Gaisma nosaka diagnozi. Žurnāls Ilustrētā Zinātne, 2010.g. maijs, 64 ...

Nākotnē slimniekiem pie ārsta būsjādodas retāk. Ne jau tāpēc, ka cilvēkimazāk slimos, kaut gan novēlam arī to.Runa ir par tehnoloģijām, kas,piemēram, sirds slimnieka ārstējošajamārstam ļaus pārliecināties par pacientasirdsdarbību, vienkārši ieskatoties savāmobilajā telefonā. Šādas tehnoloģijastop arī Latvijas UniversitātesAtomfizikas un spektroskopijasinstitūtā. Fotopletizmogrāfs – tā saucdiagnostikas iekārtu, kas novēroasinsriti ar gaismas starpniecību.Mūsu bīstamaisienaidnieksSirds un asinsvadu slimības irvisbiežākais nāves cēlonis EiropasSavienībā – no tām mirst aptuvenidivi miljoni cilvēku gadā. LRLabklājības ministrijas statistikaliecina, ka Latvijā no sirds unasinsvadu slimībām mirst aptuveni18 000 cilvēku gadā. Tas ir vairāknekā 50% no kopējā mirušo skaita.photos.comGaismanosaka diagnoziDroši vien daudzi bērnībā ir sajūsminājušiespar skatu, kad, iebāžotmutē ieslēgtu lukturīti vaielektrisko spuldzīti, lūpas tumsā spīd.Pareizāk sakot, gaisma spīd cauri lūpuaudiem, padarot mūs līdzīgus maziembriesmonīšiem. Tātad mēs neesam glužinecaurspīdīgi. Izrādās, gaismai jeb,precīzāk, elektromagnētiskajiem viļņiemvidējais iespiešanās dziļumsaudos ir vairāki milimetri. Šim atklājumamnebūtu lielas zinātniskas vērtības,ja vien šajā gaismā nebūtu iespējams“saskatīt” kaut ko vairāk par vienkāršulūpu spīdēšanu. 1937. gadā SentluisasUniversitātes fiziologs Alriks Hercmansrakstīja par to, kā, izmantojot optiskostarojumu, var konstatēt asins tilpumapārmaiņas audos. Viņš pētīja fiziskuvingrinājumu un temperatūras maiņasietekmi uz asinsriti, apstarojot ādasaudus ar noteikta garuma elektromagnētiskajiemviļņiem un izmērot to absorbcijaspakāpi. Starojumam ejot caur ķermeni,daļa viļņu enerģijas pārvēršas citāsenerģijas formās – absorbējas. Mainotiesasins tilpumam audos, mainās arī optiskāstarojuma absorbcijas pakāpe. Uz šoparādību balstītu diagnostikas metodisauc par fotopletizmogrāfiju.Gaisma reģistrē pārmaiņasAudi ir optiski neviendabīga vide, kurāoptiskais starojums tiek gan absorbēts,gan izkliedēts. Ādu veidojošajām audukārtām ir dažādas optiskās īpašības. Piemēram,raga kārta un epiderma spēcīgiabsorbē ultravioleto starojumu, taču samērāmaz – infrasarkano, tāpēc spektrainfrasarkanās daļas starojums iespiežasaudos dziļāk. Arī asinis absorbē gaismu,turklāt lielāks tilpums asiņu absorbē vairākstarojuma. Tā kā asinsvados periodiskipalielinās un samazinās asins tilpums,ar speciālu aparatūru apstarojotaudus ar gaismu un pēc tam izmērot tāsabsorbcijas vai atstarošanās pakāpi, var“ieraudzīt” pulsu. Lai gan šo metodi iespējamsplaši izmantot medicīnā, tā ilgulaiku palika tikai zinātnisko laboratorijusienās. Viens no iemesliem – bija sarežģītinodrošināt ērti lietojamu tehnisko risinājumu.Situācija mainījās, at tīstotiesdatortehnoloģijām, kas ļauj ātri apstrādātiegūtos datus. Darbu pie komerciāliizmantojamu fotopletizmogrāfijas iekārturadīšanas sāka zinātnieki daudzvietvisā pasaulē, arī Latvijā.1997. gadā Latvijas UniversitātesAtomfizikas un spektroskopijas institūtāizveidoja Biooptikas un šķiedru optikasgrupu, kas profesora Jāņa Spīguļa vadībāsāka pētījumus. Tika izstrādāta ar portatīvodatoru savienota fotopletizmogrāfijasiekārta un P. Stradiņa Klīniskāsuniver sitātes slimnīcā iegūti pirmie