Диссертация (1144366), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Это время зависит от величины прикладываемого давления.По сравнению с кожей свиньи in vitro компрессия in vivo кожи человекаприводит первоначально к уменьшению объема свободной воды, а при давлениях свыше 250 кПа объем свободной воды увеличивается. Поведение связанной воды носит противоположный характер. Эксперименты показывают, что по31мере уменьшения количества свободной воды в области компрессии часть связанной воды становится свободной. По сравнению с кожей свиньи толщина иколичество свободной воды менее чувствительны к давлению.
Временные изменения свободной воды малы, что объясняется непрерывным переходом связанной воды в свободную для защиты в живой ткани нормального метаболизма.Модельные расчеты показали, что при наложении компрессии деформация ткани приводит к уменьшению содержания воды, что приводит к изменению поглощения и рассеяния кожи. В результате при наложении давления 80кПа число фотонов, отраженных дермой, уменьшается с 86% до 76%.Таким образом, для анализа структурных и оптических изменений, происходящих в кожной ткани в условиях in vivo, может быть рассмотрена описанная выше модель кожной ткани, согласно которой кожная ткань состоит изтвердой матрицы, образованной коллагеновыми волокнами, и межклеточнойжидкости, основную массу которой составляет вода (рис. 1.7а).Когда кожа сжимается, твердая матрица деформируется и вязкая жидкость вытекает из области, подверженной компрессии (Рис. 1.7). Эта гипотезахорошо согласуется с экспериментальными данными.
Соотношение деформации и времени релаксации кожи в условиях компрессии зависит от упругихсвойств волокон и количества и вязкости жидкости внутри ткани. Так как связанная вода очень плотно объединена с твердой матрицей внутри ткани, то измерения содержания основной и связанной воды могут отразить деформациютвердой матрицы и перемещение свободной воды внутри ткани в условияхопределенной компрессии.32абвРисунок 1.7 – Влияние внешней компрессии на кровеносные сосуды (кружочки внормальном состоянии и эллипсы при компрессии) и коллагеновые волокна кожной ткани. (a) Нормальное состояние кожной ткани; (б) в условиях компрессии изменяются только рассеивающие свойства кожной ткани; (в) в условиях компрессииизменяется содержание крови и рассеивающие свойства кожной ткани33Выводы1.
Прикладываемая к биотканям, как в условиях in vitro, так и in vivo, внешняя компрессия приводит к изменению коллимированного и диффузногопропускания (in vitro) и диффузного отражения (in vitro, in vivo), что является результатом изменения геометрии ткани (ее толщины и плотности)и ее оптических параметров.2. Компрессия уменьшает диффузное отражения и увеличивает пропусканиеобразцов биоткани независимо от их состояния (in vitro или in vivo).3. Компрессия по-разному действует на коэффициенты поглощения и рассеяния ткани. Противоречивые результаты, по-видимому, связаны с разнойгеометрией детектирования рассеянного сигнала и разным размером области приложения компрессии. In vitro эксперименты проводились с образцами с большими площадями (большими 100 мм2) прикладываемогодавления, в то время как в условиях in vivo измерения в большинстве случаев проводились с использованием волоконно-оптических датчиков.4. Увеличение компрессии приводит к разному поведению спектров диффузного отражения: в одном случае коэффициент отражения уменьшалсяво всем диапазоне спектра от 400 до 2000 нм, в другом – спектры показывали наличие изобестической точки около 600 нм, ниже которой коэффициенты отражения увеличивались, а свыше уменьшались.5.
При большом давлении происходят значительные спектральные изменения при продолжительной компрессии, при этом давление датчика влияетне только на оптические, но и на физиологические параметры кожнойткани.6. При наложении компрессии уменьшаются диаметры кровеносных сосудов, содержание гемоглобина и степень его оксигенации. В одной работеотмечено возникновение гиперемии при периодическом импульсномналожении компрессии.347. Отмечено влияние подкожных тканей. При этом изменения в спектрахспецифичны для кожи разной морфологии, в зависимости от подтканевойсубстанции.8. Основным фактором, влияющим на оптические и физиологические свойства биоканей в условиях компрессии, является вода, а также ее перемещение в биоткани, зависящее от соотношения свободной и связанной воды.9.
