Диссертация (1174376), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Определенные сложности существуют с заданиемстартовых значений, поскольку от их корректного выбора зависит сходимость идлительность процедуры.1.3.2. Оптические свойства кожи и выбор приемлемых диагностическихметодовРеализациядиагностическойсоставляющейвтераностикекожныхпатологий с использованием оптических диффузионных методов в значительнойстепени определяется структурными и оптическими характеристиками кожи.
Таккак кожа человека относится к многокомпонентным случайно-неоднороднымбиологическим средам, различные слои кожи, отличающиеся по своемуструктурному составу и строению, будут вносить различный вклад вформирование оптических свойств кожи [9, 50, 137, 193, 196]. Отражение отрогового слоя составляет около 5-7% от падающего потока энергии излучения(френелевское отражение), при этом из-за микроскопических неоднородностей награнице сред свет становится диффузным, а значительная часть потока энергиипучка света (93-95%) проникает в кожу. Большая часть диффузно отраженногокожей света образуется за счет обратного рассеяния различными слоями ткани(роговой слой, эпидермис, дерма и микрососудистая система).
Определенныйвклад в процесс рассеяния вносит эпидермис кожи, основными рассеивателями вкотором являются митохондрии клеток, но реальное рассеяние света происходит40на коллагеновых волокнах дермы и узлах, образованных сплетением отдельныхволокон. Размеры рассеивателей изменяются в пределах от несколькихнанометров (размер макромолекулы) до 7-10 мкм (размер ядра) и выше, до20-50 мкм (собственный размер клетки) [9, 80, 66, 67].Хорошо известно, что основным источником рассеяния света в биотканяхявляется различие в значениях показателей преломления различных структурныхсоставляющих биотканей, т.е. различие между митохондриями, ядром, другимикомпонентами и цитоплазмой клеток; или внутритканевой жидкостью иволокнами (коллагеновыми и эластиновыми) [9].Поглощение света является одной из характеристик взаимодействия света скожей, основными компонентами которого являются: меланин (в эпидермисе), игемоглобин крови.
Поглощение жировой ткани определяется поглощениемлипидов, воды и пигмента β-каротина [50, 67, 87, 137].Анализ различных источников показывает, что оптические параметрыразличных структурных составляющих кожи (рогового слоя, эпидермиса,сосочковой дермы и др.) чрезвычайно сильно зависят от длины волнызондирующего излучения. Кроме того, различные авторы приводят существенноразличающиеся данные по спектрам оптических параметров кожи. В качествеиллюстрации приведено заимствованное из диссертационной работы А.Н.Башкатова [9] обобщение спектральных зависимостей коэффициента рассеянияобескровленной дермы, представленных в работах [113] и [162] (рисунок 1.2).Видно, что значения s , полученные различными авторами, различаются вкоротковолновой области видимого диапазона более чем на 20%.
Еще болеесущественные различия имеют место в измеренных значениях транспортногокоэффициента рассеяния, представленных теми же авторами.41Рисунок 1.2 – Спектральные зависимости коэффициента рассеяния дляобескровленной дермы, полученные различными авторами (заимствовано из [9])Несмотря на значительный разброс эмпирических данных по оптике кожи,приводимых различными авторами, можно обобщить тенденции в поведенииспектральных зависимостей оптических параметров и на основании этогосформулировать рекомендации по использованию оптических диагностическихметодов в тераностике красного плоского лишая.
К числу подобных тенденцийотносятся:1) более быстрый спад транспортного коэффициента рассеяния посравнению с коэффициентом рассеяния с ростом длины волны зондирующегоизлучения для дермы; можно считать, что в коротковолновой области видимогодиапазона и в ближней УФ области основная структурная составляющая коживедет себя как изотропная рассеивающая среда с параметром анизотропиирассеяния, близким к 0, в то время как вблизи края рассеяние света в кожестановится анизотропным с параметром анизотропии, близким к 0.7;2) в диапазоне длин волн от 350 нм до 800 нм выполняется соотношение a s , s , хотя при приближении к 350 нм наблюдается резкое возрастаниекоэффициентапоглощения,обусловленноетипичнымидляорганическихмакромолекул электронными полосами поглощения в УФ диапазоне.Исходя из доминирующего характера рассеяния для длин волн от 350 нм иболее, можно оценить характерные значения длины рассеяния и транспортной42длины для кожи; в частности, оценки для l составляют приблизительно 80 мкмвблизи 400 нм и 120 мкм вблизи 800 нм, в то время как соответствующие оценкидля l * составляют приблизительно 80 мкм и 300 мкм.Такимобразом,характерныемасштабызатуханиянаправленнойсоставляющей зондирующего излучения и ее преобразования в диффузнуюсоставляющую сравнимы с толщинами и глубинами залегания основныхструктурных составляющих кожи.
