Автореферат (1144365), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Методика оценки изменения содержания воды в коже в условиях компрессиикожи,заключающаясявсравненииотносительногоизменениякоэффициентов отражения кожи в условиях компрессии на двух длинах волн,на одной из которых (810 нм) коэффициент отражения определяется толькорассеянием света, а на другой (1070 нм) – как рассеянием, так и поглощениемводы.53. Снятие внешней компрессии восстанавливает оптические параметры in vivoкожной ткани в течение 40-50 минут, при этом в течение первых несколькихсекунд происходит значительное увеличение (в 2 – 3 раза по сравнению скожей без компрессии) содержания крови (гемоглобина) с высокой (в 2 – 5раз выше по сравнению с кожей без компрессии) степенью оксигенациигемоглобина.Достоверность полученных результатов обеспечивается качественным иколичественным соответствием выводов теоретических результатов основнымрезультатам, полученным экспериментально.
Достоверность экспериментальныхрезультатов обеспечена применением стандартной измерительной аппаратуры,обработкой экспериментальных данных с использованием стандартных методов, атакже их соответствием результатам, полученным другими исследователями, иширокой апробацией результатов.Апробация работы.Основные результаты работы были представлены в 9 докладах нароссийских и международных конференциях: Saratov Fall Meeting (SFM’13), 1stInternational Symposium on Optics and Biophotonics; Saratov Fall Meeting (SFM’14),International Symposium on Optics and Biophotonics II; Всероссийская научнаяшкола-семинар «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине»,Саратов, 2014 г.; Ежегодная всероссийская Школа-семинар «Методыкомпьютерной диагностики в биологии и медицине – 2015», Саратов, 2015; SaratovFall Meeting (SFM’16), International Symposium on Optics and Biophotonics IV; XIVВсероссийская молодежная Самарская конкурс-конференция научных работ пооптике и лазерной физике, 2016 г., Самара, Россия.Публикации.По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 2 статьи в журналах,входящих в перечень ВАКЛичный вклад автора состоит в участии планирования исследованийсовместно с научным руководителем.
Критический анализ опубликованнойлитературы, проведение экспериментальных работ и обработка полученныхданных, проведение компьютерного моделирования и анализ полученныхрезультатов выполнены непосредственно автором.Объем и структура работы.Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, заключения, спискалитературы, включающего 82 источника. Общий объем диссертации составляет110 страниц, включая 49 рисунков и 6 таблиц.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачиработы в рамках диссертационного исследования, ее научная новизна ипрактическая значимость, сформулированы основные результаты и положения,выносимые на защиту, отмечена апробация работы, публикации и личный вкладавтора, определена структура и объем диссертации.В главе 1 приведен критический анализ опубликованных результатов повлиянию внешней механической компрессии на оптические и физиологическиесвойства биотканей.6Прикладываемая к биотканям, как в условиях in vitro, так и in vivo, внешняякомпрессия приводит к изменению коллимированного и диффузного пропускания(in vitro) и диффузного отражения (in vitro, in vivo), что является результатомизменения геометрии ткани (ее толщины и плотности) и ее оптических параметров.Компрессия уменьшает диффузное отражения и увеличивает пропускание образцовбиоткани независимо от их состояния (in vitro или in vivo), при этом компрессия поразному действует на коэффициенты поглощения и рассеяния ткани.Противоречивые результаты, по-видимому, связаны с разной геометриейдетектирования рассеянного сигнала и разным размером области приложениякомпрессии.
In vitro эксперименты проводились с образцами с большимиплощадями (большими 100 мм2) прикладываемого давления, в то время как вусловиях in vivo измерения в большинстве случаев проводились с использованиемволоконно-оптических датчиков.Увеличение компрессии приводит к разному поведению спектров диффузногоотражения: в одном случае варианте коэффициент отражения уменьшался во всемдиапазоне спектра от 400 до 2000 нм, в другом – спектры показывали наличиеизобестической точки около 600 нм, ниже которой коэффициенты отраженияувеличивались, а свыше уменьшались.
При большом давлении происходятзначительные спектральные изменения при продолжительной компрессии, приэтом давление датчика влияет не только на оптические, но и физиологическиепараметры кожной ткани.При наложении компрессии уменьшаются диаметры кровеносных сосудов,содержание гемоглобина и степень его оксигенации. В одной работе отмеченавозникновение гиперемии при периодическом импульсном наложении компрессии.Отмечено влияние подкожных тканей.
