Bilirubīna un melanīna sadalījuma noteikšana ādā ar ...
Share Embed Flag
Download ePaper

Bilirubīna un melanīna sadalījuma noteikšana ādā ar ...

Bilirubīna un melanīna sadalījuma noteikšana ādā ar ... Bilirubīna un melanīna sadalījuma noteikšana ādā ar ...

biofotonika.lu.lv
from biofotonika.lu.lv More from this publisher
04.11.2014 Views

Latvijas Universitāte Fizikas un matemātikas fakultāte Fizikas nodaļa Bilirubīna un melanīna sadalījuma noteikšana ādā ar multispektrālās attēlošanas metodi Bakalaura darbs Darba autors: Inga Saknīte Darba vadītājs: Mag. Eng. Dainis Jakovels Rīgā, 2010. gada 27. maijā

Latvijas Universitāte<br />

Fizikas <strong>un</strong> matemātikas fakultāte<br />

Fizikas nodaļa<br />

Bilirubīna <strong>un</strong> melanīna<br />

sadalījuma noteikšana ādā <strong>ar</strong><br />

multispektrālās attēlošanas metodi<br />

Bakalaura d<strong>ar</strong>bs<br />

D<strong>ar</strong>ba autors: Inga Saknīte<br />

D<strong>ar</strong>ba vadītājs: Mag. Eng. Dainis Jakovels<br />

Rīgā, 2010. gada 27. maijā

TĒMAS AKTUALITĀTE<br />

• Multispektrālā attēlošana – neinvazīva metode ādas<br />

p<strong>ar</strong>ametru novērtēšanai;<br />

• Ādas pataloģiju diagnostika – ļa<strong>un</strong>dabīgas<br />

dzimumzīmes, audzēji;<br />

• Slimību diagnostika – aknu d<strong>ar</strong>bības traucējumi,<br />

bilirubēmija ja<strong>un</strong>dzimušajiem;<br />

• Tiesu medicīna – brūču vecuma noteikšana.

DARBA MĒRĶIS UN UZDEVUMI<br />

D<strong>ar</strong>ba mērķis - atrast iespējami vienkāršotu modeli gaismas izkliedei ādā <strong>un</strong><br />

izmantot to ādas pigmentu In Vivo <strong>un</strong> In Vitro k<strong>ar</strong>tēšanai.<br />

D<strong>ar</strong>ba uzdevumi:<br />

• Iepazīties <strong>ar</strong> literatūrā pieejamo teoriju p<strong>ar</strong> gaismas mijied<strong>ar</strong>bību <strong>ar</strong> ādu <strong>un</strong><br />

modeļiem tās aprakstīšanai <strong>un</strong> analizēšanai;<br />

• Izveidot matemātisku modeli ādas p<strong>ar</strong>ametru k<strong>ar</strong>tēšanai, balstoties uz literatūrā<br />

pieejamo informāciju <strong>un</strong> tehnoloģiskajām iespējām;<br />

• Uzņemt ādas p<strong>ar</strong>ametru In Vivo <strong>un</strong> In Vitro attēlus, izmantojot multispektrālās<br />

attēlošanas kameru;<br />

• Matemātiski apstrādāt iegūtos attēlus, izmantojot izveidoto modeli gaismas<br />

mijied<strong>ar</strong>bības <strong>ar</strong> ādu aprakstam;<br />

• Apkopot <strong>un</strong> analizēt iegūtos rezultātus, iegūstot bilirubīna <strong>un</strong> melanīna k<strong>ar</strong>tes laikā<br />

<strong>un</strong> telpā, salīdzināt tos <strong>ar</strong> literatūrā pieejamiem datiem;<br />

• Izd<strong>ar</strong>īt secinājumus p<strong>ar</strong> iegūtajiem rezultātiem, kā <strong>ar</strong>ī sniegt rekomendācijas<br />

rezultātu uzlabošanas iespējām.

