Диссертация (1144366), страница 9
Текст из файла (страница 9)
3.6). По мере уменьшенияконцентрации оксигемоглобина спектр поглощения модифицируется такимобразом, что двойной пик поглощения плавно переходит в один пик, поэтомусостояние оксигенации может быть определено путем измерения градиентаКоэффициент экстинкции, см-1/(моль/л)поглощения между соседними пиками поглощения двух форм гемоглобина.545 нм60000529 нм5000040000584 нм1502 нм3000020000570 нм557 нм2100000450500550600650Длина волны, нмРис. 3.6. Спектры экстинкции оксигемоглобина (1) и дезоксигемоглобина (2)56Вметодеопределениястепенинасыщениякровикислородом,основанном на разности в поглощении двух форм гемоглобина, результатдолжен быть независимым от общего содержания крови (индексов эритемы илигемоглобина). В связи с этим степень оксигенации гемоглобина крови можетбыть рассчитана согласно следующему выражению [76, 77]:,(3.4)где коэффициенты α и β могут быть найдены из следующих соображений.100% степень оксигенации имеет место в случае, когда отсутствует фракция дезоксигемоглобина, то есть вместо величин OD в выражении (4) необходимо подставить коэффициенты поглощения оксигемоглобина на соответствующих длинах волн.
Тогда= 100%,(3.5)Аналогично, в случае, когда отсутствует оксигемоглобин (степень оксигенацииравна 0%), имеем= 0%(3.6)В выражениях (3.5) и (3.6) μ – коэффициенты поглощения окси- и дезоксигемоглобина на соответствующих длинах волн, взятые из [67].В результате решения уравнений (3.5) и (3.6) можно получить значенияпоправочных коэффициентов:= 31,= 1.573.3. Экспериментальные результаты3.3.1.
Временная динамика спектров диффузного отражения кожи invivo в видимом диапазоне спектраНа рисунках 3.7 – 3.8 приведена временная динамика спектровдиффузного отражения кожи добровольца после наложения внешнего давленияразной величины с использованием датчика 30 мм: p = 13,9 кПа (рис.
3.7а) и p =110 кПа (рис. 3.8а) и после его снятия (рис. 3.7б и рис. 3.8б), а на рис. 3.9динамика спектров другого добровольца в условиях компрессии с давлением p= 110 кПа.Видно, что при наложении внешней компрессии величиной p = 13.9 кПапроисходит уменьшение коэффициента отражения кожи во всей спектральнойобласти. Этот процесс происходит приблизительно в течение 4 минут.При наложении внешнего давления величиной p = 110 кПа помимоуменьшениякоэффициентаотражениявовсейспектральнойобластипроисходит уменьшение величины провала в области спектра 500-600 нм,который практически исчезает через 5 минут после наложения компрессии.После снятия внешней компрессии в течение нескольких секунд происходит резкое уменьшение коэффициента отражения кожи во всем спектральномдиапазоне, при этом в области 500-600 нм вновь образуется провал.
Восстановление спектра отражение в первоначальное состояние происходит в течениевремени около 50 минут.Это видно из рисунка 3.10, где приведены временные изменения коэффициентов отражения кожи добровольца на двух длинах волн (540 и 700 нм) вусловиях наложения и снятия давления p = 110 кПа.Общим для всех спектров диффузного отражения кожи в диапазоне 4001000 нм, измеренных с помощью разных датчиков, является различное поведение спектра отражения в области 500-600 нм и в спектральной области свыше600 нм.583.3.1.1 Временная динамика спектров диффузного отражения кожи invivo в диапазоне спектра 500-600 нмТакое поведение спектра диффузного отражения кожи обусловленохарактером изменения рассеивающих и поглощающих свойств биоткани вусловиях внешней механической компрессии. Основными хромофорамикожной ткани, определяющими спектр диффузного отражения кожи в видимомдиапазонеспектра,являютсяпигментмеланинигемоглобинкрови,содержащейся в папиллярной дерме [1].
