Медицинская Техника / Медицинская техника №5, 2022 / с. 27-31

Методы биомедицинской фотоники в решении задач диагностики

А.В. Дунаев, Е.В. Потапова, Ю.И. Локтионова, Е.О. Брянская, К.Ю. Кандурова, И.Н. Новикова

Аннотация

Рассматриваются современные методы фотоники для решения ряда задач диагностики практической медицины. Описаны основы и примеры применения методов оптической неинвазивной диагностики: лазерной доплеровской флоуметрии, цифровой диафаноскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, спектрофотометрии, флуоресцентной спектроскопии с временным разрешением и видеокапилляроскопии. Показаны преимущества и перспективы применения методов фотоники в клинической практике, позволяющие выявлять различные патологические состояния биотканей, в том числе на ранних стадиях заболеваний.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Андрей Валерьевич Дунаев, д-р техн. наук, доцент, ведущ. научный сотрудник,

Елена Владимировна Потапова, канд. техн. наук, доцент, ст. научный сотрудник, научно-технологический центр биомедицинской фотоники,

Юлия Игоревна Локтионова, магистрант, кафедра приборостроения, метрологии и сертификации, стажер-исследователь, научно-технологический центр биомедицинской фотоники,

Екатерина Олеговна Брянская, стажер-исследователь, научно-технологический центр биомедицинской фотоники,

Ксения Юрьевна Кандурова, аспирант, кафедра приборостроения, метрологии и сертификации, стажер-исследователь, научно-технологический центр биомедицинской фотоники,

Ирина Николаевна Новикова, канд. техн. наук, доцент, ст. научный сотрудник, научно-технологический центр биомедицинской фотоники, ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет им. И.С. Тургенева», г. Орел,

e-mail: dunaev@bmecenter.ru

Список литературы

1. Дунаев А.В. Мультимодальная оптическая диагностика микроциркуляторно-тканевых систем организма человека / Монография. – Старый Оскол: ТНТ, 2022. 440 с.

2. Крупаткин А.И., Сидоров В.В. Функциональная диагностика состояния микроциркуляторно-тканевых систем: колебания, информация, нелинейность / Руководство для врачей. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. 496 с.

3. Dunaev A.V., Tuchin V.V. (Eds.) Biomedical Photonics for Diabetes Research. – CRC Press, 2022. 287 p.

4. Tuchin V.V., Popp J., Zakharov V.P. (Eds.) Multimodal optical diagnostics of cancer. – Springer, 2020. 597 p.

5. Фролов А.В., Локтионова Ю.И., Жарких Е.В., Сидоров В.В., Крупаткин А.И., Дунаев А.В. Исследование изменений кожной микроциркуляции крови при выполнении дыхательной техники хатха-йоги // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2021. Т. 20. № 4. С. 33-44.

6. Stoelzel K., Szczepek A.J., Olze H., Koss S., Minet O., Zabarylo U. Digital diaphanoscopy of the maxillary sinuses: A revival of optical diagnosis for rhinosinusitis // Am. J. Otolaryngol. 2020. Vol. 41 (3). P. 102444.

7. Bryanskaya E.O., Novikova I.N., Dremin V.V., Gneushev R.Y., Bibikova O.A., Dunaev A.V., Artyushenko V.G. Optical Diagnostics of the Maxillary Sinuses by Digital Diaphanoscopy Technology // Diagnostics. 2021. Vol. 11 (77). PP. 1-13.

8. Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Optical properties of skin, subcutaneous, and muscle tissues: A review // J. Innov. Opt. Health Sci. 2011. Vol. 4 (01). PP. 9-38.

9. Jang E., Vu T.D., Choi D., Jung Y.K., Lee K.G., Chung H. Feasibility study for rapid near-infrared spectroscopic identification of different gallbladder diseases by direct analysis of bile juice // Analyst. 2019. Vol. 144 (24). PP. 7236-7241.

10. Maitland D.J., Walsh J.T., Prystowsky J.B. Optical properties of human gallbladder tissue and bile // Appl. Opt. 1993. Vol. 32 (4). PP. 586-591.

11. Vu T.D., Jang E., Lee J., Choi D., Chang J., Chung H. Feasibility of voltage-applied SERS measurement of bile juice as an effective analytical scheme to enhance discrimination between gall bladder (GB) polyp and GB cancer // Anal. Chem. 2020. Vol. 92 (12). PP. 8159-8169.

12. Becker W., Bergmann A., Hink M.A., Kцnig K., Benndorf K., Biskup C. Fluorescence lifetime imaging by time correlated single photon counting // Microsc. Res. Tech. 2004. Vol. 63 (1). PP. 58-66.

13. Kandurova K., Dremin V., Zherebtsov E., Potapova E., Alyanov A., Mamoshin A., Ivanov Yu., Borsukov A., Dunaev A. Fiber-Optic System for Intraoperative Study of Abdominal Organs during Minimally Invasive Surgical Interventions // Appl. Sci. 2019. Vol. 9 (2). P. 217.

14. Zherebtsov E., Zajnulina M., Kandurova K., Potapova E., Dremin V., Mamoshin A., Sokolovski S., Dunaev A., Rafailov E. Machine Learning Aided Photonic Diagnostic System for Minimally Invasive Optically Guided Surgery in the Hepatoduodenal Area // Diagnostics. 2020. Vol. 10 (11). P. 873.

15. Dremin V., Potapova E., Zherebtsov E., Kandurova K., Shupletsov V., Alekseyev A., Mamoshin A., Dunaev A. Optical percutaneous needle biopsy of the liver: A pilot animal and clinical study // Sci. Rep. 2020. Vol. 10 (1). PP. 1-11.

16. Zherebtsov E.A., Potapova E.V., Mamoshin A.V., Shupletsov V.V., Kandurova K.Y., Dremin V.V., Abramov A.Y., Dunaev A.V. Fluorescence lifetime needle optical biopsy discriminates hepatocellular carcinoma // Biomed. Opt. Express. 2022. Vol. 13 (2). PP. 633-646.

17. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и перспективы его применения в терапии опухолей // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. № 3. С. 192-214.

18. Blazquez-Castro A. Direct 1O2 optical excitation: A tool for redox biology // Redox Biology. 2017. Vol. 13. PP. 39-59.

19. Sokolovski S.G., Rafailov E.U., Abramov A.Y., Angelova P.R. Singlet oxygen stimulates mitochondrial bioenergetics in brain cells // Free Radic. Biol. 2021. Vol. 163. PP. 306-313.

20. Novikova I.N., Potapova E.V., Dremin V.V., Dunaev A.V., Abramov A.Y. Laser-induced singlet oxygen selectively triggers oscillatory mitochondrial permeability transition and apoptosis in melanoma cell lines // Life Sci. 2022. Vol. 304. P. 120720.

21. Volkov M.V., Margaryants N.B., Potemkin A.V., Machikhin A.S., Khokhlov D.D., Batshev V.I., Danilychev M.V. Blood vessel visualization method in human skin based on video recording of blood flow using a laparoscope // J. Commun. Technol. 2020. Vol. 65 (7). PP. 806-814.

22. Yoshino F., Shoji H., Lee M.-C. Vascular effects of singlet oxygen (1O2) generated by photo-excitation on adrenergic neurotransmission in isolated rabbit mesenteric vein // Redox Rep. 2002. Vol. 7 (5). PP. 266-270.