Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Развитие методов оптической томографии для медицинских и биологических применений

ВАК РФ 03.01.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Развитие методов оптической томографии для медицинских и биологических применений"

КАМЕНСКИЙ Владислав Антониевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

03.01.02 - биофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

1 4 ИЮЛ 2011

Саратов 2011

4851485

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте прикладной физики РАН

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, академик РАМН Владимиров Ю.А., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (г. Москва);

доктор физико-математических наук Зимняков Д.А., Саратовский государственный технический университет (г. Саратов);

доктор биологических наук Моничев А.Я., Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (г. Нижний Новгород);

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт биохимической физики им. Н.И. Эммануэля РАН

Защита состоится " 04 "октября 2011 г. в 15.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.243.05 в 3-м корпусе СГУ в аудитории № 34.

С диссертацией можно ознакомиться в Зональной научной библиотеке им. В.А. Артисевич Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского

Автореферат разослан "_" 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. ф.-м. н., профессор

В.Л. Дербов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Сложноорганизованная структура биологических объектов, сложность химического состава и отклика организма на воздействие, которое может значительно изменить физические характеристики биоткани, еще недавно практически не позволяли изучать динамику процессов внутри биоткани.

Аналитическое рассмотрение процессов взаимодействия излучения с веществом и распространения излучения в таких сложных комплексных средах началось с появлением численных методов, вызвавших резкий рост публикаций, посвященных построению математических моделей биообъектов. В то же время, измерять характеристики ш vivo можно только методами, которые не нарушают относительного динамического постоянства состава и свойств внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма (гомеостаза), или же исследовать биоткань ex vivo. Следует отметить, что оптические характеристики в ш vivo и ex vivo исследованиях часто кардинально отличаются. При этом разрешение методов должно позволять наблюдать структуру ткани на клеточном уровне или хотя бы на уровне слоев или групп клеток. Поэтому, с появлением новых оптических технологий, таких как волоконная оптика и фемтосекундные лазеры, усилия ученых были направлены на создание новых методов диагностики. Всем этим требованиям отвечают методы оптической визуализации, которые открыли принципиально новые возможности для мониторинга большинства биологических процессов. Осуществляя мониторинг лечебного процесса, можно своевременно корректировать его, вмешиваясь и управляя переходным состоянием, т.е. судьбой биологического организма.

Созданные за последнее время методы оптической визуализации [1] можно разделить на методы, позволяющие наблюдать микроструктуру ткани - оптическую томографию, и методы, регистрирующие биохимические изменениям, прежде всего спектроскопические и флуоресцентные методы.

Фундаментальной исследовательской задачей оптической томографии является получение изображений структуры живых биологических объектов на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях на различных глубинах не-инвазивным образом в реальном времени, а прикладной целью - создание новых методов диагностики и контроля процессов (например, процесса лечения больного).

Для зондирования в оптической томографии используется излучение ближнего инфракрасного диапазона, в так называемом "терапевтическом окне прозрачности", которое может сравнительно глубоко (до нескольких десятков сантиметров) проникать в биоткань и одновременно является неинвазивным вследствие малой величины энергии оптического кванта и малой мощности (сравнимой с солнечным излучением) источника излучения.

В данном диапазоне длин волн внутренняя микроструктура биологических объектов имеет отличающиеся на несколько порядков оптические коэффициенты рассеяния и поглощения, что является принципиальным фактором формирования контраста. Рассеяние излучения в биотканях обусловлено пространственным распределением показателя преломления и зависит от особенностей строения биоткани. В свою очередь, данное распределение определяет макроскопические оптические параметры: коэффициент рассеяния цэ, коэффициент поглощения ¡¿а и фактор анизотропии {• (средний косинус угла рассеяния). Изменяя распределение показателя преломления внутри биоткани можно управлять ее оптическими характеристиками. Такое управление может быть осуществлено с помощью компрессии, а также применения просветляющих [2] или контрастирующих агентов [3].

В этой работе акцент делается на мониторинг процессов при наблюдении методами ОКТ и его модификаций - оптической когерентной микроскопии (ОКМ), кросс-поляризационной ОКТ (КП ОКТ) [4], оптической диффузионной томографии ОДТ [5] и кросс-поляризационной отражательной спектроскопии (КПОС) [6].

ОКТ - метод построения изображений внутренней структуры рассеивающих объектов, основанный на низкокогерентной интерферометрии с широкополосными источниками излучения видимого или ближнего инфракрасного диапазона длин волн. Благодаря успехам в оптике рассеивающих сред, появлением фемтосекундных и фемтокоррелированных источников излучения, оптоволоконных элементов и достижениям в вычислительной технике удалось разработать и создать оптические когерентные томографы, позволяющие получать прижизненную информацию о внутренней структуре поверхностных биотканей, в том числе слизистых оболочек, с пространственным разрешением до 1 микрона на глубину до 2 мм.

ОДТ основана на получении информации с помощью сильно рассеянной, диффузной компоненты, способной проникать в биоткань на глубину до десяти сантиметров. ОДТ позволяет обнаружить, идентифицировать, определить параметры поглощающих и рассеивающих неоднородностей внутри биоткани на основе обработки сигнала от прошедшего через ткань лазерного излучения. Как и для любого трансмиссионного метода, задача сводится к реконструкции распределения поглощения и рассеяния по измеренному набору интегралов по траекториям. В отличие от рентгеновской просветной томографии, где можно считать трассы лучей прямыми, здесь этого сделать нельзя из-за сильного рассеяния.

КПОС основана на поляризационном зондировании покровных биотканей, состоящих из эпителия и стромы. Биоткань зондируется линейно поляризованным широкополостным излучением ближнего ИК диапазона. Прием обратно рассеянного излучения от биоткани осуществляется одновременно в двух взаимно ортогональных поляризациях. Использование поляризационного приема позволяет выделить информативную компоненту излучения, кото-

рой является слабое упругое рассеяние от эпителия, на фоне мощного диффузного фона, состоящего из излучения, претерпевшего рассеяние в подлежащей строме. Физический принцип выделения рассеяния от эпителия основан на существенном различии оптических свойств эпителия и подлежащей стромы.

Основное содержание диссертации связано с экспериментальными исследованиями возможностей использования новых методов оптической диагностики для изучения процессов при разнообразных воздействия на биологические объекты и создания методов контроля и лечения.

Целями настоящей диссертационной работы являются:

Главными исследовательскими целями диссертации является создание методов динамического наблюдения процессов в биотканях с использованием устройств оптической томографии, создание и модернизация самих устройств. Основной прикладной целью - создание новых методов для исследования физических и биологических процессов в живых системах в биологии и способов диагностики и контроля лечения в клинической практике.

Работа была направлена на решение следующих задач:

• Разработать методы измерения параметров биоткани для создания медицинской диагностики неопластических процессов с помощью оптической когерентной томографии, оптической диффузионной томографии, кросс-поляризационной отражательной спектроскопии.

• Развить методы КП ОКТ и КПОС для исследования деполяризации света при рассеянии на коллагеновых волокнах и на клетках. Создать прототип кросс-поляризационного отражательного спектрометра на поляризаци-онно-сохраняющём анизотропном волокне для мониторинга границы злокачественных новообразований.

• Развить метод проекционной ОДТ для определения компонентного состава биологических тканей.

• Провести.исследование возможности дифференциации слоев биоткани, отличающихся различной компрессией, в том числе для диагностики неопластических изменений.

• Исследовать возможность дифференциации слоев биоткани, отличающихся различными диффузионными свойствами при использовании контрастирующих агентов - наноразмерных коллоидных частиц.

• Показать возможность проведения органосохраняющих операций при определении границ злокачественной опухоли методом ОКТ.

• Исследовать возможности методов ОКМ и ОКТ для мониторинга восстановления растительной ткани при различном водоснабжении.

• С использованием ОКТ провести in situ наблюдение процессов модификации биоткани при воздействии излучения лазеров среднего ИК диапазона. Сравнить ИК лазерное и ВЧ воздействие на биоткани in vitro при мониторинге методом поляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии.

Научная новизна диссертационной работы

Первые клинические ОКТ изображения нормальных и патологически измененных тканей в эндоскопии, гинекологии, отоларингологии, стоматологии показали различия в структуре их ОКТ образов. Создана методика проведения органосохраняющих операций гортани с определением границ злокачественной опухоли методом ОКТ и бескровной лазерной резекции на длинах волн 1.44 мкм и 1.32 мкм.

Для диагностики злокачественных опухолей разработан и создан новый эндоскопический прибор на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии на оптическом волокне, сохраняющем поляризацию.

Впервые проведено систематическое исследование возможностей нового метода диагностики биологических сред - оптической когерентной томографии - для мониторинга взаимодействия лазерного излучения с биотканями. Впервые детально исследован процесс свеллинга биотканей под действием импульсно-периодического лазерного излучения с наблюдением динамики формирования вздутия.

Получены одни из первых ОКТ и ОКМ изображений семян и растительных тканей. Впервые создана методика определения засухоустойчивости растений при помощи мониторинга восстановления растительной ткани при различном водоснабжении при помощи метода ОКТ.

Практическая значимость работы

Высокая потребность в новых методиках и приборах оптической томографии объясняется широкой областью их применения. По результатам исследования разработаны и модифицированы установки для ОКТ, КП ОКТ, КПОС и ОДТ. В ходе исследования проведена оптимизация параметров лазерных установок, использующихся для воздействия на биоткани. На основе разработанных установок созданы методики для использования в биологии и практической медицине. Методики апробированы в модельных экспериментах, лабораторных животных, а также в клинических условиях.

Показаны варианты использования разработанных устройств и методик:

- в мониторинге жизнедеятельности растений;

- в диагностике функциональных и морфологических изменений живых объектов (в том числе и лабораторных животных) в экспериментальной биомедицине;

- в контроле различных видов воздействия на живые системы, в том числе в клинической практике;

- в диагностике патологических процессов (в том числе и неоплазии) в клинической практике.

На защиту выносятся основные положения:

1. Различие оптических свойств нормальных и патологически измененных покровных тканей позволяют разработать критерии интерпретации клинических изображений, полученных с использованием эндоскопической ОКТ установки.

2. Методика проведения органосохраняющий операции гортани при злокачественной опухоли может быть создана на основе метода диагностики границы методом ОКТ с точностью нескольких сотен микрон и бескровной лазерной резекцией на длинах волн 1.44 мкм и 1.32 мкм.

3. КП ОКТ позволяет дифференцировать здоровую, неопластическую слизистую и метаплазию на основе резкого различия в деполяризации света при рассеянии на коллагеновых волокнах и на клетках.

4. Метод кросс-поляризационной отражательной рефлектометрии позволяет в режиме реального времени, неинвазивно определять границы злокачественных образований.

5. Использование компрессии позволяет контрастировать ОКТ-изображения слоев биоткани с различными механическими свойствами. Компрессия с силой более 1 Н (при площади щупа 5 мм2) позволяет выделить особенности на ОКТ-изображениях, которые отличаются при воспалении и карциноме прямой кишки при диагностике в экспериментах ex vivo.

6. Контрастирование структурных элементов ОКТ-изображений покровных тканей животных in vivo может быть основано на различии диффузионных свойств ткани для наночастиц с плазмонным резонансом на длине волны зондирующего излучения. Максимальный контраст между слоями (10.дБ, на глубине 500-700 мкм) при сравнении эффективности применения различных наночастиц в качестве контрастирующих агентов достигается при использовании золотых нанооболочек, обладающих плазмонным резонансом на частоте локации.

7. В широком диапазоне параметров ИК лазерного излучения, поглощаемого в биовеществе, в основном, водой, оптическая когерентная томография-позволяет наблюдать динамику процессов фотоденатурации, свеллинга (разбухания) и абляции, а также измерять термически пораженную зону в результате лазерного воздействия. Метод ОКТ может быть успешно использован для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени.

8. При локации поглощающих и рассеивающих включений в биоткани оптический диффузионный томограф, основанный на регистрации сильно

рассеянной (диффузной) компоненты излучения методом волн фотонной плотности, позволяет определять компонентный состав (окси - и дезоксиге-моглобина) биоткани, и может быть применен для мониторинга лечения злокачественных опухолей молочной железы.

Апробация работы

Работы, представленные в диссертации, осуществлялись по программам Президиума РАН «Фундаментальные науки - медицине», «Фемтосекундная оптика и новые оптические материалы» и «Поддержка инноваций и разработок»; по госконтрактам Министерства промышленности и науки РФ (контракт №2/1 от 24 декабря 1998 г. "Оптический томограф для построения изображений живых биотканей", контракт № 4/2000 от 15 сентября 2000 г. "Микроскоп для визуализации трехмерной структуры оптически непрозрачных объектов") и Министерства образования и науки РФ (контракт № 02.522.11.2002 «Разработка технологий оптической томографии и выпуск опытных партий приборов для диагностики биологических тканей»; контракт № 02.435.11.3004 "Разработка методов прижизненного мониторинга молекулярных процессов в живых организмах на основе принципов флуоресцентной томографии"; контракт № 40.018.1.1.1312 "Развитие новых методов оптической томографии для диагностики биологических структур"); по грантам РФФИ (№ 04-02-16748-а «Исследование процессов распространения и взаимодействия оптического излучения в сильнорассеивающих средах методами светодиффузионной томографии и оптоакустики», № 05-08-50276-а «Разработка опытного образца автоматизированного медицинского диагностического комплекса на основе метода оптической диффузионной томографии», № 07-02-01127- «Поляризационная оптическая спектроскопия»); по международным грантам ИНТАС (97-1430 «Towards controlled laser physics and engineering of proteoglycan based tissues») и CRDF (№ RB2-2389-NN02 "Development of methods for early diagnostics of neoplasia using optical coherence tomography).

Основные результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах в Институте прикладной физики РАН, а также на следующих конференциях: Оптика лазеров' 93 (Ленинград), IX-th Conference on Laser Optics, (S.-Petersburg), the Workshop on Optical Technologies in Biophysics & Medicine (Saratov Fall Meeting 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, на 6 международной конференции Лазерные Технологии ILLA' 98 (Шатура, Московская область), Фундаментальные и прикладные исследования в медицине (конференция РАЕ); 2003, Греция, Лут-раки, I-II Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине» (г. Троицк), международные; International Simposium on Intensive Laser Actions and their Applications I11A и Conference on Laser Application Engineering LAE-8 (Сан-Петербург-96); Exhibition presentation at 10

Conference on Laser Optics, St. Petersburg, 2000, CLEO' 96, 98, BiOS Europe'96 of Conference Photonics West (Вена), Fourth International Conference on Laser Ablation COLA' 97 (Monterey), BiOS of Conference Photonics West 94, 96, 97, 98, 99, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2008 (San-Jose), 17th International Cancer Congress, (Brasil), Annual Meeting of the Americal Society for Laser Medicine and Surgery (San-Diego) 98, 99, RGLS'2000, 21.09.0026.09.00, Suzdal, 11th International Laser Physics Workshop. Bratislava, Slovac republic, 2002, of International Quantum Electronics Conference & Conference on Lasers, Applications, and Technologies. June 24-27, 2002, OSA Technical Digest, Marwood N. Ediger, ed. (Optical Society of America, Washington, D.C., 2002), IQEC/LAT 2002, Восьмая Российская гастроэнтерологическая неделя, Москва, 2002, OSA Biomedical Topical Meeting. Miami Beach, FL, USA. 14-17апреля 2004, EUROGIN2004 International Expert Meeting, .Российско-германский лазерный симпозиум (RGLS-2005). Нижний Новгород, Россия. 1-7 октября 2005 г., (ICONO/LAT 2005), Eurobios 2005, (LPHYS'05) St. Petersburg, the 10th Int. Congress on Oral Cancer, Crete, Greece 2005, European Cancer Conference of Oncology-13, Paris, France, October 2005, Китайско-российский семинар по биофотонике (ВВО, Вухань, 2006). Международная школа Saratov Fall Meeting 1998-2009, «Отечественные противоопухолевые препараты» 2008-2009, Всероссийская конференция Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях, Нижний Новгород 2009, Biophysics & bioelec-trochemistry for medicine 2009, 6-10 May, Cisnadioara, Romania, (2009), ECBO 2009, Topical Problems of Biophotonics-2007, 2009 и другие.