Очевидно, что при наложениикомпрессии содержание меланина в коже не меняется, в то время каксодержание крови в кожной ткани может существенно изменяться, особеннопри наложении на кожу больших давлений (порядка 100 кПа). Об этомсвидетельствует поведение провала в спектре отражения кожи в спектральнойобласти 500-600 нм, обусловленного поглощением гемоглобина.Два фактора влияют на поведение спектра отражения кожи в областиспектра500-600нм.Первымфакторомявляетсякровенаполненностьпапиллярной дермы (индекс эритемы) в нормальных условиях.
В случае, когдавспектреотражениякожибезкомпрессиипроявлениепоглощениягемоглобина мало, в процессе компрессии кожи наблюдается уменьшениекоэффициента отражения во всем спектральном диапазоне 400-1000 нм (рис.3.11).Аналогично ведут себя спектры диффузного отражения для добровольцас V типом кожи (рис. 3.12). Для данного типа кожи в спектре отражения уже доналожения компрессии практически отсутствует провал в области 500-600 нм.При наложении компрессии отражение практически не меняется.59Коэффициент отражения, %4035052 сек205 сек392 сек30252015105400500600700800900Длина волны, нмаКоэффициент отражения, %35без давления3025201522 сек134 сек105400500600700800900Длина волны, нмбРис.
3.7. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии (а) и после ее снятия (б).p = 13.9 кПа. Доброволец 160абРис. 3.8. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человекаin vivo при наложенной внешней механической компрессии (а) ипосле ее снятия (б). p = 110 кПа. Доброволец 161абРис.
3.9. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человекаin vivo при наложенной внешней механической компрессии (а) и после ее снятия(б). p = 110 кПа. Доброволец 262Рис. 3.10. Временные изменения коэффициентов отражения кожипредплечья человека на двух длинах волн в условиях внешнеймеханической компрессии (интервал времени 0-290 сек) ипри ее снятии (интервал времени свыше 290 сек), p = 110 кПа.Доброволец 1Количественно содержание крови оценивается степенью выраженностиэритемы (раздел 3.2): чем больше кровенаполненность дермы, тем большепокраснение кожи (тем сильнее провал в сине-зеленой области спектра) и темвыше степень эритемы.
Для кожи V типа сильная меланиновая пигментациякожи завуалирует эритему, и она становится менее выраженной, что инаблюдается на рис. 3.12.Такое поведение спектров, когда в процессе компрессии отмечаетсяуменьшение коэффициента отражения во всем спектральном диапазоне 4001000 нм, авторами работы [23] как “parallel pattern».Вторым фактором, влияющим на поведение спектров, является величинавнешней компрессии. Уменьшение коэффициента отражения во всем спектральном диапазоне 400-1000 нм наблюдается при большой величине компрессии.63Коэффициент отражения, отн. ед.Норма20 сек180 сек480 сек0,200,180,160,140,120,100,08400500600700800Длина волны, нма649001000Коэффициент отражения, отн.
ед.1816141000 сек750 сек490 сек540 сек121084005006007008009001000Длина волны, нмбРис. 3.11. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии (а) (интервал времени 0-480сек) и при ее снятии (интервал времени свыше 480 сек) (б).Доброволец 3. Давление 100 кПа65Норма010 сек30 сек90 сек220 секКоэффициент отражения, %161412108640050060070080090010009001000Длина волны, нма16Коэффициент отражения, %1514131211820 сек776 сек395 сек254 сек239 сек220 сек10987654400500600700800Длина волны, нмбРис. 3.12.
Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечьячеловека in vivo при наложенной внешней механической компрессии (а)(интервал времени 0-220 сек) и при ее снятии (интервал времени свыше 220 сек) (б).Доброволец 4 (V тип кожи). Давление 100 кПа.В случае, когда в спектре отражения кожи без компрессии поглощениегемоглобина проявляется отчетливо или величина компрессии недостаточно66велика, поведение провала в спектре отражения кожи в области 500-600 нминое: при наложении компрессии наблюдается увеличение коэффициентаотражения с последующим уменьшением. Этот случай, приведенный на рис.3.13, отмечается в литературе [23] как “pivot pattern”.Временное поведение коэффициентов отражения на двух длинах волн длярассмотренных выше случаев при наложении компрессии кожи и после ееснятия приведены на рис.