Кроме того, наиболее информативная с точкизрения характеризации кожных патологий глубина зондирования не превышает1,5 мм. Данные обстоятельства существенно ограничивает класс оптическихдиагностических методов, применимых в тераностике кожных патологий;например, импульсно-модуляционные и частотно-модуляционные оптическиеметоды совершенно неприменимы в этом случае.Наибольший интерес могут представлять специальные микроскопическиеметоды(лазернаяконфокальнаямикроскопия,одно-имногофотоннаяфлуоресцентная микроскопия и их комбинации) а также методы оптическогозондирования, основанные на анализе поляризационных, корреляционных икогерентных свойств зондирующих пучков в области перехода от малократногорежима рассеяния зондирующего излучения в ткани к диффузионному режимураспространения. К числу подобных методов относятся спекл-корреляционные иполяризационные методы и их комбинации, а также низкокогерентноезондирование, частным случаем которого является оптическая когерентнаятомография.
Отметим, что специальные микроскопические методы требуютсложногоидорогостоящегооборудованияивысококвалифицированногоперсонала для его обслуживания, в большинстве случаев малоприменимы вобычных клинических условиях и, поэтому большинстве случаев скореепредставляют интерес для фундаментальных исследований в области биохимии ибиофизики.Внашемслучаеболееактуальныспекл-корреляционные,поляризационные и низкокогерентные методы зондирования.431.3.3. Низкокогерентные и спекл-поляриметрические методы вдерматологии: примеры использованияВ настоящее время основным низкокогерентным методом, применяемым воптической биомедицинской диагностике (в том числе и в дерматологии) длякачественной и частично количественной характеризации структуры биотканейявляется оптическая когерентная томография, разработанная в девяностых годахпрошлого века группами Д. Фуджимото в США, А.
Фершера в Австрии иВ.П. Геликонова и А.М. Сергеева в России [17, 85, 91, 96, 128, 148, 178].При проведении оптической когерентной томографии визуализацияструктуры биологических тканей осуществляется за счет регистрации частизондирующегоизлучения,отраженногоилиобратнорассеянноговнутритканевыми элементами, отличающимися друг от друга по показателюпреломления и различиям свойств обратного рассеяния. Время, необходимое дляприхода назад отраженного света, или время задержки «эха» используется дляопределения интенсивности отраженного света как функции глубины [91, 108,127, 184].Обратнорассеянныйилиотраженныйсвет,приписываемыйизменениям показателя преломления внутри образца, возвращается в образец изатем смешивается с излучением, прошедшим заданную фиксированную длинуоптическогопутивопорномплечеинтерферометра.Получаемыйинтерференционный сигнал регистрируют либо спектрометром, либо баланснымифотодетекторами.Частота интерференционного сигнала, определяемая в результате егообработки,определяетсяглубинойзалеганияотражающегообъектавзондируемом образце.
Восстановление распределения отражающих свойств поглубине (А-скан) осуществляется путем преобразования Фурье полученнойинтерферограммы (рисунок 1.3). Создание 2D-изображения поперечного сечения(B-скан) производится путем сканирования по образцу, при этом собирается серияA-сканов (рисунок 1.4, а). Аналогичным образом, когда ОКТ-луч сканируется вовтором поперечном направлении, для восстановления трехмерного объемного44изображения, осуществляется сборка серии 2D-изображений (рисунок 1.4, б)[71, 108, 136].Рисунок 1.3 – Получение A-скана при проведении ОКТабРисунок 1.4 – а) В-скан (2D-изображение кожи); б) 3D-изображениеструктуры кожи, полученное при проведении ОКТОКТ-картина здоровой кожи любой анатомической области выглядит какпять горизонтально ориентированных слоев (рисунок 1.5) [33-35].
Первыйповерхностный слой самый тонкий, яркий, сильно рассеивающий, однородный,одинаковой высоты на всем протяжении, соответствует поверхностной частирогового слоя с рыхлым расположением чешуек (определенный вклад в егоформирование вносят резкие различия показателей преломления на границе сред«кожа – воздух»).
Второй слой более темный, рассеивающий слабее, однородный,одинаковой высоты на всем протяжении, соответствует среднему и нижнемуотделам рогового слоя с плотно прилегающими чешуйками. Третий слой самый45яркий, сильно рассеивающий, однородный, одинаковой высоты на всемпротяжении, соответствует надсосочковой зоне клеточных слоев эпидермиса.12345Рисунок 1.5 – ОКТ-изображение здоровой кожи: 1 – поверхностная частьрогового слоя; 2 – средний и нижний отделы рогового слоя; 3 – надсосочковаязона эпидермиса; 4 – проникновения эпидермальных выростов и сосочков дермы;5 – верхняя часть сетчатого слоя дермы с сосудамиЧетвертый слой более темный при визуализации, умеренно рассеивающий,неоднородный с чередованием ярких и менее ярких участков, соответствует зоневзаимного проникновения эпидермальных выростов и сосочков дермы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
