Основы спектроскопии диффузного отражения
Спектроскопия диффузного отражения (СДО) является неинвазивным методом оптической диагностики, предназначенным для измерения поглощающих и рассеивающих свойств оптически неоднородных сред, таких как биологические ткани.
На рисунке 3.6 приведены спектры поглощения световой энергии основными хромофорами кожи. Кроме поглощения кожа характеризуется сильным светорассеянием, которое зависит от длины волны рассеивающего излучения и размера и формы рассеивающих частиц. Вследствие разнообразия форм и размеров структурных элементов кожи в ней имеют место все виды рассеяния (от рэлеевского до рассеяния Ми). При этом определяющую роль в формировании спектра диффузного отражения играет соединительная ткань дермы [8].
Таким образом, процессы поглощения и рассеяния света в коже определяют количество выходящего из нее обратно рассеянного излучения, которое, в свою очередь, определяет величину измеряемого параметра – коэффициента диффузного отражения (КДО) R.
На рисунке 4.7 приведена схема, поясняющая исследование КДО.
а) б)
Рисунок 4.7 – Схема исследования диффузного отражения:
а) формирование спектра диффузного отражения;
б) спектр диффузного отражения биоткани
Луч широкополосного света, излучаемый источником света, например, галогенной лампой, белым светодиодом или лазерным диодом, запускается в ткань с помощью оптических волокон. Фотоны, распространяющиеся в ткани, участвуют в различных процессах, в том числе упругого рассеяния, комбинационного рассеяния, поглощения и флуоресценции. Часть из этих фотонов после многократного упругого рассеяния выходит с поверхности ткани, формируя спектр диффузного отражения. Детектор собирает часть отражённого излучения и ретранслирует его на спектрометр, где фотоны преобразуются в зависимые от длины волны распределения интенсивностей электронов, называемые спектром диффузного отражения. Отражённое кожей излучение несет информацию о структуре эпидермиса и дермы, количестве и кровенаполнении кровеносных сосудов, пространственном распределении хромофоров внутри кожи и их концентрации.
|
|
|
Известно, что в результате нарушения микроциркуляции при различных заболеваниях развивается тканевая гипоксия и нарушается кровоснабжение. Эти состояния приводят к изменению спектральных характеристик ткани, вследствие изменения кровенаполнения и концентрации основных хромофоров кожи: оксигемоглобина и дезоксигемоглобина и их можно неинвазивно диагностировать с помощью метода СДО.
Количественно различия в спектрах спектры диффузного отражения могут быть оценены с помощью индекса эритемы. Эритема является индикатором увеличения содержания крови в поверхностном сосудистом сплетении дермы. Методика оценки кровенаполнения и оксигенации крови с помощью индекса эритемы была предложена J.W. Feather и др. [8]. Она основана на оценке площади под кривой оптической плотности кожи в спектральной области 510-610 нм. Этот подход позволяет количественно оценить содержание гемоглобина в кожной ткани и широко используется исследователями.
|
|
|
Существует несколько подходов к расчёту индекса эритемы, чаще всего его оценивают по формуле:
E = 100 × [OD560 + 1,5 × (OD545 + OD575) – 2,0 × (OD510 + OD610)], (4.13)
где OD = log(1/R) – оптическая плотность, которая служит количественной характеристикой поглощения кожи, а нижние индексы обозначают длину волны в нм, на которой измеряется оптическая плотность.
Тканевая сатурация может быть определена, используя коэффициенты отражения на длинах волн, соответствующих изобестическим и неизобестическим точкам окси- и дезоксигемоглобина, с помощью выражения:
, (4.14)
где R(λ) – измеренный коэффициент диффузного отражения (КДО) на выбранной длине волны;
|
|
|
и 
– коэффициенты поглощения дезоксигенированной и насыщенной кислородом крови, соответственно;
λ1 и λ2 – длина волны неизобестической и изобестической точек, соответственно.
Выражение (4.14) было предложено Spott и др. При расчёте степени оксигенации можно использовать несколько возможных комбинаций неизобестической и изобестической точек. Это позволит получать информацию из различных слоев кожи, выбрав соответствующие длины волн. Выбирая длины волн в синем и зеленом диапазонах, вычисленное значение будет представлять степень насыщения тканей кислородом в более поверхностной части кожи из-за малой глубины проникновения на этих длинах волн. Для оценки оксигенации в более глубоких слоях кожи расчёты необходимо производить для ИК-области.
В лабораторной работе для расчётов в качестве неизобестических точек в зеленой области необходимо выбрать: 560 нм; в ИК области: 750 нм. В качестве изобестических точек в зеленой области: 545 нм; в ИК области 797 нм.
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 1896; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!