Бідненко Вадим Миколайович. Теплофізичні та фотодинамічні ефекти дії лазерного випромінювання на багатошарову біологічну тканину: Дис... канд. фіз.-мат. наук: 03.00.02 / Київський національний ун-т ім. Т.Шевченка. - К., 2002. - 147арк. - Бібліогр.: арк. 131-147.
Анотація до роботи:
Бідненко В.М. Теплофізичні та фотодинамічні ефекти дії лазерного випромінювання на багатошарову біологічну тканину. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 – Біофізика – Харківський Національний університет ім. В.Н.Каразіна, Харків, 2002.
Дисертація присвячена теоретичному дослідженню фізичних механізмів взаємодії лазерного випромінювання з біотканиною при фотодинамічній терапії та розробці відповідних моделей фотодинамічної дії. Побудована модель фотохімічної взаємодії молекул фотосенсибілізаторів з киснем та з біосубстратом, на основі якої проведений аналіз просторово-часових залежностей змін концентрацій реагуючих речовин, визначені особливості зміни розміру деструктуйованого шару пухлини, а також досліджені процеси кисневого голодування. Розвинута модель теплофізичних процесів з врахуванням неоднорідності перфузійних характеристик біотканини, в рамках якої запропонований новий підхід у розумінні механізмів фотодинамічної терапії глибокорозташованих пухлин. Представлена методика інтраопераційного вибору та контролю режимів інтерстиціальної фотодинамічної терапії злоякісних новоутворень й визначення при цьому ступеня руйнування таких тканин. Запропонований спосіб детектування розміру деструктуйованої зони за допомогою зворотньо-розсіяного біотканиною лазерного випромінювання.
В дисертаційній роботі вирішено задачу побудови кількісних закономірностей при фотодинамічній терапії злоякісних пухлин, а саме створено математичні моделі та методики, що описують таку взаємодію лазерного випромінювання з біотканиною. Найбільш суттєві висновки з роботи зводяться до наступного:
Побудована модель фотобіофізичної взаємодії лазерного випромінювання з молекулами фотосенсибілізаторів та з наступною взаємодією останніх з киснем в біологічній тканині. Встановлено, що така фотодинамічна дія, опосередкована взаємодією молекул фотосенсибілізаторів із киснем, призводить до появи в пухлині деструктуйованого шару, розмір якого може бути розрахований для будь-якої конкретної ситуації за вперше запропонованими для цього формулами.
Встановлено, що супутнім ефектом до фотодинамічної дії на біологічні тканини є поява в них глибинної деоксигенованої зони із значно зменшеною концентрацією кисню, яка може сягати чверті її початкового значення. Виявлено взаємозв’язок розміру такої зони із інтенсивністю опромінення та значенням коефіцієнту затухання світла в біотканині.
Запропоновано розглядати процеси взаємодії високоенергетичного лазерного випромінювання із тканиною як просторово-часову зміну двошарового біосередовища, де один шар складається із зруйнованих клітин пухлини, а другий, глибинний - з неушкодженої тканини. Такі уявлення, адекватні реальній картині процесу, є могутнім інструментом, використання якого дозволяє виявити та дослідити механізми і закономірності процесів, що відбуваються в тканинах під дією високоенергетичних фізичних полів.
Вперше розвинута модель теплофізичних процесів при фотодинамічній терапії з врахуванням неоднорідності перфузійних характеристик аномальної біотканини, що підлягає руйнуванню. Встановлено, що гіпертермія може бути ад’ювантом фотодинамічної терапії, роль якої додатково зводиться до локалізації нагріву в основному лише в пухлині або в деякій її частині. Розрахунки свідчать, що, крім гіпертермічних, можлива поява й більших - термотерапевтичних температур. На прикладі тканини мозку встановлено, що температура може сягати до 55 0С.
Вперше запропонована і розроблена методика інтраопераційного вибору та контролю режимів інтерстиціальної фотодинамічної терапії пухлин й визначення при цьому ступеня руйнування таких тканин. Вона базується на послідовній фіксації часів релаксації їх температури до артеріальної. Така методика адекватно відповідає розробленій моделі короткочасного нагріву біотканини, що представлена як двошарове середовище з рухомою межею між його зруйнованою частиною із зменшеним кровонаповненням в процесі ФДТ й перфузованою, кровотік якої склався в результаті розвитку пухлини.
Розроблена модель розповсюдження лазерного випромінювання в неоднорідному двошаровому середовищі для цілей діагностики змін його оптичних властивостей під час ФДТ. Виявлені в такій моделі ефекти взаємодії дозволили розробити спосіб детектування глибини деструктуйованої зони за допомогою зворотньо-розсіяного біотканиною модульованого по інтенсивності лазерного випромінювання. На прикладі сірої речовини мозку встановлено, що такий спосіб фіксує глибини до 3 мм, що важливо при операціях біля функціональних ділянок півкуль великого мозку. Шляхи підвищення чутливості цього способу залежать від показників поглинання середовища і частоти модуляції випромінювання.