klīniskierezultāti. Patlaban biooptiķi beidzdarbu jau pie trešā iekārtas prototipa.Tā būs pavisam neliela pārnēsājama iekārta,kas darbosies komplektā ar klēpjdatoru.Viens no tās izmantošanas veidiemnākotnē būs arteriālo oklūziju jebasins vadu aizsprostojumu diagnosticēšana.Uzvelkot, piemēram, rokas pirkstānelielu sensoru, kas sastāv no gaismuizstarojošas diodes un detektora, jau pēcīsa brīža var noteikt pacienta asinsritessistēmas stāvokli. Piemēram, ja izveidojušiesasinsvadu aizsprostojumi, pulsalīkne, ko iegūst dators, atšķiras no veselacilvēka asinsvada pulsācijas līknes.Lai iegūtu informāciju par asinsvadiematšķirīgos dziļumos, audus apstaro ar dažāduviļņu garumu gaismu. Infrasarkanāgaisma iespiežas vidēji līdz dažiem milimetriemzem ādas, savukārt zilā gaismasniedz informāciju par asinsvadiem, kasatrodas tuvāk ādas virsmai.Ar Latvijas zinātnieku pirmajiem izstrādātajiempletizmogrāfiem mērījumusvarēja iegūt tikai no kāju un roku64 Guntars Daģis“Ilustrētā Zinātne” Nr. 5/2010 “Ilustrētā Zinātne” Nr. 5/201065

Roberts griškevičšStarojumu mēra divos veidosFotopletizmogrāfiskā signāla mērīšanai izmanto divas metodes –remisijas metodi un absorbcijas metodi.Starojuma avotsSensora korpusspirkstiem, bet ar topošo iekārtu asinsritesmērījumi būs iespējami arī citāsķermeņa vietās. Kopā ar LU biologiem izstrādātaarī metode arteriālā asinsspiedienanepārtrauktai neinvazīvai kontrolei.Šos pētījumus veic Eiropas Sociālā fondafinansējumu projekta “Biofotonikaspētījumu grupa” ietvaros.Minipletizmogrāfi apģērbāSignālu no sensora uz datu apstrādesiekār tu var noraidīt arī no attāluma, unLatvijas biooptiķi iztēlē jau redz mazasiekārtas, ko varēs iemontēt, piemēram,zeķēs vai cimdos. Izmantojot “Bluetooth”tehnoloģijas, datus pārraidīs uz1Remisijas FPGDetektorsLU Atomfizikas un spektroskopijas institūta biooptiķu grupa.Pirmajā rindā no kreisās: Uldis Rubīns, Renārs Erts, Māris Ozols.Otrajā rindā: Edgars Čurkste, Edgars Kviesis, Vladimirs Upmalis.ĀdaArteriolaspacienta mobilo telefonu vai datoru, betpēc tam uz citām iekārtām lielākā attālumā.Tas nozīmē, ka nākotnē pacientiemretāk būs jādodas pie ārsta, jo viņšvajadzīgos datus varēs saņemt, pat atrodotiesotrā pasaules malā. Iedomājietiessituāciju – ārsts kardiologs deviesuz kongresu Ņujorkā. Pēkšņi viņa mobilaistelefons saņem ziņu, piemēram, nopacienta zeķes, ka strauji pasliktinājiesvalkātāja pulss vai paaugstinājies asinsspiediens.Ārsts nekavējoties zvana uzLatviju un iesaka pacientam steidzamilietojamos medikamentus.Minifotopletizmogrāfs lieti noderēsarī sporta ārstiem un treneriem, joFotopletizmogrāfa izveidesgaitā tiek veikti daudzieksperimentāli mērījumi.Roberts griškevičš1. Remisijas metodē starotājelementsun starojumu uztverošais elements atrodasviens otram blakus, tādējādi reģistrēno audiem atstaroto gaismu.2. Absorbcijas metodē starojuma avotuun uztvērējelementu novieto vienu otrampretī, tādējādi reģistrē caur audiem izgājušāstarojuma intensitāti. Šo metodi nevar izmantotķermeņa vietās, kur audu biezums pārsniedzvienu centimetru. Savukārt priekšrocībair tā, ka starojums tiek labāk modulētsun iegūtais signāls ir mazāk trokšņains.