CILVĒKA ĀDAS UZBŪVE<br />

Melanīns<br />

Hemoglobīns<br />

Bilirubīns<br />

Ūdens<br />

Lipīdi<br />

Mioglobīns<br />

...

GAISMAS MIJIEDARBĪBA AR ĀDU

• Bēra-Lamberta likums<br />

MODELIS<br />

• Optiskā blīvuma noteikšana<br />

• Kopējais ādas spektrs ir ādā esošo hromoforu<br />

spektru superpozīcija

ALGORITMS ATTĒLU APSTRĀDEI<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

OH ,450 DOH ,450 Mel,450 Bil,450<br />

<br />

Mel<br />

OH ,750 DOH ,750 Mel,750 Bil,750<br />

<br />

C <br />

Bil OD <br />

750 <br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

C<br />

C<br />

C<br />

OH<br />

DOH<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

OD<br />

450<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

Zināmas vērtības<br />

Mazāko kvadrātu<br />

metode<br />

Nezināmas<br />

vērtības<br />

Zināmas<br />

vērtības

Molārais ekstinkcijas koeficients ε,<br />

cm-1/M<br />

HEMOGLOBĪNA ABSORBCIJAS SPEKTRS<br />

60000<br />

50000<br />

40000<br />

30000<br />

20000<br />

Oksihemoglobīns<br />

Deoksihemoglobīns<br />

10000<br />

0<br />

450 500 550 600 650 700 750<br />

Viļņa g<strong>ar</strong>ums λ, nm

Molārais ekstinkcijas koeficients ε,<br />

cm-1/M<br />

MELANĪNA ABSORBCIJAS SPEKTRS<br />

1800,00<br />

1600,00<br />

1400,00<br />

1200,00<br />

1000,00<br />

800,00<br />

600,00<br />

Melanīns<br />

400,00<br />

200,00<br />

0,00<br />

450 500 550 600 650 700 750<br />

Viļņa g<strong>ar</strong>ums λ, nm

Molārais ekstinkcijas koeficients ε,<br />

cm-1/M<br />

BILIRUBĪNA ABSORBCIJAS SPEKTRS<br />

60000<br />

50000<br />

40000<br />

30000<br />

20000<br />

Bilirubīns<br />

10000<br />

0<br />

450 500 550 600 650 700 750<br />

Viļņa g<strong>ar</strong>ums λ, nm

EKSPERIMENTĀLAIS STENDS

ĀDAS PARAMETRU IN VIVO MĒRĪJUMI<br />

Zilumi UV ierosinājums Dzimumzīmes

ĀDAS PARAMETRU IZMAIŅAS ZILUMOS

Relatīvā bilirubīna koncentrācija<br />

BILIRUBĪNA IZMAIŅAS ZILUMĀ<br />

0,05<br />

Kāja (sieviete, 22 g., II tips)<br />

0,05<br />

0,04<br />

0,04<br />

0,03<br />

0,03<br />

0,02<br />

Normālai ādai<br />

Zilumā<br />

0,01<br />

0,01<br />

0,00<br />

0,00<br />

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br />

Dienas kopš ziluma iegūšanas

Relatīvā bilirubīna koncentrācija<br />

BILIRUBĪNA KONCENTRĀCIJAS NORMĀLĀ ĀDĀ<br />

UN ZILUMĀ<br />

0,07<br />

0,06<br />

0,05<br />

0,04<br />

0,03<br />

0,02<br />

II ādas tips - normāla āda<br />

II ādas tips - zilums<br />

III ādas tips - normāla āda<br />

III ādas tips - zilums<br />

0,01<br />

0,00<br />

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15<br />

Dienas kopš ziluma iegūšanas

MELANĪNA IZMAIŅAS UV IEROSINĀJUMA<br />

REZULTĀTĀ

Relatīvā melanīna koncentrācija attiecībā<br />

