Оптическое просветление биологических тканей – перспективы применения в медицинской диагностике и фототерапии

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.

Офтальмология
Динамика коллимированного пропускания склеры глаза человека под действием 40%-раствора глюкозы
Башкатов А.Н. и др. // Биофизика, 48(2), 309-313, 2003
Динамика коэффициента отражения склеры глаза человека под действием 20%-раствора ретиналамина
Genina E.A. et al. // Proc. SPIE, 6535, 65351Y, 2007

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), 1119-1124, 2006
Динамика коэффициента рассеяния склеры глаза in vivo под действием 40%-раствора глюкозы

Офтальмология

Дерматология
Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4241, 223-230, 2001
Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4623, 144-152, 2002
Коллимированное пропускание образца кожи под действием 40%-раствора глюкозы
Коллимированное пропускание образца кожи под действием глицерина

Дерматология
Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4241, 223-230, 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

Дерматология

Дерматология
Меглинский И.В., Башкатов А.Н., и др. // Квантовая Электроника, 32(10), 875-882, 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)

Дерматология
Генина Э.А., Башкатов А.Н., Тучин В.В. и др. // Квантовая Электроника, 38(6), 2008 (в печати)
Черный краситель
Синий краситель

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)

Томография мозга
Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of cranial bone // Advances in Optical Technologies, 267867, 2008
Черепная кость человека до просветления
Черепная кость человека
после оптического просветления пропиленгликолем

Томография мозга
Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of cranial bone // Advances in Optical Technologies, 267867, 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

Томография мозга
Оптическое просветление твердой мозговой оболочки человека под действием 40%-раствора глюкозы
Bashkatov A.N. et al. // Biophysical Journal, 85(5), 3310-3318, 2003
Bashkatov A.N. et al. // Proc. SPIE, 4162, 182-188, 2000
Оптическое просветление твердой мозговой оболочки человека под действием 20%-раствора маннитола

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.