3.14 – рис. 3.16.После снятия внешней компрессии в течение нескольких секунд происходит резкое увеличение коэффициента отражения кожи во всем спектральномдиапазоне, при этом в области 500-600 нм вновь образуется провал. Затем происходит восстановление спектра в первоначальное состояние в течение временипорядка 30-50 минут в зависимости величины прикладываемого давления иразмера области приложения компрессии.Таким образом, временные изменения коэффициентов отражения вобласти500-600нм(областипоглощениягемоглобина)оказываютсячувствительны к количеству крови в коже, области прикладываемойкомпрессии и величине этой компрессии.Вместо анализа влияния количества крови на коэффициенты отражениякожи в этом диапазоне гораздо эффективнее анализировать временныеповедения индекса эритемы кожи в процессе ее компрессии.67Коэффициент отражения, отн.
ед.0,24Норма053 сек243 сек308 сек0,220,200,180,160,140,120,10400500600700800Длина волны, нма689001000Коэффициент отражения, отн. ед.0,240,220,200,180,16543 сек308 сек373 сек329 сек323 сек0,140,120,104005006007008009001000Длина волны, нмбРис. 3.13. Временные изменения в спектрах отражения кожи предплечья человека invivo при наложенной внешней механической компрессии (а) (интервал времени 0-310сек) и при ее снятии (б) (интервал времени свыше 310 сек). Доброволец 5. Давление60 кПа.69Коэффициент отражения, отн.
ед.0,180,175458000,160,150,140,1302004006008001000Время, секРис. 3.14. Временные изменения коэффициентов отражения кожипредплечья человека in vivo на двух длинах волн при внешней механической компрессии (интервал времени 0-480 сек) и после ее снятии (интервал времени свыше 480сек). Доброволец 6. Давление 100 кПа.70Коэффициент отражения, отн. ед.5458000,140,130,120,110,100,09-1000100200300400500600700800Время, секРис. 3.15. Временные изменения коэффициентов отражения кожи предплечья человека in vivo на двух длинах волн при внешней механической компрессии (интервал времени 0-220 сек) и при ее снятии (интервал времени свыше220 сек).
Доброволец 4 (V тип кожи). Давление 100 кПа710,195Коэффициент отражения, отн. ед.0,1900,1850,1805458000,1750,1700,1650,1600,1550,150-1000100200300400500600700800Время, секРис. 3.16. Временные изменения коэффициентов отражения кожипредплечья человека in vivo на двух длинах волн при внешнеймеханической компрессии (интервал времени 0-310 сек) и при ее снятии(интервал времени свыше 310 сек). Доброволец 7.
Давление 60 кПа.723.3.1.2 Динамика изменения содержания крови и степени оксигенации гемоглобина крови в кожной ткани в процессе ее компрессииНа рисунке 3.17 приведена динамика изменения индекса эритемы кожипри наложении внешней компрессии разной величины и после ее снятия. Результаты получены, когда внешнее давление прикладывалось к достаточнобольшой области кожи (30 мм). Видно, что в случае наложения внешней компрессии индекс эритемы уменьшается, что свидетельствует об уменьшении содержания крови в кожной ткани. Вытеснение крови из объема кожной ткани,подверженного давлению, происходит в течение времени менее минуты, приэтом в зависимости от величины компрессии вытесняется разное количествокрови: при давлении p = 13.9 кПа индекс эритемы уменьшается от 34 до 25, тоесть содержание крови уменьшается приблизительно на 26 %, в то время какпри давлении p = 110 кПа кровь вытесняется полностью.После снятия внешней компрессии происходит резкое увеличениесодержания крови в объеме кожной ткани, которая подвергалась компрессии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
