close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY18241

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2014.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
A 61N 5/067
(2006.01)
СПОСОБ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ ЗАБОЛЕВАНИЯ
ГЛУБОКИХ СЛОЕВ ДЕРМЫ
(21) Номер заявки: a 20101717
(22) 2010.11.30
(43) 2012.06.30
(71) Заявители: Государственное научное
учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY); Учреждение Российской академии наук
"Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН" (RU)
(72) Авторы: Барун Владимир Владимирович (BY); Иванов Аркадий Петрович (BY); Захаров Станислав
Дмитриевич (RU)
BY 18241 C1 2014.06.30
BY (11) 18241
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатели: Государственное
научное учреждение "Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси" (BY);
Учреждение Российской академии
наук "Физический институт им.
П.Н.Лебедева РАН" (RU)
(56) ЗАХАРОВ С.Д. и др. Светокислородный эффект - физический механизм
активации биосистем квазимонохроматическим излучением. Препринт 1.
Физический институт имени П.Н. Лебедева РАН. - М., 2006. - С. 20-44.
ИВАНОВ А.В. Физические основы лазерных методов в онкологии: Автореф. дис. - М., 2003.
RU 2315639 C1, 2008.
RU 2208049 C1, 2003.
(57)
Способ лазерной терапии заболевания глубоких слоев дермы, включающий воздействие на поверхность кожи светом в желтом диапазоне спектра, отличающийся тем, что
воздействие оказывают светом с длиной волны, смещенной на 5-8 нм в красную область
спектра относительно максимума поглощения молекулярного кислорода в дерме при 586 нм.
Изобретение относится к области спектроскопии и биомедицинской оптики, в частности к световому облучению биологической ткани при совместной лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы, и может быть использовано при
неинвазивном лечении и профилактике заболеваний биотканей на глубине более 1,5 мм
под поверхностью кожи.
Одним из механизмов воздействия лазерного излучения на биоткань является светокислородный эффект (СКЭ) [1]. Он заключается в спектрально-селективном поглощении
оптических фотонов молекулярным кислородом O2, растворенным в биоткани, и инициировании электронных переходов в молекуле O2 из основного триплетного в синглетные
состояния. Генерируемый синглетный кислород оказывает активирующее или повреждающее (в зависимости от дозы облучения) действие на биосистему. СКЭ был обнаружен [2]
путем непосредственного измерения спектров действия (СД) света на эритроциты крови
BY 18241 C1 2014.06.30
[3]. Оказалось, что СД совпадают в пределах экспериментальных погрешностей со спектром поглощения растворенного O2. Отсюда был сделан вывод о том, что молекулярный
кислород является одним из возможных первичных фотоакцепторов облучения.
Благодаря возбуждению синглетного кислорода СКЭ имеет много общего с фотодинамическим эффектом, но при этом не требует ввода фотосенсибилизатора. СКЭ используется для светотерапии различных заболеваний организма человека, включая онкологические [1, 4].
Количество синглетного кислорода, образованного в единицу времени при облучении
вследствие СКЭ, пропорционально световой мощности поглощенной O2. Чем оно больше,
тем заметнее терапевтический эффект, особенно при лечении онкологических заболеваний. Однако доставка большой мощности излучения к требуемому участку в глубине биоткани затруднительна. Биоткань, как известно, является сильно рассеивающей и поглощающей свет средой, существенно ослабляющей падающее внешнее излучение. Глубина
проникновения света в ткань варьируется от долей до нескольких миллиметров в зависимости от длины волны λ [5]. Увеличение мощности облучения обеспечивает пропорциональный рост поглощенной световой мощности, но приводит к ряду нежелательных
последствий, например к излишнему нагреву здоровых участков ткани, их возможной коагуляции и разрушению. Кроме того, бесполезно тратится избыточная энергия.
Известен способ облучения биоткани при лазерной терапии путем ввода света внутрь
вены по световоду [6]. Хотя при этом свет не испытывает потерь и вводимая световая
энергия может быть точно контролируема, недостатком указанного способа является его
инвазивный характер, что неприемлемо для многих пациентов.
Наиболее близким является способ [7] облучения биоткани светом при лазерной терапии и хирургии, фотодинамической терапии, биостимуляции тканей, когда длину волны λ
облучения выбирают в максимуме полосы поглощения молекулярного кислорода. Недостатком способа является малая мощность, поглощаемая молекулярным кислородом при
совместной лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы.