ļaus treniņu gaitā kontrolēt sportistusirdsdarbību. Projekta autori jau ir veikušivairākus pētījumus sadarbībā arprofesionāliem Latvijas vieglatlētiem,futbolistiem un basketbolistēm.Mazliet tuvākā nākotnē, visticamāk,jau tuvāko divdesmit gadu laikā, fotopletizmogrāfskļūs par neaizstājamuierīci primārajā diagnostikā. Tas būsnoderīgs ne tikai kardiologiem, bet arī,piemēram, ģimenes ārstiem, kuri, nenosūtotpacientus uz speciāliem izmeklējumiem,dažu minūšu laikā varēsnoteikt viņu sirdsdarbību.Ilustrētā ZinātneĀtrāka un ērtākapar agrāko metodiAr fotopletizmogrāfu asinsritesainu var iegūt dažu minūšu laikā.Latvijas slimnīcās līdz šim izmantotāpletizmogrāfijas metode balstās uzspiediena mērīšanu – pacientamap locekļiem apliek manšetes untās piepūš ar gaisu, tāpat kā mērotasinsspiedienu. Salīdzinājumā arfotopletizmogrāfiju tam vajadzīgsdaudz ilgāks laiks un tas sagādāpacientam ne īpaši patīkamas izjūtas.66 “Ilustrētā Zinātne” Nr. 5/201067StarojumaavotsAmplitūda1.00.80.60.40.20.0PirkstsSensora korpussVesela kājaKāja ar oklūziju0.0 0.5Laikanobīde1.0 1.5 2.0Laiks sekundēsLai iegūtu priekšstatu par pacientaasinsvadu stāvokli, vienlaikus izdaramērījumus, piemēram, abām kājām, uzliekotuz to pirkstiem sensorus. Signālā, ko saņemno slimās kājas, vērojama nobīde laikā.2AbsorbcijasFPGDetektorsilustrētā zinātneilustrētā zinātneLai iegūtu zemādasasinsrites ainu, navnepieciešama īpašijutīga videotehnika.Šādu attēluiespējams iegūt arīar videokameru, kasiebūvēta mobilajātelefonā, un pat ardatora kameru.lu atomfizikas un spektroskopijas institūtsAsinsrite videokamerāIzrādās, zemādas asinsritesintensitāti var noteiktarī ar videokameru, tikaiuzņemtajos kadros mēs arneapbruņotu aci to neredzam.Latvijas UniversitātesAtomfizikas un spektroskopijasinstitūta zinātnieki sadarbībā arTraumatoloģijas un ortopēdijasslimnīcas anesteziologiem irizstrādājuši videoapstrādesdatorprogrammu, kasvideoattēlā ļauj saskatīt un pētītasins cirkulācijas izmaiņas. Arīšajā gadījumā tiek izmantotaaudu spēja absorbēt gaismu.Asinsvadu apjoma pārmaiņudēļ no ādas atstarotās gaismasdaudzums visu laiku mainās,taču ar neapbruņotu aci tiknelielas pārmaiņas naviespējams pamanīt, savukārtvideokamera tās fiksē.Apstrādājot uzfilmēto materiāluar speciālu programmu, tiekaprēķinātas vismazākāsgaismas intensitātes izmaiņasun iegūts tās sadalījumaattēls. Šī bezkontakta metodeļauj attēlot zemādas asinsapjoma pulsāciju amplitūdassadalījumu ādas virsmā.Viens no šīs metodesizmantošanas veidiem ir lokāloanestēzijas līdzekļu iedarbībasnoteikšana. Anesteziologiembieži vien nav iespējamsnekļūdīgi konstatēt, vai lokālāanestēzija, kas ievadīta pirmsoperācijas, ir iedarbojusies, untādējādi pacients operācijaslaikā var just sāpes.Ir zināms, ka lokāloanestēzijas līdzekļu iedarbībaietekmē simpātisko inervācijuun tādējādi palielina asinsplūsmu perifērajos asinsvados.Notiek temperatūraspaaugstināšanās noteiktos ādasapgabalos, taču to nevarkonstatēt visos gadījumos. Līdzar to par anestēzijas iedarbībudrošāk var pārliecināties, mērotpievadītās asins apjomu.Izrādās, šim nolūkam noderparasta videokamera. Filmējotpacienta ķermeņa apgabalu,kura inervācijas zonu bloķēievadītais lokālās anestēzijaslīdzeklis, un apstrādājot toar speciālu datorprogrammu,iespējams iegūt asinsrites ainušajā apgabalā reālā laikā.Šādi iegūtos datus salīdzina arādas temperatūras izmaiņām.Konstatējot asins plūsmaspalielināšanos perifērajosasinsvados, ķirurgs droši varķerties pie darba, nebaidotiesnodarīt pacientam sāpes.