Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Башкатов А.Н., Генина Э.А., Тучин В.В. Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского Оптическое просветление биологических тканей – перспективы применения в медицинской диагностике и фототерапии

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Существенный прогресс в разработке неинвазивных методов многофункционального клинического мониторинга различных заболеваний, связан с в значительной мере с развитием оптических методов диагностики и терапии. Однако одна из основных проблем применения оптических методов в медицине связана с существенным ослаблением коллимированных пучков при прохождении через поверхностные слои биотканей, примером которых являются кожа, склера глаза, твердая мозговая оболочка и т.д. Сложный характер взаимодействия оптического излучения с биологическими тканями обусловлен их оптической неоднородностью, вызывающей сильное рассеяние излучения видимого и ближнего ИК спектральных диапазонов, что значительно ограничивает пространственное разрешение и глубину зондирования многих оптических методов. Управление оптическими параметрами биотканей является одним из перспективных путей решения данной проблемы.

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Офтальмология Динамика коллимированного пропускания склеры глаза человека под действием 40%- раствора глюкозы Башкатов А.Н. и др. // Биофизика, 48(2), , 2003 Динамика коэффициента отражения склеры глаза человека под действием 20%-раствора ретиналамина Genina E.A. et al. // Proc. SPIE, 6535, 65351Y, 2007

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Офтальмология Спектр отражения склеры глаза in vivo под действием 40%-раствора глюкозы Генина Э.А., Башкатов А.Н., и др. Оптическое просветление склеры глаза in vivo под действием глюкозы // Квантовая Электроника, 36 (12), , 2006 Динамика коэффициента рассеяния склеры глаза in vivo под действием 40%- раствора глюкозы

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Офтальмология Лекарственны й препарат Коэффициент диффузии, см 2 /сек Лекарственны й препарат Коэффициент диффузии, см 2 /сек Глюкоза 20% (0.57±0.09)x10 -6 Ретиналамин (1.82±0.14)x10 -6 Глюкоза 30% (1.47±0.36)x10 -6 Кортексин (4.4±2.7)x10 -6 Глюкоза 40% (1.52±0.05)x10 -6

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Дерматология Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4241, , 2001 Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4623, , 2002 Коллимированное пропускание образца кожи под действием 40%-раствора глюкозы Коллимированное пропускание образца кожи под действием глицерина

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Дерматология Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4241, , 2001 Спектр отражения кожи in vivo под действием 40%-раствора глюкозы Спектр отражения кожи человека in vivo под действием 40%- раствора глюкозы Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Э.А., и др. // Письма в ЖТФ, 27(12), 10-14, 2001

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Дерматология Иммерсионная жидкость Коэффициент диффузии, см 2 /сек (in vitro) Иммерсионная жидкость Коэффициент диффузии, см 2 /сек (in vivo) Глицерин 88% (5.1±2.3)x10 -7 Глицерин 88% (1.16±0.03)x10 -6 Глюкоза 40% (3.2±0.4)x10 -6 Глюкоза 40% (1.10±0.15)x10 -6 Глюкоза 40% (кожа человека) (2.56±0.13)x10 -6

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Дерматология Меглинский И.В., Башкатов А.Н., и др. // Квантовая Электроника, 32(10), , 2002 Пространственное распределение эффективных оптических путей фотонов, рассчитанные методом Монте-Карло, при погружении фокуса на 600 мкм, до (А) и после 20 (Б) и 40 (В) минутного просветления кожи 40%-раствором глюкозы Отражательная конфокальная микроскопия А) Б) В)

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ a) до просветления b) после 24-часового воздействия глицерином Дерматология Генина Э.А., Башкатов А.Н., Тучин В.В. и др. // Квантовая Электроника, 38(6), 2008 (в печати) Черный краситель Синий краситель

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Дерматология Генина Э.А., Башкатов А.Н., Тучин В.В. и др. // Квантовая Электроника, 38(6), 2008 (в печати) Результат МК моделирования изображения кожи с татуировкой в отраженном свете: кожа без просветления (а, д); все слои кожи иммерсированы глицерином (б, е); иммерсированны слои кожи, лежащие выше татуировки (в, ж); иммерсированы слои кожи лежащие ниже татуировки (г, з)

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Томография мозга cross Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of cranial bone // Advances in Optical Technologies, , 2008 Черепная кость человека до просветления Черепная кость человека после оптического просветления пропиленгликолем

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Томография мозга Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of cranial bone // Advances in Optical Technologies, , 2008 Спектр отражения черепной кости человека измеренный при просветлении пропиленгликолем Транспортный коэффициент рассеяния черепной кости человека. 1 – до просветления 2 – через час после воздействия глицерином

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Томография мозга Оптическое просветление твердой мозговой оболочки человека под действием 40%- раствора глюкозы Bashkatov A.N. et al. // Biophysical Journal, 85(5), , 2003 Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4162, , 2000 Оптическое просветление твердой мозговой оболочки человека под действием 20%- раствора маннитола

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ Заключение Временное селективное просветление верхних слоев биотканей является ключевым моментом развития техники структурного и функционального зондирования биотканей, применяемого, в частности, для локализации статических и динамических макронеоднородностей скрытых в сильно рассеивающих средах, к которым относятся и биоткани. Мотивацией для исследований и использования оптического просветления биотканей является необходимость увеличения достаточно малой глубины зондирования биотканей излучением видимого и ближнего ИК спектральных диапазонов, повышение пространственного разрешения и контраста изображений структурных компонент биотканей при использовании оптической томографии, а также снижение мощности лазерного излучения используемого при проведении терапевтических процедур.

Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского ______________________________________________ Кафедра оптики и биомедицинской физики III Троицкая конференция МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА И ИННОВАЦИИ В МЕДИЦИНЕ __________________________________________________ REC-006/SA and PEG U.S. Civilian Research & Development Foundation for the Independent States of the Former Soviet Union Грант РФФИ No a