Виявлені механізми і отримані закономірності дозволяють керувати процесом фотодинамічної терапії в клініці і сприяють підвищенню її лікувальної дії.
Публікації автора:
Бідненко В.М., Сігал В.Л. Математична модель дії локальної лазерної гіпертермії на біологічні мембрани та тканини // Электроника и связь. -1998.-№4, ч.1.-С.60-64.
Бідненко В.М., Сігал В.Л. Фотодинамічна терапія: моделі та механізми // Электроника и связь. - 1998. - №4, ч.1. - С.55-58.
Бидненко В.Н., Сигал В.Л. Модель и механизмы фотодинамической терапии злокачественных новообразований // Доповіді НАНУ. - 1999. - №1. - С.170-176.
Бідненко В.М., Сігал В.Л. Механізм взаємодії теплового поля з біологічними мембранами та тканинами при локальній лазерній гіпертермії // Доповіді НАНУ. - 1999. - №5. - С.188-193.
Бідненко В.М. Модель для інтраопераційного контролю за зоною руйнування пухлини при фотодинамічній терапії // Вісник Київського університету імені Тараса Шевченка, серія «фізико-математичні науки». - 2000. - №3. - С.323-328.
Бидненко В.Н., Сигал В.Л., Розуменко В.Д. Оценки для интраоперационного выбора и контроля режимов интерстициальной термотерапии опухолей мозга // Доповіді НАНУ. - 2001. - №1. - С.104-110.
Бидненко В.Н., Сигал В.Л. Теплофизические интраоперационные оценки для зоны разрушения опухолевой ткани при интерстициальной термотерапии // Инженерно-физический журнал. - 2001. - т.74. - №3. - С.87-91.
Патент № 33480А Україна, заявка № 99021102. „Спосіб інтраопераційного вибору оптимального режиму проведення локальної гіпертермії і термотерапії й визначення ступеня деструкції пухлинних тканин“ / Сігал В.Л., Розуменко В.Д., Бідненко В.М., Андрусич О.О.; Інститут нейрохірургії ім. акад. А.П. Ромоданова АМН України, опубл. 15.02.2001, Бюл. № 1. - 3с.
Сигал В.Л., Бидненко В.Н., Розуменко В.Д. Математическая модель фотодинамической терапии и интерстициальной лазерной термодеструкции внутримозговых опухолей // Бюлетень Української Асоціації Нейрохірургів. - 1998. - №5. - С.130-131.
Bidnenko V., Sigal V. Theoretical estimations of destruction’s area of tumor under photodynamic therapy // Medical Biological Engineering and Computing. - 1999. - Vol.37. - Supplement 2. - P.1266-1267.
Розуменко В.Д., Сигал В.Л., Бидненко В.Н. Термотерапевтические эффекты при фотодинамической терапии опухолей мозга // Материалы XIII Международной научно-практической конференции «Применение лазеров в медицине и биологии», Алупка 1999. - 1999. - С.102-103.
Bidnenko V., Sigal V., Rozumenko V. Theoretical estimations of the destruction area of a brain tumor under photodynamic therapy I // Proc. of SPIE Symposium «Laser Radar Technology and Applications V». - 2000. - Vol.4035. - P.54-66.
Bidnenko V., Sigal V., Rozumenko V. Theoretical estimations of the area of destruction in brain tumors under photodynamic therapy II // Proc. of SPIE Symposium «Controlling Tissue Optical Properties: Applications in Clinical Study». - 2000. - Vol.4162. - P.175-181.
Бидненко В.Н., Сигал В.Л. Физические механизмы для локальной лазерной гипертермии биологической ткани // Вестник новых медицинских технологий, приложение Первого международного симпозиума «Биофизика полей и излучений и биоинформатика», Тула 1998. - 1998. - №1. - С.54.
Бидненко В.Н., Сигал В.Л. Теоретический анализ для оценки механизмов фотодинамической терапии // Вестник новых медицинских технологий, приложение Второго международного симпозиума «Биофизика полей и излучений и биоинформатика», Тула 1999. - 1999. - №1. - С.15.
Сигал В.Л., Бидненко В.Н., Розуменко В.Д. Механизмы разрушения опухолевой ткани при фотодинамической терапии // Тезисы докладов 2-го съезда биофизиков России, Москва 1999. - 1999. - С.648.
Бидненко В.Н. Метод интраоперационного контроля за зоной деструкции при фотодинамической терапии с помощью модулированного по интенсивности лазерного излучения // Вестник новых медицинских технологий. - 2000. - т.VII. - №3-4. - С.38.
Сигал В.Л., Бидненко В.Н. Новые подходы к оценке предварительного и интраоперационного выбора и контроля режимов интерстициальной гипертермии и термотерапии // Вестник новых медицинских технологий. - 2000. - т.VII. - №3-4. - С.21.
Сигал В.Л., Бидненко В.Н. Механизм разрушения опухолевой ткани при локальной гипертермии // Вестник новых медицинских технологий. - 2000. - т.VII. - №3-4. - С.33.