За установку кросс-поляризационной отражательной спектроскопии получена золотая медаль на международной выставке «Инновация-2008» в Брюсселе.

За установку оптический диффузионный томограф получена золотая медаль по международной программе «Golden Galaxy» в 2009 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, двух приложений и списка литературы. Общий объем, включая 187 страницы основного текста с 68 рисунками, 2 приложениями на 38 страницах и списка литературы из 232 наименований на 32 страницах, составляет 259 страниц.

Основное содержание диссертации опубликовано в 53 печатных работах, включая 22 статью в журналах, входящем в перечень ВАК, 20 статей в зарубежных журналах, входящих в международные системы цитирования 5 глав в книгах, 5 патентов и заявок на патенты и один препринт.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и практическая ценность работы, сформулированы цели диссертации.

Первая глава посвящена обзору литературы и истории применения методов оптической томографии в широком круге биологических и медицинских приложений метода.

Рассмотрены вопросы развития методов и приборов оптической томографии, роли оптических технологий, на основе которых стало возможным создание оптической томографии и оптической диффузионной томографии. Рассмотрены возможности ОКТ для мониторинга процессов модификации и абляции биоткани. Для сравнения приведены параметры созданных в отделе приборов (см. Приложение I).

Во второй главе описаны проведенные исследования морфо-функционального состояния покровных битканей методом ОКТ.

Рис. 1. Слизистая оболочка гортанной поверхности надгортанника в исследовании post mortem: ОКТ изображение (слева) и гистологическое изображение (справа); окраска гематоксилином и эозином, хЮО. Масштабный отрезок на ОКТ-изображении равен 1 мм.

На рис. 1 и 2 приведены результаты первых клинических исследований, выполненных совместно с коллегами из Нижегородской государственной медицинской академии по сопоставлению ОКТ изображений тканей человека in vivo и параллельных гистологических исследований.

Как пример практического применения, описана методика проведения органосохраняющих операций при определении границ злокачественной опухоли методом ОКТ с бескровной лазерной резекцией. Показано, что оптимальный режим при полном отсутствии кровотечения для длины 1.32 мкм с плотностью мощности 200 Дж/см2 формирует зону денатурации соприле-гающих тканей не превышающую 300 мкм, для 1.44мкм с плотностью мощности 70 Дж/см2 формирует зону денатурации соприлегающих тканей не превышающую 150 мкм.

Рис. 2. ОКТ изображение тяжелой дисплазия эпителия слизистой оболочки полости рта (слева) и гистологический препарат (справа); окраска гематоксилином и эозином, х 100. Масштабный отрезок на ОКТ-изображении равен 1 мм.

В третьей главе показано, что КП ОКТ позволяет дифференцировать здоровую, неопластическую слизистую и метаплазию, используя резкое различие в деполяризации света при рассеянии на коллагеновых волокнах и на клетках. Ткани злокачественных опухолей, имеющие в основном клеточное строение, слабо визуализируются в ортогональном КП ОКТ изображении, в отличие от тканей рубца и метаплазии, сигнал в ортогональном КП ОКТ изображении определяется сильной деполяризацией на анизотропных рас-сеивателях, коллагеновых волокнах. Характер КП ОКТ образов не зависит от органной принадлежности слизистой (гортань, шейка матки).

Используя данный эффект для диагностики злокачественных опухолей разработан эндоскопический прибор на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии на оптическом волокне, сохраняющем поляризацию. Функциональная схема приведена на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема эндоскопического кросс-поляризационного спектрометра на сохраняющем поляризацию волокне.

Проведено исследование метода кросс-поляризационной отражательной рефлектометрии для мониторинга границы злокачественных образований (рис. 4). Созданный оптический зонд 1.4 мм совместим с рабочими каналами стандартных эндоскопов, что делает слизистые оболочки полых органов, эндотелий сосудов, серозные оболочки полостей и суставов доступными для исследования их методом КПОС и позволяет использовать данный метод а бронхоскопах и артероскопах.

2 3 4 5 6 7 Координата вдоль образца (мм)

Рис. 4. Отнормированная амплитуда прямой и ортогональной составляющей принимаемого сигнала в зависимости от координаты вдоль образца (выполнена на установке с длиной волны 1.3 мкм на образце злокачественной опухоли гортани -нормальная ткань). Стрелкой указана гистологическая граница. Справа гистологическое изображение данного участка.

В четвертой главе исследуется управление оптическими характеристиками биотканей, которое сводится к изменению их рассеивающих или поглощающих характеристик с помощью компрессии и наноразмерные частиц.

Проведено статистическое исследование изменения структурных характеристик кожи по измерению оптических слоев на ОКТ-изображениях у 43 здоровых добровольцев в возрасте от 4 до 74 лет от возраста. Параллельно ОКТ-обследованию с помощью многофункционального прибора Multi Skin Test Center® MC 750 измерялись функциональные характеристики кожи, такие как жирность, увлажненность, эластичность, пигментация, кислотно-щелочной баланс, барьерные свойства кожи (ТЭПВ - трансэпидермальная потеря воды). Результаты исследования обработаны по корреляционному анализу (Спирмена) и выявлены статистически значимые корреляции возраста с толщиной клеточных слоев эпидермиса (р=0,035), с уровнем пигментации (р=0,044) и эластичностью (р=0,00012).

Исследовались возможности дифференциации слоев биоткани, которые схожи по оптическим свойствам, но отличаются различной упругостью и

возможностью сжатия. Исследовано влияние прижима ОКТ зонда на кожу, показано наличие характерных времен контрастирования. Использование компрессии позволяет управлять оптическими параметрами биоткани путем изменения концентрации элементов, рассеяние от которых формирует сигнал ОКТ. Продемонстрировано, что компрессия является эффективным методом при дифференциации воспаления и карциномы прямой кишки при диагностике методом ОКТ ex vivo (рис. 5).

с) Д)

Рис. 5. ОКТ-изображения участка прямой кишки с воспалением (а) и карциномой (б) без компрессии и (с, д) с компрессией с силой 2.5 Н на площадь поперечного сечения щупа (d =2.7 мм). Масштабный отрезок на ОКТ-изображении равен 1 мм.

Применение устройств, измеряющих силу прижатия зонда, позволяет проводить ОКТ диагностику при стабилизированном сжатии биотканей, что является необходимым условием для получения достоверного результата исследований. Слои и включения на ОКТ изображениях кожи in vivo при стабилизированном сжатии становятся наиболее контрастными через 50-70 секунд после начала прижима при давлениях 1-3 атм.

Проведено исследование возможности дифференциации слоев биоткани, отличающихся различными диффузионными свойствами, при использовании в качестве контрастирующих агентов наноразмерных коллоидных частиц золота и оксида титана. На рис. 6 представлена динамика проникновения золотых нанооболочек в двухслойном фантоме биоткани с более плотным нижним слоем. Через 44 часа концентрация наночастиц вблизи границы слоев становится высокой, что приводит к значительному (более чем в 30 раз) увеличению контрастности границы.

Рис. 6. ОКТ-изображения двухслойного фантома с концентрацией агара 0.3% в верхнем слое, 0.5% в нижнем: а - до наненсения наночастиц, б - через 120 мин, в -через 240 мин, г - через 44 ч после нанесения золотых нанооболочек. Размер изображений 2x2 мм.

Изменения в ОКТ -изображениях исследуемых объектов при применении золотых нанооболочек выражаются в увеличении интенсивности сигнала на ОКТ -изображении в области, соответствующей поверхностной дерме, в которой концентрируются применяемые наночастицы, снижении уровня сигнала в нижних более глубоких плотных слоях дермы и, как результат, контрастировании границы между двумя слоями соединительной ткани кожи, отличающимися морфологической структурой.

Проведено сравнение эффективности применения различных наночастиц в качестве контрастирующих агентов на коже животных in vivo.

-0.6

в) При самых малых значениях Б происходило интенсивное высушивание и формировался прогиб поверхности.

0.8

Рис. 7. ОКТ-изображения основных видов реакции биоткани на воздействие в зависимости от величины плотности энергии Р.

Пятая глава посвящена исследованию возможностей использования метода диагностики биотканей - оптической когерентной томографии - для изучения лазерного воздействия на биологическое вещество в режимах фотоденатурации, свеллинга и абляции (рис. 7).

0 0.5 1

1 I м Ы II I I I I I I I I I 1 I I I I I

-0

~ а) При больших

— 0.4 значениях плотности _о.б энергии Р с одного

0 8 импульса возникал

— абляционный кратер,

б) При меньших значениях Б с одного импульса происходило выдавливание вещества,

— 0.2

-0.4

В этой главе нами впервые показано, что ОКТ позволяет в режиме реального времени проводить мониторинг процесса абляции.

ОКТ может быть успешно использована для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени. Проведенные экспериментальные исследования показали наличие интересного режима модификации: возникновения выдавливания биовещества-свеллинга, при воздействии излучения лазеров с поглощением в объеме биовеществ. Исследование кинетики свеллинга на поверхности вещества при воздействии лазерного излучения, в основном поглощающегося водой, показало, что высота выдавливания при одноимпульсном воздействии зависит от коэффициента поглощения в веществе.

Свеллинг (разбухание) биотканей под действием лазерного излучения характеризуется сложной динамикой модификации. ОКТ позволяет наблюдать, что в процессе импульсно-периодического воздействия свеллинг характеризуется постепенным накоплением денатурированного вещества в области вспучивания с ее последующим резким разрушением и выбросом газообразных продуктов разложения. Результаты работы показали эффективность сравнительных исследований и возможность оптимизации режимов как лазерного, так и ВЧ воздействий под контролем КП ОКТ. Показано, что КП ОКТ может детектировать особенности ответной реакции биотканей в зависимости от вида воздействия.

Продемонстрирована возможность использования ОКТ для оптимизации режимов излучения Ик лазеров и ВЧ устройств, применяемых в терапевтической медицине. Нами обнаружено принципиальное различие ИК и ВЧ воздействия. Нагрев ВЧ полем, определяемый содержащейся в тканях водой, носит неоднородный характер, масштаб неоднородности нагрева порядка 50 мкм. При высоких мощностях это приводит к изменению характера резекции ткани - разрыв ткани внутренним давлением воды, что было зафиксировано на ОКТ-изображениях и подтверждено гистологическими исследованиями.

Шестая глава посвящена разработке метода и созданию опытного образца прибора оптической диффузионной томографии с программами автоматизации, реконструкции и определения компонентного состава мягких биотканей, позволяющего диагностировать и проводить мониторинг метаболического статуса опухоли на глубину до 80 мм (ОДТ). Функциональная схема приведена на рис. 8.

С использованием ОДТ-установки проведена серия исследований тканей молочной железы в норме. Исследование проводилось с целью определения возможностей ОДТ-установки для оценки оптических свойств глубоко расположенных тканей и выявления их физиологических особенностей. Показано, что ткани в норме характеризуются однородностью и отсутствием каких-либо включений.

Далее проведена апробация данного метода в клинических условиях для диагностики злокачественной опухоли груди на ранних стадиях (рис. 9). В отличие от тканей молочной железы в норме, ОДТ-изображения опухоли

характеризуются неоднородностью, присутствием поглощающих и рассеивающих включений. Как видно из приведенных изображений, зона опухоли четко выделяется на фоне окружающих тканей. Для данной зоны характерен пониженный уровень амплитуды сигнала, наблюдаемый на всех длинах волн. Следует отметить, что такие изображения получаются непосредственно во время проведения ОДТ-исследования.

Рис. 8. Функциональная схема прибора ОДТ на волнах фотонной плотности с частотой 140 МГц.

Рис. 9. Результаты ОДТ исследования молочной железы пациентки Н. Диагноз: рак правой молочной железы T1N0M0,1 ст. Амплитуда сигнала, усл. ед. (а), распределение коэффициентов рассеяния, см"1 (б); двумерное распределение окси- (ННЬ), дезоксигемоглобина (НЬ02), уровня насыщения крови кислородом (St02). Размер ОДТ-изображения 90x50 мм.

В первом приложении представлены технические параметры устройств, разработанных в отделе 340 ИПФ РАН, используемых в данной диссертационной работе.

Во втором приложении представлен анализ применимости двух оптических методов: оптической когерентной томографии (ОКТ) и оптической когерентной микроскопии (ОКМ) для прижизненной визуализации тканей растений. На основе полученных ОКТ и ОКМ изображений растений показана возможность оценки морфо-функционального состояния тканей растений in vivo. Мониторинг морфофункционального состояния тканей с временным разрешением 1-4 сек можно проводить на интактных растениях, не извлекая их из естественного окружения.

Личный вклад автора

Основные идеи, заложенные в диссертации, принадлежат автору. Основная часть содержащихся в диссертации материалов получена автором самостоятельно, либо под его руководством и при непосредственном участии.

Экспериментальные исследования на животных, вошедшие в данную работу, проведены на кафедре биофизики биологического факультета Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского.

Клинические исследования, вошедшие в данную работу, проведены на базах Нижегородской Государственной Медицинской Академии (кафедры гинекологии, общей хирургии, урологии, болезней уха, горла и носа, стоматологии) в Нижегородской областной клинической больнице им.

H.А.Семашко и в Нижегородском областном онкологическим диспансере.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

На основе различия оптических свойств нормальных и патологически измененных покровных тканей разработаны принципы интерпретации клинических ОКТ изображений, полученных с использованием эндоскопической ОКТ установки.

Создана методика определением границ злокачественной опухоли методом ОКТ и бескровной лазерной резекцией на длинах волн 1.44 мкм и

I.32 мкм для проведения органосохраняющих операций на гортани. Оптимальное сочетание режущего и коагулирующего режима с минимальным поражением прилегающих тканей достигается для длины волны 1.32 мкм при плотности энергии 200 Дж/см2 (не более 300 мкм), для 1.44 мкм -70 Дж/см2 (не более 150 мкм).

Показано, что КП ОКТ позволяет дифференцировать бесструктурные ОКТ изображения за счет различия деполяризующих свойств объектов: ткани злокачественных опухолей, имеющие в основном клеточное строение, слабо визуализируются в ортогональной поляризации; рубцовые и метапла-стические изменения хорошо визуализируются в ортогональной поляризации за счет эффективной деполяризацией на коллагеновых волокнах.

Разработан и создан эндоскопический прототип прибора на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии (КПОС) на одномодовом поляризационно-сохраняющем волокне для диагностики злокачественных опухолей с коэффициентом поляризационной развязки между ортогональными поляризациями не менее 23 дБ и диаметром щупа 1.4 мм. Показано, что гистологическая граница злокачественная опухоль - нормальная ткань более точно определяется по изменению сигнала ортогональной компоненты по сравнению с сигналом исходной компоненты.

• Разработан метод контрастирования ОКТ-изображений слоев биоткани с различной эластичностью. Использование компрессии позволяет контрастировать ОКТ-изображения слоев биоткани с различными механическими свойствами, изменяя концентрацию объектов рассеяния. Компрессия с силой более 1 Н (при площади щупа около 5 мм2) позволяет дифференцировать воспаление и карциному прямой кишки при диагностике методом ОКТ в экспериментах ex vivo.

Разработан метод контрастирования структурных элементов ОКТ-изображений покровных тканей животных in vivo, основанный на различии диффузионных свойств ткани и наночастиц с плазмонным резонансом на длине волны зондирующего излучения. Разработан метод ОКТ наблюдения динамики процессов фотоденатурации, разбухания и абляции биотканей, а также измерения термически пораженной зоны в результате лазерного воздействия. Метод ОКТ может быть успешно использован для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени.

