Способ определения максимально допустимой терапевтической дозы при низкоинтенсивном лазерном облучении

 

Изобретение относится к области медицины, в частности к функциональной диагностике кроветворной системы и организма в целом. Способ обеспечивает повышение точности определения дозировки при низкоинтенсивном облучении крови терапевтическими лазерами. У пациента берут для анализа кровь, одну каплю которой наносят на оптический элемент и облучают серией импульсов терапевтического лазера, регистрируют изменения, происходящие во времени в оптическом показателе преломления. Определяют характерное для данного пациента время фотобиологического отклика показателя преломления крови и величину мощности лазерного излучения, при которой происходит насыщение величины фотоотклика. А максимально допустимую терапевтическую дозу определяют по формуле где Р_нас - мощность излучения терапевтического лазера, при котором происходит насыщение величины фотоотклика; τ - время фотобиологического отклика показателя преломления крови; N_эрит - число эритроцитов в пробе крови; n_эрит - концентрация эритроцитов в крови; V - объем крови пациента. 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к медицине, функциональной диагностике кроветворной системы и организма в целом и может быть использовано как способ определения максимально допустимой терапевтической дозы на организм человека или животных.

Известен способ оценки состояния гомеостаза, заключающийся в определении нестационарности кардиоритма, регистрируемого при спокойном и глубоком дыхании [патент РФ N 2082464, БИ N 18, 1997 г.].

Сущность способа заключается в съеме электрокардиограммы с человека во время спокойного и глубокого дыхания, регистрации диастологического артериального давления, вычислению вегетативного индекса Кердо (BE). Затем вычисляется коэффициент нестационарности синусового ритма μ по предложенной математической формуле и определяется оптимальное время экспозиции лазерного облучения при максимальном повышении μ и одновременном снижении BE в сторону парасимтотического влияния.

Недостатком этого способа является низкая точность определения времени экспозиции и, как следствие, допустимой терапевтической дозы лазерного облучения, что обусловлено дискретным характером измерения и обработки нескольких параметров. Кроме того, этот недостаток приводит к передозировке облучения, что недопустимо в лазерной терапии.

Наиболее близким способом по технической сущности к предлагаемому изобретению и принятым в качестве прототипа является способ, заключающийся в том, что с целью повышения точности дозировки лазерного воздействия проводят определение объема циркулирующей крови, объемную скорость кровотока на уровне облучения и контролируют величину обратнорассеянного лазерного излучения, а продолжительность облучения и оптимальную дозу определяют по изменению характера рассеяния излучения, т.е. его уменьшению во времени. Оптический датчик, регистрирующий обратнорассеянное излучение и состоящий из двух полимерных склеенных между собой световодов, вводят в просвет вены с помощью пункционной иглы диаметром 0,7 мм, затем датчик выдвигают из иглы на 10 мм. Одно из волокон используют для подвода излучения терапевтического лазера, а второе волокно собирает обратнорассеянное излучение, которое регистрируют кремниевым фотодиодом с интервалом 5 с [Попов В.Д., Мельник И.С, Русина Т. В. и др. "Оптимизация дозы ВЛОК на основе измерения обратнорассеянного излучения." Международная конференция ЛАЗЕРМЕД-97, 15-17.04.1997, Киев, с. 103-111].

Недостатком указанного способа является низкая точность определения времени и дозы лазерного облучения, вызванная тем, что: изменение обратного рассеяния облучаемой крови мало; информационный сигнал является амплитудным; погрешность измерения существенно и однозначно зависит от нестабильности интенсивности излучения лазера и оптической чистоты апертур излучающего и приемного световодов. К недостатку данного способа следует также отнести тот факт, что способ является инвазивным и, как следствие, создает известные неудобства для пациента в течение всего времени облучения, а также повышает вероятность занесения инфекции.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении точности определения дозы низкоинтенсивного облучения крови в лазерной терапии.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе определения максимально допустимой терапевтической дозы при низкоинтенсивном лазерном облучении перед курсом лазерной терапии по взятой пробе крови, облучаемой серией лазерных импульсов, достаточной для выхода на насыщение, измеряют характерное время фотобиологического отклика показателя преломления крови и величину насыщающей мощности лазерного излучения, а индивидуальную дозу пациента определяют по формуле где P_нас - мощность излучения терапевтического лазера; τ - время фотобиологического отклика показателя преломления крови; N_эрит - число эритроцитов в пробе крови; n_эрит - концентрация эритроцитов в крови; V - объем крови пациента.

Способ осуществляется следующим образом.

У пациента до начала цикла лазерной терапии берут для анализа пробу крови (достаточно одной капли), свертывание которой предотвращают добавлением гепарина, затем пробу крови наносят на оптический элемент измерительной установки и облучают серией импульсов терапевтического лазера, достаточной для определения насыщения величины фотоотклика. Уменьшение показателя преломления, вызванное облучением, в течение каждого лазерного импульса регистрируют, типичный вид зависимости n от времени приведен на фиг. 1. Определяют характерное для данного пациента время фотобиологического отклика показателя преломления крови τ и величину мощности лазерного излучения P_нас, при которой происходит насыщение величины фотоотклика dn. Типичный вид зависимости dn от мощности облучения приведен на фиг. 2. Максимально допустимую дозу на один эритроцит (D₁) вычисляют по предложенной математической формуле D₁ = P_нас•τ/N_эрит, где N_эрит - число эритроцитов в пробе крови.

Используя величину объема крови V и концентрации эритроцитов n_эрит, известной для данного пациента с учетом его возраста, пола и веса определяют максимально допустимую терапевтическую дозу пациента D по формуле D = D₁•n_эрит•V/100.

При заданных условиях облучения (внутрисосудистое или черезкожное) и мощности используемого лазера определяют оптимальное время экспозиции облучения.