Как механические, так и оптические изменения, происходящие в биотканях при наложении компрессии, хорошо описываются двухфазной моделью биокани.10.Для оценки оптического просветления в условиях прямого механи-ческого сжатия применяются такие методики, как визуальный анализ, оптическая когерентная томография и спектроскопия диффузного отражения. Указанные исследования главным образом сосредоточены на измерениях интенсивности пропускания или отражения света. Непосредственная и систематическая оценка влияния механического оптическогопросветления до сих пор не достигнута. Необходима оценка измененияпоказателя преломления как функции давления, поскольку он являетсянаиболее прямым показателем для оценки влияния оптического просветления.11.С другой стороны, для измерений оптических свойств биологическойткани необходимо соответствующее средство для приложения и поддержания давления в ходе экспериментов, для того чтобы поверхность тканиоставалась неподвижной, а также для достижения точной и воспроизводимой обработки ткани и для минимизации любого влияния, связанного сшумом.35ГЛАВА 2.
Влияние внешней механической компрессии кожи наспектр ее диффузного отражения (модель)2.1. Модель кожной тканиДля оценки изменений физиологических и оптических свойств в коже invivo, подверженной внешней механической компрессии, и их влияния на спектры диффузного отражения кожи были проведены расчеты спектров диффузного отражения модели кожи с учетом изменения ее поглощающих и рассеивающих свойств, проявляющихся при наложении внешней компрессии.Расчет спектра диффузного отражения кожной ткани R(λ) проводился наоснове упрощенной модели кожной ткани, согласно которой кожа представленав виде однородной полу-бесконечной рассеивающей среды с поглощением.
Такая модель кожной ткани для анализа спектров диффузного отражения коживполне приемлема, так как рассеивающие свойства кожи определяются, главным образом, водой, содержание которой в коже хотя и имеет определенныйградиент по мере проникновения в кожу (от 15% в роговом слое до 70% на глубине дермы), но беря во внимание толщины слоев, можно считать ее распределение в коже однородным. То же относится и к поглощению кожи в ближнемИК диапазоне, так как в этом диапазоне основным хромофором является вода.Что касается сине-зеленого спектрального диапазона, то здесь в поглощениисвета решающую роль играет кровь папиллярной дермы (поверхностное сосудистое сплетение), содержание которой определяет поведение спектра диффузного отражения кожи при наложении давления.
Кровь достаточно узкого слояповерхностного сосудистого сплетения без потери общности была равномернораспределена по всему объему кожи, участвующему в формировании обратногодиффузного рассеяния света.Оптические свойства такой среды характеризуется спектральными зависимостями коэффициента поглощения µa (λ) и приведенного коэффициентарассеяния µs' (λ) , который связан с коэффициентом рассеяния µs (λ) и факто36романизотропиирассеянияg (λ )простымсоотношением:µs' (λ=) µs (λ)(1 − g (λ)) .В диффузионном приближении теории переноса излучения авторамиработы [66] получено аналитическое выражение для спектральной зависимостикоэффициента диффузного отражения света такой средой в виде: 4a' 1,R = 1 + exp − A 3(1 − a ' ) 2 3 1 + 3(1 − a ' )где a ' =(2.1)µs', коэффициент A введен для учета Френелевского отражения наµa + µs'границе раздела воздух/среда. Для кожной ткани величина (4 / 3)A равна 3,72.Величина a' имеет спектральную зависимость, которую можно определить следующим образом.Спектр поглощения µa (λ) модельной среды определяется тремя основными хромофорами (меланином и гемоглобином в видимой области и водой вближней инфракрасной области) со своими относительными вкладами=µa (λ) Chem (Coxy µoxy (λ) + Cdeoxy µdeoxy (λ)) ++ Cmel µmel (λ) + Cwater µwater (λ),(2.2)В выражении (2.2) спектральные зависимости поглощения окси- идезоксигенированного гемоглобина (в см-1) были взяты в виде следующеговыражения (рис.
2.1) [67]:2,303 ×150 × ε(λ )oxy,deoxy,(λ ) =µoxy,deoxy6650037(2.3)Рис. 2.1. Спектр поглощения оксигемоглобина (1) и дезоксигемоглобина (2) [67]Рис. 2.2. Спектр поглощения эумеланина [67]38где ε oxy ,deoxy (λ) - спектры молярных коэффициентов экстинкции для двухформ гемоглобина, соответственно; Coxy , Cdeoxy определяют степень оксигенации гемоглобина ( Y = Coxy /(Coxy + Cdeoxy ) ).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
