Оптические свойства кожи и крови
Кожа является оптически неоднородной рассеивающей средой с поглощением. В рассеивающих биологических средах процессы взаимодействия с лазерным излучением имеют некоторые особенности (рисунок 3.4).
Рисунок 3.4 – Схема взаимодействия оптического излучения
с кожным покровом
Средний показатель преломления кожи больше, чем у воздуха. На границе раздела кожа – воздух часть потока оптического излучения отражается (френелевское отражение), а остальная часть проникает в биоткань. За счёт многократного рассеяния и поглощения лазерный пучок уширяется и затухает при распространении в ткани. Объёмное рассеяние является причиной распространения значительной доли излучения в обратном направлении (обратное рассеяние). Поглощенный свет преобразуется в тепло, переизлучается в виде флуоресценции или фосфоресценции, а также тратится на фотобиохимические реакции.
Оптические свойства биологической ткани определяются структурой ткани и её состоянием: физиологическим состоянием, уровнем гидратации, гомогенностью, видовой вариантностью и др. [8].
Оптические характеристики каждого из слоев кожи определяют те или иные хромофоры (рисунок 3.5), например, оптические характеристики эпидермиса считаются равными свойствам меланина.
Рисунок 3.5 – Хромофоры, определяющие оптические свойства
различных слоев кожи
Прошедшая часть потока оптического излучения попадает в дерму, где поглощается преимущественно гемоглобином разных форм, присутствующим в поверхностном слое дермы. Оставшееся излучение диффузно отражается от коллагена, присутствующего в остальной части дермы. В обратном направлении отражённый поток оптического излучения проходит через слои гемоглобина и меланина, частично поглощаясь. Коэффициенты рассеяния эпидермиса и дермы различаются между собой, но эти различия незначительны. Оптические свойства гиподермы определяет меланин.
|
|
|
Спектры поглощения световой энергии основными хромофорами кожи приведены на рисунке 3.6.
Отражающие свойства эпидермиса имеют сильную зависимость от типа кожи человека. На рисунке 3.7 приведен пример влияния содержания меланина на значение относительного коэффициента отражения от кожи человека европейского типа и афроамериканца. Данные различия необходимо учитывать при исследованиях для снижения методической погрешности измерения.
Рисунок 3.6 – Спектры поглощения световой энергии
основными хромофорами кожи
Рисунок 3.7 – Относительные коэффициенты отражения кожи
европейца и афроамериканца
При описании эффектов, происходящих в тканях под воздействием потока оптического излучения, поглощение воды играет важную роль, поскольку она является главной составляющей большинства тканей. В УФ, видимом и БИК – диапазонах длин волн коэффициент поглощения воды очень мал. В этих областях поглощение ткани определяется спектрами поглощения пигментов, в частности для кожи – спектрами поглощения меланина и крови (гемоглобина и оксигемоглобина).
|
|
|
Поглощение потока оптического излучения кровью определяется, в основном, его поглощением водой, гемоглобином и оксигемоглобином [9]. Оксигемоглобин, гемоглобин и некоторые другие соединения и производные гемоглобина дают характерные полосы поглощения лучей спектра. Так, пропуская луч света через раствор оксигемоглобина, можно обнаружить две характерные полосы поглощения в желто-зеленой части спектра. Для восстановленного гемоглобина характерна одна широкая полоса поглощения в желто-зеленой части спектра.
Оксигемоглобин несколько отличается по цвету от гемоглобина, поэтому артериальная кровь, содержащая оксигемоглобин, имеет ярко алый цвет, притом тем более яркий, чем полнее произошло её насыщение кислородом. Венозная кровь, содержащая большое количество восстановленного гемоглобина, имеет темно-вишневый цвет. На длинах волн 548, 568, 587 и 805 нм значения поглощения потока оптического излучения гемоглобином и оксигемоглобином равны между собой. Эти значения длин волн называются изобестическими точками.
|
|
|
Цельная кровь поглощает оптическое излучение больше, чем гемолизированная, поскольку в ней гемоглобин находится в эритроцитах. Возрастание поглощения оптического излучения на малых длинах волн оптического излучения связано с эффектом рассеяния на эритроцитах.
Как было сказано выше, при взаимодействии лазерного излучения с биотканью поглощенный свет переизлучается в виде флуоресценции. Биоткань содержит большое число различных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области поглощения и флуоресценции, различные квантовые выходы флуоресценции, различные времена затухания флуоресценции (рисунок 3.8).
Некоторые флуорофоры имеют близкие и перекрывающиеся области поглощения и флуоресценции, в результате чего выходящее из ткани излучение флуоресценции имеет сложный спектральный состав.
Количественная оценка оптических параметров кожи даёт возможность получать объективную информацию о содержании и пространственном распределении в ней различных биологических компонентов и успешно использовать её для диагностики различных кожных заболеваний, изучения последствий воздействия факторов (химических, УФ-излучения, температуры и др.) окружающей среды, оценки эффективности лечения и других целей.
|
|
|
| 
|
| а) | б) |
Рисунок 3.8 – Спектры поглощения (а) и флуоресценции (б)
основных флуорофоров биоткани
Оптическая неинвазивная диагностика предполагает использование оптического (в том числе лазерного) излучения для прижизненного зондирования тканей и органов пациента с целью получения по отражённому (рассеянному, прошедшему ткань насквозь, переизлученному в форме флуоресценции и т.п.) свету информации об оптических параметрах биотканей и на позволяет на её основании проводить диагностику биохимического состава и анатомического (морфологического) строения обследуемого участка мягких тканей тела пациента.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
Дата добавления: 2019-11-25; просмотров: 2511; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!