Разработан метод ОКТ наблюдения динамики процессов фотоденатурации, разбухания и абляции биотканей, а также позволяющий измерять термически пораженную зону в результате лазерного воздействия. ОКТ может быть успешно использована для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени.

• Показано, что разбухание биотканей под действием лазерного излучения характеризуется сложной динамикой модификации. Метод ОКТ позволяет наблюдать, что в процессе импульсно-периодического воздействия разбухание характеризуется постепенным накоплением денатурированного вещества в области вспучивания, последующим резким разрушением области с выбросом газообразных продуктов разложения.

Экспериментально реализован метод проекционной оптической диффузионной томографии на волнах фотонной плотности, позволяющий определять распределение компонентного состава (окси- и деоксигемогло-бин) биоткани, с облучением на длинах волн 684, 794 и 850 нм при высокочастотной модуляции на 140 МГц, что важно при определении метаболического статуса злокачественных опухолей молочной железы при мониторинге лечения.

Общее количество основных результатов - 9.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Tuchin V. V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis // second edition, Bellingham, WA: SPIE Press, 2007.

2. Макашова И.Л., Зимняков Д.А., Тучин B.B. Управление оптическими свойствами биотканей: 1. Спектральные характеристики склеры глаза // Оптика и спектроскопия. 2000. Т. 89, №1, С. 86-95.

3. Загайнова Е.В., Ширманова М.В., Каменский В.А., Кириллин М.Ю., Орлова А.Г., Балалаева И.В., Хлебцов Б.Н., Сергеев A.M., Исследование контрастирующих свойств золотых наночастиц для метода ОКТ // Российские Нанотехнологии, 2007, 2 (7-8), С.135-143.

4. Optical Coherence Tomography (editor W. Drexler, J.G.Fujimoto) Springer, 2009.

5. Photon Migration in Tissues, (ed. B. Chance,), Plenum, NewYork, 1988.

6. MyakovA., Nieman L., Wicky L., Utzinger U., Richards-Kortum R., Soko-lov K. Fiber optic probe for polarized reflectance spectroscopy in vivo: Design and performance // Journal of Biomedical Optics 2002, V. 7, № 3, P. 388-397.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Список публикаций в реферируемых журналах, входящих в список ВАК

1. Антипенко А.Г., Артемьев Н.В., Бетин A.A., Каменский В.А., Новиков

B.П., Плотниченко В.Г, Скрипачев И.В., Снопатин Г.Е., О возможности передачи излучения YAG:Er лазера на основе халькогенидного стекла для офтальмологии IIКвантовая электроника, 1995, Т. 22, № 5, С. 523-525.

2. Басков A.B., Шехтер А.Б., Соболь Э.Н., Воробьева H.H., Омельченко А.И., Гаврильчак A.B., Басков В.А., Захаркана O.JI., Фельдштейн Ф.И., Каменский В.А., Куранов Р.В., Борщенко И.А., Жевлаков C.B. Влияние лазерного излучения на процессы регенерации хрящевой ткани межпозвоночных дисков. 1. Предварительное сообщение // Лазерная Медицина, 2002, Т.6, № 2,

C. 25-31.

3. Большунов AB, Федоров АА, Соболь ЭН, Свиридов АП, Воробьева НН, Гамидов АА, Бузыканова MA, Родин АС, Шехтер АБ, Каменский В А, Куранов PB Неабляционное действие инфракрасного лазерного излучения на склеру глаза. Результаты морфологических исследований обратимых и необратимых изменений структуры / /Рефракционная хирургия и офтальмология, 2002, Т. 2, № 2, С. 33-38

4. Сапожникова В.В., Каменский В.А., Куранов Р.В. Визуализация растительных тканей методом оптической когерентной томографии// Физиология растений, 2003, Т. 250, № 2, С. 282-286.

5. Кутис И.С., Сапожникова В.В., Куранов Р.В., Каменский В.А. Исследование методами оптической когерентной микроскопии и оптической когерентной томографии морфо-функционального состояния тканей высших растений // Физиология растений., 2005, Т. 52, №4, С. 628-634.

6. Петрова Г. А., Дерпалюк Е. Н., Петрова К. С., Гладкова Н. Д., Икса-нов Р. Р., Каменский В. А. Возможности оптической когерентной томографии в прижизненной диагностике базалиомы // Экспериментальная и клиническая дерматокосметология 2006, №4, С. 2-7.

7. Н.Ю. Игнатьева, О.Л. Захаркина, Э.Н. Соболь, В.В. Лунин, В.А. Каменский, И.В. Андреева, С.В. Аверкиев, A.B. Мяков. Изменение структуры коллагена фиброзного кольца при термическом и ИК лазерном воздействии // Доклады Академии Наук, 2007, Т.413, №6, С. .845-847.

8. Е.В. Загайнова, М.В. Ширманова, В.А. Каменский, М.Ю. Кирилин, А.Г. Орлова, И.В. Балалева, RH. Хлебцов. Исследования контрастирующих свойств золотых наночастиц для ОКТ // Российские нанотехнологии. 2007, Т. 2, №. 7-8, С. 135-143.

9. Логунова М.А., Шахова М.А., Андреева И.В., Игнатьева Н.Ю., Каменский В.А., Баграташвили В.Н., Лунин В.В., Стабильность коллагена в системе надхрящница - хрящ на примере щитовидного хряща гортани // Биофизика, 2008, Т.53, № 5, С.202-210.

10. Петрова Г.А., Петрова КС., Шливко И.Л., Иксанов P.P., Каменский В.А. Экспериментальная идентификация компонентов ОКТ изображений тонкой кожи человека // Российский журнал кожных и венерических болезней, 2008, №6, С 53-57.

11. Петрова Г. А., Шливко И. Л., Зорькина М. В., Петрова К. С., Иксанов P.P., Каменский В.А. Прижизненный ОКТ-мониторинг морфологических изменений кожи как контроль эффективности лечения дерматозов // Киниче-ская дерматология и венерология, 2008, №1, С.36-39 59.

12. Каменский В.А., Орлова А.Г., Турчин В.И., Фикс И.И., Клегинин М.С., Турчин И.В. Оптическая диффузионная томография для диагностики рака молочной железы //Альманах клинической медицины, 2008. Т. 17, ч. 1. С 61-63.

13. Загайнова Е.В., Ширманова М.В., Сироткина М.А., Орлова А.Г., Ба-лалаева И.В., Каменский В.А. Повышение информативности оптической томографии с использованием металлических и полупроводниковых наночастиц // Альманах клинической медицины, 2008, Т. 17, часть 2, С 333-334.

14. Агрба П.Д, Кириллин М.Ю., Абелевич А.И., Загайнова Е.В., Каменский В.А. Компрессия, как метод повышения информативности ОКТ // Оптика и спектроскопия, 2009, Т. 107, № 6, С. 903-908.

15. Петрова Г.А., Шливко И.Л., Каменский В.А., Иксанов P.P., Агрба П.Д., Зорькина М.В., Петрова КС. Опыт использования ОКТ для исследования фармакодинамических свойств и эффективности увлажняющих свойств in vivo // Современные вопросы дерматовенерологии, иммунологии и врачебной косметологии, 2009, Т. 4, № 4, С. 15-22.

16. Каменский В.А., Морозов А.Н., Мяков A.B., Агрба П.Д., Шахова Н.М. Эндоскопический кросс-поляризационный спектрометр-прибор для пункци-онной диагностики И Оптика и спектроскопия. 2010. Т. 109. №2. С. 1397-1401.

17. Масленникова А.В, Голубятников Г.Ю., Орлова А.Г., Плеханов В.И., Артифексова A.A., Шахова Н.М., Каменский В А., Турчин И.В. Неинвазивный

оптический метод оценки кислородного статуса новообразований молочной железы // Опухоли женской репродуктивной системы, 2010, № 1, С 5-10.

18. Сироткина М.А., Елагин В.В., Ширманова, М.В., Бугрова, М.Л., Спо-пова Л.Б., Надточенко В.А., Каменский В.А., Загайнова Е.В. Лазерная гипертермия опухолей с нанотермосенсибилизаторами // Современные технологии в медицине. 2010. № 1. С. 6-11.

19. Голубятников Г.Ю. Шахова М.А., СноповаЛ.Б., Терентьева А.Б., Игнатьева И.Ю.,.Каменский В.А. Сравнительные исследования инфракрасного лазерного и высокочастотного воздействий на биоткани in vitro методом по-ляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии // Радиофизика (Изв. Вузов) ISSN 0021-3462,2010, Т.53. № 1. С. 41-50.

20. Кириллин М.Ю., Агрба П.Д., Сироткина М.А., Ширманова М.В. Загайнова Е.В., Каменский В.А. Контрастирование структурных элементов кожи наночастицами в оптической когерентной томографии: количественная оценка // Квантовая Электроника, 2010, Т.40, № 6, С. 525-530

21. Морозов А. Н., Турчин И. В., Каменский В. А., Фикс И. И., Лазуткин А. А., БезрядновД. В., Иванова А. А., Топтунов Д. М.,. Анохин К. В Волоконно-оптическая флуоресцентная микроскопия для исследования биологических объектов // Квантовая электроника, 2010, Т. 40 № 9, С. 842-846.

22. Орлова А.Г., Масленникова А.В., Голубятников Г.Ю., Каменский В.А., Шахова Н.М., Бабаев А.А., Неинвазивное определение кислородного статуса экспериментальной опухоли методом оптической диффузионной спектроскопии // Биофизика, 2011, Т. 56, №. 2, С 349-355.

23. Kamensky V., Feldchtein F., Gelikonov V., Snopova L., Muraviov S., Malyshev A., Bityurin N. and Sergeev A. In sity monitoring of laser modification process in human cataractous lens and porcine cornea using coherence tomography II J. Biomedical Optics , 1999, V. 4, N 1, P 137-143.

24. Kamensky V., Skripatshev V., Snopatin G., Pushkin S., Tshurbanov M. High-power As-S glass fiber delivery instrument for pulse YAG:Er laser radiation // Applied Optics, 1998, V. 37, № 24, P. 5596-5599.

25. Shakhov A. V., Terentjeva А.В., Kamensky V.A., Snopova L. Optical Coherence Tomography Monitoring for Laser Surgery of Laryngeal Carcinoma // Journal of Surgical Oncology, 2001, V. 77, P. 253-259,.

26. Kuranov R. V., Sapozhnikova V. V., Turchin I. V., Zagainova К V., Gelikonov V. M., Kamensky V. A., Snopova L. В., and Prodanetz N.N. Complementary use of cross-polarization and standard OCT for differential diagnosis of pathological tissues // Optics Express, 2002. V. 10, №. 15, P. 707-713.

27. Shakhova N.M., Gelikonov V.M., Kamensky V.A., Kuranov R. V., Turchin I. V. Clinical Aspects of the Endoscopic Optical Coherence Tomography and the Ways for Improving Its Diagnostic Value // Laser Physics, 2002, V. 12, №4. P. 617-626.

28. Turchin I. V., Sergeeva E.A., Dolin L.S., Kamensky V.A. Estimation, of Biotissue Scattering Properties from OCT Images Using a Small-Angle Approximation of Transport Theory//Laser Physics, 2003, V. 13, №. 12, P. 1524-1529.

29. Gelikonov VM, Gelikonov GV, Dolin LS, Kamensky VA, Sergeev AM, Shakhova NM, Gladkova ND, Zagaynova EV Optical Coherence Tomography: physical principles and applications //Laser Physics, 2003, V. 13, № 5, P. 692-702.

30. Sapozhnikova V. V., Kamensky V. A., Kuranov R. V., Kutis I., Snopova L. B., Myakov A. V. In vivo visualization of Tradescantia leaf tissue and monitoring the physiological and morphological states under different water supply conditions using optical coherence tomography // Planta. 2004, V. 219, p. 601-609.

31. Sapozhnikova V.V., Shakhova N.M., Kamensky V.A., Petrova S.A., Snopova L.B., and KuranovR.V. Capabilities of fluorescence spectroscopy using 5-ALA and optical coherence tomography for diagnosis of neoplastic processes in the uterine cervix and vulva // Laser Physics, 2005, V. 15, № 12, P. 1664-1673.

32. Turchin I. V., Sergeeva E. A., Kamensky V. A.,Dolin L.S., Shakhova N. M., Richards-Kortum R., Novel algorithm of processing Optical Coherence Tomography images for differentiation of biological tissue pathologies // Journal of Biomedical Optics, 2005, 10(6), 064024, November/December

33. Ignatieva N. Yu., Zakharkina O.L., Andreeva I. V., Sobol E.N., Kamensky V.A., Myakov A. V., Averkiev S. V., Lunin V. V.. IR Laser and Heat-induced Changes in Annulus Fibrosus Collagen Structure, Photochem. Photobiol., 2007, V. 83, № 3, P. 675-685.

34. Sobol'E.N., BaumO.I., Bol'shunovA.V., Sipliviy V.I., Ignat'evaN.Yu., Zakharkina O.L., Lunin V.V., Omel'chenko A.I., Kamenskiy V.A., and Myakov A. V. Eye tissue structure and refraction alterations upon nondestructive laser action // Laser Physics. 2006. V.16, № 5, P .735-740.

35. Orlova A.G., Turchin I.V., Plehanov V.I., Shakhova N.M., Fiks /./., Klesh-nin M.I., Sergeeva E.A., Konuchenko N.Yu., and Kamensky V.A.. Frequency-domain diffuse optical tomography with single source-detector pair for breast cancer detection // Laser Phys. Letters. 2008, V. 5, №. 4, P. 321-327.

36. Ignatieva N., Zakharkina O., Sobol E., Kamensky V. and Lunin V. Effects of lasers irradiation on collagen organization in chemically indused degenerative annulus fibrosus of lumbar intervertabral disc // Lasers in Surgery and Medicine, 2008, V. 40, P. 422-432.

37. Turchin I. V., Balalaeva I.V., Vasil'evR.B., Zlomanov V.P., Plehanov V.I., Orlova A. G., Zagaynova E.V., Kamensky V.A., Kleshnin M.S., Shirmanova M.V., Dorofeev S.G., and DirinD.N. Imaging of QDs-labeled tumors in small animals by fluorescence diffuse tomography // Laser Physics Letters, 2006. V. 3, № 4. P. 208-211.

38. Zagaynova E. V., Shirmanova M. V., Kirillin M. Yu., Khlebtsov B.N., Orlova A.G., Balalaeva I.V., Sirotkina M.A., Bugrova M.L, Agrba P.D. and Kamensky V.A., Contrasting properties of gold nanoparticles for optical coherence tomography: phantom, in vivo studies and Monte Carlo simulation // Phys. Med. Biol., 2008, V. 53, P 4995-5009.

39. Sirotkina M.A., Zagaynova E. V., Shirmanova M. V., Kirillin M. Yu., Agrba P.D., Kamensky V.A.,.Bugrova M.L Continuous optical coherence tomography

monitoring of nanoparticles accumulation in biological tissues // Journal of Nanoparticle Research, 2011, V. 13, Issue 1, P 283 -290.

40. Ignatieva N., Guller A., Zakharkina O., Sandnes В., Shekhter A., Kamensky V., Zvyagin A. Laser-induced modification of the patellar ligament tissue: comparative study of structural and optical changes // Laser Med. Sci., 2011, V. 26, P 401-413.

41. Kirillin M.Yu., Agrba P.D., Kamensky V.A. In vivo study of the effect of mechanical compression on formation of OCT images of human skin // J Bio-photonics, 2010. V. 10. P 1-7.

42. Maslennikova A.V., Orlova A.G., Golubiatnikov G.Yu., Kamensky V.A., Shakhova N.M., Babaev A.A.,Snopova L.B., Ivanovo LP., Plekhanov V.I., Prianik-ova T.I., and Turchin I. V. Comparative study of tumor hypoxia by diffuse optical spectroscopy and immunohistochemistry in two tumor models // J. Biophotonics. 2010. V.3,№ 12. P. 743-751.