Использование показателя преломления крови в качестве контрольного параметра в предлагаемом способе дает возможность применения не амплитудных, как в прототипе, а частотных измерительных методов. Для цельной крови как объекта исследований наиболее перспективным является метод внутрирезонаторной отражательной лазерной рефрактометрии (ВОЛР), позволяющий быстро и точно регистрировать показатель преломления биологических жидкостей.

Данный способ был реализован с помощью установки, описанной ниже. Измерения показателя преломления крови основаны на управлении спектром излучения двухчастотного газового He-Ne лазера на длине волны 0.63 мкм за счет изменения фазовой анизотропии для волн ортогональных поляризаций на границе раздела диэлектрик - исследуемая среда. Резонатор лазера образован тремя отражателями, два из которых - диэлектрические зеркала, а третьим отражателем служит грань кварцевой призмы полного внутреннего отражения (ПВО), на которую излучение падает под углом Φ. Поскольку фазовая задержка для наклонно падающих ортогональных волн различна, то спектр излучения лазера расщепляется на два, а величина этого расщепления определяется углом Φ и показателями преломления граничащих сред. Частоту расщепления, лежащую в радиодиапазоне, выделяют путем фотогетеродинирования и регистрируют. Если угол Φ и материал призмы заданы и известны, то по измеряемой частоте расщепления можно определить, используя формулы Френеля, показатель преломления исследуемой среды, находящейся в соприкосновении с гранью ПВО. Поскольку поперечный размер светового пятна на грани ПВО обычно не превышает 1 - 3 мм, то для измерений могут быть использованы малые количества исследуемой крови 0,05 мл, т.е. достаточно одной капли.

Установка позволяет в лабораторных условиях измерять относительные изменения n с погрешностью 10^-7-10^-8. Возможность получения высокой чувствительности измерений основана на том, что в методе ВОЛР преимущества невозмущающих и чувствительных измерений в оптике совмещаются с достоинствами точной регистрации частотно-информативного сигнала в радиодиапазоне. Быстродействие измерений определяется, главным образом, добротностью резонатора и составляет 10^-6-10^-7 с.

Важной особенностью метода ВОЛР является также то, что свет при ПВО проникает в исследуемую среду на очень небольшую глубину - несколько длин волн излучения. Как следствие этого поглощение и рассеяние излучения не сказывается заметно на работоспособности диагностического лазера, даже если они весьма существенны.

Предложенный способ применен при лазерной терапии у 22 больных с токсическими формами дифтерии. Лечебный эффект подтверждается данными клинического наблюдения за больными, а также регистрацией изменений в биохимических показателях крови с учетом изучаемой патологии. Типичные значения τ находились в пределах 80-130 мс, максимальная доза в расчете на один эритроцит 0,8-2,5 нДж.

В качестве иллюстрации эффективности применяемого способа приводится два клинических наблюдения (таблица).

Больной С. 52 лет поступил с токсической дифтерией 2-3 степени. У больного определился хронический алкоголизм, который был поставлен психиатром на основании клинико-анамнестических данных. На 4 день после поступления проведена оценка допустимой терапевтической дозы облучения He-Ne лазером по предлагаемому в данном изобретении способу. Курс лечебной внутрисосудистой лазерной терапии He-Ne лазером мощностью 12 мВт составил 8 сеансов по 45 минут в сутки, начиная с того же дня.

Больная Б. 51 года поступила с тяжелой формой токсической дифтерии ротоглотки 3 степени. На 2 день после поступления проведена оценка допустимой терапевтической дозы облучения He-Ne лазером по предлагаемому в данном изобретении способу. Больная Б. прошла курс лечебной внутрисосудистой лазерной терапии He-Ne лазером мощностью 10 мВт, 4 сеанса по 40 минут в сутки в течение недели. Уже через неделю у обоих больных стабилизировалось и увеличилось содержание в крови гемоглобина, активнее вырабатывались лимфоциты, снизилось и стабилизировалось значение скорости осаждения эритроцитов (СОЭ).

Наиболее частой причиной летальности при дифтерии в настоящее время является тяжелый миокардит, реже - асфиксия при нисходящем крупе, развитие тяжелой пневмонии на фоне распространенной полинейропатии и миокардита. Течение миокардитов у больных, получавших в комплексной терапии внутрисосудистое лазерное облучение крови, было более доброкачественное, при этом не было зафиксировано летальных случаев, а продолжительность их в среднем составила 12,4±5,5 дней. В то время как в контрольной группе течение ранних миокардитов было почти в два раза дольше - 24,4±8,9 дня, а летальный исход был зафиксирован у 3 больных (18,7%). Поздние миокардиты также значительно чаще регистрировались в контрольной группе - в 10 случаях (20%), при этом летальный исход отмечался у 1 пациента (10%). В то время как у больных, получавших в лечении лазерную терапию, поздний миокардит определялся только у одного больного, что составило 4,4%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет быстро и точно определять дозы лазерного облучения для любого пациента перед курсом лазерной терапии, исключая при этом возможность передозировки облучения и появления нежелательного угнетающего воздействия излучения лазера на организм.

Формула изобретения

Способ определения максимально допустимой терапевтической дозы при низкоинтенсивном лазерном облучении, включающий оценку объема крови пациента (V), отличающийся тем, что перед курсом лазерной терапии по взятой пробе крови, облучаемой серией лазерных импульсов, измеряют время фотобиологического отлика показателя преломления крови (τ) и величину мощности лазерного излучения (Р_нас), при которой происходит насыщение величины фотоотклика, определяют число эритроцитов в пробе крови (N_эрит) и концентрацию эритроцитов в крови (n_эрит) для данного пациента, а максимально допустимую терапевтическую дозу пациента определяют по формуле
а

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3