pret normālu ādu (II ādas tipa)<br />

MELANĪNA KONCENTRĀCIJU SADALĪJUMS<br />

240%<br />

220%<br />

200%<br />

180%<br />

160%<br />

140%<br />

120%<br />

0,5 min II ādas tips<br />

1,0 min II ādas tips<br />

1,5 min II ādas tips<br />

2,0 min II ādas tips<br />

0,5 min III ādas tips<br />

1,0 min III ādas tips<br />

1,5 min III ādas tips<br />

2,0 min III ādas tips<br />

100%<br />

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16<br />

Dienas

BILIRUBĪNA IZMAIŅAS UV IEROSINĀJUMA<br />

REZULTĀTĀ

Relatīvā bilirubīna koncentrācija<br />

BILIRUBĪNA KONCENTRĀCIJU SADALĪJUMS<br />

0,0400<br />

0,0350<br />

0,0300<br />

0,0250<br />

Normāla āda, II ādas tips<br />

Ierosināta āda, II ādas tips<br />

Normāla āda, III ādas tips<br />

Ierosināta āda, III ādas tips<br />

Normāla āda, II ādas tips<br />

Normāla āda, III ādas tips<br />

0,0200<br />

0 2 4 6 8 10 12 14 16<br />

Dienas kopš ierosinājuma

Relatīvā melanīna koncentrācija<br />

MELANĪNA KONCENTRĀCIJU SADALĪJUMS<br />

4,5<br />

DZIMUMZĪMĒS<br />

4,0<br />

3,5<br />

3,0<br />

2,5<br />

2,0<br />

1,5<br />

Melanīna koncentrācija<br />

normālā ādā<br />

Melanīna koncentrācija<br />

dzimumzīmē<br />

1,0<br />

0,5<br />

0,0<br />

1 2 3<br />

Ādas tips

Melanīna koncentrācija dzimumzīmē<br />

attiecībā pret normālu ādu<br />

NORMĒTU MELANĪNA KONCENTRĀCIJU<br />

SADALĪJUMS DZIMUMZĪMĒS<br />

300%<br />

280%<br />

260%<br />

240%<br />

220%<br />

200%<br />

180%<br />

160%<br />

140%<br />

120%<br />

100%<br />

1 2 3<br />

Ādas tips

ĀDAS PARAMETRU IN VITRO MĒRĪJUMI<br />

Sintezēts<br />

melanīns<br />

Burkānu<br />

sula

PIENA DIFŪZI ATSTAROTĀ STAROJUMA<br />

SPEKTRS

Relatīvā p<strong>ar</strong>ametra koncentrācija<br />

Relatīvā p<strong>ar</strong>ametra koncentrācija<br />

MODELIS SINTEZĒTA MELANĪNA ANALĪZEI<br />

3,5E-04<br />

3,0E-04<br />

2,5E-04<br />

2,0E-04<br />

1,5E-04<br />

1,0E-04<br />

5,0E-05<br />

0,0E+00<br />

-5,0E-05<br />

0 20 40 60 80 100<br />

oh<br />

doh<br />

mel<br />

bil<br />

piens<br />

Sintezēta melanīna koncentrācija pienā, μl<br />

0,0E+00<br />

-5,0E-07<br />

-1,0E-06<br />

-1,5E-06<br />

-2,0E-06<br />

-2,5E-06<br />

0 20 40 60 80 100<br />

oh<br />

doh<br />

bil<br />

Sintezēta melanīna koncentrācija pienā, μl

Melanīna relatīvā koncentrācija<br />

Piena relatīvā koncentrācija<br />

MODELIS SINTEZĒTA MELANĪNA ANALĪZEI<br />

2,5E-04<br />

2,0E-04<br />

y = 3E-06x + 2E-06<br />

R² = 0,9992<br />

1,1<br />

1,05<br />

1,5E-04<br />

1,0E-04<br />

melanīns<br />

Line<strong>ar</strong> (melanīns)<br />

1<br />

piens<br />

5,0E-05<br />

0,95<br />

0,0E+00<br />

0 50 100<br />

Sintezētā melanīna koncentrācija, μl<br />

0,9<br />

0 20 40 60 80 100<br />

Sintezētā melanīna koncentrācija, μl

