметра.

При исследовании микроциркуляции крови применяются источники лазер­ного излучения в диапазоне от зелёной до ближней инфракрасной области спектра, мощность которых может составлять около 1-2 мВт. Глубина проникновения ла­зерного излучения в биоткань определяется её длиной волны: чем короче длина волны, тем меньше глубина её проникновения. Данный эффект объясняется погло-

40 щающими свойствами расположенных в биотканях молекул меланина, гемогло­бина, бета-каротина и билирубина [73, 74]. Указанному диапазону длин волн соот­ветствует глубина проникновения 0,5-2 мм [75, 76].

При реализации метода ЛДФ объём зондируемой биоткани зависит от гео­метрии и оптических параметров световодного зонда. При зондировании биоткани в красной видимой области спектра данный параметр составляет около 1 мм³[15]. При этом количество эритроцитов, попадающих в данный объём, достигает не­сколько десятков тысяч, а их линейная скорость в зависимости от звена микроцир- куляторного русла колеблется в пределах от десятых долей до нескольких мм/с (ри­сунок 1.14) [15].

Таким образом, отражённый сигнал и его амплитуда формируются в резуль­тате отражения излучения от совокупности эритроцитов, движущихся с различ­ными линейными скоростями и различным количественным распределением по ар­териолам, капиллярам, артериоло-венулярным анастомозам и венулам.

Рисунок 1.14 - Диапазоны линейных скоростей движения эритроцитов

Основные параметры сосудов микроциркуляторного русла, попадающих в диагностический объём, представлены в таблице 1.4 [77].

Таблица 1.4 - Параметры сосудов микроциркуляторного русла пальцев руки человека

Применяемый в методе ЛДФ алгоритм усреднения позволяет получить сред­ний допплеровский сдвиг частоты по всей совокупности эритроцитов, которые по­падают в зондируемую область [83]. Амплитуда выходного сигнала прибора ЛДФ пропорциональна скорости движения эритроцитов и их количества, при этом ре­зультат измерения может быть представлен как [15]:

где I_m- показатель (индекс) микроциркуляции (ПМ) крови;

к - коэффициент пропорциональности (приборный коэффициент, к=1);

N_3p- количество эритроцитов;

V_p- средняя скорость движения эритроцитов в зондируемом объёме.

Параметр I_mхарактеризует изменение потока крови (перфузии ткани кровью) в единицу времени в зондируемом объёме (динамическая характеристика кровотока) и измеряется в перфузионных единицах (пф.ед.). [15].

При реализации метода ЛДФ осуществляется непрерывная регистрация сиг­нала в течение исследования, длительность которого в зависимости от задач иссле­дования может составлять от нескольких мин и достигать 30-60 мин. Диагностика состояния микроциркуляторного русла базируется на проведении анализа зависи­мости изменения перфузии во времени. Пример регистрации ЛДФ-сигнала с кожи волярной поверхности (подушечки) дистальной фаланги среднего пальца кисти правой руки условно здорового добровольца с применением комплекса «ЛАКК-М» (ООО НИИ «ЛАЗМА», Россия) представлен на рисунке 1.15.

Рисунок 1.15 - Пример регистрации ЛДФ-сигнала с кожи волярной поверхности (подушечки) дистальной фаланги среднего пальца кисти правой руки условно здорового добровольца

Так как регистрируемый сигнал определяется постоянной и переменной со­ставляющими, показатель микроциркуляции крови имеет вид:

где М - постоянная составляющая перфузии;

I_m(f) - переменная составляющая перфузии.

Составляющая M характеризует среднюю перфузию в микроциркуляторном русле за выделенный временной интервал. Данная величина несёт большую инфор­мативную значимость при анализе базального кровотока и при проведении иссле­дований с применением функциональных проб. Составляющая I_m(t)связана с фак­торами, которые изменяют величины N_3pи У_эр, активными и пассивными факто­рами, которые формируют поперечные и продольные колебания кровотока [15]. Природа данных факторов различна и будет более детально рассмотрена в следую­щем параграфе.

1.7