ОКТ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОПТИЧЕСКОГО ПРОСВЕТЛЕНИЯ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА IN VIVO Д.К. Тучина, П.А. Тимошина,

ОКТ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОПТИЧЕСКОГО
ПРОСВЕТЛЕНИЯ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА IN VIVO
Д.К. Тучина, 1 П.А. Тимошина, 1 О.А. Зюрюкина, 1 А.Н. Башкатов,1,2
Э.А. Генина1,2, В.В.Тучин1,2,3
1
Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского
2
Томский государственный университет
3
Институт точной механики и управления РАН
e-mail: tuchinadk@mail.ru
Введение
Биологические ткани имеют сложную неоднородную структуру,
которая приводит к сильному светорассеянию, что ограничивает
применимость оптических методов для диагностики и лечения различных
заболеваний. Для решения этой задачи может быть использован метод
оптического иммерсионного просветления биотканей, основанный на
частичном замещении внутритканевой жидкости иммерсионным агентом.
Это вызывает согласование показателей преломления рассеивателей
биоткани и окружающей среды, и, следовательно, приводит к снижению
рассеяния света.
Целью данной работы являлось исследование кинетики
иммерсионного просветления кожи человека in vivo с помощью различных
оптических просветляющих агентов и определение коэффициентов
диффузии агентов в коже.
Материалы и методы
В качестве иммерсионных агентов использовались растворы,
представленные в табл. 1. Показатели преломления растворов измерялись
на длине волны 589 нм на рефрактометре Аббе ИРФ-454Б2М (Россия).
Таблица 1. Просветляющие агенты с показателями преломления
Просветляющий агент
Показатель
преломления
Водный 40%-раствор глюкозы
1.391
Раствор фруктозы (50%) в воде (20%) и спирте (30%)
1.408
Водный 60%-раствор глицерина
1.415
Раствор глицерина (50%) в воде (40%) и ДМСО (10%)
1.416
®
Омнипак (300 мг йода/мл)
1.438
Оптическая когерентная томография (ОКТ) использовалась для
оценки влияния просветляющих свойств иммерсионных жидкостей на
кожу в экспериментах in vivo. Визуализация проводилась с помощью
оптического когерентного томографа Spectral Radar OCT System
OCP930SR 022 (Thorlabs Inc., США) на длине волны 930 нм. Ширина
спектральной полосы составляла 100 нм, выходная мощность – 2 мВт,
оптическая глубина сканирования – 1.6 мм, разрешение системы по
глубине было равно 6.2 мкм.
Коэффициент ослабления
Измерения проводились на участке кожи с внутренней стороны
предплечья. Запись сканов с исследуемой области проводилась до
воздействия иммерсионных агентов, затем каждые 5 минут во время
действия агентов, процедура записи повторялась в течение 50 минут. В
измерениях участвовало 20 добровольцев, возраст которых составлял 1921 год, было проведено 40 экспериментов.
Оценка коэффициентов диффузии просветляющих агентов была
выполнена с помощью специально разработанной компьютерной
программы на основе анализа кинетики изменения рассеивающих
характеристик кожи человека.
Результаты исследований
На рис. 1 представлены типичные ОКТ-изображения исследуемых
участков кожи до воздействия просветляющих агентов, после 5 и 50 минут
после нанесения просветляющего агента и соответствующие зависимости
коэффициента ослабления света от времени просветления кожи. На
изображениях, представленных на рисунке 1, видно, что применение
оптических просветляющих агентов приводит к увеличению глубины
оптического зондирования кожи. На приведенных графиках коэффициент
ослабления света снижается при нанесении каждого из использованных
оптических просветляющих агентов, что подтверждает снижение
рассеяния света в коже.
ОКТ изображения кожи
После 50
Интактная После 5 минут
минут
кожа
воздействия
воздействия
Водный 40%-раствор глюкозы
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0
10
20 30 40
Время, мин
50
Коэффициент ослабления
Раствор фруктозы (50%) в воде (20%) и спирте (30%)
1.2
1.0
0.8
0.6
Водный 60%-раствор глицерина
0
10
20 30 40
Время, мин
50
Коэффициент ослабления
1.2
1.0
0.8
0.6
0
10
20 30 40
Время, мин
50
Коэффициент ослабления
Раствор глицерина (50%) в воде (40%) и ДМСО (10%)
1.2
1.0
0.8
0.6
0
10
20 30 40
Время, мин
50
Коэффициент ослабления
Омнипак® (300 мг йода/мл)
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
10 20 30
Время, мин
40
50
Рис. 1. ОКТ-изображения интактной кожи, кожи после 5 и 50 минут
воздействия просветляющих агентов и соответствующие графики
зависимости коэффициента ослабления света от времени просветления
кожи.
Из анализа рис. 1 видно, что применение оптических просветляющих
агентов приводит к существенному снижению светорассеяния в коже и
анализ кинетики снижения позволяет оценить скорость этого процесса.
Результаты суммированы в Табл. 2.
Таблица 2. Эффективность и скорость оптического просветления кожи
Просветляющий агент
Эффективность
Коэффициент
просветления диффузии, см2/сек
Водный 40%-раствор глюкозы
44%
9.2610-6
Раствор фруктозы (50%) в воде
41%
1.9910-6
(20%) и спирте (30%)
Водный 60%-раствор глицерина
33%
0.5710-6
Раствор глицерина (50%) в воде
38%
0.8210-6
(40%) и ДМСО (10%)
Омнипак® (300 мг йода/мл)
69%
2.8210-6
Сведения об авторах
Тучина Дарья Кирилловна – аспирантка, инженер кафедры оптики и
биофотоники, дата рождения: 22.01.1990 г.
Тимошина Полина Александровна - аспирантка, инженер кафедры оптики
и биофотоники, дата рождения: 29.06.1990 г.
Зюрюкина Ольга Анатольевна - студентка кафедры оптики и
биофотоники, дата рождения: 13.12.1994 г.
Башкатов Алексей Николаевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры оптики и
биофотоники, дата рождения: 16.11.1965 г.
Генина Элина Алексеевна– к.ф.-м.н., доцент кафедры оптики и
биофотоники, дата рождения: 14.11.1970 г.
Тучин Валерий Викторович– д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой
оптики и биофотоники, дата рождения: 4.02.1944 г.
Вид доклада: стендовый