Relatīvā bilirubīna koncentrācija<br />

Relatīvā piena koncentrācija<br />

MODELIS BURKĀNU SULAS ANALĪZEI<br />

1,40E-06<br />

1,30<br />

1,20E-06<br />

1,25<br />

1,00E-06<br />

1,20<br />

8,00E-07<br />

1,15<br />

1,10<br />

6,00E-07<br />

bilirubīns<br />

1,05<br />

piens<br />

4,00E-07<br />

1,00<br />

2,00E-07<br />

0,95<br />

0,00E+00<br />

0 50 100 150 200<br />

Burkānu sulas koncentrācija pienā, μl<br />

0,90<br />

0 50 100 150 200<br />

Burkānu sulas koncentrācija pienā, μl

BURKĀNU SULAS DIFŪZI ATSTAROTĀ<br />

STAROJUMA SPEKTRS

Relatīvā burkānu sulas<br />

koncentrācija<br />

Relatīvā piena koncentrācija<br />

MODELIS BURKĀNU SULAS ANALĪZEI<br />

0,018<br />

1,30<br />

0,016<br />

1,25<br />

0,014<br />

1,20<br />

0,012<br />

0,010<br />

0,008<br />

0,006<br />

0,004<br />

burkānu sula<br />

1,15<br />

1,10<br />

1,05<br />

1,00<br />

piens<br />

0,002<br />

0,95<br />

0,000<br />

0 100 200<br />

Burkānu sulas koncentrācija pienā, μl<br />

0,90<br />

0 50 100 150 200<br />

Burkānu sulas koncentrācija pienā, μl

SECINĀJUMI<br />

• Izmantojot multispektrālās attēlošanas iekārtu <strong>un</strong> difūzi atst<strong>ar</strong>otās gaismas<br />

teoriju, ir iespējams izveidot matemātisku modeli ādas p<strong>ar</strong>ametru In Vivo <strong>un</strong> In<br />

Vitro k<strong>ar</strong>tēšanai;<br />

• Tika izveidots vienkāršs <strong>un</strong> ātrs algoritms attēlu apstrādei, tomēr tā mīnuss ir<br />

tāds, ka nav iespējams iestatīt atrisininājuma iegūšanu nenegatīvām vērtībām,<br />

līdz <strong>ar</strong> to tas ir nestabils dažu p<strong>ar</strong>ametru k<strong>ar</strong>tēšanai;<br />

• Bilirubīna k<strong>ar</strong>tes zilumu attīstībai laikā p<strong>ar</strong>āda bilirubīna koncentrāciju<br />

pieaugumu pirmajās dienās <strong>un</strong> kritumu pēc vairākām dienām, kas apstiprina<br />

literatūrā pieejamo teoriju. Salīdzinot visu uzņemto zilumu attēlu k<strong>ar</strong>tes, ir<br />

redzams noteikts relatīvo bilirubīna koncentrāciju intervāls II ādas tipa normālā<br />

ādā, zilumos, kā <strong>ar</strong>ī novērojams, ka III ādas tipam relatīvā bilirubīna<br />

koncentrācija gan normālā ādā, gan zilumā ir lielāka;<br />

• Melanīna k<strong>ar</strong>tes UV ierosinājuma ādā rezultātā p<strong>ar</strong>āda relatīvo melanīna<br />

koncentrāciju pieaugumu līdz aptuveni 11. dienai kopš ierosinājuma II ādas<br />

tipam <strong>un</strong> 9. dienai III ādas tipam, bet pēc tam melanīna koncentrācija krītas,<br />

līdz aptuveni pēc 16 dienām sasniedz to līmeni, kāds bija ierosinājuma sākumā,<br />

kas tika novērots <strong>ar</strong>ī <strong>ar</strong> aci. Ir iespējams salīdzināt II <strong>un</strong> III ādas tipa relatīvo<br />

melanīna koncentrāciju vērtības;