Задачей настоящего изобретения является увеличение мощности, поглощаемой молекулярным кислородом в глубине биоткани при лазерной терапии заболеваний поверхности кожи и глубоких слоев дермы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что способ лазерной терапии заболевания глубоких слоев дермы включает воздействие на поверхность кожи световым пучком
в желтом диапазоне спектра с длиной волны, смещенной на 5-8 нм в красную область
спектра относительно максимума поглощения молекулярного кислорода в дерме при 586 нм.
На фигуре а изображен нормированный дифференциальный спектр w* поглощения
света молекулярным кислородом на различных глубинах в дерме, z = 0,3 (кривая 2), 1,5 (3)
и 3 мм (4). Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения O2.
На фигуре б - нормированный спектр поглощения W* света молекулярным кислородом, интегральный по слою дермы z1 ≤ z ≤ 8 мм, при z1 = 1 (кривая 2), 1,5 (3), 2 (4) и 3 мм
(5). Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения O2.
Суть изобретения состоит в следующем.
Известно [1], что желтый свет с длиной волны 580-595 нм используют для лечения как
злокачественных, так и доброкачественных новообразований приповерхностных участков
кожи. Соответствующими примерами патологий являются меланома и гемангиомы типа
"винные пятна". Эффективность такого облучения обусловлена, во-первых, сильным поглощением дериватами гемоглобина в этой области спектра и, во-вторых, заметной глубиной проникновения света на указанных длинах волн по сравнению с синим участком
спектра [5]. С другой стороны, примерно в этом же спектральном интервале (577-593 нм)
имеется полоса поглощения растворенного молекулярного кислорода [1], которую можно
использовать для светотерапии глубоких слоев дермы.
2
BY 18241 C1 2014.06.30
Приведем оценки эффективности облучения биоткани желтым светом в указанном интервале длин волн. Запишем дифференциальную мощность, поглощаемую молекулярным
кислородом в единичном объеме опухоли на глубине z, в виде
w O 2 (λ , z ) = f O 2 µ O 2 (λ ) E (λ , z ) ,
(1)
где f O 2 - объемная концентрация O2;
µO 2 (λ ) - спектр показателя поглощения O2;
E (λ, z) - спектр плотности излучения на глубине z.
Соответствующая интегральная мощность, поглощаемая O2 в интервале глубин
z1 ≤ z ≤ Z1, есть (ниже опускаем индекс O2)
Z1
W (λ ) = ∫ w (λ, z) dz /( Z1 − z1 ) ,
(2)
z1
где Z1 = 8 мм - толщина дермы и подкожного жирового слоя [8].
Как видно из (1) и (2), поглощаемая мощность зависит от произведения µ(λ)E(λ, z).
При смещении ∆λ длины волны от максимума полосы поглощения O2 показатель поглощения µ(λ) молекулярного кислорода уменьшается. Однако биоткань имеет особенность,
заключающуюся в том, что ее показатель поглощения резко падает в интервале длин волн
580-595 нм при смещении в красную область спектра (∆λ > 0) за счет уменьшения соответствующих показателей основных компонентов ткани - меланина, окси- и деоксигемоглобина [5]. Поэтому при ∆λ > 0 плотность излучения E(λ, z) растет на любых глубинах z.
Таким образом, произведение µ(λ)E(λ, z) может и увеличиваться, и убывать. Когда оно
увеличивается, достигается требуемое повышение мощности, поглощаемой молекулярным кислородом. Приведенные соображения являются физической основой предлагаемого способа. Ниже они будут проиллюстрированы конкретными расчетами.
Выразим дифференциальные и интегральные значения поглощаемой мощности в относительных единицах, т.е. запишем
w * (λ, z) ≡ w (λ, z) / w (λ max , z) = µ(λ )E(λ, z) / µ(λ max )E(λ max , z) ,
(3)
W * (λ ) ≡ W (λ ) / W (λ max ) ,
(4)
где λmax = 586 нм длина волны, соответствующая максимуму полосы поглощения O2 в
желтой области спектра.
Значения w* и W* показывают, во сколько раз различаются поглощаемые мощности
при облучении поверхности кожи на длинах волн соответственно λ и λmax. Если w* > 1
или W* > 1, достигается требуемый эффект увеличения поглощаемой мощности при смещении длины волны λ относительно λmax на ∆λ = λ - λmax.
