Métodos de instrumentação para fluxometria laser: aplicações à microcirculação sanguínea

Abstract

Different diseases affect in different ways the behavior of the microcirculatory layers of the skin. Since there are clinical interests in the knowledge of their interrelationship, it is required the discrimination of the blood perfusion signal (information about the velocity and concentration of scatterers) arose from the super cial and the deep skin layers. Therefore, we were conducted to studies with the aim to improve the laser Doppler owmetry (LDF) technique in what concerns the sample depth discrimination. These studies resulted in the development of a owmeter prototype that enables us to study, simultaneously, the influence of the wavelength and of the distance between emitting and receiving fibres in the skin blood perfusion measurements. The developed technology was tested in vitro and validated through Monte Carlo simulations. They have shown that the average depth of the scattered photons increases with the wavelength and with the distance between the emitting and the receiving fibres. In vivo validation tests showed clear differences when comparing perfusion results obtained with different wavelengths and with different fibres distances. Perfusion signals obtained with the commercial flowmeter were analyzed in time and frequency domains. It was demonstrated that the obtained perfusion in healthy subjects in different regions of the skin, have different properties, and the perfusion obtained in patients with systemic sclerosis have a different regularity, when compared with the obtained perfusion in healthy subjects or patients with Raynaud's phenomenon. The need to follow the variations of the microcirculatory blood ow in the rat brain, has led researchers to use the invasive LDF optical bres probes commercially available. However, due to their large external diameter (ca. 450 m), the invasive LDF probes can damage the tissue to be monitored. Studies conducted with the aim of reducing the dimensions of the LDF probes, led to the construction of a self-mixing based microprobe using a single thin optical bre. These probes have an outer diameter of 260 m. The developed micro-probes showed a good linearity when tested for different scatterers velocities. In vivo measurements showed good indicators that lead us to conclude that the evaluated micro-probes can be used to monitor the microcirculatory blood ow in real time, in the rat brain. The obtained results with the two prototypes (non-invasive and invasive) are encouraging, and there are good indicators for their applicability in clinical and research environments.

Diferentes doenças afectam de modo diferente o comportamento das camadas da rede microcirculatória da pele. Havendo interesse clínico no conhecimento do seu interrelacionamento, é necessária a discriminação do sinal de perfusão sanguínea (informação acerca da velocidade e concentração dos dispersores) com origem nas camadas da pele, super cial e profundas. Assim fomos conduzidos à realização de estudos com o objectivo de aperfeiçoar a técnica de uxometria laser Doppler (FLD) no que diz respeito à discrimina ção da profundidade amostrada. Estes estudos culminaram com o desenvolvimento de um uxómetro que permite o estudo, em simultâneo, da in uência do comprimento de onda e da distância entre as bras emissora e receptora na monitorização da perfusão sanguínea na pele. A tecnologia desenvolvida foi testada in vitro e validada através de simulações Monte Carlo. As simulações comprovaram que a profundidade média dos fot ões dispersos aumenta com o comprimento de onda e com a distância entre bras. Nos testes de validação in vivo foram veri cadas diferenças evidentes quando se compararam fl uxos obtidos com diferentes comprimentos de onda e diferentes distâncias entre fibras. Concomitantemente ao desenvolvimento do protótipo referido, foram realizadas análises, no domínio do tempo e no domínio das frequências, de sinais de perfusão obtidos com fl uxómetros comerciais. Nestes estudos demonstrou-se que a perfusão obtida, em participantes saudáveis, em diferentes regiões de pele, têm propriedades diferentes, e que a perfusão obtida em pacientes com esclerose sistémica tem uma regularidade diferente da dos sinais obtidos em indivíduos saudáveis ou com fenómeno de Raynaud. A necessidade de se observarem as variações do uxo capilar sanguíneo no cérebro de ratos, levou os investigadores a recorrer às sondas de bra óptica invasivas, para FLD, disponíveis no mercado. No entanto, devido ao seu elevado diâmetro externo (ca. 450 m), o tecido cerebral a ser monitorizado ca muito dani cado. Estudos realizados com o objectivo de reduzir as dimensões destas sondas culminaram com a construção de micro-sondas de uma única bra óptica, baseadas na técnica de detecção self-mixing, com um diâmetro externo de 260 m. As micro-sondas desenvolvidas apresentaram uma boa linearidade quando testadas com diferentes velocidades de dispersores. Nas medições efectuadas in vivo houve boas indicações de que as micro-sondas avaliadas podiam ser utilizadas para seguir o uxo microcirculatório, em tempo real, no cérebro dos ratos. Os resultados obtidos com os protótipos (não-invasivo e invasivo) são animadores e prenunciam a sua utilização, tanto a nível clínico como em investigação.