Диссертация (1144366), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Сделано предположение, что для объяснения полученных результатов недостаточно факта уменьшения толщины образца, а необходимо привлекать другие эффекты, в том числе динамические. Было также показано, что просветление образцов ткани улучшает визуализацию объекта, располагаемого за образцом биоткани, увеличивая разрешение и контраст его изображения.Механическая компрессия изменяет также оптические свойства биотканей in vivo, что сопровождается спектральными изменениями как в диффузномотражении света биотканями [11, 15-24], так и в автофлуоресценции биотканей[24, 25-27].

Одними из первых исследователей, кто отметил влияние компрессии на спектры диффузного отражения и автофлуоресценции кожи человека invivo, были авторы работ [16, 25]. Отмечалось, что оказываемое на кожу давле13ние уменьшает глубину провала в зеленой области спектра, который являетсяиндикатором наличия крови (гемоглобина) в биоткани, в результате чего коэффициент отражения биоткани в этой области увеличивался, и уменьшает коэффициент отражения кожи в желто-красной области спектра. При этом в спектредиффузного отражения была обнаружена изобестическая точка при длине волны порядка 600 нм, коэффициент отражения на которой практически не менялся при наличии или отсутствии компрессии [16].

Внешняя компрессия приводила также к увеличению интенсивности автофлуоресценции кожи в коротковолновой области видимого диапазона спектра [25].Влияние компрессии на спектры диффузного отражения in vivo кожи вдиапазоне 1100 – 1700 нм исследовалось в работе [17], где было показано, чтопри увеличении давления волоконно-оптического датчика на поверхность кожидиффузное отражение уменьшается. Увеличение компрессии осуществлялосьпутем вдавливания торца датчика внутрь кожи.

Получено, что по мере увеличения контакта диффузное отражение сначала значительно флуктуирует, а поистечении определенного времени контакта флуктуации стабилизируются. Авторы связывали такое поведение спектров с изменением внутренней структурыкожной ткани. Исходя из биомеханической структуры кожи человека и подкожной ткани, можно считать, что подкожный жир и мышечная ткань обладаютхорошей эластичностью и до определенной степени устойчивостью к внешнейкомпрессии. Поэтому при измерении диффузного отражения биоткани в условиях компрессии можно считать, что кожа и подкожная ткань соответственноменяются, влияя на стабильность измеряемых спектров. Однако при увеличении контактного времени структура биоткани стабилизируется, и степень еевлияния на спектры ослабевает. Авторы определи оптимальное состояние контакта и оптимальное время измерения, при которых влияние давления на измерения диффузного отражения минимально.

Получено, что оптимальное состояние контакта возникает, когда датчик вдавливается в кожу на расстояние 0,5мм, и оптимальное время измерений составляет 30 секунд.14Аналогичную задачу решали авторы работы [23] в видимом диапазонеспектра отражения кожи. Исследовалось влияние давления волоконнооптического датчика на поверхность кожи in vivo на спектры диффузного отражения в диапазоне 345–1000 нм. Компрессия на кожу менялась дискретно путем пошагового вдавливания торца датчика (диаметром 8,25 мм) внутрь кожи.Максимальное давление на кожу составляло величину 0,933 Н/см2 (0,933 104Па).

Авторы обнаружили, что с увеличением компрессии спектры диффузногоотражения ведут себя по-разному. На рисунке 1.1 приведены два варианта изменений в спектрах.абРис. 1.1. Поведение спектров диффузного отражения кожи in vivo при увеличениикомпрессии: a) parallel pattern (b) pivot pattern [23]15В одном случае увеличение давления приводила к уменьшению диффузного отражения в диапазоне длин волн 530–680 нм («parallel pattern») (рис.1.1а).

В другом случае с увеличением давления спектры «крутились» вокругизобестической точки 590 нм, так что спектры ниже этой длины волны диффузное отражение увеличивалось, а выше – уменьшалось («pivot pattern») (рис.1.1б).Данный результат не совпал с результатами исследования Randerberg [18]влияния компрессии на спектры диффузного отражения в диапазоне (400-850нм), который отметил факт увеличения спектра диффузного отражения на длинах волн свыше 600 нм и его уменьшения в диапазоне спектра ниже 600 нм приувеличении компрессии.

Эти расхождения, возможно, связаны с разной геометрией детектирования отраженного биотканью света, так как автор использовалтехнику интегрирующей сферы.Влиянию внешнего механического давления на спектры диффузного отражения в ближней инфракрасной области мягких тканей посвящены работы[28 – 30]. Исследовалось влияние статического и динамического (меняющегося)давления на диффузное отражение мягких тканей (in vitro жир и мышцы и in vivo кожи разных участков ладони и запястья – над мышцей, над веной и над костью). Было получено, что в случае образцов кожи прикладываемое давлениеприводит к уменьшению диффузного отражения и рассеяния, в то время какконцентрации хромофоров (вода, гемоглобин, липиды) и, соответственно поглощение, увеличивались. Авторы предположили, что вызванные давлениемспектральные изменения сильно зависят от местоположения участка и того, какими являются нижележащие ткани.