При этом изменения в спектрах специфичныдля кожи разной морфологии, в зависимости от под тканевой субстанции.Основным фактором, влияющим на оптические и физиологические свойствабиоканей в условиях компрессии, является вода, а также ее перемещение вбиоткани, зависящее от соотношения свободной и связанной воды. Какмеханические, так и оптические изменения, происходящие в биотканях приналожении компрессии, хорошо описываются двухфазной моделью биоткани.В главе 2 для оценки изменений физиологических и оптических свойств вкоже in vivo, подверженной внешней механической компрессии, и их влияния наспектры диффузного отражения кожи были проведены расчеты спектровдиффузного отражения модели кожи с учетом изменения ее поглощающих ирассеивающих свойств, проявляющихся при наложении внешней компрессии.Расчет спектра диффузного отражения кожной ткани R(λ ) проводился наоснове упрощенной модели кожной ткани, согласно которой кожа представлена ввиде однородной полу бесконечной рассеивающей среды с поглощением.
Такаямодель кожной ткани для анализа спектров диффузного отражения кожи вполнеприемлема, так как рассеивающие свойства кожи определяются, главным образом,водой, содержание которой в коже хотя и имеет определенный градиент по мерепроникновения в кожу (от 15% в роговом слое до 70% на глубине дермы), но беряво внимание толщины слоев, можно считать ее распределение в коже однородным.То же относится и к поглощению кожи в ближнем ИК диапазоне, так как в этомдиапазоне основным хромофором является вода.
Что касается сине-зеленого7спектрального диапазона, то здесь в поглощении играет кровь папиллярной ичастично ретикулярной дермы, по толщине превышающей эпидермис.Оптические свойства такой среды характеризуется спектральнымизависимостями коэффициента поглощения µa (λ) и приведенного коэффициентарассеяния µs' (λ) , который связан с коэффициентом рассеяния µ s (λ ) и фактороманизотропии рассеяния g (λ ) простым соотношением µs' (λ=) µs (λ)(1 − g (λ)) . Вдиффузионном приближении теории переноса излучения авторами работы [12]получено аналитическое выражение для спектральной зависимости коэффициентадиффузного отражения света такой средой в виде: 4a' 1,(1)R = 1 + exp − A 3(1 − a ' ) 2 3 1 + 3(1 − a ' )µs', коэффициент A введен для учета Френелевского отражения наµa + µs'границе раздела воздух/среда. Для кожной ткани величина (4 / 3)A равна 3,72.Спектр поглощения µa (λ ) модельной среды определялся тремя основнымихромофорами (меланином и гемоглобином в видимой области и водой в ближнейинфракраснойобласти)сосвоимиотносительнымивкладами( Chem , Cmel , Cwater ).
Рассеяние модельной среды определялось спектральнойгде a ' =зависимостью приведенного коэффициента рассеяния дермы, которую можнопредставить как суперпозицию рассеяния Релея и рассеяния Ми, со своимотносительным вкладом (С scat ). Расчет спектра диффузного отражения заключалсяв определении значений коэффициентов Chem , Cmel , Cwater , а также спектраприведенного коэффициента рассеяния (величину коэффициента С scat ), прикоторых рассчитанный спектр диффузного отражения кожи максимально совпадалс экспериментально полученным спектром с использованием техникиинтегрирующей сферы.Влияние воды на спектры диффузного отражения кожи видно из спектровотражения модельной среды, рассчитанных при разных значениях приведенногокоэффициента рассеяния среды (рис.
1а) и разном содержании воды в коже (рис.15).Содержание воды в модельном образце по-разному влияет на величинукоэффициента отражения в ближней ИК области: уменьшение содержания воды всреде приводит к уменьшению ее поглощения, что отражается в увеличениикоэффициента отражения; с другой стороны, уменьшение содержания водыприводит к уменьшению рассеивающих свойств среды, что ведет к уменьшениюкоэффициента отражения во всей области спектра от 400 до 2000 нм. Этирезультаты могут быть положены в основу анализа экспериментально полученныхспектров отражения кожи в ближнем ИК диапазоне.В видимом диапазоне спектра компрессия кожи ведет к уменьшениюпоглощения биоткани, обусловленного кровью (гемоглобином), и как результат, кувеличению коэффициента отражения.8аРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
