en
Назад
УДК: 621.391.837.681.3]: [621 + 681: 723
Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований
Полный текст «Оптического журнала»
Полный текст на elibrary.ru
Публикация в Journal of Optical Technology
Kang Uk, Папаян Г.В., Березин В.Б., Петрищев Н.Н., Галагудза М.М. Спектрометр для флуоресцентно-отражательных биомедицинских исследований // Оптический журнал. 2013. Т. 80. № 1. С. 56–67.
Kang Uk, Papayan G.V., Berezin V.B., Petrishchev N.N., Galagudza M.M. Spectrometer for fluorescence–reflection biomedical research [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2013. V. 80. № 1. P. 56–67.
Kang Uk, V. B. Berezin, G. V. Papayan, N. N. Petrishchev, and M. M. Galagudza, "Spectrometer for fluorescence–reflection biomedical research," Journal of Optical Technology. 80(1), 40-48 (2013). https://doi.org/10.1364/JOT.80.000040
Разработан волоконный флуоресцентно-отражательный многоканальный спектрометр, который позволяет проводить широкий круг биомедицинских исследований, в том числе оценивать содержание конечных продуктов гликирования в коже и окислительно-восстановительное состояние различных тканей. Его особенность заключается в возможности одновременной регистрации спектров диффузного отражения и флуоресцентной эмиссии. Возбуждение флуоресценции осуществляется светодиодом, излучающим на длине волны 365 нм. Спектры флуоресценции регистрируются в области 400–750 нм, а спектры отражения – в области 350–750 нм. Сходимость результатов измерений составляет 1,6%. Предложена методика коррекции показания автофлуоресценции кожи, позволившая резко снизить ее зависимость от степени пигментации кожи. Возможности прибора иллюстрируются примерами биомедицинских исследований.
флуоресцентная спектроскопия, отражательная спектроскопия, флуоресцентная диагностика, автофлуоресценция
Благодарность:Авторы благодарят проф. А.М. Есаяна, проф. Е.Н. Гриневу, Е.А. Трофимову, М.В. Вадюхину и А.Н. Нимгирову за организацию и участие в проведении клинических исследований по оценке AGE в норме, при диабете и почечной недостаточности.
Авторы также выражают благодарность Сеульскому городскому правительству и Сеульскому институту развития за поддержку данной работы в рамках международной программы “Inviting & Supporting Project of Global Leading Institutions” (funds WR100001 for Russian Science Seoul).
Коды OCIS: 170.0170, 170.6280, 170.6510, 170.3880, 170.3880, 170.1610, 170.4580
Список источников:1. Оптическая биомедицинская диагностика. Т. 2 / Под ред. Тучина В.В. М.: Физматлит, 2007. 368 с.
2. Richards-Kortum R., Sevick-Muraca E. Quantitative optical spectroscopy for tissue diagnosis // Annu. Rev. Phys. Chem. 1996.V. 47. P. 555–606.
3. Papayan G.V., Barsky I.Ya. Contact Luminescence spectrophotometry for biomedical studies // Proc. SPIE. 2001. V. 4515. P. 125–136.
4. Shahzad A., Koehler G. Fluorescence spectroscopy: An emerging excellent diagnostic tool in Medical Sciences // The Internet Journal of Medical Technology. 2010. V. 5. № 1.
5. Ramanujam N., Mitchell M.F., Mahadevan A., Thomsen S., Silva E., Richards-Kortum R. Fluorescence spectroscopy: A diagnostic tool for cervical intraepithelial neoplasia // Gynecol. Oncol. 1994. V. 52. P. 31–38.
6. Mitchell M., Cantor S.B., Brookner C., Utzinger U., Schottenfeld D. Fluorescence spectroscopy for diagnosis of squamous intraepithelial lesions of the cervix // Obstet. Gynecol. 1999. V. 93. № 3. P. 462–470
7. Chang S.K., Mirabal Y.N., Atkinson E.N., Cox D., Malpica A., Follen M., Richards-Kortum R. Combined reflectance and fluorescence spectroscopy for in vivo detection of cervical pre-cancer // Journal of Biomedical Optics. 2005. V. 10. № 2. P. 024031-1–024031-11.
8. Zuluaga A., Utzinger U., Durkin A., Fuchs H., Gillenwater A., Jacob R., Kemp B., Fan J., Richards-Kortum R. Fluorescence excitation-emission matrices of human tissue: a system for in vivo measurement and data analysis // Appl. Spectrosc. 1999. V. 53. P. 302–311.
9. Loschenov V.B., Konov V.I., Prokhorov A.M. Photodynamic therapy and fluorescence diagnostics // Laser Physics. 2000. V. 10. № 6. P. 1188–1207.
10. Zharkova N.N., Kozlov D.N., Polivanov Yu.N., Pykhov R.L., Smirnov V.V. Laser-excited fluorescence spectrometric system for tissue diagnostics // Proc. SPIE. 1994. V. 2328. P. 196–201.
11. Horvath K.A., Schomacker K.T., Lee C.C., Cohn L.H. Intraoperative myocardial ischemia detection with laserinduced fluorescence // J. Thorac. Cardiovasс. Surg. 1994. V. 107. P. 220–225.