Препринты

Малышев А.Ю., Каменский B.A, Битюрин H.M. Динамика свеллинга мягкой биологической ткани при воздействии ИК-лазеров в доабляционном режиме. Препринт ИПФ РАН г. Нижний Новгород. 2001. № 558.

Главы в книгах

1. Sapozhnikova V.V., Kutis I.S., Kutis S.D., Kuranov R.V., Gelikonov G.V., Shabanov D. V., Kamensky V.A. In vivo monitoring of seeds and plant tissue water absorption using optical coherence tomography and optical coherence microscopy// Chapter 6 in Plant Cell Diagnostics (Images, Biophysical and Biochemical Processes in Allelopathy). Enfield, Jersey, Plymoth: Science Publisher. 2007, P. 71-86.

2. Roshina V.V, Kutis I.S., Kutis L.M., Gelikonov V.M., Kamensky V.A.. Optical coherence microscopy: Study of plant Secretory structure// Chapter 7 in Plant Cell Diagnostics (Images, Biophysical and Biochemical Processes in Allelopathy). Enfield, Jersey, Plymoth: Science Publisher. 2007, P. 86 -92.

3. Балалаева И.В., Турчин И.В. Иксанов P.P., Каменский В.А., Геликонов Г.В., Фелъдштейн. Ф.И. Методы численного анализа ОКТ-изображений. // В книге: «Руководство по оптической когерентной томографии» М.: Физмат-лит, Медицинская книга. 2007, С. 274-284.

4. Dolin L.S., Feldchtein F.I., Gelikonov G.V., Gelikonov V.M., Gladkova N.D., Iksanov R.R., Kamensky V.A., Kuranov R.V., Sergeev A.M., Shakhova N.M., Turchin I. V. Fundamentals and Clinical Applications of the PM-Fiber Based Endoscopic OCT // Coherent-Domain Optical Methods Biomedical Diagnostics, Environmental and Material Science./: Kluwer Academic Publishers, 2004, P.- 211271.

5. Terenteva A.B., Shakhov A.V., Maslenikova A.V., Gladkova N.D., Kamensky V.A., Feldstein F.I., and Shakhova N.M. OCT in Laringology Chapter 36 in Optical Coherence Tomography, Springer,2009, P. 1123-1148.

• Патенты

1. Мяков А. В., Каменский В. А. Устройство упругой поляризационной спектроскопии // Патент РФ 2292531.

2. Мяков A.B., Каменский В.А. Устройство упругой поляризационной спектроскопии// Патент РФ на полезную модель № 76207 от 05.03 2007

3. Воробьев В.А, Геликонов Г.В., Геликонов В.М., Каменский В.А., Прудников М.Б., Турчин 'И.В, Устройство получения контрастных ОКТ изображений//Патент РФ

4. Загайнова Е.В., Ширманова М.В., Орлова А.Г., Балалаева И.В., Каменский В.А. Способ исследования состояния кожи методом оптической когерентной томографии//. Заявка на изобретение РФ 2007131190

5. Клешнин М.С., Орлова А.Г., Плеханов В.И., Каменский В.А., Турчин И.В. Устройство диффузионной оптической томографии // Заявка на полезную модель РФ 2008 144279/14.

Содержание диссертации

ОГЛАВЛЕНИЕ 3

ВВЕДЕНИЕ 8 ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ БИОТКАНЕЙ МЕТОДАМИ ОПТИЧЕСКОЙ

ТОМОГРАФИИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 25

1.1 Предпосылки создания оптической томографии 25

1.2 Актуальность разработки неинвазивных методов оптической

диагностики 26

1.3 Исследование биотканей методом ОКТ и его модификаций

КП ОКТ и ОКМ 28

1.4 Развитие оптической диффузионной томографии 38

1.5 Развитие кросс-поляризационной оптической спектроскопии 41

1.6 Использования наночастиц для контрастирования изображений оптической томографиии 42

1.7 Краткое описание теоретическое исследование рассеяния и распостранения оптического излучения биотканью 45

1.8 Заключение 47 ГЛАВА 2. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ОКТ ИЗОБРАЖЕНИЙ МЯГКИХ ТКАНЕЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ НЕОПЛАСТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ОКТ НАБЛЮДЕНИЕ ГРАНИЦ ЗЛОКАЧЕСТВЕННОЙ ОПУХОЛИ ГОРТАНИ 49

2.1 ОКТ и ОКМ изображения мягких биотканей 53

2.2 Методика проведения органосохраняющих операций под

контролем ОКТ 60

2.2.1 Материалы и методы 62

2.2.2 Определение неопластических изменений 63

2.2.3 Методика маркирования границ опухоли 63

2.2.4 Методика лазерной эксцизии . 63 2.3 Заключение 66 ГЛАВА 3. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ КРОСС-ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ТОМОГРАФИИ И КРОСС-ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОБРАЗОВАНИЙ 68

3.1 Исследование биотканей животных и человека методом кросс-поляризационной ОКТ 70

3.2 Развитие метода КП ОКТ для диагностики злокачественных образований 71

3.2.1 Материалы и методы 73

3.2.2 Результаты экспериментального исследования 73

3.3 Развитие метода КПОС для мониторинга границы злокачественных 74 образований

3.3.1 Материалы и методы 78

3.3.2 Результаты экспериментального исследования. Схема прибора 81

3.3.3 Результаты экспериментов с модельными средами и биотканями 82

3.3.3.1 Эксперимент на модельной среде 86

3.3.3.2 Эксперимент на ex vivo образцах 87

3.3.3.3 Эксперимент in vivo 90

3.4 Заключение 91 ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ БИОТКАНИ КОМПРЕССИЕЙ И ДИФФУЗИЕЙ НАНОРАЗМЕРНОГО КОЛЛОИДНОГО ЗОЛОТА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ИНФОРМАТИВНОСТИ ОКТ 93

4.1 Комплексная оценка возрастных морфофункциональных особенностей кожи . 94

4.2 Метод увеличения глубины визуализации и контрастности слоев 99 поверхностных биотканей компрессией

4.2.1 Материалы и методы 101

4.2.2 Результаты исследования компрессии на ex vivo препаратах 102

4.2.3 Результаты исследования компрессии in vivo 106

4.3 Метод увеличения контраста слоев и включений с использованием золотых наночастиц и наноразмерных частиц диоксида титанадля метода ОКТ

108

4.3.1 Материалы и методы 111

4.3.2 Результаты исследования на фантомах биоткани ИЗ

4.3.3 Исследование аппликации коллоидного золота на коже животных 116

4.4 Заключение 122 ГЛАВА 5. НАБЛЮДЕНИЕ ПРОЦЕССОВ МОДИФИКАЦИИ БИОТКАНИ ПРИ ПОМОЩИ ОКТ IN SITU ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИЗЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРОВ И ВЧ ИСТОЧНИКОВ 123

5.1 Материалы и техника эксперимента 126

5.2 Наблюдение зоны воздействия при помощи ОКТ 129

5.3 In situ ОКТ мониторинг воздействия лазерного ИК излучения на биовещество 131

5.3.1 Томограммы кинетики воздействия излучения YAG:Er лазера 131

5.3.2 Томограммы кинетики воздействия излучения YAG:Nd лазера на длине волны 1.32 мкм 132

5.3.3 Томограммы кинетики воздействия излучения KGSS:Er лазера и YAG:Nd

лазера на длине волны 1.44 мкм 133

5.4 Исследование процессов фототермической денатурации и свеллинга биоткани в доабляционном режиме 143 5.4.1 Экспериментальное исследование вздутия при воздействии лазерного излучения 144

5.4.1.1 Исследование кинетики образования вздутия с помощью метода ОКТ

144

5.4.1.2 Исследование временных параметров образования вздутия 146

5.5 Сравнительные исследования ИК лазерного и ВЧ воздействий на биоткани in vitro методом поляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии 151

5.5.1 Материалы и методы 153

5.5.2 Результаты исследований 157

5.6 Заключение 163 ГЛАВА 6. РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ПРОЕКЦИОННОЙ ОДТ И ДФТ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ 165

6.1 Развитие метода ОДТ проекций для определения компонентного состава злокачественных опухолей молочной железы 170

6.1.1 Схема установки 170

6.1.2 Объекты исследования 173

6.1.3 Результаты исследования методом ОДТ 174 6.1.3.1. Исследование на модельных средах 174

6.1.3.2 Результаты предклинических экспериментов 175

6.1.3.3 Результаты клинических экспериментов 176

6.2 Метод проекционной ДФТ для диагностики опухолей меченных коллоидными квантовыми точками 183

6.2.1 Материалы и методы 183

6.2.2 Эксперименты на лабораторных животных post mortem 184

6.3 Заключение 187 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 187 ПРИЛОЖЕНИЕ I. Описание и технические параметры приборов, использованных в диссертации 191 ПРИЛОЖЕНИЕ II. Исследование возможностей методов ОКМ и ОКТ для оценки морфо-функционального состояния высших растений, и мониторинга восстановления растительной ткани при различном водоснабжении при помощи метода ОКТ 200 П 2.1 Исследование возможностей методов ОКМ и ОКТ для оценки морфо-функционального состояния высших растений 200 П 2.2 Исследование возможностей методов ОКМ и ОКТ для мониторинга восстановления растительной ткани при различном водоснабжении при помощи метода ОКТ 206 П 2.2.1 Материалы и методы 209 П 2.2.2 Результаты ОКТ мониторинга водонаполнения растений 213 П 2.3 Обсуждение и выводы 215 ЛИТЕРАТУРА 225 Публикации автора в реферируемых научных журналах 252

Каменский Владислав Антониевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

Автореферат

Подписано к печати 6.06.2011 г. Формат 60 х 90 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,75. Тираж 100 экз. Заказ № 54 (2011).

Отпечатано в типографии Института прикладной физики РАН, 603950 г. Н.Новгород, ул. Ульянова, 46

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Каменский, Владислав Антониевич

ВВЕДЕНИЕ В

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ БИОТКАНЕЙ МЕТОДАМИ ОПТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1 Предпосылки создания оптической томографии

1.2 Актуальность разработки неинвазивных методов оптической 2.(5 диагностики

1.3 Исследование биотканей методом ОКТ и его модификаций 2.8 КП ОКТ и ОКМ

1. 4 Развитие оптической диффузионной томографии

1.5 Развитие кросс-поляризационной оптической спектроскопии

1.6 Использования наночастиц для контрастирования изображений 4-2 оптической томографиии

1.7 Краткое описание теоретическое исследование 4-5 рассеяния и распостранения оптического излучения биотканью

Введение Диссертация по биологии, на тему "Развитие методов оптической томографии для медицинских и биологических применений"

Актуальность темы

Сложноорганизованная структура биологических объектов, многокомпозитность химического состава и отклик организма на воздействие, которое может значительно изменить физические характеристики биоткани, еще недавно практически не позволяли изучать динамику процессов внутри биоткани.

Аналитическое рассмотрение процессов взаимодействия излучения с веществом и распространения излучения в таких сложных комплексных средах реально началось с появлением численных методов* вызвавших резкий рост публикаций, посвященных построению математических моделей биообъектов. В тоже время, измерять характеристики in vivo можно только методами, которые не нарушают относительного динамического постоянства состава и свойств внутренней среды, и устойчивость основных физиологических функций организма (гомеостаза), или же исследовать биоткань ex vivo. Следует отметить, что оптические характеристики в in vivo и ex vivo исследованиях часто кардинально отличаются. При этом разрешение методов должно позволять ч наблюдать структуру ткани на клеточном уровне или хотя бы на уровне слоев или групп клеток. Поэтому, с появлением новых оптических технологий, таких как волоконная оптика и фемтосекундные лазеры, усилия ученых были направлены на создание новых методов диагностики. Всем этим требованиям отвечают методы оптического биоимиджинга, которые открыли принципиально новые возможности для мониторинга большинства биологических процессов. Осуществляя мониторинг лечебного процесса, можно своевременно корректировать его, вмешиваясь и управляя переходным состоянием, т.е. судьбой биологического организма.

Созданные за последнее время методы оптического биоимиджинга можно разделить на методы, позволяющие наблюдать микроструктуру ткани - оптическую томографию, и методы, регистрирующие биохимические изменения, прежде всего спектроскопические и флуоресцентные методы. Данная работа акцентировалась на диагностике и локации структурных изменений, но, как оказалось, для создания практически используемых медицинских и биологических методик требуется комбинированное исследование разными методами и невозможно'Проводить исследования без учета функционального состояния объектов исследования.

Фундаментальной исследовательской задачей оптической-томографии является получение изображений структуры живых биологических объектов на тканевом, клеточном и субклеточном уровнях на различных глубинах неинвазивным образом в реальном времени, а прикладной щелью — создание новых методов диагностики и- контроля процессов, (например, процесса лечения больного). Главными исследовательскими целями диссертации является создание методов динамического наблюдения процессов в биотканях, используя устройства оптической томографии, создание и модернизация самих,устройств.

Для зондирования; в оптической» томографии используется излучение ближнего инфракрасного диапазона, в так называемом "терапевтическом окне прозрачности", которое может сравнительно глубоко (до? нескольких десятков сантиметров) проникать в биоткань и одновременно является неинвазивным вследствие малой величины энергии оптического кванта и малой мощности (сравнимой с солнечным излучением) источника излучения. В данном диапазоне длин волн внутренняя микроструктура биологических объектов имеет отличающиеся на несколько порядков оптические коэффициенты рассеяния и поглощения, что является принципиальным фактором формирования контраста.

Методы оптической томографии можно разделить на просветные (использующие баллистические фотоны) и диффузионные. Первые из них конфокальная микроскопия (КМ), оптическая когерентная томография (ОКТ), многофотонная флуоресцентная микроскопия (МФМ), просветная томография на баллистических фотонах (ПТ)) используют различные приемы селекции для детектировании слабо рассеянных фотонов на фоне*засветки от сильно1 рассеянного света и могут давать изображения с разрешением 1-10 микрон на небольших глубинах в^ диапазоне 0:1-1 мм. Вторые (оптическая диффузионная томография (ОДТ), опто-акустическая томография (ОАТ)), наоборот, используют только сильно рассеянную компоненту света и позволяют с разрешением в несколько миллиметров наблюдать оптические неоднородности на глубине до* десяти сантиметров: Областями приложений являются мониторинг состояния' слизистых оболочек внутренних органов, маммография; оптическая томография мозга, наблюдение тканей глаза. В этой работе акцент делается на" мониторинг процессов! при наблюдении методами ОКТ и его модификаций — оптической когерентной микроскопии (ОКМ), кросс-поляризационной ОКТ (КГГ ОКТ), ОДТ и кросс-поляризационной отражательной спектроскопии (КПОС).

ОКТ — метод построения изображений внутренней структуры-рассеивающих объектов' основанный на низкокогерентной'интерферометрии с широкополосными источниками излучения видимого или ближнего инфракрасного диапазона длин волн; Благодаря успехам в оптике рассеивающих сред, появлением фемтосекундных и фемтокоррелированных источников излучения, оптоволоконных элементов и достижениям в вычислительной технике удалось разработать и создать оптические когерентные томографы, позволяющие получать прижизненную информацию о внутренней структуре поверхностных биотканей, в том числе слизистых оболочек, с пространственным разрешением до 1 микрона на глубину до 2 мм.

ОДТ основана на получении информации с помощью сильно рассеянной, диффузной компоненты, способной проникать в биоткань на глубину до десяти сантиметров. ОДТ позволяет обнаружить, идентифицировать, определить параметры поглощающих и рассеивающих неоднородностей внутри биоткани на основе обработки сигнала от прошедшего через ткань лазерного излучения. Как и для любого трансмиссионного метода, задача сводится к реконструкции распределения поглощения и рассеяния по измеренному набору интегралов по траекториям. В > отличие от рентгеновской просветной томографии, где можно считать трассы лучей прямыми, здесь этого сделать нельзя из-за сильного рассеяния.

