Диссертация (1144366), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Приемный световод был состыкован с волоконно-оптическим спектрометрами USB4000 и NIRQuest512-2.2, которые, в свою очередь, были связаны с персональным компьютером.Датчики крепились в специальных держателях (схема крепления датчиков приведена на рис. 3.4), которые обеспечивали необходимую область приложения давления на кожу.
В свою очередь, датчики с держателями крепилисьна полукольце радиусом 40 мм, на которое оказывалось внешнее давление вдиапазоне от 0 до 106 Па (рис. 3.5). Размер области прикладывания давленияобеспечивали либо торцы датчиков (3,2 мм, 6,3 мм), либо держатели (10 мм,13,8 мм и 15,8 мм). Внешняя компрессия влияет на содержание крови в кожнойткани, которое можно оценить по величине провала в спектре диффузного отражения в области спектра 545-575 нм (степени эритемы), и содержание воды,определяющее рассеяние кожи во все видимом диапазоне и ее поглощение вдиапазоне свыше 800 нм. В области 700-800 нм влияние поглощения воды наспектр диффузного отражения минимально по сравнению с влиянием рассеяния, и можно считать, что изменения в спектре диффузного отражения кожи вэтом диапазоне обусловлены в первую очередь именно рассеивающими свойства кожи.
Это учитывается при анализе изменения спектров отражения в области свыше 800 нм, в которой вода определяет и поглощающие, и рассеивающиесвойства кожи..50абРис. 3.3. Схема расположения световодов в датчикахR400-7-VIS/NIR (а) и R600-7-VIS-125F (б)Рис. 3.4. Схема крепления датчика. Для датчика R400-7 диаметр А равен 13,8мм; для датчика R600-7 диаметр А равен 10 мм и 15,8 мм51Рис. 3.5 - Схема устройства для регистрации спектров диффузногоотражения кожи в условиях ее внешней механической компрессииОбъектом исследования являлась: кожа внутренней стороны предплечьячеловека in vivo.
Измерения спектров диффузного отражения кожи человекапроводились на 10 добровольцах в возрасте 20 – 65 лет с кожей III и IV типа,один доброволец имел кожу V типа по Фитцпатрику. На каждом добровольцепроводились измерения спектров диффузного отражения при разных величинахприкладываемого давления и разных размерах областей компрессии, всего порядка 40 измерений.Конструкция крепления датчиков в виде полукольца позволяла при егофиксировании вдоль предплечья минимизировать изменения в геометрии измерений, следствием чего являлась высокая степень воспроизводимости результатов (более 95 %).Нормировка спектров отражения, измеряемых в диапазоне 400-2000 нм,осуществлялась по спектрам отражения BaSO 4 .
Здесь необходимо сделать однозамечание. Нормировка спектров отражения кожи по спектрам отражения образца BaSO4 по стандартной методике возможна только при использованиидатчика, состоящего из полукольца с закрепленными световодами, так какспектр сравнения регистрировался при замене кожи на образец BaSO 4 без изменения конфигурации датчика.Такая методика не реализуется, когда для регистрации спектров диффузного отражения используются датчики с семью световодами.
Это связано с тем,52что спектр сравнения не может быть получен при контакте торца датчика с поверхностью образца BaSO 4 [10]. Спектр отражения образца BaSO 4 может бытьполучен только при наличии зазора между поверхностью образца и торца датчика, при этом интенсивность отраженного сигнала нелинейно зависит от величины зазора, достигая максимума при величине зазора 2 мм. Поэтому спектрыотражения кожи регистрировались с использованием этих датчиков в относительных единицах, при этом возможность изменения интенсивности спектрасравнения, когда торец датчика фиксировался на определенном выбранном расстоянии от образца BaSO 4 , позволял увеличить отношения сигнал/шум при измерении спектра отражения кожи.Основным фактором, определяющим систематические ошибки измерений, является различие в кожных покровах разных людей и разных участковкожи одного добровольца.
Расхождения в спектрах отражения кожи, полученных для разных участков кожи и с аналогичных участков кожной поверхностиразных людей, достигали 10-15%. Поэтому в процессе воздействия компрессииспектры регистрировались практически с одного и того же места предплечья.Статистическая обработка результатов измерений проводилась по стандартнойметодике с использованием пакета программ Origin. Погрешность измеренийспектров в процессе развития эритемы для каждого конкретного добровольцаоценивалась в пределах 5%. Для разных добровольцев имелись некоторые различия во временном изменении спектров, однако общие закономерности сохранялись.3.2.