12. Mayevsky A., Rogatsky G.G. Mitochondrial function in vivo evaluated by NADH fluorescence: from animal models to human studies // Am. J. Physiol. Cell. 2007. V. 292. P. 615–640.
13. Beránek M., Nováková D., Rozsíval P., Drsata J., Palicka V. Glycation and advanced glycation end-products in laboratory experiments in vivo and in vitro // Acta medica (Hradec Kralove). 2006. V. 49. № 1. P. 35–39.
14. Graaff R., Meerwaldt R., Lutgers H., Baptist R., de Jong E., Andries T., Smit L., Rakhorst G. Instrumentation for the measurement of autofluorescence in human skin // Proc. SPIE. 2005. V. 5692. P. 111–118.
15. Lutgers H.L., Graaff R., Links T.P., Ubink-Veltmaat L.J., Bilo H.J., Gans R.O., Smit A.J. Skin autofluorescence as a noninvasive marker of vascular damage in patients with type 2 diabetes // Diabetes Care. 2006. V. 29. № 12. P. 2654–2659.
16. Meervaldt R., Lutgers H.L., Links T.P., Graaff R., Baynes J.W., Gans R., Smit A.J. Skin AF is a strong predictor of cardiac mortality in Diabetes // Diabetes Care. 2007. V. 30. P. 107–112.
17. Hartog J.W, Gross S., Oterdoom L.H., van Ree R.M., de Vries A.P., Smit A.J., Schouten J.P., Nawroth P.P., Gans R.O., van Son W.J., Bierhaus A., Bakker S.J. Skin autofluorescence is an independent predictor of graft loss in renal transplant recipients // Transplantation. 2009. V. 87. № 7. P. 1069–1077.
18. Meerwaldt R., Links T.P., Graaff R., Hoogenberg K., Lefrandt J.D., Baynes J.W., Gans R.O., Smit A.J. Increased accumulation of skin advanced glycation end-products precedes and correlates with clinical manifestation of diabetic neuropathy // Diabetologia. 2005. V. 48. P. 1637–1644.
19. Goldin A., Beckman J.A., Schmidt A.M., Creager M.A. Advanced glycation end products sparking the development of diabetic vascular injury // Circulation. 2006. V. 114. P. 597–605.
20. Meerwaldt R., Hartog J.W., Graaff R., Huisman R.J., Links T.P., den Hollander N.C., Thorpe S.R., Baynes J.W., Navis G., Gans R.O., Smit A.J. Skin autofluorescence, a measure of cumulative metabolic stress and advanced glycation end products mortality in hemodialysis patients // J. Am. Soc. Nephrol. 2005. V. 16. P. 3687–3693.
21. Ediger M.N., Johnson R.D., Hull E.L., Brown C.D. Determination of a measure a glycation end-products or disease state using tissue fluorescence // Patent US. № 8078243. 2011.
22. Hull E., Ediger M., Unione A., Deemer E., Stroman M., Baynes J. Noninvasive, optical detection of diabetes: model studies with porcine skin // Opt. Exp. 2004. V. 12. P. 4496–4510.
23. Maynard J.D., Rohrscheib M., Way J.F., Nguyen C.M., Ediger M.N. Noninvasive type 2 diabetes screening, superior sensitivity to fasting plasma glucose and A1C // Diabetes Care. 2007. V. 30. P. 1120–1124.
24. Kang Uk, Папаян Г.В., Bae Soo-Jin, Березин В.Б., Ким С. Флуоресцентный видеодерматоскоп // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 1. С. 32–38.
25. Kang Uk, Папаян Г.В., Макаров Д.А., Lee Seung Yup, Bae Su Jin. Осветитель для фотодинамической терапии и флуоресцентной диагностики со световодным выводом излучения // Оптический журнал. 2008. Т. 75. № 12. С. 16–22.
26. Kim O., McMurdy J., Lines C., Duffy S., Crawford G., Alber M. Reflectance spectrometry of normal and bruised human skins: experiments and modeling // Physiol. Meas. 2012. V. 33. P. 159.
27. Bradley R.S., Thorniley M.S. A review of attenuation correction techniques for tissue fluorescence // J. R. Soc. Interface. 2006. V. 3. P. 1–13.
28. Koetsier M., Nur E., Chunmao H., Lutgers H.L., Links T.P., Smit A.J., Rakhorst G., Graaff R. Skin color independent assessment of aging using skin autofluorescence // Opt. Exp. 2010. V. 18. № 14. P. 14416–14429.
29. Петрищев Н.Н., Папаян Г.В., Есаян А.М., Гринева Е.Н., Kang Uk. Исследование конечных продуктов гликирования методом флуоресцентной спектроскопии кожи. Фотодинамическая терапия и флуоресцентная диагностика // Сб. научных трудов / Под ред. Петрищева Н.Н. СПб.: Лань, 2011. С. 222–230.
30. Петрищев Н.Н., Папаян Г.В. Автофлуоресцентная органоскопия. Фотодинамическая терапия и флуоресцентная диагностика // Сб. научных трудов / Под ред. Петрищева Н.Н. СПб.: Лань, 2011. С. 261–273.