Кроме того, то же самое контактное давление вызывает большие изменения в спектрах ближнего инфракрасного спектрального диапазона, чем в спектральном диапазоне от 650 до 900 нм.В работе [24] исследовались влияния давления волоконно-оптическогодатчика на спектры диффузного отражения и автофлуоресценции кожи человека (шеи, пальца и предплечья) in vivo. Были изучены эффекты кратковременного (менее 2 сек) и долговременного (более 30 сек) механического воздействия16наспектральныеизмерения.Визмеренияхиспользовалсяволоконно-оптический датчик диаметром 6,35 мм, содержащий шесть осветительных волокон и одно для сбора отраженного излучения. Максимальное прикладываемое давление составляло величину 152 мН/мм2 (1,52 105 Па).

Было получено,что при большом давлении происходят значительные спектральные измененияпри продолжительной компрессии, при этом давление датчика влияет не толькона оптические, но и на физиологические параметры кожной ткани.Влияние компрессии на флуоресценцию биотканей зачастую носит противоречивый характер. Так, в работе [25] отмечается увеличение интенсивностиавтофлуоресценции кожи человека in vivo в случае компрессии кожи, в то время как влияние внешнего давления на цервикальную флуоресценцию незначительно [26, 27].1.2 Влияние внешней механической компрессии на физиологические свойства биотканиАвторы [24] считают, что изменения в спектрах обусловлены изменениями физиологических характеристик. При этом изменения в спектрах специфичны для кожи разной морфологии.

После наложения компрессии отмечаетсяувеличение концентрации гемоглобина в коже шеи, в то время как содержаниегемоглобина в коже пальца и предплечья уменьшается. Гемоглобин в коже шеиуменьшается только при достаточно большом давлении – 77 мН/мм2 (0,77 105Па), в отличие от кожи пальца и предплечья, где концентрация гемоглобинауменьшается уже при малом давлении. С увеличением давления содержаниегемоглобина продолжает уменьшаться, при этом также уменьшается степеньнасыщения гемоглобина кислородом, и через 60 секунд гемоглобин в тканяхполностью отсутствует. Авторы считают, что такие различия в поведении спектров обусловлены морфологией образцов. Кожа шеи лежит на более мускулистой и эластичной по сравнению с пальцем и предплечьем ткани.

Эта тканьбыстро не сжимается, поэтому для шеи требуется большее давление для дости17жения такого же эффекта, что и для пальца или предплечья. Из-за массивностии эластичности шеи сдавленная ткань показывает временное увеличение содержания крови, которое впоследствии уменьшается.По сравнению с поглощением приведенный коэффициент рассеяния меняется в меньшей степени. С увеличением давления он увеличивается дляпредплечья и уменьшается для кожи шеи и мало меняется для пальца. Авторывысказывают гипотезу, что уменьшение коэффициента рассеяния при увеличении давления на кожу шеи обусловлено вытеснением воды в эпидермисе и дерме. В случае предплечья происходит аналогичная компрессия и вытеснение воды, однако наличие кости препятствует переходу дермы в гиподерму, способствуя увеличению глубины проникновения датчика в дерму (рис.

1.2). В результате увеличивается общее рассеяние, так как датчик достигает областидермы с сильно рассеивающим коллагеном. Это подтверждает и увеличениефлуоресценции коллагена в случае предплечья.Рис. 1.2. Кожа в условиях компрессии. (a) Отсутствие компрессии, (b) и (c): кожа шеии предплечья. В случае (c) датчик достигает ретикулярную дерму [24]В работе [20] изучались эффекты влияния давления волоконнооптического датчика на физиологические характеристики мышечной тканимыши in vivo. Давление, оказываемое датчиком, достигало 0,2 Н/мм2 (0,2 106Па). Получено, что при увеличении давления диаметры кровеносных сосудов истепень оксигенации гемоглобина уменьшаются, в то время как приведенный18коэффициент рассеяния на длине волны 700 нм увеличивается.

Авторы высказывают предположение, что компрессия сдавливает кровеносные сосуды,уменьшая поток крови, что приводит к уменьшению потока оксигенированнойкрови, поступающей в ткань. Давление датчика также может увеличить плотность рассеивателей в единице объема, которое может ассоциироваться с увеличением приведенного коэффициента рассеяния. Авторы отмечают, что преобладающий вклад в поглощение мышцы дают гемоглобин и миоглобин. Авторы считают, что спектр поглощения миоглобина схож со спектром гемоглобина, а его концентрация в мышцах обычно ниже, чем гемоглобина, поэтому считают вклад миоглобина в поглощение пренебрежимо малым. Хотя при уменьшении диаметра сосудов концентрация миоглобина может увеличиться.

Нужноотметить, что реакция приведенного коэффициента рассеяния на внешнее давление специфична, что позволяет отличить более постоянную и вокализированную мышечную ткань от кожи.Авторы работы [21] также высказывают мысль, что большой вклад вспектральные изменения диффузного отражения и флуоресценции могут датьизменения физиологических параметров ткани, такие как изменение объемакрови, оксигенация гемоглобина крови и метаболизм ткани.В работе [19] легочная ткань подвергалась повторяющимся циклам компрессии.

Характеристики

Список файлов диссертации