КПОС основана на поляризационном зондировании покровных биотканей состоящих из эпителия и стромы. Биоткань зондируется линейно поляризованным широкополостным излучением ближнего ИК диапазона. Прием обратно рассеянного излучения от биоткани осуществляется одновременно в двух взаимно ортогональных поляризациях. Использование поляризационного приема позволяет выделить информативную компоненту излучения, которой является слабое упругое рассеяние от эпителия, на фоне мощного диффузного« фона, состоящего из излучения, претерпевшего рассеяние в подлежащей строме. Физический принцип выделения рассеяния от эпителия основан на существенном различии оптических свойств эпителия и подлежащей стромы.

Цель и задачи диссертационной работы

Главными исследовательскими целями диссертации является создание методов динамического наблюдения процессов в биотканях с использованием устройств оптической томографии, создание и модернизация самих устройств. Основной прикладной целью — создание новых методов для исследования физических и биологических процессов в живых системах в биологии и способов диагностики и контроля лечения в клинической практике.

Работа была направлена на решение следующих задач: • Разработать методы измерения параметров биоткани для создания медицинской диагностики неопластических процессов с помощью оптической когерентной томографии, оптической диффузионной томографии, кросс-поляризационной отражательной спектроскопии.

• Развить методы КП ОКТ и КПОС для исследования деполяризации света при! рассеянии на коллагеновых волокнах и на клетках. Создать прототип кросс-поляризационного отражательного спектрометра на, поляризационно-сохраняющем< анизотропном, волокне для1 мониторинга границы злокачественных новообразований.

• Развить метод проекционной ОДТ для определения' компонентного состава биологических тканей.

• Провести исследование-возможности дифференциации слоев биоткани, отличающихся различной компрессией, в том числе для диагностики неопластических изменений.

• ' Исследовать возможность дифференциации» слоев биоткани, отличающихся различными диффузионными свойствами при использовании контрастирующих агентов — наноразмерных коллоидных» частиц.

• Показать возможность проведения органосохраняющих операций при определении границ злокачественной опухоли методом ОКТ.

•' Исследовать возможности методов ОКМ и ОКТ для мониторинга восстановления растительной!ткани при различном водоснабжении.

• С использованием! ОКТ провести in situ наблюдение процессов модификацию биоткани при воздействии излучения лазеров среднего ИК диапазона. Сравнить ИК лазерное и ВЧ воздействие на биоткани in vitro при мониторинге методом поляризационно-чувствительной оптической когерентной томографии.

Научная новизна диссертационной работы: Первые клинические ОКТ изображения нормальных и патологически измененных тканей в эндоскопии, гинекологии, отоларингологии, стоматологии показали различия в структуре их ОКТ образов. Создана методика проведения органосохраняющих операций гортани с определением границ

12 злокачественной опухоли методом ОКТ и бескровной лазерной резекции на длинах волн 1.44 мкм и 1.32 мкм.

Для диагностики злокачественных опухолей разработан и создан новый эндоскопический прибор на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии на оптическом волокне, сохраняющем поляризацию.

Впервые проведено систематическое исследование возможностей нового метода диагностики биологических сред — оптической когерентной томографии - для мониторинга взаимодействия лазерного излучения с биотканями. Впервые детально исследован процесс свеллинга биотканей под действием импульсно-периодического лазерного излучения с наблюдением динамики формирования вздутия.

Получены одни1 из первых ОКТ и ОКМ изображений семян и растительных тканей. Впервые создана методика определения засухоустойчивости растений при помощи мониторинга восстановления растительной ткани при различном водоснабжении при помощи метода ОКТ.

Основные положения, выносимые на защиту

1. На основе различия оптических свойств нормальных и патологически измененных покровных тканей разработаны принципы интерпретации первых клинических ОКТ изображений, полученных с использованием эндоскопической ОКТ установки.

2. Создана методика проведения органосохраняющих операций гортани с определением границ злокачественной опухоли методом ОКТ и бескровной лазерной резекции на длинах волн 1.44 мкм и 1.32 мкм.

3. КП ОКТ позволяет дифференцировать здоровую, неопластическую слизистую и метаплазию, используя резкое различие в деполяризации света при рассеянии на коллагеновых волокнах и на клетках. Характер КП ОКТ образов не зависит от органной принадлежности слизистой (гортань, шейка матки).

4. Для диагностики злокачественных опухолей разработан и создан эндоскопический прибор на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии Hai оптическом волокне, сохраняющем! поляризацию.

Метод кросс-поляризационной отражательной спектроскопии позволяет в режиме реального времени, неинвазивно определять границы злокачественных образований.

5. Использование компрессии позволяет контрастировать в биоткани-слои с различными механическими свойствами, изменяя концентрацию объектов рассеяния, регистрируемых OKT. Компрессиям силой более 1 Н на площадь щупа позволяет дифференцировать воспаление и карциному прямой кишки при диагностике1 методом ОКТ в экспериментах ex vivo.

6. Проведено контрастирование структурных элементов покровных тканей животных in vivo, основанное на различии диффузионных свойств ткани для наночастиц с плазмонным резонансом на частоте локации ОКТ. Проведено сравнение эффективности применения различных наночастиц в качестве контрастирующих агентов на коже животных in vivo. Максимальный контраст (10 дБ, на» глубине 500-700 мкм) был достигнут при использовании золотых нанооболочек, обладающих плазмонным резонансом на частоте локации.

7. В широком диапазоне параметров ИК лазерного излучения, поглощаемого в биовеществе, в основном, водой, оптическая когерентная томография позволяет наблюдать динамику процессов фотоденатурации, свеллинга (разбухания) и абляции, а также измерять термически пораженную зону в результате лазерного воздействия. ОКТ может быть успешно использована для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени. Результаты работы показали, эффективность сравнительных исследований и возможность оптимизации режимов как лазерного, так и ВЧ воздействий под контролем КП ОКТ для двулучепреломляющих биотканей.

8. Разработан и создан оптический диффузионный томограф ОДТ прибор для локации поглощающих, рассеивающих и флуоресцирующих включений в биотканях, основаных на регистрации сильно рассеянной (диффузной) компоненты излучения, прошедшей сквозь слой биоткани. Клинически экспериментально показано, что ОДТ на волнах фотонной плотности (ОДТ ВФП) позволяет определять компонентный состав (окси- и деоксигемоглобин, жир) биоткани, и может быть применен для мониторинга лечения злокачественных опухолей молочной железы.

Практическая ценность диссертации состоит в следующем:

Высокая потребность в новых методиках и приборах оптической томографии»объясняется широкой областью их применения. По результатам, исследования разработаны и модифицированы установки для ОКТ, КП ОКТ, КПОС и ОДТ. В ходе исследования- проведена оптимизация параметров лазерных установок, использующихся для воздействия на биоткани. На основе разработанных установок созданы методики для использования в биологии и практической медицине. Методики апробированы в модельных экспериментах, лабораторных животных, а также в клинических' условиях.

Показаны варианты использования разработанных устройств и* методик:

- в мониторинге жизнедеятельности растений;

-в диагностике функциональных и морфологических изменений живых объектов (в том числе и лабораторных животных) в экспериментальной биомедицине;

- в контроле различных видов воздействия на живые системы, в том числе в клинической практике;

- в диагностике патологических процессов (в том числе и неоплазии) в клинической практике.

Результаты научного исследования использованы для разработки и внедрения в' клиническую практику онкологии, оториноларингологии, маммологии, урологии, хирургии и гинекологии. Создание диагностики неопластических процессов с помощью метода оптической когерентной томографии, оптической диффузионной томографии, кросс-поляризационной отражательной спектроскопии.

Использование ОКТ позволяет:

• провести прицельную биопсию;

• обеспечить в реальном времени интраоперационное планирование и контроль органосохраняющих операций при ранних формах неоплазии;

• проводить мониторинг консервативного лечения с целью оценки его эффективности;

• обеспечить наблюдение за результатами лечения в ближайшем и отдаленном периоде;

• повысить эффективность неинвазивной дифференциальной диагностики патологических процессов различной природы.

Использование ДФТ и ОДТ позволяет определять места опухоли Д° начала лечения, а в дальнейшем исследовать эффективность различных лечебных воздействий.

Использование КП ОКТ позволяет проводить мониторинг воздействия различных факторов на биоткани с собственным двулучепреломлением, контролировать процесс лазерной модификации хрящей.

Использование ОКМ позволяет проводить исследование засухоустойчивости растений в реальном времени в природных условиях.

Использование полученных в диссертации материалов и создание макета хирургического лазера дало возможность сделать уникальные органосохраняющие эндоскопические операции по удалению злокачественных опухолей гортани.

Метаболический статус злокачественных опухолей молочной железы определяется в ОДТ по распределению окси- и деоксигемоглобина и применяется при мониторинге лечения.

Апробация работы

Работы, изложенные в диссертации, осуществлялись по программам фундаментальных исследований Президиума РАН «Фундаментальные науки — медицине» и «Фемтосекундная оптика и новые оптические материалы», «Поддержка инноваций и разработок» 2007 года, «Многоцветная диффузионная томография' (МДТ) для диагностики рака молочной железы», а также госконтрактам Министерства промышленности и науки РФ № 2/1 от 24 декабря 1998 г. "Оптический томограф для построения' изображений живых биотканей", контракт № 4/2000 от 15 сентября 2000 г. "Микроскоп для визуализации трехмерной структуры оптически непрозрачных объектов", а также с Минобрнауки РФ № 02.522.11.2002 «Разработка технологий оптической томографии и выпуск опытных партий приборов для диагностики биологических тканей», № 02.435.11.3004 "Разработка методов прижизненного мониторинга молекулярных процессов в живых организмах на основе принципов флуоресцентной томографии", № 40.018.1.1.1312 "Развитие новых методов оптической томографии для диагностики биологических структур".

Гранты РФФИ: 04-02- 16748-а «Исследование процессов распространения и взаимодействия оптического излучения в сильнорассеивающих средах методами светодиффузионной томографии и оптоакустики»; 05-08-50276-а «Разработка опытного образца автоматизированного медицинского диагностического комплекса на основе метода оптической диффузионной томографии»; 07-02-01127- «Поляризационная оптическая спектроскопия».

Участвовал в работе международных грантов:

ИНТАС 97-1430, «Towards controlled laser physics and engineering of proteoglycan based tissues»;

CRDF № RB2-2389-NN02 «Development of methods for early diagnostics of neoplasia using optical coherence tomography».

Основные результаты, изложенные в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах' в Институте прикладной физики РАН, а также на следующих конференциях: Оптика лазеров' 93 (Ленинград), IX-th-Conference on Laser Optics, (S.-Petersburg), the Workshop on Optical Technologies in Biophysics & Medicine (Saratov Fall Meeting 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, на 6 международной конференции Лазерные Технологии ILLA1 98 (Шатура, Московская область), Фундаментальные и прикладные исследования в медицине (конференция РАЕ); 2003, Греция, Лутраки,

1-Й Троицкая конференция «Медицинская физика и инновации в медицине» (г. Троицк), международные; International Simposium on Intensive Laser Actions and> their Applications I11A и Conference on Laser Application Engineering LAE-8 (Сан-Петербург-96); Exhibition presentation' at 10 Conference on Laser Optics, St. Petersburg, 2000, CLEO' 96, 98, BiOS Europe'96 of Conference Photonics West (Вена), Fourth International Conference on Laser Ablation COLA* 97 (Monterey), BiOS of Conference Photonics West 94, 96, 97, 98, 99, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2008 (San-Jose), 17th International Cancer Congress, (Brasil), Annual Meeting of the Americal Society for Laser Medicine and Surgery (San-Diego) 98, 99, RGLS'2000, 21.09.0026.09.00, Suzdal, 11th International Laser Physics Workshop. Bratislava, Slovac republic, 2002, of International Quantum Electronics Conference & Conference on Lasers, Applications, and Technologies. June 24-27, 2002, OSA Technical Digest, Marwood N. Ediger, ed. (Optical Society of America, Washington, D.C., 2002), IQEC/LAT 2002, Восьмая Российская гастроэнтерологическая неделя, Москва, 2002, OSA Biomedical Topical Meeting. Miami Beach, FL, USA. 1417 апреля 2004, EUROGIN 2004 International Expert Meeting, .Российско-германский лазерный симпозиум (RGLS-2005). Нижний Новгород, Россия. 1— 7 октября 2005 г., (ICONO/LAT 2005), Eurobios 2005, (LPHYS'05)

St. Petersburg, the 10th Int. Congress on Oral Cancer, Crete, Greece 2005, European Cancer Conference of Oncology-13, Paris, France, October 2005, Китайско-российский семинар по биофотонике (ВВО, Вухань, 2006). Международная школа Saratov Fall Meeting 1998-2009, «Отечественные противоопухолевые препараты»2008-2009, Всероссийская конференция Нелинейная динамика в когнитивных исследованиях, Нижний Новгород 2009, Biophysics & bioelectrochemistry for medicine 2009, 6-10 May, Cisnadioara, Romania, (2009), ECBO 2009, Topical Problems of Biophotonics-2007, 2009 и другие.

За установку кросс-поляризационной отражательной спектроскоп получена золотая медаль на международной выставке Инновация 2008 в Брюсселе.

За установку оптический диффузионный томограф получена золотая медаль по международной программе «Golden Galaxy» в 2009г.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, двух приложений и списка литературы. Общий объем, включая 187 страницы основного текста с 68 рисунками, 2' приложениями на 38 страницах и списка литературы из 232 наименований на 32 страницах, составляет 259 страниц.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Каменский, Владислав Антониевич

Основные результаты, выносимые на защиту

• На основе различия оптических свойств нормальных и патологически измененных покровных тканей разработаны принципы интерпретации клинических ОКТ изображений, полученных с использованием эндоскопической ОКТ установки.

• Создана методика проведения органосохраняющих операций на гортани с определением границ злокачественной опухоли методом ОКТ и бескровной лазерной резекцией на длинах волн 1.44 мкм и 1.32 мкм. Оптимальное сочетание режущего и коагулирующего режима с минимальным поражением прилегающих тканей достигается для длины 1.32 мкм при мощности 200 Дж/см2 (не более 300 мкм), для 1.44мкм - 70 Дж/см2 (не более 150 мкм).

• Показано, что КП ОКТ позволяет дифференцировать бесструктурные ОКТ изображения за счет различия деполяризующих свойств объектов: ткани злокачественных опухолей, имеющие в основном клеточное строение, слабо визиализируются в ортогональной поляризации, рубцовые и метапластические изменения хорошо визуализируются в ортогональной поляризации за счет эффективной деполяризацией на коллагеновых волокнах.

• Разработан и создан эндоскопический прибор на основе метода кросс-поляризационной отражательной спектроскопии (КПОС) на одномодовом поляризационно сохраняющем волокне для диагностики злокачественных опухолей с коэффициентом поляризационной развязки между ортогональными поляризациями не менее 23 дБ и диаметром щупа 1.4 мм. Показано, что изменение сигнала ортогональной компоненты отображает гистологическую границу злокачественная опухоль — нормальная ткань.

• Разработан метод ОКТ контрастирования слоев биоткани с различной эластичностью. Использование компрессии позволяет контрастировать в биоткани слои с различными механическими свойствами, изменяя: количество объектов рассеяния, регистрируемых ОКТ. Компрессия с силой более 1 Н на площадь щупа позволяет дифференцировать воспаление и карциному прямой кишки при диагностике методом ОБСТ в экспериментах ex vivo.

• Разработан метод контрастирования структурных элементов покровных тканей животных in vivo, основанный на различили диффузионных свойств ткань-агент для наночастиц с плазмоннызм: резонансом на частоте локации ОКТ.