Результаты расчетов, произведенных авторами по методике [9], представлены на фигуре. Случай а соответствует дифференциальным, а б - интегральным спектрам поглощения молекулярного кислорода. Штриховой кривой 1 показан исходный спектр поглощения
O2 в биоткани [1], нормированный на значение в максимуме при λmax = 586 нм.
Отметим, что расчеты проводились при широкой вариации объемных концентраций
меланина и кровеносных сосудов, типичных для нормальных и патологически измененных биотканей [5]. Кроме того, были рассмотрены пространственно-однородная и слоистая структура дермы [8, 9]. Оказалось, что спектры w* и W*, нормированные согласно
(3) и (4), практически не зависят ни от указанных концентраций, ни от структуры дермы.
Поэтому результаты фигуры носят общий характер.
Из фигуры а видно, что при малых z ≤ 0,3 мм (кривая 2) дифференциальный спектр w*
практически совпадает со спектром поглощения O2. На всех длинах волн в полосе поглощения молекулярного кислорода w* < 1. С увеличением глубины, z > 1,5 мм (кривые 3 и
4), имеют место значения w* > 1, сначала на 15-20 % превышающие поглощенную мощ3
BY 18241 C1 2014.06.30
ность при облучении на λmax = 586 нм, а затем в несколько раз. При этом смещение длины
волны ∆λ = 5-8 нм.
Подобное поведение демонстрирует интегральный спектр поглощения W* молекулярного кислорода (фигура б). При z1 = 1 мм (кривая 2) O2 поглощает примерно одинаковую мощность в случае облучения на длинах волн λmax и смещенных на ∆λ относительно
λmax. Здесь W* ≅ 1 . При увеличении глубины z1 > 1,5 мм (кривые 3-5) имеет место рост
поглощаемой мощности до 3-4 раз в случае облучения поверхности кожи на смещенной
длине волны λ.
Приведенные примеры показывают, что за счет смещения длины волны облучения на
5-8 нм относительно λmax можно добиться роста мощности, поглощаемой молекулярным
кислородом в глубоких слоях дермы (z > 1,5 мм), в несколько раз. Соответствующим образом усиливается и терапевтический эффект облучения.
Источники информации:
1. Захаров С.Д., Иванов А.В. Светокислородный эффект в клетках и перспективы его
применения в терапии опухолей // Квант, электрон. - 1999. - Т. 29. - № 3. - С. 192-214.
2. Захаров С.Д., Еремеев Б.В., Перов С.Н. Сравнение эффектов лазерного воздействия
на эритроциты на длинах волн 1,26 и 0,63 микрон // Кр. сообщ. по физ. ФИАН. - 1989. № 1. - С. 15-16.
3. Захаров С.Д., Иванов А.В., Корочкин И.М., Данилов В.П. Прямое возбуждение фотонами эндогенного молекулярного кислорода фотофизический акт терапевтического
действия лазерного излучения // Лазерная медицина. - 2006. - Т. 10. - С. 4-9.
4. Патент RU 2325200 (C2), МПК A 61K 33/38; A 61N 5/067; A 61P 35/00; A 61K 33/38;
A 61N 5/06; A 61P 35/00, 2007.
5. Барун В.В., Иванов А.П., Волотовская А.В., Улащик В.С. Спектры поглощения и
глубина проникновения света в нормальную и патологически измененную кожу человека // Журнал прикладной спектроскопии. - 2007. - Т. 74. - № 3. - С. 387-394.
6. Патент SU 1697738 A1, МПК A 61B 5/06, 1989.
7. Патент US 2009/0012587, МПК A 61N 5/067; A 61B 18/18, 2009.
8. Меглинский И.В., Матчер С.Д. Анализ пространственного распределения чувствительности детектора в многослойной случайно- неоднородной сильно рассеивающей и поглощающей свет среде методом Монте Карло // Опт. и спектроск. - 2001. - Т. 91. - № 4. С. 692-697.
9. Барун В.В., Иванов А.П. Поглощение света кровью при низкоинтенсивном лазерном
облучении кожи // Квант, электрон. - 2010. - Т. 40. - № 4. - С. 371-376.
4
BY 18241 C1 2014.06.30
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
169 Кб
Теги
by18241, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа