Вимірювання ослаблення випромінювання гелієво-неонового лазера в тканинах головного мозку Русина т.в., Дец С. М., Мельник І. С., Денисов Н. А., Розуменко В. Д.

Отримані в
цій роботі значення
ефективної глибини проникнення
випромінювання довжиною хвилі 633 нм в тканини
головного мозку людини (біле
речовина, сіра речовина і
некласифікована гліома)
знаходяться в хорошій відповідності з
результатами [9,10], отриманими
аналогічним методом (внутрішньотканинні in vitro прямі вимірювання), але
при значному обсязі (250 см 3 )
досліджуваної біотканини. Дані
прямих вимірювань показують для
різних пухлинних тканин
головного мозку (гліома,
гліобластома, астроцитома,
менінгіома) перевищення ефективної
глибини проникнення випромінювання по
порівнянні з нормальними тканинами в 1,5-2,5
раз. Аналогічне співвідношення
спостерігалося і в наших вимірах. Отримані в роботі результати
також відповідають даним прямих in vivo вимірювань [5, 6], з
урахуванням експериментально
отриманих для довжини хвилі
випромінювання 630 нм відносин
ефективних глибин проникнення
випромінювання в біоткані мозку при
вимірах post mortem до вимірювань in vivo, а саме в діапазоні 0,7
– 1,1 [1, 2]. Така відмінність результатів
вимірювань in vitro порівняно з
такими in vivo вимірами
обумовлено як відмінністю в
кровонаповнення між зразком
біотканини і живою тканиною, так і
вмістом кисню в крові. Крім того, кінцевий розмір малих
зразків біотканин викликає більш
значне ослаблення випромінювання,
ніж у великих зразках, що
обумовлено виходом частини
випромінювання через бічні
поверхні зразка [17].

Дані
непрямих вимірювань [5, 6, 11]
істотно відрізняються як від
отриманих авторами, так і від
інших результатів прямих
вимірювання. Крім того, слід
відзначити, що ці дані в
значною мірою відрізняються і
один від одного, за винятком
даних для сірої речовини
головного мозку. Причиною такого
невідповідності може служити, по-перше,
попереднє заморожування
зразка біотканини (до -18 O з) з
подальшим його “відтаванням” при
кімнатній температурі [11], і, по-друге,
те, що, що враховується при непрямих
вимірах на тонких зразках
біотканина однофотонна
розсіювання в недостатній
ступеня корелюється з механізмом
багаторазового розсіювання,
властивого переважно
розсіюють середовищах, до яких
відносяться і біотканини головного
мозок. З урахуванням того, що оптичні
властивості різних типів
пухлинних тканин також
істотно відрізняються один від
друга [8, 9, 11], то, на думку авторів,
для коректності вимірювань їх
оптичних параметрів необхідна
точна класифікація типу
пухлинної тканини при взятті
зразка біотканини.

Укладення. Незважаючи на досить високу
дисперсію ефективної глибини
проникнення для пухлин
головного мозку, з урахуванням має
місце статистично значного
відмінності в оптичних властивостях
пухлин в порівнянні з
нормальними тканинами,
представляється можливим
досягнення селективного
впливу на пухлинні тканини на
довжині хвилі випромінювання 633 нм. При
цьому, завдяки значній
різниці в глибині проникнення
випромінювання, знижується ризик
пошкодження білого і сірого
речовини мозку через
ненавмисного їх опромінення.

Для цілей
фотодинамічної терапії, а саме
для точного дозування випромінювання,
необхідно досліджувати як in vitro, так і in
vivo ,
оптичні властивості (поглинаючу
здатність та ефективна глибина
проникнення випромінювання)
пухлинних тканин з селективно
накопиченими в них
фотосенсибілізаторами. Така
препарати повинні мати максимум
поглинання в досліджуваному
спектральному діапазоні для
підвищення поглинаючої здатності
пухлинних тканин. Дякувати
фотохімічній взаємодії
підвищується селективність
впливу випромінювання на
пухлинну тканину. Запропонований
методика вимірювань оптичних
параметрів біологічних тканин в
малих обсягах зразків (до 5 см 3), по
думку авторів, має перевагу
у порівнянні з іншими методами in vitro вимірювань, а
багатоканальний ізотропний
волоконно-оптичний зонд МОЗ-з
може бути застосований і для прямих in vivo вимірювань як на
стадії планування процесу
фотодинамічної терапії, так і для
інтраопераційного контролю за
дозою оптичного випромінювання,
поглиненої тканинами головного
мозок.

Список
література

1. Wilson B. C., Jeeves W. P., Lowe D. M.
In vivo and post mortem measurements of the attenuation
spectra of light in mammalian tissues // Photochemistry and
Photobiology, vol. 42, N 2, pp.153-162, 1985.