• Разработан метод ОКТ наблюдения динамики процессов фотоденатурации, разбухания и абляции биотканей, а также позволяющий измерять термически пораженную зону в результате лазерного воздействия. ОКТ может быть успешно использована для диагностики процессов лазерной модификации биотканей в реальном времени.

• Показано, что разбухание биотканей под действием лазерного излучения характеризуется сложной динамикой модификации. OÍCT позволяет наблюдать, что в процессе импульсно-периодического воздействия разбухание характеризуется постепенным накоплением денатурированного вещества в области вспучивания с ее последующим резким разрушением и выбросом газообразных продуктов разложения. Экспериментально реализован метод проекционной оптической диффузионной томографии на волнах фотонной плотности (ОДТ ВФГТ) позволяющий определять распределение компонентного состава (окси- и деоксигемоглобин, жир) биоткани с облучением на длинах волн 684, 790 и 850 нм при высокочастотной модуляции на 140 Мгц. Метаболический статус злокачественных опухолей молочной железы определяется по распределению окси- и деоксигемоглобина применяется при мониторинге лечения.

Общее количество основных результатов -9

6.3 Заключение

Создано семейство новых приборов для локации поглощающих, рассеивающих и флуоресцирующих включений в биотканях, основанных на регистрации сильно рассеянной (диффузной) компоненты излучения, прошедшей сквозь слой биоткани, с последующей реконструкцией оптических неоднородностей. Оптический диффузионный томограф на волнах фотонной плотности (ОДТ ВФП) предназначен для определения компонентного состава (окси- и деоксигемоглобин, жир) биоткани, и может быть применен для диагностики рака молочной железы. Диффузионный флуоресцентный томограф (ДФТ) предназначен для получения двумерных изображений опухолей, меченных флуорофорами, у экспериментальных животных.

В ходе работы выявлено, что ОДТ дает возможность детектировать опухоль на фоне здоровых тканей молочной железы, и позволяет получить дополнительную информацию о физиологическом состоянии опухолевой ткани. Чувствительность установки позволяет детектировать опухоли молочной железы при толщине тканей до 8 см, что позволяет детектировать большинство клинических случаев. В работе показано, что содержание оксии дезоксигемоглобина адекватно отражает такой физиологический параметр как кислородный статус опухоли.

ДФТ приборы позволяют проводить прижизненный мониторинг молекулярных процессов в нормальных и патологических тканях модельных животных, выявлять потенциальные молекулярные мишени для лекарственной терапии и проводить скрининг новых лекарственных препаратов. В качестве флуоресцентных маркеров могут применяться коллоидные квантовые точки.

Описанные выше методики позволят проводить прижизненный мониторинг, как развития опухоли, так и наблюдать за лечебным воздействием на опухолевые процессы, что позволит в десятки раз сократить время разработки лекарственных препаратов и создания методик лечения.

Библиография Диссертация по биологии, доктора физико-математических наук, Каменский, Владислав Антониевич, Саратов

1. Левин Г.Г. Вишняков Г.И., Оптическая томография - М: Радио и связь 1989г. -284 стр.

2. Владимиров Ю.А., Проскурнина Е.В. Лекции по медицинской биофизике: Учебное пособие Издательство: Издательство МГУ, 2007 — 431с.

3. Зимняков Д.А., Тучин В.В. Оптическая томография тканей //Квантовая электроника, 2002, 32 (10), 849-867.

4. Turchin I.V., ShakhovaN.M., Kamensky V.A., and OrlovaA.G. Methods of optical tomography in biomedicine // Proc. SPIE. 2005 V.5973. - P.20-28

5. Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis second edition, Bellingham, WA: SPIE Press, 2007

6. Wilson T. Confocal Microscopy Academic Press, London, 1990.

7. Handbook of optical coherence tomography, edit. B.E. Bouma, G.J. Tearney (Marcel Dekker, New York) 2002.

8. Руководство по оптической когерентной томографии (Н.Д. Гладкова, Н.М. Шахова, A.M. Сергеев — ред.) М. Физматлит, Медицинская книга, 2007

9. Helmchen F., Denk W Deep tissue two-photon microscopy// Nature Methods -2005, Vol. 2 P 932-940.

10. Dodt H.U. Ultramicroscopy: three-dimensional visualization of neuronal networks in the whole mouse brain // Nature methods, 2007 -№ 4 -PI 331336.

11. Photon Migration in Tissues, (B. Chance, ed. ), Plenum, NewYork 1988.

12. Durduran Т., Choe R., Culver J. P., Zubkov L., Holboke M. J., Giammarco J., Chance В., and Yodh A. G., Bulk optical properties of healthy female breast tissue,// Physics. Med. Biol. 47, pp. 2847-2861, 2002.

13. Ntziachristos V, Yodh AG, Schnall MD, Chance В MRI-guided diffuse optical spectroscopy of malignant and benign breast lesions// Neoplasia, 2002 Vol. 4, №. 4. - P. 347-354.

14. Zacharakis G., Ripoll J., Weissleder R., and R. Ntziachristos R., Fluorescent Protein Tomography Scanner for Small Animal Imaging /ДЕЕЕ Trans. Med. Imag., 2005 -Vol. 24 P. 878-885.

15. Карабутов A.A., Подымова Н.Б. Импульсная оптико-акустическая диагностика биообъектов. //Изв.АН, сер.Физ 1997 -т.61, N8 С. 15801585.

16. Кириллов А.Г., Ложкарев В.В., Мансфельд А. Д., Применение квазирезонансных ультразвуковых приемников для оптико-акустической томографии биологических объектов. //Квантовая электроника, 1999 т. 28, № 3, с. 277-280.

17. Gurjar R.S., Backman V., Perelman L.T., Georgakoudi I., Badizadegan K., Itzkan I., Dasari R.R. and Feld M.S., Imaging human epithelial properties with polarized light-scattering spectroscopy.// Nature Medicine 7, pp 1245 -1248, 2001.

18. Briers J.D., Webster S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): a non-scanning, full-field technique for monitoring capillary blood-flow // J. Biomed. Opt. 1996. V. 1, P.174 - 179.

19. Zimnyakov D A, Sinichkin Yu P, Ushakova О V, Optical anisotropy of fibrous biological tissues: analysis of the influence of structural properties // Quantum Electron, 37 (8), pp 777-783, 2007.

20. Huang D., Swanson E.A., Lin C.P., Schuman J.S., Stinson W.G., Chang W., Нее M.R., Flotte Т., Gregory K., Puliafito C.A., Fujimoto J.G. Optical coherence tomography // Science, 1991. V. 254, N. 5035. - P. 1178-1181.

21. Swanson EA, Izatt J А, Нее MR, Huang D, Lin CP, Schuman JS, Puliafito CA and Fujimoto JG: In vivo retinal imaging by optical coherence tomography //Optics Letters, 1993 -№ 18-P. 1864-1866.

22. Puliafito CA, Нее MR, Schuman JS, et al: Optical Coherence Tomography of Ocular Diseases. Thorofare, NJ, Slack Inc., 1996.

23. Dunn A. and Richards-Kortum R., Three-dimensional computation of light scattering from cells, // IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron, 1996 № 2, - P 898-905.

24. Schmitt J. M. and Kumar G. Optical scattering properties of soft tissue: a discrete particle model //Applied Optics, 1998 Vol. 37, P 2788-2797.

25. Долин JI.C. Теория оптической когерентной томографии. //Изв. вузов. Радиофизика, 1998 т.41, №10. с. 1258 - 1263.

26. Turchin V., Sergeeva Е. A., Dolin L. S. and Kamensky V. A., Estimation of Biotissue Scattering Properties from OCT Images Using a Small-Angle Approximation of Transport Theory// Laser. Physics. Int-1 J., 2003 № 13, P 1524-1529.

27. Handbook of Optical Biomedical Diagnostics, Editor: V.V. Tuchin (Bellingham, SPIE Press) 2002.

28. Letokhov V.S. Laser biology and medicine. // Nature 1985 Vol. 316, July 25, P 325-330.

29. Bohren C.F., Huffman D.R. Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley, New York, 1983.

30. Wang L., Jacques S. L., and Zheng L., MCML-Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues, // Comput. Meth. Prog. Biomed., 1995 Vol. 47, P. 131-146.

31. Сергеева Е.А. Модели световых полей и изображений для задач оптической томографии биологических тканей. Диссертация к.ф.м.н., Нижний Новгород 2008.

32. Ramella-Roman J., Prahl S., and Jacques S., Three Monte Carlo programs of polarized light transport into scattering media: part I II // Opt. Express, 2005, vol. 13, pp. 4420-4438.

33. Drezek R., Dunn A., R.Richards-Kortum Light scattering from cells:FDTD simulatioms and goniometric measurements //Appl.Opt. 1999 — Vol. 38, P -3651-3661.

34. Haseloff, J. GFP variants for multispectral Imaging of Living Cells // Methods Cell Biol, 1999, Vol. 58, P 139-151.

35. Dunn, A., Richards-Kortum R. Three-Dimensional Computation of Light Scattering from Cells// IEEE J. of Select. Top. in Quan. Electronics, 1996 -№2-P. 898-905.

36. Colston B.W., Everett M.J., Da Silva L.B., Otis L.L., Stroeve P., Nathel H. Imaging of hard- and soft-tissue structure in the oral cavity by optical coherence tomography // Applied Optics. 1998. - V. 37. - P. 3582-3584.

37. Shakhova-N. М., Gelikonov V. Mi, ■ Kamensky V. A., Kuranov R. V.,.and Turchin I. V., Clinical Aspects of the Endoscopic Optical Coherence Tomography and the Ways for Improving its Diagnostic Value// Laser Physics; 2002 Vol; 12, № 4, pp; 617-626;

38. Shakhova N Sapozhnikova V.V., Kamensky V.A., Kuranov R.V., Loshenov V.B.,. Petrova S.A, Myakov A.V. Optical methods tor diagnosis of neoplastic pmcesses in the uterine cervix and-vulva?// Journal of Applied Research, 2003 Vol.3, № 2 - P144-156.

39. Zhang SL, Meyers CL, Subramanyan K, Hancewicz TM. Near infrared imaging for measuring and visualizing skin hydration. A comparison with visual assessment and electrical methods //J Biomedical Optics. 2005 Vol. 10, №3 -031107.

40. Bashkatov A.N., Genina Е.А., Kochubey V.I., Tuchin V.V., Sinichkin Yu.P. The influence of osmotically active chemical agents on the transport of light in the scleral tissue // Proc. SPIE. 1999 Vol. 3726, - P. 403-409.

41. Шахова H.M. Клинико-экспериментальное обоснование применения оптической когерентной томографии в медицинской практике. Диссертация д.м.н. Нижний Новгород 2004.

42. Drexler W., Morgner U.,.Kartner X.F, Pitris С., Boppart S.A., Fujimoto J.G. In vivo ultrahigh-resolution optical coherence tomography //Optical letters 1999 Vol.24, № 17 - P 1221-1223.

43. Schmitt J. M., Lee S. L. and Yung K.M. An optical coherence microscope with enhanced resolving power in thick tissue// Optics Communication, 1997 -Vol. 142, Issues 4-6 P 203-207.

44. Optical Coherence Tomography (editor W. Drexler, J.G.Fujimoto) A.D. Aguirreand J. G. Fujimoto, Optical Coherence Microscopy Chapter 17 Springer 2009 P 505-542.

45. Baumgartner A, Dichtl S, ITitzenberger CK. Sattniann H. Robl B, Moritz A. et al. Polarization-Sensitive Optical Coherence Tomography of Dental Structures //Caries Research, 2000 Vol. 34, .N»1, P 59-69.

46. Dc Boer J. F,. Milner T. E, van Gemert M. J: C., and Nelson J. S. Two-dimensional birefringence imaging; in biological tissue by polarization-sensitive optical; coherence tomography /7 Optics Letters, 2004 Vol. 22, Issue 12-P. 934-936.

47. Schoenenberger K., Colston B. W., J. Maitland Jr., D:, Da Silva L. B., and-Everett M. J, Mapping of birefringence and thermal'damage in tissue by use of polarization-sensitive optical'coherence tomography// Applied Optics., 1998 Vol. 37 - P. 6026-6036,

48. De Boer J. F., Srinivas S. Mi, Malekafcali A., Chen Z. P., Nelson J. S., Imaging thermally damaged tissue by polarization sensitive optical; coherence tomography//Optics Express, 1998 Vol 3, - P. 212-218.

49. Baumgartner A., Dichtl S., Hitzenberger C. K., Sattmann H:, Robl B., Moritz A.,. Fercher Z. F, Sperr W, Polarization-sensitive optical coherencetomography of dental structures// Caries Research, 2000 Vol 34 - P. 5969.

50. De Boer J. F., Srinivas S. M., Park B. H., Pham T. H., Chen Z. P., Milne T. E., Nelson*J. S., // Polarization effects in optical coherence tomography of various biological tissues, IEEE J. Sel. Topics Quant. Electron., 1999 Vol. 5 - P: 1200-1204.

51. Schmitt' J. M., Xiang S. H., Cross-polarized backscatter in optical coherence tomography of biological tissue // Optics Letters, 1998 -Vol 23 -P. 1060-1062.

52. Koop N., Brinkmann. R., Kaftan. B., Asiyo-Vogel. M., Engelhardt. R., Birngruber. R. Comparison of thermal coreal lesions by OCT and polarization histology//BIOS' Europe 96 Book of Abstracts, 1996 - P 47.

53. Kamensky V.A., Feldchtein F.I., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Pravdenko K., Bityurin N.Ml, In situ monitoring of the middle IR laser ablation of cataract-suffered human lens by optical coherent tomography //Proc.SPIE, 1996 -Vol 2930, P. 222-227

54. Игнатьева Н.Ю., Захаркнна O.JL, Соболь Э.Н., Лунин В.В., Каменский

55. B.А., Андреева И.В., Аверкиев С.В., Мяков A.B. Изменение структуры коллагена фиброзного кольца при термическом и ИК лазерном воздействии // Доклады Академии г Наук, 2007 т.413, №6,1. C.845-847.

56. Photonics West*, BiOS, Book of Abstracts 1999-2005, San Jose, California

57. Ignatieva N.Yu., Zakharkina O.L., Andreeva I.V., Sobol E.N., Kamensky V.A., Myakov A.V., Averkiev S.V., Lunin V.V. IR Laser and Heat-induced Changes in Annulus Fibrosus Collagen Structure// Photochemical Photobiol., 2007 Vol. 83, №3 - P. 675-685.

58. Sobol E.N. Phase Transformations and Ablation in Laser-Treated- Solids, WiJley, N.Y.1995.

59. Altshuler A.G., Belikov A.V., Erofeev A.V., Laser abrasive mechanism of hard tissue removal // Photonics West'98, BiOS, Book of Abstracts, San Jose, California, 1998 P. 3248.

60. Lubashevsky I.A., Priezzhev A.V., Gafiychnuk V.V., Free boundary model for local thermal coagulation. Growth of a sperical and cylindrical necrosis domain. // Proc.SPIE, 1997 Vol. 2975 - P. 43-53.

61. Asiyo-Vogel M.N., Brinkmann R., Notbohm H., Eggers R., Lubatschowski H., Laqua H., Vogel A. Histologic analysis of thermal effects in laserthermokeratoplasty and corneal ablation using sirius-red polarization microscopy. // Cat.Refract.Surg., 1996

62. Bityurin N.M., Kamensky V.A., Muraviov S.V., Feldchtein F.I., Malyshev A.Yu., Sergeev A.M., Snopova L.B., Yurkin A.M., Combined effect of IR and UV laser radiation onbio logical tissues: cleaning. // Technical Didgest, CLEO'98, 1998 Vol. 6, P.230.