Методика количественной оценки содержания крови (гемоглобина) и степени оксигенации гемоглобина крови в кожной ткани по спектрамдиффузного отражения кожи в видимом диапазоне спектраКоличественная оценка содержания крови (гемоглобина) и степени оксигенации гемоглобина крови в кожной ткани проводилась по спектрам диффузного отражения кожи в видимом диапазоне спектра.
Степень насыщения кровикислородом, переносчиком которого является содержащийся в эритроцитах53крови гемоглобин, является одним из важнейших параметров, определяющихжизнедеятельность биологических тканей. В настоящее время разработан рядспектральных методов, позволяющих определять степень оксигенации гемоглобина в кровеносной сосудистой системе человека. Мониторинг степени оксигенации гемоглобина артериальной крови, показывающий, какое количествокислорода поступает в организм, осуществляется с помощью метода пульсоксиметрии [69-72]. Не менее важной является информация о насыщении кислородом венозной крови, так как она отражает баланс между доставкой и потреблением кислорода в биотканях. Мониторинг оксигенации венозной кровитканей головного мозга возможен с помощью метода церебральной оксиметрии[73]. Методы пульс-оксиметрии или церебральной оксиметрии, основанные наабсорбционной спектроскопии в красной и ближней инфракрасной областяхспектра, используются для измерений насыщения кислородом чисто артериальной или чисто венозной крови.Несомненный интерес представляет состояние насыщения кислородомгемоглобина в микроциркуляторном русле биотканей, так как такие измерениязатрагивают как артериальную, так и венулярную капиллярные сети, которые, всвою очередь, определяют кислородный статус биоткани, в которой располагаются капиллярные кровеносные сосуды.
Методы определения тканевой насыщенности кислородом в большинстве своем также основаны на абсорбционнойспектроскопии в ИК диапазоне [74, 75]. Мониторинг кровенаполненности капиллярных сетей и степени оксигенации крови в сосудистых сплетениях биоткани, в частности, кожной ткани, возможен также с использованием метода отражательной спектроскопии в видимом диапазоне спектра в области длин волн500-600 нм, где отчетливо проявляются полосы поглощения двух форм гемоглобина [76, 77].Состояние капиллярных систем зависит от внешних условий, в частности,от температуры окружающей среды или внешней механической компрессии.Внешняя механическая компрессия является одним из методов управления оптическими свойствами биоткани и широко используется в биомедицинской54практике.
В связи с этим представляет интерес исследование динамики изменения кислородного статуса биоткани в процессе наложения и снятия внешнейкомпрессии.Количественная оценка содержания хромофоров в кожной ткани возможна по спектрам ее «кажущейся» оптической плотностисо спектром диффузного отражения кожи, которая связанапростым соотношением, путем введения индексов пигментации [1, 2]. В частности, количественное содержание крови (гемоглобина) в кожной ткани in vivoможно оценить введением индекса эритемы, который определяется путем сравнения величин оптической плотности кожи в спектральной области, где имеются характерные полосы поглощения гемоглобина. Наиболее широко используется метод определения индекса эритемы как величины, пропорциональнойплощади под кривой спектральной зависимости OD(λ) в области 510-610 нм[76]. С учетом «подставки», которая в спектре OD(λ) кожи определяется поглощением меланина, а также рассеивающими свойствами кожной ткани, индекс эритемы E может быть определен следующим образом:(3.1)где индексы определяют длины волн в нм.Альтернативное приближение, широко используемое в трансмиссионнойоксиметрии, основано на сравнении величины OD в изобестических точках, тоесть на таких длинах волн, где поглощение гемоглобина не зависит от состояния его оксигенации.
В спектральной области 500-600 нм есть пять таких изобестических точек: 502, 529, 545, 570 и 584 нм (рис. 3.39). Если предположить,что рассеяние света влияет на значения OD в этих точках одинаково, то разности в значениях OD между двумя изобестическими точками будут пропорциональны содержанию гемоглобина в образце и не зависят от состояния оксигенации. Таким образом, используя разности в OD между двумя изобестическими55точками, может быть определен индекс гемоглобина следующим образом [76,77]:,(3.2)Степень оксигенации гемоглобина крови в биотканях определяетсяконцентрациями дезоксигемоглобина,, и оксигемоглобина,.:(3.3)В видимом диапазоне спектра спектры поглощения двух формгемоглобина имеют определенные различия (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