2. Whitehurst C., Pantelides M. L.,
Moore J. V., King T. A., Blacklock N. J. In vivo to post
mortem change in tissue penetration of red light // Lasers in
Medical Science, vol. 5, pp. 395-398, 1990.

3. Chambettaz F., Marquis-Weible F.,
Salathe R. P. Effect of dehydratation on optical
properties of tissue // SPIE Proceedings, vol. 1646, Laser-Tissue
Interaction, pp. 383-390, 1992.

4. Cheong W. F., Prahl S. A., Welch A. J.
A review of the optical properties of biological tisuues
// IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. 26, N 12, pp.2166-2185.
1990.

5. Splinter R., Cheong W. F., van Gemert
M. J. C., Welch A. J. In vitro optical properties of
human and canine brain and urinary bladder tissues at 633 nm
// Lasers Surg. Med., vol. 9, pp. 37-41, 1989.

6. Sterenborg H. J. C. M., van Gemert M.
J. C., Kamphorst W., Wolbers J. G., Hogervorst W. The
spectral dependence of the optical properties of human brain
// Lasers Surg. Med., vol. 4, pp. 221-227, 1989.

7. Wilson B., Muller P. J., Yanche J. C.
Instrumentation and light dosimetry for intraoperative
photodynamic therapy (PDT) of malignant brain tumors // Phys.
Med. Biol., vol.31, pp. 125-133, 1986.

8. Muller P. J., Wilson B. An update
on the penetration depth of 630 nm light in normal and
malignant human brain tissue in vivo // Phys. Med. Biol., vol.31,
pp.1295-1297, 1986.

9. Svaasand L. O., Elingsen R.
Optical penetration in human intracranical tumors //
Photochemistry and Photobiology, vol. 41, pp.73-76, 1985.

10. Svaasand L. O., Elingsen R.
Optical properties of human brain // Photochemistry and
Photobiology, vol. 38, pp.293-299, 1983.

11. Eggert H. R., Blazek V. Optical
properties of human brain tissue, meninges, and brain tumors
in the spectral range of 200 to 900 nm // Neurosurgery, vol.
21, N 4, pp.459-464, 1987.

12. Мельник І. С.,
Богачков М. І., Русина Т. В., Дец С. М.,
Кравченко І. В. Фотометр. Патент
України 14630 А, кл. G 01 J 1/04, від 20.01.1997.

13. Melnik I. S., Kravchenko I. V.
Small isotrope probes for in vivo measurements of fluence
rate // SPIE Proceedings, vol. 2323, Laser Interaction with
Hard and Soft Tissue II, pp. 70-80, 1994.

14. Marijnissen J. P. A., Star W. M. Quantitative
light dosimetry in vitro and in vivo // Lasers Med. Sci., vol.
2, pp. 235-242, 1987.

15. Moes C. J. M., van Gemert M. J. C.,
Star W. M., Marijnissen J. P. A., Prahl S. A.
Measurements and calculations of the energy fluence rate in a
scattering and absorbing phantom at 633 nm // Applied Optics,
vol. 28, N 12, pp.2292-2296, 1989.

16. Hebeda K.M., Menovsky T., Beek J.F.,
van Gemert M.J.C. Direction-dependent penetration of red
light in white matter of the brain // SPIE Proceedings, vol.
2077, pp. 213-214, 1993.

17. Melnik I. S., Dets S. M., Rusina T.
V. Light propagation in tissues: effect of finite size of
tissue sample // SPIE Proceedings, vol. 2626, 1995.

Вимірювання
ослаблення випромінювання гелієво-неонового
лазера
в тканинах головного мозку

Русина Т.В., Дец
С.М., Мельник І.С., Денисов М.О.,
Розуменко В.Д.

Дослідження оптичних
властивостей біотканин головного
мозку проведено на біоптичному
матеріалі (3 – біла речовина мозку, 3 –
сіра речовина мозку, 8 – тканина
гліоми). Дослідження проводили
прямим методом на спеціально
розробленому вимірювальному
приладі із застосування гелієво-неонового
лазера (довжина хвилі
випромінювання 633 нм). Усереднені
для кожного типу біотканин
розрахункові значення ефективної
глибини проникнення
випромінювання склали 0,86, 0,93 та 2,11
мм для білої, сірої речовини мозку
та тканини гліоми відповідно.

Measurements of fluence rate
of He-Ne laser in the human brain

Rusina T.V., Dets S.M.,
Melnik I.S., Denisov N.A.,
Rozumenko V.D.

Optical properties of the human brain were
investigate on the 14 tissue samples (3 white matters, 3 grey
matters and 8 gliomas) with small volume (less then 5 cm3). The
study was made by the direct method on the experimental set-up
with He-Ne laser as a illuminator (wavelength – 633 nm). The mean
penetration depth values were 0,86 mm, 0,93 mm and 2,11 mm for
the normal brain tissues (white matter and grey matter) and
cancerous tissues (glioma), respectively.