Автореферат (1144365), страница 3
Текст из файла (страница 3)
1. Спектры диффузного отражения модельной среды с разнымирассеивающими свойствами (а) и разным содержанием воды (б).Стрелки указывают увеличение рассеяния и поглощенияРезультатыэкспериментальныхисследованийвлияниявнешнеймеханической компрессии кожи на спектр ее диффузного отражения приведены вглаве 3.Экспериментальная установка включала в себя волоконно-оптическийдатчик и два волоконно-оптических спектрометра USB4000 (Ocean Optics, США) иNIRQuest512-2.2 (Ocean Optics, США), сопряженных с персональнымикомпьютерами, и обеспечивала регистрацию спектров диффузно отраженногокожей света в диапазоне от 400 до 2200 нм.В работе для измерения спектров диффузного отражения кожииспользовались волоконно-оптический датчик собственной конструкции и дваволоконно-оптических датчика фирмы Ocean Optics (R400-7-VIS/NIR и R600-7VIS-125F).В первом случае конструкция датчика включала полукольцо радиусом 40 ммс закрепленными в нем двумя волоконно-оптическими световодами (диаметрсердцевины 400 мкм, числовая апертура 0.2) для подвода излучения к поверхностикожи и сбора отраженного ей света.
На конце световода, подводящего свет понормали к поверхности кожи, располагалась коллимирующая линза, в результатечего размер пятна облучения кожной поверхности составлял 6 мм. Приемныйсветовод фиксировался под углом 300 по отношению к осветительному световодуна таком расстоянии от поверхности кожи, чтобы размер участка кожи, с которогособиралось диффузно отраженное кожей излучение, в два раза превышал размерпятна облучения кожи. Это делалось для минимизации потерь в детектируемомсвете длинноволновой части спектра [10]. При регистрации спектров диффузногоотражения кожи в условиях ее внешней механической компрессии междуполукольцом волоконно-оптического датчика и поверхностью кожи помещалосьтонкое кварцевое стекло диаметром 30 мм, на которое оказывалось давление p вдиапазоне от 0 до 1.4×105 Па.Во втором случае использовались волоконно-оптические датчики фирмыOcean Optics, которые крепились в специальных держателях, которые обеспечивалинеобходимую область приложения давления на кожу.
Размер областиприкладывания давления обеспечивали либо торцы датчиков (3.2 мм, 6.3 мм), либодержатели (10 мм, 13,8 мм и 15,8 мм).9Использование двух спектрометров мотивировано тем, что влияние внешнейкомпрессии на спектр отражения кожи в видимом диапазоне более информативенпо сравнению со спектром отражения в ближней ИК области, так как внешнеедавление влияет на содержание крови в кожной ткани, которое можно оценить повеличине провала в спектре диффузного отражения в области спектра 545-575 нм.Более того, в области 700-800 нм влияние поглощения воды на спектр диффузногоотражения минимально по сравнению с влиянием рассеяния света в биоткани, иможно считать, что изменения в спектре диффузного отражения кожи в этомдиапазоне обусловлены в первую очередь именно рассеивающими свойства кожи.Это учитывается при анализе изменения спектров отражения в ближней ИКобласти.Объектом исследований являлась кожа внутренней стороны предплечьячеловека in vivo. Измерения спектров диффузного отражения кожи человекапроводились на 10 добровольцах в возрасте 35 и 65 лет с кожей IV и III типа поФитцпатрику соответственно.В видимом диапазоне спектра наложение внешней компрессии приводит куменьшению коэффициента отражения кожи во всей спектральной области.
Этотпроцесс происходит приблизительно в течение 5 минут. На рисунках 2а – 2бприведена временная динамика спектров диффузного отражения кожи добровольцапри наложении внешнего давления p = 110 кПа (рис. 2а) и после его снятия (рис.2б). Использовался датчик размером 30 мм.абРис. 2. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человекаinvivo при наложенной внешней механической компрессии (а) и после ее снятия(б). p = 110 кПа.При наложении внешнего давления величиной p = 110 кПа помимоуменьшения коэффициента отражения во всей спектральной области происходитуменьшение величины провала в области спектра 500-600 нм, которыйпрактически исчезает через 5 минут после наложения компрессии.После снятия внешней компрессии в течение нескольких секунд происходитрезкое уменьшение коэффициента отражения кожи во всем спектральномдиапазоне, при этом в области 500-600 нм вновь образуется провал.Восстановление спектра отражение в первоначальное состояние происходит втечение времени около 50 минут.10Такое поведение спектра диффузного отражения кожи обусловленоизменением рассеивающих и поглощающих свойств биоткани в условиях внешнеймеханическойкомпрессии.Основнымихромофорамикожнойткани,определяющими спектр диффузного отражения кожи в видимом диапазонеспектра, являются пигмент меланин и гемоглобин [1].
Очевидно, что приналожении компрессии содержание меланина в коже не меняется, в то время каксодержание крови в кожной ткани может существенно изменяться, особенно приналожении на кожу больших давлений (порядка 100 кПа). Об этом свидетельствуетповедение провала в спектре отражения кожи в спектральной области 500-600 нм,обусловленного поглощением гемоглобина.Это видно из рисунка 3, где приведены временные изменения коэффициентовотражения кожи добровольца на двух длинах волн (540 и 700 нм) в условияхналожения и снятия давления p = 110 кПа.Рис. 3. Временные изменениякоэффициентов отражения кожипредплечья человека на двухдлинах волн в условиях внешнеймеханической компрессии(интервал времени 0-290 сек) ипри ее снятии (интервалвремени свыше 290 сек), p = 110кПа.абРис.
4. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии (а) и на двух длинах волн(б) при внешней механической компрессии (интервал времени 0-462 сек) и при ееснятии (интервал времени свыше 462 сек). Давление 52 кПа.Закономерности в изменении спектров отражения, отмеченные прииспользовании датчика 30 мм, проявляются и при использовании датчиков другихразмеров. Наложение компрессии приводит к уменьшению провала в областиспектра 500-600 нм, где проявляются полосы поглощения гемоглобина.
В случае,когда в спектре отражения кожи без компрессии проявление поглощениягемоглобина мало, в процессе компрессии кожи наблюдается уменьшение11коэффициента отражения во всем спектральном диапазоне 400-1000 нм (рис. 4). Вслучае, когда в спектре отражения кожи поглощение гемоглобина проявляетсячетко, при наложении компрессии наблюдается увеличение коэффициентаотражения (рис. 5). Такое поведение спектров отмечается в литературе как “parallelpattern” и “pivot pattern”.Весь процесс стабилизации спектров происходитприблизительно в течение 4-5 минут.абРис. 5.
Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии (а) и на двух длинах волн(б) при внешней механической компрессии (интервал времени 0-218 сек) и при ееснятии (интервал времени свыше 218 сек). Давление 110 кПа.Далее в главе 3 приводятся результаты, касающиеся динамики измененияфизиологических параметров (содержание крови, степень оксигенациигемоглобина, содержание воды) в процессе наложения и снятия внешнейкомпрессии.Количественная оценка содержания крови в коже проводилась сиспользованием индексов эритемы (Е) и гемоглобина (Н) [1, 2](2),(3)а степень насыщения гемоглобина кислородом может быть рассчитана согласноследующему выражению:,(4)где оптическая плотность кожиопределялась наотмеченных длинах волн, коэффициенты= 31,= 1 полученыэкспериментально.На рисунке 6 приведена динамика изменения индекса эритемы кожи приналожении внешней компрессии разной величины и после ее снятие.
Результатыполучены, когда внешнее давление прикладывалось к достаточно большой областикожи (30 мм). Видно, что в случае наложения внешней компрессии индекс эритемы12уменьшается, что свидетельствует об уменьшении содержания крови в кожнойткани. Вытеснение крови из объема кожной ткани, подверженного давлению,происходит в течение нескольких минут, при этом в зависимости от величиныкомпрессии вытесняется разное количество крови: при давлении p = 13.9 кПаиндекс эритемы уменьшается от 34 до 25, то есть содержание крови уменьшаетсяприблизительно на 26 %, в то время как при давлении p = 110 кПа кровьвытесняется полностью. При использовании датчиков меньшего размера временавытеснения крови из объема компрессии уменьшаются до величин порядкадесятков секунд.
Количество крови, вытесненной из области компрессии, зависитот величины компрессии, но при давлении порядка 100 кПа кровь вытесняетсяполностью.После снятия внешней компрессии происходит резкое увеличениесодержания крови в объеме кожной ткани, которая подвергалась компрессии. Втечение нескольких секунд индекс эритемы достигал величины, значительнопревышающей индекс эритемы нормальной кожи: в случае наложения давления p =13.9 кПа индекс возрос до 50 (первоначальное значение E = 34), а при давлении p =110 кПа до 60 (первоначальное значение E = 30).
При использовании датчиковменьшего размера в течение нескольких секунд после снятия компрессии индексэритемы достигал величины, значительно превышающей индекс эритемынормальной кожи (от двух до пяти раз).Восстановление кожной ткани в первоначальное состояние происходило втечение 30-50 минут в зависимости от величины компрессии.Динамика индекса эритемы для датчика 10 мм приведена на рис. 7.На рисунке 8 приведена динамика степени оксигенации гемоглобина крови,содержащейся в объеме кожной ткани, подвергаемой механической компрессии.После наложения компрессии уменьшение содержания крови сопровождалосьуменьшением степени оксигенации содержащегося в ней гемоглобина. Снятиекомпрессии приводило к резкому увеличению (в 2.7 раз) степени оксигенации.Причиной увеличения степени оксигенации после снятия компрессии можетбыть резкий выброс артериальной крови в объем кожной ткани, которыйподвергался сдавливанию, так как клапаны вен не дают выдавленной венознойкрови вернуться в область компрессии после ее снятия.Динамику индекса эритемы кожи in vivoпри наложении внешней компрессииразной величины и после ее снятия можно условно разделить на четыре стадии.Первая стадия следует непосредственно после наложения внешнейкомпрессии.
При наложении внешней компрессии индекс эритемы уменьшается,что свидетельствует об уменьшении содержания крови в коже, при этом временнаязависимость индекса хорошо аппроксимируется экспоненциальной функцией. Этовидно из рисунка 9, где приведено временное поведение индекса эритемы кожи вусловиях разной компрессии. По прошествии времени релаксации, определяющеготранспорт крови из области компрессии, имеет место вторая стадия, когдасодержание оставшейся в коже крови перестает меняться (индекс эритемыстабилизируется).13аРис. 6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
