Оборудование и материалы

 

Микроскоп BIOLAR с видеонасадкой и выводом изображения на компьютер; гелий-неоновый лазер ЛГ-75-1 с выводом излучения через световод; измеритель мощности лазерного излучения ИМО-2Н; устройство позиционирования дистального торца относительно образца на предметном стекле; оптический затвор; таймер; препарат взвеси эритроцитов (предоставляется преподавателем).

Выполнение работы

1. Провести измерение мощности на выходе световода с помощью прибора ИМО-2Н. Отследить дрейф мощности в течение времени, превышающего время будущего облучения образца (реально: порядка получаса).

2. Определить характерный угол расхождения пучка на выходе световода, измеряя расстояние от конца световода до наблюдаемого на матовой слаборассеивающей поверхности пятна излучения и диаметр этого пятна.

3. Закрепить дистальный торец световода на предметном стекле микроскопа и, используя оптический затвор, отснять серию изображений пула эритроцитов с интервалом 1 мин в течение 15-20 мин. Записать все изображения в файлы.

4. Провести измерение среднего контраста объект/фон для каждого из отснятых изображений, используя программу Colour Contrast Analyser или любую другую, позволяющую определять указанную величину. Построить график зависимости среднего контраста от времени. Убедиться в наличии плато, достигаемого в течение выбранного времени облучения.

5. Соотносимыми параметрами отклика являются: а) характерное время выхода величины контраста на плато; б) отношение максимального (до начала облучения) и минимального (для плато) значений контраста объект/фон; в) средняя скорость гемолиза эритроцитов, определяемая как отношение максимального контраста к минимальному, приведенное к единице времени (деленное на время выхода на плато).

Занести значения указанных соотносимых параметров отклика в таблицу.

6. Представить отчет о проделанной работе.

Отчет должен содержать:

· титульный лист с полным названием университета, факультета и кафедры, названием лабораторной работы, ФИО исполнителя и номера группы. Также должен быть указан год выполнения работы;

· цель работы;

· схему экспериментальной установки с описанием назначения каждого элемента схемы;

· результаты исследований в виде таблиц и графиков, указанных в п.п. 4-6 порядка выполнения работы;

· результаты обработки экспериментальных данных с описанием метода обработки этих данных;

· численные и качественные выводы по результатам исследований. Качественные выводы вида «исследуемая функция в зависимости от изменяемого параметра увеличивается, уменьшается, не зависит, лучше, хуже» не допускаются.

Оценка качества выполнения лабораторной работы

В соответствии с рабочей программой дисциплины «Лазерная медицинская техника» лабораторная работа оценивается в 10 рейтинговых баллов. Итоговая оценка учитывает уровень подготовки студента к работе, качество её выполнения и защиту.

Перед началом лабораторной работы студент должен ознакомиться с настоящим описанием, а перед защитой — с рекомендуемой литературой.

1. Оценка готовности студента к выполнению лабораторной работы – опрос перед началом работы (3 балла).

2. Качество оформления отчёта (максимум — 4 балла):

- отчёт оформлен полностью с первой попытки — 4 балла;

- отчёт оформлен полностью после исправлений — 2 балла;

- отчёт не оформлен к установленному сроку — 0 баллов.

Студенту, выполнившему лабораторную работу, предоставляется возможность исправить отчёт и сдать повторно на проверку.

3. Защита в форме опроса, включающего контрольные вопросы, максимальная оценка—3 балла.

4. Замечание по дисциплине или за демонстративное уклонение от работы — до минус 3-х баллов.

Лабораторная работа считается выполненной, если студент её защитил и получил в сумме не менее 6 баллов. Студенты, допущенные к защите, но не набравшие установленного минимума баллов, могут быть допущены к повторной защите в сроки, установленные кафедрой.

Контрольные вопросы

1. Нет ли противоречия между концепциями первичного акцептора и корреляции воздействие-отклик при признании в качестве преобладающего светокислородного механизма?

2. На возбуждение молекул кислорода идет всего лишь 10^-5 от энергии падающего излучения, остальная энергия преобразуется в основном в тепловую. Почему наблюдаемые явления гемолиза нельзя объяснить нагревом облучаемой области?

3. Если принять, что наличие патологий увеличивает жесткость мембраны эритроцита, то какого изменения соотносимых параметров (см. выше) следует ожидать?

4. В жидких препаратах гемолиз возможен и без воздействия лазерного излучения. Как отделить в ходе эксперимента «лазерный» гемолиз от прочих разновидностей гемолиза?

5. Допустим, что имеется перестраиваемый лазер, длина волны которого может меняться в широких пределах (захватывая наиболее информативный для нас диапазон 600-1200 нм). Как корректно построить процедуру измерений спектра биологического действия, ориентируясь на указанные выше соотносимые параметры отклика?

6. Для построения адаптивной фототерапевтической системы необходимо связать соотносимый параметр отклика с сигналом обратной связи, управляющим режимом воздействия. В случае рассмотрения приведенных в данной работе соотносимых параметров на клеточном уровне петля обратной связи разрывается, поскольку для этого необходимо поместить образец взвеси эритроцитов под микроскоп, т.е. работать in vitro. Как построить схему БТС, использующую для выработки сигнала обратной связи соотносимый параметр in situ, используя явление «фрактального резонанса» при взаимодействии прошедшего через световод лазерного излучения с кровенаполненными тканями? «Фрактальный резонанс», или усиление поглощения энергии излучения при совпадении размера эритроцита с размером спекла может быть обеспечен выбором геометрии лазерного пучка, падающего на поверхность кожи.

7. При возрастании дозы облучения возможна смена биостимулирующего действия излучения на угнетающее действие, сопровождающееся гемолизом эритроцитов, что и наблюдается в данной работе. Сам по себе частичный гемолиз эритроцитов может рассматриваться (до известной степени) как положительное явление, стимулирующее работу кроветворных органов. Объяснить, почему не наблюдается полного гемолиза, подобно фотодинамическому действию. Можно ли представить себе фотодинамический эффект без использования фотосенсибилизаторов, если для разрушения мембраны клетки требуется порядка 10⁹ молекул возбужденного кислорода? Оценить, какой уровень мощности лазера при этом потребуется и можно ли будет при этом пренебрегать термической деструкцией тканей.

 

Рекомендуемая литература

 

1. Nobel Lectures, Physiology or Medicine 1901-1921. — Amsterdam: Elsevier, 1967.

2. Хаусманн В., Фольк Р. Руководство по светолечению. Пер. с нем.— М.-Л.: Госмедиздат, 1929. — 394 с.

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

4. Biophotonics. Optical Science and Engineering for the 21st Century. Ed. By Xun Shen and R. Van Wijk. — New York: Springer Science+Business Media, Inc., 2005. — 222 p.

5. Чудновский В.М., Леонова Г.Н., Скопинов С.А. с сотр. Биологические модели и физические механизмы лазерной терапии. – Владивосток: Дальнаука, 2002. — 157 с.

6. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект — физический механизм активации биосистем квазимонохроматическим излучением. // Препринт №1 ФИАН им. П.Н. Лебедева, 2006, — 52 с.

7. Корочкин И.М., Романова Т.М., Капустина Г.М. Применение гелий-неонового лазера в клинике внутренних болезней. // Советская медицина, 1984. № 2. C. 6.

8. Змиевской Г.Н. Исследование характеристик биологических микрообъектов с помощью поляризационно-интерференционного микроскопа. Методические указания для выполнения лабораторных работ по курсу «Биомедицинская оптика»: М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. — 36 с.