63. Edwards G., Logan R., Copeland M., Reinisch L., DavidsonJ., Johnson В., Maclunas R, Mendenhaven J., Ossoff R., Tribble J., Werkhaven J., O'Day D. Tissue ablation by a free-eletron laser tuned to the amide II band // Nature, 1994-Vol. 371,- P. 416-419.

64. Payne B.P., Nishioka N.S., Mikic B.B., Venugopalan V., Comparison of pulsed CO2 laser ablation at 10.6 мт and 9.5 Пмт. //Lasers in surgery and medicine, 1998 Vol. 23, N 1.

65. Водопьянов К.JI., Эффект просветления воды для интенсивного света в максимуме полосы поглощения/Ж Т. Ф., 1990-т. 97,вып. 1-С.205-218.

66. Cummings J.P., Walsh J.T. Erbium laser ablation: The effect of dynamic optical propeties //Appl. Phys. Lett. 1993 Vol: 62, № 16 - P. 1988- 1990.

67. Лазерная инженерия хрящей /под ред. В.Н.Баграташвили, Э.Н.Соболя, А.Б.Шехтера ФИЗМАТЛИТ 2006, С. 342.

68. Asshauer Т., Delacretaz G., Rastegar S. Observation of delayed coagulation during egg white denaturation by pulsed holmium laser // CLEO' 96 Technical Digest Series, 1997 Vol. 9 - P 167.

69. Asshauer Т., Delacretaz G., Rastegar S., Phototermal denaturation of egg white by pulsed holmium laser// Proc. SPIE 1998 Vol. 2681 - P. 120-124.

70. Малышев. А.Ю,.Каменский B.A, Битюрин H.M. Динамика свелинга мягкой биологической ткани при воздействии ИК-лазеров в доабляционном режиме. Препринт ИПФ РАН г. Нижний Новгород, 2001 № 558.

71. Sankaran V., Walsh J. Т., An Optical, Real time Measurement of Collagen Denaturation // Proc. SPIE, 1998 Vol. 2975 - P 34-42.

72. Welch A.J. The thermal response of laser irradiated tissue //Quantum Electron, 1984 Vol. QE-20, № 12 - P 1471-1481.

73. Deutsch. T.F IR-laser ablation in medicine: Mechanisms and applications Springer ISSN1616-6361, 2006

74. London R.A., Glinsky M.E., Zimmerman G.B., Bailey D:S., Eder D.C, Jacques S.L. Laser-tissue interaction modeling with LATIS.// Applied Optics 1997 Vol.36, N 34, P. 9068-9074.

75. Majaron B., Plestenjak P., Lukas M., Thermo-mechanical laser ablationof soft biological tissue: modeling the micro-explosions // Applied Physics B, 1999 Vol. 69, P 71-80.

76. Welsh A.J., Motamedi M., Rastegar S., LeCarpentier G.L., Jansen E.D. Laser thermal ablation // Photochem. Photobiol. 1991 Vol. 53, p 815-823.

77. Jacques S.L. Laser- tissue interactions: Photochemical, photothermal and photomechanical.// Surgical Clinics of North America, 1992 Vol. 72, №. 3- P 531-558.

78. Siege A. M., Marota J. J. A. and Boas D. A., Design and evaluation of a continuous-wave diffuse optical tomography system // Optics express, 1999- Vol. 4, №. 8, P 287-291.

79. Yodh, A. and B. Chance Spectroscopy and imaging with diffusing photons // Physics. Today, 1995 P 34-40.

80. Yu Y, Liu N, Sassaroli A, Fantini S, Near-infrared spectral imaging of the female breast for quantitative oximetry in optical mammography // Applied Optics, 2009 Vol. 48, № 10 - P 225-235

81. Sassaroli A, Martelli F, Fantini S. Higher-order perturbation theory for the diffusion equation in heterogeneous media: application to layered and slab geometries // Applied Optics, 2009 Vol. 48, №10 - D62-73.

82. Lyubimov V. V., On the Spatial Resolution of Optical Tomography of Strongly Scattering Media with the Use of the Directly Passing Photons // Optics and Spectroscopy, 1999 V 186, № 2, - P.251-252.

83. Homer M.J., Breast imaging: Pitfalls, controversies, and some practical thoughts // Radiol Clin of North Am, 1985 № 14, P. 635-650.

84. Hindle W.H., Davis L., and Wright D., Clinical value of mammography for symptomatic women 35 years of age and younger, Am. J. Obstet. Gynecol, 1999-Vol. 180; №6, -P. 1484-1490.

85. Ганцев Ш.Х., Ханов A.M., Демидов C.M. Рак молочной железы //Учебное пособие, М.: Мед. информ. агентство, 2004 — С. 114.

86. Bradley C.J., Given C.W., and Roberts С., Disparities in cancer diagnosis and survival. // Cancer, 2001 Vol. 91, № 1 - P. 178-188.

87. Fletcher S.W., Breast cancer screening among women in their forties: an overview of the Issues//J. Natl. Cancer Inst. Monogr, 1997—Vol. 22 -P. 5—9.

88. Choe R., Corlu A., Lee K., Durduran Т., Konecky S.D., Grosicka-Koptyra M., Arridge S.R., Czerniecki B.J., Fraker D.L., DeMichele A., Chance В.,

89. Rosen M.A., and Yodh A.G., Diffuse optical tomography of breast cancer during neoadjuvant chemotherapy: a case study with comparison to MRI. Med. Phys., 2005 Vol. 32, № 4 - P. 1128-1139.

90. SokolovK., DrezekR., Gossage K., andRichards-KortumR., Reflectance spectroscopy with polarized light: is it sensitive to cellular and nuclear morphology // Optics Express, 1999 Vol. 5, P. 302-317.

91. Johnson T.M. and Mourant J.R., Polarized Wavelength-Dependant Measurements of Turbid Media// Opt. Express, 1999 Vol. 4, P. 200-216.

92. Liu H., Beauvoit B., Kimura M., Chance B. Dependence of tissue optical properties on solute-induced changes in refractive index and osmolarity // J. Biomed. Opt. 1996 Vol. 1. N. 2. - P. 200-211.

93. Vargas G., Chan K.F., Thomsen S.L., Welch A.J. Use of osmotically active agents to alter optical properties of tissue: effects on the detected fluorescence signal measured through skin // Lasers Surg. Med. 2001. V. 29 - P. 213-220.

94. Bashkatov A.N., Tuchin V.V., Genina E.A., Sinichkin Yu.P., Lakodina N.A., Kochubey V.I. The human sclera dynamic spectra: in-vitro and in-vivo measurements //Proc. SPIE. 1999 Vol. 3591 - P. 311-319.

95. Максимова И.JI., Зимняков Д.А., Тучин В.В. Управление оптическими свойствами биотканей: I. Спектральные характеристики, склеры глаза // Оптика и спектр. 2000 Т. 89. № 1 - С. 86-95.

96. Зимняков Д.А., Максимова И.Л., Тучин В.В. Управление оптическими свойствами биотканей. II. Когерентно-оптические методы исследования структуры тканей // Оптика и спектр. 2000 Т. 88. № 6 -С. 1026-1034.

97. Tuchin V.V., MaksimovaTlL., Zimnyakov D.A., Коп I.L., Mavlutov А.Н., Mishin A.A. Light propagation in tissues with controlled optical properties // J. Biomed. Opt. 1997 Vol. 2. N. 4'. - P. 401-417.

98. Tuchin V.V. Optical clearing of tissues, and blood using, the immersion method // J. Phys. D: Appl. Phys. 2005 V. 38 - P. 2497-2518.

99. Paciotti G.F., Myer L., Kingston D.G.I., Ganesh Т., Tamarkin L. Colloidal Gold Nanoparticles: A Versatile Platform* for Developing Tumor Targeted1 Cancer Therapies //NSTI-Nanotech., 2005 Vol. 1 - P. 7-10.

100. Zharov V., Letfullin R.R., Galitovskaya E.N. Microbubbles-overlapping mode for laser killing of cancer cells with absorbing nanoparticle clusters // J. Phys. D: Appl. Phys., 2005 V. 38. - P. 2571.

101. Загайнова E.B., Ширманова M.B., Каменский B.A., Кирилин М.Ю., Орлова А.Г., Балалева И.В., Хлебцов Б.Н. Исследования контрастирующих свойств золотых наночастиц для метода ОКТ.// Российские нанотехнологии. 2007 Т. 2, Вып. 7-8 - С. 135-143.

102. Матвеевская Н.А., Семиноженко В.П., Толмачев А.В., Коллоидные системы наночастиц Si02/Au и их оптические свойства // Материаловедение, 2006 № 7 - С. 39-43.

103. Loo С., Lee M-H., Hirsch L.„ Chang E., West J., Halas N., Drezek R. Golci nanoshell bioconjugates for molecular imaging in living cells // Optics. Letters, 2005 Vol. 30. № 9. - P. 1012-1014.

104. Oldenburg A.L., Hansen M.N., Zweifel D.A., Wei A., Boppart S.A^ Plasmon-resonant gold nanorods as low backscattering albedo contrasrfc agents for optical coherence tomography // Optics Express, 2006 Vol.15 P. 6724.

105. Jemal A, Siegel R., Ward E, Murray T, Xu J., Thun M. Cancer statistics 2007 // CA Cancer J Clin. 2007 V 57, P 43-66.

106. Parkin DM, Bray F, Ferlay J, Pisani P. Global cancer statistics, 2002. // C^-^s. Cancer J Clin. 2005 Vol. 55, № 26 - P. 74-108.

107. Лопатин B.H., Приезжев A.B., Апонасенко А.Д., Метод^д светорассеяния в анализе дисперсных биологических сред M.iHayic:^^ 2004-С. 384.

108. Myakov A., Nieman L., Wicky L., Utzinger U., Richards-Kortum IR. Sokolov K. Fiber optic probe for polarized reflectance spectroscopy 5n vivo: Design and performance // Journal of Biomedical Optics 2002 — V0j 7, № 3 P. 388-397.

109. Sobol' E.N., BaumO.I., Bol'shunov A.V., SipliviyV.I., Ignat'eva КГ.^Гга., Zakharkina O.L., LuninV.V., Omel'chenko А.1., Kamenskiy V.A., and

110. Myakov A.V. Eye tissue structure and refraction alterations upon nondestructive laser action // Laser Physics 2006 Vol.16, N5 - P.735-740.

111. Логунова M.A., Шахова M.A., Андреева И.В., Игнатьева Н.Ю., Каменский В.А., Баграташвили В.Н., Лунин В.В., Стабильность коллагена в системе надхрящница хрящ на примере щитовидного хряща гортани. // Биофизика, 2008 - Т.53, №5 -С.202-210.

112. Backman V. R., Gurjar К., Badizadegan I., Itzkan R., Dasari L., Perelman Т., and Feld M.S. Diagnosing cancers using spectroscopy. Nature 2000 -Vol. 406 P. 35-36.

113. Schmitt, J.M., Optical Coherence Tomography (OCT): //A. Review IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics, 1999 № 5- P. 1205-1212.

114. Schmitt J.M., Xiang S.H. Cross-polarized backscatter in optical coherencetomography of biological tissue // Optics Letters, 1998 Vol. 23, N. 13. - P.i1060-1062.

115. Мяков A.B., Каменский В.А. Устройство упругой поляризационной спектроскопии // Патент РФ на изобретение № 2292531 от 04.04 2005.

116. Мяков А.В., Каменский В.А. Устройство упругой поляризационной спектроскопии // Патент РФ № 76207 от 05.03 2007.

117. Каменский В.А., Морозов А.Н., Мяков А.В., Агрба П.Д., Шахова Н.М. Эндоскопический кросс-поляризационный спектрометр-прибор для пункционной диагностики// Оптика и спектроскопия, 2010 том 109, №2-С. 1397-1401.

118. Chen Z, Milner Т. Е., Srinivas S, Xiaojun Wang, Malelcafzali A, van Gemert M. J. C., and Nelson J. S. Noninvasive imaging of in vivo blood flow velocity using optical Doppler tomography // Optics Letters, 1997 -Vol. 22, Issue 14, P. 1119-1121.

119. Wang R.K, Xu X., Tuchin V.V., Elder J.B. Concurnent enhancement of imaging depth and contract for optical coherence tomography // J. Opt. Soc. Am. 2001 -B18-P.948.

120. Petrova G.A. Derpalyuk E.N., Gladkova N.D., Feldchtein F.I:, Nikulin N.K., Donchenko E., Gelikonov V.M., Kamensky V.A. Optical coherence tomography using tissue clearing for skin disease diagnosis // Proc. SPIE 2003-V. 5140- P. 168,- 177.

121. WangiR.K. and'Tuchin V.V., Optical tissue clearing to enhance: imaging performance for OCT // Chapter 28 in Optical5 Coherence Tomography (editor W. Drexler, JiG.Fujimdto) Springer 2009- Pr 855-883; . .

122. Петрова», F.Ai, Шливко ИЩ Зорькина M:B., Петрова К.С.,.Иксанов ; Р.Р:, Каменский В.А. Прижизненный ОКТ-мониторинг морфологических изменений! кожи; как контроль эффективности; терапии// Клин; дерматол. и венсрол. 2008 №1 - СЗ6-40.

123. Воробьев В.А, Геликонов Г.В., Геликонов B.M., Каменский В.А., Пруд н и ко вМ. Б., Турчин И;В Устройство получения контрастных ОКТ изображений// Патент на изобретение РФ 2314034.

124. Загайнова Е.В., Ширманова М.В., Орлова А.Г., Балалаева И.В., Каменский В.А. Способ исследования состояния кожи методом; оптической когерентной томографии// Заявка РФ 2007131190

125. Khlebtsov В., Zharov V., Melnikov A., Tuchin V., Khlebtsov N„ Optical amplification of photothermal therapy with gold nanoparticles and nanoclusters //Nanotechnology 2006 № 17, P. 5167-5179.

126. Chen J., Saeki F., Wiley B. J., Cang H., Cobb M.J., Li Z.-Y., Au L., Zhang H., Kimmey M.B., Li X., Xia Y. Gold Nanocages: Bioconjugation and Their Potential Use as Optical Imaging Contrast Agents // Nano Letters 2005 Vol. 5. №.3 - P.473-477.

127. Гааль Э., Медьеши Г., Верецкеи JI. Электрофорез в разделении биологических макромолекул, М.: «Мир», 1982 С. 448.

128. Lee T.M., Oldenburg A.L., Marks D.L., Luo W., Toublan F.J.-J. Suslick K.S, Boppart S.A. Engineered microsphere contrast agents for optical coherence tomography // Optics Letters, V. 28, № 17 C. 1546-1548.

129. Agrba, P.D., Kirillin, M.Yu., Abelevich, A.I., Zagaynova, E.V., Kamensky, V.A., Compression As a Method for Increasing the Informativity of Optical Coherence Tomography of Biotissues //Optics and Spectroscopy, 2009 Vol. 107, №6 - P. 853-858.

130. Gobin A.M., Lee M.H., Drezek R.A., West J.L. // Near-Infrared Resonant Nanoshells for Combined Optical Imaging and Photothermal Cancer Therapy. Nano Letters. 2007 Vol.7, №7 - P. 1929-1934

131. Kamensky V., Feldchtein F., Pravdenko K., Gelikonov V., Gelikonov G., Sergeev A., and Bityurin N. Monitoring and animation of laser ablation process in cataracted eye lens using coherence tomography// Proc. SPIE, 1997-Vol. 2981 P. 94-101.

132. Kamensky V.A. IR laser surgery treatment of cataractous human lens monitored by optical cogerent tomography.// Laser in surgery and medcine, 1998 № 3 - p 60.

133. Baumgartner A., Dichtl S., Hitzenberger С. K., Sattmann H., Robl В., Moritz A., Fercher Z. F., Sperr W, Polarization-sensitive optical coherence tomography of dental structures// Caries Research, 2000 Vol 34 - P. 59-69.

134. Ren Q., Keates R.H., Hill R.A., Berns M.W. Laser refractive surgery: a review and current status// Opt. Engineering 1995 Vol. 34 N 3 -P 642-659.