SECINĀJUMI<br />

• Tika novērtēts relatīvo melanīna koncentrāciju sadalījums dzimumzīmēs trīs<br />

ādas tipiem – I, II <strong>un</strong> III. Rezultāti p<strong>ar</strong>āda atšķirības katram ādas tipam – I tipam<br />

relatīvo melanīna koncentrāciju vērtības gan normālā ādā, gan dzimumzīmē ir<br />

zemākas kā pārējiem tipiem, savukārt attiecība melanīna koncentrāciju<br />

vērtībām dzimumzīmē pret normālo ādu I tipam ir lielākas kā pārējiem;<br />

• Izstrādāto algoritmu ir iespējams pielietot <strong>ar</strong>ī ādas p<strong>ar</strong>ametru In Vitro<br />

k<strong>ar</strong>tēšanai, tomēr šī algoritma nestabilitātes dēļ algoritms ir jāpielāgo, lai<br />

iegūtu sagaidāmo rezultātu.

REKOMENDĀCIJAS<br />

• Ir nepieciešams uzlabot algoritmu, lai iegūtu lielāku tā stabilitāti;<br />

• Labāku rezultātu iegūšanai ādas p<strong>ar</strong>ametru attīstībai laikā būtu jāpilnveido<br />

attēlu uzņemšanas metodika, piemēram, atkārtoti uzņemot noteiktu ādas<br />

apgabalu (zilumu), mērījums jāveic iespējami tādos pašos apstākļos – ziluma<br />

novietojums, attālums no kameras līdz ādai, apkārtējais apgaismojums,<br />

reference;<br />

• Relatīvo melanīna koncentrāciju novērtēšanai dzimumzīmēs dažādiem ādas<br />

tipiem būtu jāveic daudz vairāk mērījumi, lai iegūtu labāku statistiku ādas tipu<br />

atšķirībām;<br />

• Pilnveidojot esošo algoritmu, būtu jāveic In Vitro p<strong>ar</strong>ametru mērījumi,<br />

izmantojot tādu pašu modeli kā In Vivo mērījumiem, lai apstiprinātu hipotēzi,<br />

ka modeli In Vivo p<strong>ar</strong>ametru mērīšanai ir iespējams izmantot <strong>ar</strong>ī In Vitro<br />

p<strong>ar</strong>ametru k<strong>ar</strong>tēšanai. In Vitro p<strong>ar</strong>ametru k<strong>ar</strong>tēšanai būtu daudz priekšrocību<br />

dažādu pētījumu veikšanā.

PUBLICITĀTE<br />

Rezultāti prezentēti konferencē:<br />

• „Developments in Optics and Com<strong>un</strong>ications 2010” (24. - 26.<br />

aprīlī LU Cietvielu fizikas institūtā);<br />

Rezultāti izmantoti publikācijā:<br />

• D.Jakovels, J.Spigulis, I.Saknite, Multi-spectral mapping of invivo<br />

skin hemoglobin and melanin, SPIE, 2010.

PATEICĪBAS<br />

Bakalaura d<strong>ar</strong>bs izstrādāts <strong>ar</strong> ESF projekta<br />

“Biofotonikas pētījumu grupa”<br />

2009/0211/1DP/1.1.1.2.0/09/APIA/VIAA/077 atbalstu.

Paldies p<strong>ar</strong> uzmanību!

logo

products

Resources

Company

Terms of service
Privacy policy
Cookie policy
Cookie settings
Imprint
Change language
Made with love in Switzerland
© 2024 Yumpu.com all rights reserved

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!