135. Thompson K.P., Ren Q.S., Parel J.-M. Therapetic and diagnoctic application of lasers in ophthalmology/ЯЕЕЕ, 1992-Vol.80, N 6-P 838-859.

136. Пресман A.C. Действие микроволн на живые организмы и биологические структуры // Успехи физических наук, 1965 т 86, № 2, С, 264.

137. Bernhardt J.H. Non-Ionizing radiation safety: radiofrequency radiation, electric fields // Physics Medical Biol. 1992 Vol. 3, № 4, P 807.

138. Rosen A., Rosen H.D., Edwards S.D. New Frontiers for RF/Microwaves in Therapeutic Medicine // The RF and Microwave Handbook (Ed. Mike Golio, Boca'Raton:). CRC Press LLC, 2001

139. Comaish I.F., Lawless M.A. Conductive Keratoplasty to correct residual hyperopia after previous corneal surgery// Journal of Cataract and Refractive Surgery, 2003 Vol. 29, № 1, P. 202.

140. Fitzpatrick R., Geroneumus R, Goldberg D. Multicenter study of noninvasive radiofrequancy for periobital tissue // Lasers Surg. Med. 2004 -Vol. 34, №3-P. 203-207.

141. Прикладная лазерная медицина, под ред. Х.-П.Берлиена, Г.Й.Мюллера (М.: АО «Интерэксперт», 1997 С.356.

142. Shakhov A.V., Terentjeva А.В., Kamensky V.A., et al. Optical Coherence Tomography Monitoring for Laser Surgery of Laryngeal Carcinoma // Journal of Surgical Oncology. 2001 Vol. 77 - P. 253-259.

143. Jovic R.M., Baros В., Duric D., Bjelovic M., Canji K., Kljajic V. Our results in surgical treatment of laryngotracheal stenosis-ten years experience.// Med Pregl. 2006 Vol. 59 №7- P. 8 - 309.

144. Казакевич B.C., Каюков C.B., Поляков В.П Перфорация миокарда с помощью лазерного излучения и высокочастотного разряда// Известия СНЦ РАН 2003 -Т.5, №1-С.37-45.

145. Park D., Pierce М., F. de Boer J. Real-time multi-functional optical coherence tomography.//Optical Express 1998 Vol. 3. N 6 - P. 212 - 218.

146. Pierce M.C, Sheridan R.L., Park B.H., Cense В., de Boer J.F. Collagen denaturation can be quantified in burned human skin using polarization-sensitive optical coherence tomography//Burns, 2004 -Vol. 30 P.511-517.

147. Schoenenberger K., Colston B. W., Maitland Jr., D. J., DaSilva L. В., and Everett M.J., Mapping of birefringence and thermal damage in tissue by use of polarization-sensitive optical coherence tomography // Applied Optics, 1998 Vol. 37 - P. 6026-6036.

148. Gelikonov V.M., Gelikonov G.V. New approach to crosspolarized optical coherence tomography based on orthogonal1 arbitrarily polarized modes // Laser Physics Letters 2006 Vol. 3, P. 445.

149. Соболь Э.Н., Китай M.C., Расчет кинетики нагрева и структурных изменений в хрящевой ткани под действием лазерного излучения //Квантовая электроника, 1998 Vol. 25 №7 Р. 651.

150. Gabriel S., Lau R.W., Gabriel G., The dielectric properties of biological ' tissues: Literature survey//Phys. Med. Biol., 1996 -Vol! 41, P. 2251 -2293.

151. Esrick М.Л., McRae D.A. The effect of hyperthermia induced tissue conductivity changes on electrical, impedance temperature mapping // Phys. Med. Biol., 1994-Vol. 39, № 1- P. 133-144.

152. Thomsen.S. and Tatman D., Physiological and pathological factors of human breast disease that can influence optical diagnosis // Ann. N. Y. Acad: Sci., 1998 Vol. 838, P. 171-193.

153. Stokell P.J., Robb JD. SPIDER-1 Software for evaluating the detriment associated with exposure., // Chilton: National Radiological Protection-Board. NRPB Report R261. NRPB, Chilton 1993

154. Birrenbach S., Miller S., Stern W., Xydeas Т., Pietsch-Breitfeld B., Belka C., Fersis N., Claussen C. D:, and M. Miller-Scliimpfle //PET with 18FJfluorothymidine for imaging of primary breast cancer: a pilot study. Rofo. 2004 Vol.31, № 5 - P. 720-724.

155. Bassett L. W., Ysrael M., Gold R. H., and Ysrael C., Benign versus Malignant Solid Breast Masses: // US Differentiation Radiology 1991 Vol. 213 P. 889-894.

156. Crowe J P; Adler L P; Shenk R R; Sunshine J, Positron emission tomography and breast masses: comparison with clinical and pathological findings. // Annals of surgical oncology 1994 Vol 1, № 2, P. 132-140.

157. Spinelli L., Torricelli A., Pifferi A., Danesini G. and Cubeddu R., In vivo optical characterization of human tissue from 610-1010 by time resolved reflectance spectroscopy // Phys. Med. Biol. 2005 № 50, P. 2489-2502.

158. Ntziachristos V., Ripoll J., Wang L.V., Wesslender R., Looking and listening to light: the evolution of whole-body photonic imaging, // Nat. Biotechnol. 2005 № 23 - P. 313-320.

159. Verkhusha V.V., Lukyanov K.A., The molecular properties and applications of Anthozoa fluorescent proteins and chromoproteins // Nature Biotechnology 2004, № 22, P. 289-296.

160. Долин, JI.C. Двухпозиционная оптическая локация как средство наблюдения неоднородностей биологических тканей на больших глубинах// Препринт ИПФ РАН, Нижний Новгород. № 420, 1996.206. http://omlc.ogi.edu/spectra/intralipid/index.html

161. Plehanov V. I., Turchin I. V., Sergeeva E.A., Kamensky V.A., Frequency-domain photon density wave setup with multicolor illumination at 684, 794, and 1060 nm// SPIE Proc. 2007 Vol. 6535, Saratov Fall Meeting 2006

162. Medintz IL, Goldman:ER, Mattoussi H: Quantum dot bioconjugates for imaging; labeling and sensing. Nature Mater, 2005 — Vol. 4, P. 435-446.

163. Shakhov A.V., Terentjeva A.B., Kamensky V.A., Snopova L.B:, Gelikonov V.Mv, Feldchtein F.I., Sergeev A.M. Optical Coherence

164. Tomography Monitoring for Laser Surgery of Laryngeal Carcinoma // J. Surg. Oncol. 2001- Vol. 77 P. 253-259.

165. Kamensky V., Skripatshev V., Snopatin G., Pushkin S., Tshurbanov M., High-power As-S glass fiber delivery instrument for pulse YAG:Er laser radiation // Appl. Optics, 1998 Vol. 37, N 24, P. 5596-5599.

166. Vo-Dinh T., Biomedical Photonics Handbook, Bellingham, SPIE Press, 2003-P. 1872.

167. Roshchina V.V., Roshchina V.D. The Excretory Function of Higher Plants. Berlin: Springer-Verlag, 1993 P. 314.

168. Сапожникова B.B., Каменский B.A., Куранов P.B., Визуализация растительных тканей методом оптической когерентной томографии // Физиология растений, 2003 т. 250, № 2 - Р. 282-286.

169. Заладов AA Физико-термодинамический аспект транспорта воды по растению. Наука, Москва, 1984 с 136.

170. Van Overbeek J, Water uptake by Excised Root Systems of Tomato due to Non-osmotic Forces // Amer J Bot 1942 Vol. 29 № 8 - P. 677-683,.

171. Pustovoitova TN, Zhdanova HE, Zholkevich VN Povishenie zacyhoustoichivosti rastenii pod vozdeistviem epibrassinolida. Dokl akad nauk 1997 Vol. 354 №5 - P. 702-704.

172. ОгольцоваЕ.С., Матякин Е.Г. Диагностические и тактические ошибки при раке гортани. М. Медицина, 1989. - 223 с.

173. Vogl Т. Differential diagnosis in Head-and-Neck Imaging. Stuttgart, New York: Thieme, -381, P. -1998.

174. Parkin D.M., Stjernswaerd J., Muir C.S. Estimates of the worldwide frequency of twelve major cancers // Bulletin of the World Health Organization. 1984 -N. 62. P. 163-182.

175. Ptok M. Leitlinien der Deutschen Gesellschaft fuer Phoniatrie und Paedaudiologie // Laiyngo-Rhino-Otologie 1999 Vol. 47, P. 766-776.

176. Bronzino J. The Biomedical Engineering Handbook. CRC Press, IEEE Press, 2000

177. Arens C., Glanz H. Endoscopic high-frequency ultrasound of the larynx // Eur. Arch. Otolaryngol, 1999 Vol.256, P. 316-322.

178. Valery V. Tuchin, Xiangqun Xu, and Ruikang K. Wang, "Dynamic Optical Coherence Tomography in Studies of Optical Clearing, Sedimentation, and Aggregation of Immersed Blood," Appl. Opt. 2002 -Vol 41 P. 258-271.

179. Список работ Каменского В.А. по теме диссертации.

180. Сапожникова В.В., Каменский В.А., Куранов Р.В. «Визуализация растительных тканей методом оптической когерентной томографии» Физиология растений, 2003, 250 (2): 282-286.

181. Петрова Г. А., Дерпалюк Е. Н., Петрова К. С., Гладкова Н. Д., Иксанов Р. Р.5 Каменский В. А. Возможности оптической когерентной томографии в прижизненной диагностике базалиомы // Экспериментальная и клиническая дерматокосметология 2006 - №4 - С. 2-7.

182. Е.В. Загайнова, М.В. Ширманова, В.А. Каменский, М.Ю. Кирилин,

183. A.Г. Орлова, И.В. Балалева, Б.Н. Хлебцов. Исследования контрастирующих свойств золотых наночастиц для OKT. Российские нанотехнологии. 2007. Т. 2, Вып. 7-8, С. 135-143.

184. Логунова М.А., Шахова М.А., Андреева И.В., Игнатьева Н.Ю., Каменский В.А., Баграташвили В.Н., Лунин В.В., Стабильность коллагена в системе надхрящница хрящ на примере щитовидного хряща гортани// Биофизика, 2008, т.53, No5, С.202-210.

185. Петрова Г.А., Петрова К.С., Шливко И.Л., Иксанов P.P., Каменский

186. B.А. Экспериментальная идентификация компонентов ОКТ изображений тонкой кожи человека // Российский журнал кожных и венерических болезней, №6, 2008, С 53-57.

187. Каменский В.А., Орлова А.Г., Турчин В.И., Фикс И.И., Клешнин М.С., Турчин И.В. Оптическая диффузионная томография для диагностики рака молочной железы.// Альманах клинической медицины, том 17, часть 1, С 61-63, 2008.

188. П.Д. Агрба, М.Ю. Кириллин, А.И. Абелевич, Е.В.Загайнова, В.А. Каменский "Компрессия, как метод повышения информативности ОКТ". Оптика и спектроскопия 2009, т. 107, № 6, С. 903-908.

189. Каменский В.А., Морозов А.Н., Мяков A.B., Агрба П.Д., Шахова Н.М. "Эндоскопический кросс-поляризационный спектрометр-прибор для пункционной диагностики", Оптика и спектроскопия, 2010 том 109, №2, С 1397-1401.

190. М. Ю. Кириллин, П.Д. Агрба, М.А.Сироткина, М.В Ширманова, Е.В.Загайнова, В.А. Каменский " Контрастирование структурных элементовкожи наиочастицами в оптической когерентной томографии: количественная оценка" Квантовая Электроника, т.40, № 6, 2010.

191. Kamensky V., Skripatshev V., Snopatin G., Pushkin S., Tshurbanov M., "High-power As-S glass fiber delivery instrument for pulse YAG:Er laser radiation" Appl Optics, vol. 37, N 24, p>5596-5599, 1998.

192. Shakhov A.V., Terentjeva A.B., Kamensky V.A., et al. Optical Coherence Tomography Monitoring for Laser Surgery of Laryngeal Carcinoma // Journal of Surgical Oncology, v. 77, pp. 253-259, 2001.

193. Shakhova N. M., Gelikonov V. M., Kamensky V. A., Kuranov R. V., and Turchin І. V., "Clinical Aspects of the Endoscopic Optical Coherence Tomography and the Ways for Improving Its Diagnostic Value", Laser Physics, Vol. 12, No. 4, pp. 617-626. 2002.

194. Turchin I.V., Sergeeva E.A., Dolin L.S., Kamensky V.A. "Estimation of Biotissue Scattering Properties from OCT Images Using a Small-Angle Approximation of Transport Theory", Laser Physics, v. 13, No. 12, 2003 pp. 15241529

195. VM Gelikonov, GV Gelikonov, LS Dolin, VA Kamensky, AM Sergeev, NM Shakhova, ND Gladkova, Ev Zagaynova» "Optical Coherence Tomography: physical principles and applications" Laser Physics, 2003,vol. 13, N5, pp.692-702.

196. N.Yu. Ignatieva, O.L. Zakharkina, I.V. Andreeva, E.N. Sobol, V.A.Kamensky, A.V. Myakov, S.V. Averkiev, V.V. Lunin. IR Laser and Heat-induced Changes in Annulus Fibrosus Collagen Structure, Photochem. Photobiol., 2007, Vol. 83(3) 675-685.

197. N. Ignatieva, O. Zakharkina, E. Sobol, V. Kamensky and V. Lunin Effects of lasers irradiation on collagen organization in chemically indused degenerative annulus fibrosus of lumbar intervertabral disc. Lasers in Surgery and Medicine, 2008, 40:422-432

198. N. Ignatieva, A. Guller, O. Zakharkina, B. Sandnes, A.Shekhter, V. Kamensky, A.Zvyagin "Laser-induced modification of the patellar ligament tissue: comparative study of structural and optical changes", Laser Med. Sei. V 26, pp 401-413, 2011

199. M.Yu. Kirillin, P.D.Agrba, V.A. Kamensky "In vivo study of the effect of mechanical compression on formation of OCT images of human skin", J Biophotonics, v 10, pp 1-7, 2010.

200. А.Ю Малышев:, В.А.Каменский, H.M. Битюрин Динамика свелингг=? мягкой биологической ткани при воздействии ИК-лазеров в доабляционнозу-зп режиме. Препринт ИПФ РАН г. Нижний Новгород. 2001. № 558.1. Главы в книгах

201. Environmental and Material Science./: Kluwer Academic Publishers, 2004. P.-211-271

202. A.B. Terenteva, A.V. Shakhov, A.V.Maslenikova, N.D.Gladkova, V.A.Kamensky, F.I.Feldstein, and N.M. Shakhova , OCT in Laringology Chapter 36 in Optical Coherence Tomography ( editor W. Drexler, J.G.Fujimoto) Springer p. 1123-1148, 20091. Патенты

203. Мяков А. В., Каменский В. А. Патент РФ 2292531 "Устройствоупругой поляризационной спектроскопии".

204. Мяков A.B., Каменский В.А. Патент РФ на полезную модель № 76207 "Устройство упругой поляризационной спектроскопии" от 05.03 2007

205. Воробьев В.А, Геликонов Г.В., Геликонов В.М., Каменский В.А., Прудников М.Б., Турчин И.В, Патент РФ «Устройство получения контрастных ОКТ изображений»

206. Загайнова Е.В., Ширманова М.В., Орлова А.Г.,Балалаева И.В., Каменский В.А. "Способ исследования состояния кожи методом оптической когерентной томографии". Заявка на изобретение РФ 2007131190

207. М.С. Клешнин, А.Г.Орлова, В.И.Плеханов, В.А. Каменский, И.В. Турчин. Заявка на полезную модель РФ 2008 144279/14. Устройство диффузионной оптической томографии.